Nauka jest pasją

Poprosiliśmy naukowców, którzy znaleźli się w najnowszej edycji rankingu World’s Top 2% Scientists o wypełnienie krótkiego kwestionariusza dotyczącego głównych obszarów badawczych i osiągnięć naukowych. Wszyscy otrzymali taki sam zestaw pytań. Na początek przedstawiamy badaczy z kategorii obejmującej całokształt dorobku naukowego. 

Prof. Christian Zidorn

1. Funkcja pełniona na Uniwersytecie Medycznym we Wrocławiu

Obecnie, na zaproszenie prof. Adama Matkowskiego i dr hab. Sylwii Zielińskiej, prof. UMW, pełnię funkcję profesora wizytującego w Zakładzie Biotechnologii Farmaceutycznej UMW. Moja macierzysta instytucja to Katedra Biologii Farmaceutycznej na Uniwersytecie w Kilonii w północnych Niemczech.

2. Główne zainteresowania badawcze

Moje badania koncentrują się na chemofenetyce roślin wyższych Europy. Oznacza to, że mój zespół i ja poszukujemy bioaktywnych substancji naturalnych w europejskich gatunkach roślin, biorąc pod uwagę ich pozycję systematyczną. Staramy się ponadto scharakteryzować fitochemicznie klady filogenetyczne, które zostały określone na podstawie podobieństw sekwencji DNA. Jest to szczególnie interesujące w przypadku kladów, które nie różnią się morfologicznie od siostrzanych. Tradycyjnie wiele z tych grup systematycznych klasyfikowano inaczej przed rozwojem metod filogenetyki opartej na DNA. W takich przypadkach dane fitochemiczne często pomagają fenetycznie scharakteryzować nowo utworzone grupy systematyczne.

Kolejny obszar moich badań dotyczy czynników klimatycznych wpływających na zawartość bioaktywnych związków naturalnych w roślinach wyższych. Badamy na przykład, jak wysokość nad poziomem morza, temperatura, pora roku i promieniowanie UV wpływają na zawartość substancji bioaktywnych w roślinach leczniczych. Pozwala to określić optymalny moment zbioru takich roślin, a także przewidzieć ich reakcje na zmiany klimatyczne.

Badane przez nas gatunki pochodzą z całej Europy, choć koncentrujemy się głównie na Alpach i regionie śródziemnomorskim. Ostatnio rozszerzyliśmy nasze badania również na organizmy morskie, np. trawy morskie i glony z Morza Bałtyckiego.

3. Dlaczego właśnie ta dziedzina nauki stała się dla Pana najważniejsza?

Moje zainteresowanie botaniką zaczęło się w młodości, podczas wędrówek po obecnym Parku Narodowym Eifel niedaleko rodzinnego Akwizgranu. W czasie studiów farmaceutycznych zafascynowała mnie różnorodność chemiczna i wielorakie właściwości farmakologiczne substancji naturalnych. Obecnie mogę łączyć moją pasję do botaniki z doświadczeniem z zakresu analizy chemicznej produktów naturalnych, by działać w czołówce europejskiej chemii produktów naturalnych.

4. Które ze swoich osiągnięć uważa Pan za najbardziej przełomowe lub inspirujące?

Po ponad 30 latach pracy naukowej w dziedzinie produktów naturalnych roślin trudno wskazać jedno osiągnięcie. Jednym z ostatnich, nieoczekiwanych i szczególnie fascynujących odkryć były dimerowe cykliczne diarylheptanoidy – nowa klasa związków naturalnych. Odkryliśmy je w trawie morskiej Zostera marina z Morza Bałtyckiego. Innym ważnym momentem mojej kariery było wprowadzenie terminu „chemofenetyka” jako nowego określenia zastępującego „chemosystematykę” lub „chemotaksonomię”. Uważam, że było to potrzebne, ponieważ współczesne filogenezy opierają się prawie wyłącznie na sekwencjach DNA, a nie na cechach fenetycznych. Dlatego obecność lub brak określonych związków naturalnych w danym gatunku nie ma już znaczenia dla ustalania filogenezy. Terminy „chemosystematyka” i „chemotaksonomia” mogą dziś wprowadzać w błąd, sugerując, że naukowcy ich używający nie są świadomi tego faktu.

5. Które odkrycie, idea lub publikacja innego naukowca miała największy wpływ na Pana sposób myślenia o nauce?

W mojej dziedzinie naukowej byłby to rozwój i fundamentalne zmiany w systematyce, jakie przyniosła możliwość konstruowania filogenezy na podstawie danych z sekwencji DNA. Te osiągnięcia znalazły swoje zwieńczenie w obecnym systemie Angiosperm Phylogeny Group IV (APG IV), który opiera się na solidnych i weryfikowalnych danych naukowych. Dla porównania, wcześniejsze systemy botaniczne – takie jak te autorstwa Arthura Cronquista i Armena Takhtajana obowiązujące do lat 80. XX w. – były wciąż kształtowane przez osobiste preferencje ich autorów.

Z kolei w naukach medycznych za najbardziej fascynujący nowy kierunek uważam obecne odkrycia dotyczące szerokiego wpływu mikrobiomu człowieka na zdrowie.

6. W jaki sposób Pana badania mogą wpływać na codzienne życie ludzi lub rozwój technologii/społeczeństwa?

Moje badania mają charakter podstawowy, więc nie prowadzą bezpośrednio do patentów ani nowych terapii. Nie znajdują zatem natychmiastowego zastosowania w przemyśle czy ochronie zdrowia. W dłuższej perspektywie jednak niektóre z odkrytych przez nas substancji naturalnych mogą stać się punktami wyjścia do opracowania nowych bioaktywnych związków użytecznych w medycynie, weterynarii czy rolnictwie.

Nasze badania podkreślają również znaczenie ochrony bioróżnorodności – nie tylko ze względu na jej piękno i wartość samą w sobie, ale także z powodów czysto praktycznych. Niewykryte dotąd substancje naturalne mogą pomóc rozwiązać wiele nierozwiązanych problemów medycyny. Zniknęłyby one jednak bezpowrotnie wraz z gatunkami, które zostałyby utracone wskutek nadmiernej eksploatacji ekosystemów przez człowieka.

7. Gdyby miał Pan nieograniczone zasoby i zespół badawczy, jaki projekt chciałby Pan zrealizować?

Mając najlepszy na świecie zespół i nieograniczony dostęp do wszelkiego sprzętu naukowego, podjąłbym się pełnego chemofenetycznego przeglądu flory świata. Równolegle inne zespoły badaczy prowadziłyby podobne programy dotyczące organizmów morskich i mikroorganizmów.

Ze względu na moje doświadczenie geograficzne i naukowe rozpocząłbym od izolacji i określenia struktury wszystkich związków naturalnych możliwych do wykrycia w europejskiej florze. Jestem przekonany, że takie badania doprowadziłyby do odkrycia ogromnej liczby nowych substancji chemicznych, nowych źródeł znanych już związków bioaktywnych, zupełnie nowych struktur chemicznych oraz mechanizmów działania. Szczególnie związki o nowym szkielecie chemicznym i nowej bioaktywności mogłyby posłużyć chemikom medycznym do opracowania nowych leków dla ludzi i zwierząt.

8. Jedna rada dla młodych ludzi rozważających karierę naukową

To bardzo dobre ostatnie pytanie, dlatego chciałbym przytoczyć tu najcenniejszą radę, jaką sam otrzymałem jako młody naukowiec podczas wizyty w Instytucie Botaniki Uniwersytetu Wiedeńskiego. Kierownik instytutu, Tod F. Stuessy, powiedział mi kiedyś w kontekście mojej niezadowalającej sytuacji zawodowej jako profesora nadzwyczajnego na Uniwersytecie w Innsbrucku, że: „Wytrwałość jest kluczem”. Miał na myśli to, że wytrwałość jest kluczem do sukcesu. Ta zasada jest w pełni aktualna w nauce, ale jej znaczenie sięga znacznie dalej.

1. Current position at Wroclaw Medical University

Currently, I am, on invitation of Professors Adam Matkowski and Sylwia Zielinska, a visiting professor at the Department of Pharmaceutical Biotechnology. My current home institution is the Department of Pharmaceutical Biology at Kiel University in the North of Germany.

2. Main research interests

My research focuses on "Chemophenetics of higher plants from Europe". That means, my team and I are searching for bioactive natural products in European plant species, taking into account the systematic position of the studied species. Moreover, we try to phytochemically characterize phylogenetic clades, which are based on the similarities of their DNA-sequences. This is particularly interesting for clades, which are morphologically not distinct from their neighbouring clades. Traditionally, many of these systematic groups had been ordered differently before the development of DNA-based phylogenetic methods. In such cases, phytochemical data are often helpful to phenetically characterize these newly established systematic groups.

Another line of research interests concerns the climatic factors influencing the content of bioactive natural products in higher plants. We study for example how altitude, temperature, season, and UV-radiation influence the content of bio-actives in medicinal plants. This helps in determining the perfect date for harvesting medicinal plants, but it is also interesting to predict reactions of plants triggered by climatic changes.

The plant species we study, come from all over Europe, but we have a focus on the Alps and the Mediterranean region. Recently, we have expanded our field of research to also include marine organisms, e.g., seagrasses and algae, from the Baltic Sea. 

3. Why did this particular field of science become the most important to you?

My interest in botany started as a teenager while hiking the forests of the Eifel close to my hometown Aachen. During my studies of pharmacy, I developed a fascination for the chemical diversity and the multiple pharmacological activities of natural products. Currently, I am able to combine my passion for botany with my experience in analytical chemistry of natural products to be at the forefront of natural products chemistry in Europe.

4. Which of your achievements do you consider the most groundbreaking or inspiring?

After more than 30 years of work as a scientist in the field of plant natural products, this is a very difficult question. One recent discovery, which was unexpected and particularly fascinating were dimeric cyclic diarylheptanoids. These dimeric cyclic diarylheptanoids form a new class of natural products. We discovered them in Zostera marina, a species of seagrasses from the Baltic Sea. Another highlight of my career is the coining of the term "chemophenetics" as a substitute for "chemosystematic" or "chemotaxonomic" in an era. This new term was in my view need, because today phylogenies are nearly exclusively based on DNA-sequences and not on phenetic characters. Therefore, the occurrence or non-occurrence of specialized natural products in a particular species of plants is not really relevant anymore to deduct phylogenies. The terms "chemosystematics" and "chemotaxonomy" have thus become misleading, implying that the scientists using them are not aware of this fact.

5. Which discovery, idea, or publication of another researcher has had the greatest impact on your way of thinking about science?

Here, in my personal field of science, I would choose the development and fundamental changes brought in systematics by the possibility to construct phylogenies based on DNA-sequence data. These developments culminated in the current Angiosperm Phylogeny Group IV (APG IV) system, which is based on solid and verifiable scientific data. In contrast, former botanical systems, such as the ones from Arthur Cronquist and Armen Takhtajan, which prevailed until the 1980s, were still influenced by the personal preferences and decisions of their respective authors.

On the other hand, in medical science, I would see the current discoveries of the wide-ranging impacts of the human microbiome on human health as the most fascinating emerging field.

6. How can your research influence people’s everyday lives or the development of technology/society?

My research is very fundamental research and as such not directly linked to any patents or new therapies. Therefore, it finds no immediate application in industry or health care. In the longer run however, some of the natural products we discover, might be used as starting points in the development of new bio-actives, useful e.g., for human health, animal health, or in agriculture. More tangibly, our research gives emphasis to the fact that safeguarding the biodiversity in nature is not only important for its beauty and immense intrinsic value, but, from a human perspective, also for egoistic reasons. Currently undiscovered natural products can help solving many unaddressed needs in human medicine. These natural products would disappear undiscovered, if their source species would vanish due to human overexploitation of ecosystems.

7. If you had unlimited resources and a research team, what project would you like to carry out?

Having a team of unlimited size and having unlimited access to scientific equipment, I would set out to perform a complete chemophenetic survey of the world flora. Parallel teams with like-minded scientists would in parallel perform similar research programmes focused on marine organisms and micro-organisms. 

Due to my geographic background and personal expertise, I would start my survey including isolation and structure elucidation of all specialized natural products detectable within the European flora. I am convinced that such surveys would lead to a plethora of new chemical substances, new sources of already known bioactive compounds, completely new chemical scaffolds, and new mechanisms of bioactivity. In particular compounds with new scaffolds and with new bioactivities could then be further developed by teams of medicinal chemists to new medical drugs for human and animal health.

8. One piece of advice for young people considering a scientific career.

This a nice last question and I would like to cite the most useful advice, I had received myself as a young scientist, while visiting the Botany Department of the University of Vienna. Tod F. Stuessy, who was leading the department at the time, told me in light of my unsatisfactory position as an associate professor at the University of Innsbruck: "Perseverance is the key". He meant perseverance is the key to success. This maxim definitely holds true for a career in science, but its applicability goes way beyond it.