Projekt naukowy z zakresu psychologii społecznej usiłuje odpowiedzieć na pytania: Czy praktyka uważności pomaga w redukowaniu negatywnych reakcji na wykluczenie w relacjach międzygrupowych? Czy działa szczególnie wśród osób, którym może być najbardziej potrzebna – osób z wysokim poziomem narcyzmu grupowego?

fot. Michał Łepecki We współczesnym świecie kontakty między różnymi kulturowo, narodowo czy ideologicznie grupami obfitują w sytuacje, w których członkowie jednej grupy mogą czuć się wykluczeni przez inną grupę (niezależnie od intencji czy możliwości tej ostatniej). Niektóre osoby interpretują takie sytuacje jako zagrożenie dla dobrego imienia grupy i reagują na nie agresywnie. Takie osoby często tworzą lub zasilają radykalne organizacje niestroniące od agresywnych reakcji. Badania pokazują, że członków takich organizacji charakteryzuje wysoki poziom narcyzmu grupowego, czyli przekonania, że ich grupa jest niezwykle ważna, zasługuje na uprzywilejowane traktowanie, ale nie jest wystarczająco doceniana przez innych. Prowadzone przez PrejudiceLab badania poszukują sposobu zapobiegania radykalizacji takich osób. Nasz projekt badawczy ma podwójny cel: (1) określenie czy wykluczenie własnej grupy szczególnie dotyka osoby, które hołdują narcystycznym przekonaniom na temat własnej grupy i czy szczególnie te osoby reagują odwetową agresją, oraz (2) czy praktyka uważnej wdzięczności – pomagająca regulować negatywne emocje i reaktywność na negatywne bodźce – może obniżyć te skłonności.

fot. Michał Łepecki Praktyka uważności i uważnego przeżywania emocji wiążących nas z innymi kształtuje zdolność konstruktywnego radzenia sobie z poczuciem zagrożenia i negatywnymi emocjami, również w sytuacji odrzucenia przez innych oraz obniża także uprzedzenia. Nie wiadomo czy praktyka uważnej wdzięczności może obniżać agresję w relacjach międzygrupowych wśród osób, które są szczególnie skłonne do agresji, takich, jak narcyzi grupowi. Można jednak sądzić, że praktyka uważnej wdzięczności może być wśród takich osób szczególnie skuteczna. Narcyzi grupowi wyjątkowo mocno reagują na sytuacje zagrożenia dobrego imienia ich grupy, prawdopodobnie dlatego, że, jak pokazują badania, nie potrafią oni w sposób konstruktywny radzić sobie z negatywnymi emocjami.

Dotychczasowe wyniki uzyskane w ramach projektu potwierdzają, że sama obserwacja wykluczenia własnej grupy jest bolesna, nawet jeśli osoby jedynie obserwują tą sytuację a same nie są wykluczane. Osoby, które hołdują przekonaniom narcystycznym wskazują na szczególnie negatywne emocje obserwując wykluczenie grupy własnej, przeżywają także podwyższony stres fizjologiczny oraz zachowują się agresywnie wobec osób z wyłączającej grupy. Nasze badania pokazują także, że krótki trening uważności obniża uprzedzenia wśród osób o poglądach narcystycznych, a także ich negatywne reakcje emocjonalne na wykluczenie grupy własnej.

Obecnie prowadzimy badania nad efektami długotrwałego autorskiego treningu uważnej wdzięczności na redukcję uprzedzeń i agresji odwetowej wśród narcyzów grupowych. Planujemy także badania ze skanowaniem aktywności mózgu, aby zrozumieć proces psychologiczny odpowiedzialny za reakcje narcyzów grupowych podczas wykluczenia i podczas treningu uważności.

Projekt dotyczy badań polarytonów ekscytonowych, niezwykle interesujących cząstek kwantowych, które mogą znaleźć zastosowania w różnorodnych dziedzinach, takich jak niezwykle dokładne pomiary interferometryczne, lasery o ultraniskiej mocy, czy też przetwarzanie informacji z bardzo małymi stratami energii.

fot. Michał Łepecki Polarytony ekscytonowe powstają w materiałach półprzewodnikowych o specjalnie zaprojektowanej strukturze, na skutek silnego sprzężenia fotonów z ekscytonami, czyli cząstkami materialnymi złożonymi z elektronu i "dziury". Polarytony, są cząstkami mającymi strukturę "kota Schrodingera" –  stan kwantowy zawiera dwie alternatywy: kot żywy, gdy ekscyton istnieje lub martwy, gdy zamiast ekscytonu w układzie znajduje się foton.

Projekt InterPol ma na celu realizację w warunkach laboratoryjnych sieci polarytonowych jako półprzewodnikowej platformy dla symulacji kwantowych. Głównym celem jest osiągnięcie reżimu silnych korelacji kwantowych, w którym oddziaływania pojedynczych polarytonów przeważą dekoherencję, związaną ze stratami fotonów, co umożliwi stworzenie prostych symulatorów kwantowych. Projekt może odegrać znaczącą rolę w rozwoju łatwiej dostępnych technologii kwantowych, a także przyczynić się do zrozumienia fizyki układów nierównowagowych w nanoskali.

fot. Michał Łepecki Realizacja projektu podzielona została na pięć zadań badawczych. Pierwsze polegało na stworzeniu statycznych sieci polarytonowych za pomocą specjalnie opracowanych metod nakładania warstw atomowych oraz wytrawiania struktur o określonej geometrii. Następnie zaplanowano stworzenie sieci o zmiennej geometrii, dzięki zastosowaniu nowatorskich metod sprzężenia światła z materią. W etapie trzecim uzyskane próbki zostały użyte do stworzenia kwantowych faz w reżimie silnych korelacji. W kolejnym kroku zostanie zastosowana tzw. ochrona topologiczna stanów kwantowych, co pozwoli znacząco wydłużyć ich czas życia. Osobnym zadaniem jest opracowanie zupełnie nowych modeli teoretycznych układów polarytonowych, co jest niezbędne  do pełnego zrozumienia obserwacji eksperymentalnych. Strona polska uczestniczy w pracach teoretycznych, wspomagając prowadzone eksperymenty oraz rozwijając teorię faz kwantowych.

fot. Michał Łepecki Główne dotychczasowe osiągnięcia projektu obejmują syntezę i charakterystykę dwuwymiarowych siatek Lieba  i mikrofilarów w celu zbadania silnego oddziaływania polarytonów oraz wytworzenie sieci polarytonowych w tzw. otwartej wnęce. Są to podstawowe układy, które pozwolą na zaimplementowanie symulatorów kwantowych. Badania eksperymentalne układów sieciowych doprowadziły do obserwacji emisji chiralnego światła z mikrolaserów, solitonów w przerwie energetycznej i płaskich pasm energetycznych w układach  polarytonowych. Ponadto, w siatce o strukturze plastra miodu utworzono sztuczne pola cechowania dla fotonów, co jest narzędziem niezwykle przydatnym w symulacjach kwantowych. W dwuwymiarowych sieciach Lieba zaobserwowano efekt sprzężenia spinowo-orbitalnego, rozszczepienie polaryzacji i stany topologiczne. Od strony teoretycznej opracowano nową metodę badania dysypatywnego modelu Bosego-Hubbarda, co doprowadziło do odkrycia interesującego bistabilnego kryształu czasu.

Do najciekawszych wyników uzyskanych przez polską grupę należy zaproponowanie idei i realizacja eksperymentalna sieci polarytonowej, umożliwiającej implementację uczenia maszynowego w układzie kwantowym. Koncepcja ta jest obecnie intensywnie rozwijana we współpracy z grupami doświadczalnymi, a także stała się inspiracją dla nowego projektu NCN realizowanego w konsorcjum z grupą doświadczalną z Uniwersytetu Warszawskiego.

Energia słoneczna napędza życie na naszej planecie poprzez fundamentalny proces fotosyntezy. Naturalne fotosystemy stanowią duże membranowe kompleksy białkowe, wiążące doskonale zorganizowane przestrzennie układy kofaktorów transportu elektronowego i pigmentów, tworząc w ten sposób wysoko wydajne makromolekularne nanomaszyny do przekształcania energii słonecznej w energię chemiczną. Konwersja energii słonecznej w paliwo jest prawdopodobnie najbardziej atrakcyjnym sposobem produkcji czystej energii w dobie coraz większego zapotrzebowania energetycznego naszej cywilizacji. W erze globalnych zmian klimatycznych, których dobitnie doświadczamy na co dzień, istnieje pilna potrzeba, aby dogłębnie zrozumieć molekularne mechanizmy procesu fotosyntezy, szczególnie w warunkach ekstremalnych, podobnych do tych, w których powstały pierwsze formy życia.

fot. Michał Łepecki Struktura aparatu fotosyntetycznego jednokomórkowego krasnorostu Cyanidioschyzon merolae, ekstremofilnej mikroalgi z wulkanicznych gorących źródeł, dowodzi, iż ten organizm jest ewolucyjnym ogniwem pośrednim pomiędzy cyjanobakteriami a roślinami wyższymi. Nasz projekt miał na celu poznanie, w jaki sposób aparat fotosyntetyczny tej termofilnej i kwasolubnej mikroalgi reguluje swoją funkcję w ekstremalnych warunkach środowiskowych. W tym celu zbadaliśmy: (1) dynamiczne zmiany struktury układów antenowych (wychwytujących energię słoneczną) związanych z fotosystemami I i II (PSI i PSII) w komórkach C. merolae w zmieniających się warunkach ilości i jakości spektralnej światła; (2) szybkość wymiany cząsteczek substratowych wody w centrum katalitycznym PSII (enzymu rozszczepiającego wodę pod wpływem światła słonecznego); (3) poznanie roli karotenoidów: pigmentów zidentyfikowanych w kompleksach PSI i PSII z C. merolae, chroniących aparat fotosyntetyczny przed nadmiarem światła. Dodatkowym celem było (4) zbadanie kinetyki wczesnych procesów konwersji energii słonecznej, w tym szlaków transferu zaabsorbowanych kwantów światła w fotosystemach wyizolowanych z tej ekstremofilnej mikroalgi.

fot. Michał Łepecki Pokazaliśmy, że oba fotosystemy wyizolowane z tego fascynującego ekstremofila cechują się wyjątkową stabilnością w ekstremalnych warunkach pH, temperatury i oświetlenia. Co więcej, wydajność kwantowa enzymu rozszczepiającego wodę (PSII) pozostaje niezmieniona niezależnie od warunków oświetlenia. Stosując wysoce interdyscyplinarne podejście badawcze z użyciem biochemicznych, biofizycznych, proteomicznych i zaawansowanych metod mikroskopowego obrazowania pojedynczych kompleksów fotosyntetycznych określiliśmy następujące molekularne mechanizmy fotoadaptacji apaparatu fotosyntetycznego C. merolae do zmiennych warunków oświetlenia: (i), akumulacja fotoprotekcyjnych pigmentów (zeaksantyny i β-karotenu) w kompleksach antenowych oraz w fotosyntetycznych centrach reakcji; (ii), dynamiczne zmiany struktury zarówno anten, jak i centrów reakcji fotochemicznych w kompleksach PSI i PSII, na poziomach białkowym i pigmentowym, które umożliwiają wydajniejszą utylizację światła słonecznego dla metabolizmu komórkowego; i (iii) niezmieniona kinetyka reakcji fotosyntetycznego rozszczepienia wody w kompleksie PSII z C. merolae w porównaniu z jego odpowiednikami z organizmów mezofilnych.

Precyzyjne określenie molekularnych mechanizmów regulujących fotoprotekcję i wysoką stabilność aparatu fotosyntetycznego ekstremofilnego jednokomórkowego krasnorostu C. merolae jest istotne dla zrozumienia procesów wydajnej konwersji energii słonecznej i zachowania komórkowej homeostazy energetycznej w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Zdobyta w naszym projekcie wiedza ma zatem duży potencjał translacyjny. Ułatwi ona bowiem opracowanie lepszych niż dotąd strategii wytworzenia wydajnych i stabilnych biomimetycznych urządzeń konwertujących energię słoneczną w czyste paliwo, zwykle działających w warunkach ekstremalnych, a tym samym przyczyni się do wydajniejszego wytworzenia czystej energii.

Inspiracją do podjęcia tematyki zgłębianej przez nas w ramach projektu finansowanego w konkursie SONATA BIS jest znaczący wzrost lekooporności u mikroorganizmów, który obserwuje się od ponad 30 lat. Leki, na których dotąd polegaliśmy, przestają działać, ponieważ patogenne bakterie i grzyby wykształcają specyficzne mechanizmy obronne, dzięki którym stają się odporne na ich działanie. W naszych badaniach skupiamy się na zrozumieniu korelacji między sposobem koordynacji, termodynamiczną stabilnością, strukturą i mechanizmem działania kompleksów peptydów przeciwdrobnoustrojowych z jonami metali.

fot. Michał Łepecki Peptydy przeciwdrobnoustrojowe (ang.: antimicrobial peptides, AMP) są często uważane za potencjalnie nową klasę terapeutyków. Nadzieją napawa fakt, że pomimo tego, że istnieją od milionów lat to, poza nielicznymi wyjątkami, mikroby nie wykazują wobec nich oporności.

Biologicznie niezbędne metale, takie jak cynk – Zn(II) i miedź – Cu(II), mają dwojaki wpływ na aktywność peptydów przeciwdrobnoustrojowych: (1) AMP wiążą je, dzięki czemu mikroby nie dostają wystarczającej ilości metali istotnych dla ich przeżycia i zjadliwości (wychwytywanie jonów metali, odporność odżywcza) lub (2) AMP potrzebują danego jonu metalu do wzmocnienia ich działania przeciwdrobnoustrojowego (jony metali wpływają na ładunek/strukturę AMP). Zgodnie z moją najlepszą wiedzą, wcześniej nie istniały żadne badania dokumentujące związek między zdolnością AMP do wiązania jonów metali, ich strukturą, sposobem działania i aktywnością biologiczną – ta nowatorska tematyka stała się główną domeną badawczą mojego zespołu, wspomaganego zespołem naszej konsorcjantki, dr Agnieszki Matery-Witkiewicz z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu.

Skupiliśmy się na termodynamice, strukturze i chemii koordynacyjnej wybranych AMP z Zn(II) i/lub Cu(II). Porównaliśmy te dane z wynikami aktywności biologicznej kompleksów metal-AMP z wybranymi szczepami bakterii i grzybów oraz z wynikami testów cytotoksyczności na odpowiednich liniach komórkowych, co pozwoliło nam wyciągnąć wnioski dotyczące zależności pomiędzy strukturą i stabilnością kompleksu metal-AMP, a jego sposobem działania i skutecznością.

Badania, finansowane omawianym projektem SONATA BIS i otrzymanymi później PRELUDIUM BIS, PRELUDIUM i OPUS (kierownikiem ostatniego z wymienionych jest dr Joanna Wątły), zaowocowały szeregiem istotnych osiągnięć. Odkryliśmy między innymi, że koordynacja cynku(II) do niektórych AMP pociąga za sobą specyficzną zmianę strukturalną i morfologiczną, która z kolei sprawia, że kompleksy efektywnie zwalczają grzybowe patogeny. Tego typu zjawiska zaobserwowaliśmy dla analogów ludzkiej amyliny i dla peptydów z grupy szeferyn.

Ekscytujące wyniki uzyskaliśmy w przypadku kompleksów Cu(II) i Zn(II) z PvHCt, peptydem przeciwdrobnoustrojowym wyizolowanym z krewetki. Koordynacja miedzi(II) bardzo silnie wpływa na jego strukturę i właściwości przeciwdrobnoustrojowe, wykazując wyraźny i fascynujący związek między koordynacją metalu, strukturą i funkcją. Intryguje fakt, że PvHCt hamuje wzrost mikroorganizmów tylko w obecności jonów metali, w szczególności Cu(II), która koordynuje do centralnej części peptydu i do jego C-końcowej części, indukując zmianę strukturalną, zwiększając odsetek α-helisy i inicjując tworzenie się reaktywnych form tlenu. Koordynacja Cu(II) ma bardzo wyraźny wpływ na aktywność przeciwdrobnoustrojową kompleksu, czyniąc go aktywnym przeciwko E. coli, MRSA i E. faecalis, z dość obiecującą wartością MIC = 16 µg/ml.

Zespół Biologicznie Aktywnych Metalopeptydów. Na zdjęciu, od lewej stoją: Kinga Garstka, Emilia Dzień, Silke Andra, Natalia Nogala, Dorota Dudek, Aleksandra Hecel-Czaplicka; siedzą, od lewej: Adriana Miller, Magdalena Rowinska-Żyrek, Valentyn Dzyhovskyi, Joanna Wątły. Fot. Dominika Hull, UWr

Wskazaliśmy również wpływ lokalnej zmiany ładunku kompleksów AMP na ich aktywność biologiczną oraz opisaliśmy rolę pre-organizacji miejsca wiążącego Zn(II) na właściwości biologiczne tworzącego się kompleksu z klawaniną. Wyniki prac opisaliśmy w ponad dwudziestu renomowanych publikacjach, a naszej fascynacji kompleksami peptydów przeciwdrobnoustrojowych nie widać końca – obecnie próbujemy „iść o krok dalej” i wzmocnić ich stabilność proteolityczną, czyniąc omawiane kompleksy bardziej stabilnymi biologicznie. Dłuższy czas półtrwania w organizmie przełożyłby się na realną możliwość wykorzystania kompleksów AMP w terapii, dlatego obecnie pracujemy nad tym, żeby rozwiązać ten problem za pomocą tzw. peptydów-inverso, które mają odwrócone sekwencje i chiralność w stosunku do ich cząsteczek macierzystych, jednocześnie zachowują identyczny układ łańcuchów bocznych, a w niektórych przypadkach podobną strukturę. Obecność D-aminokwasów, która skutkuje odwróconą chiralnością, czyni je mniej podatnymi na degradację proteolityczną, przezwyciężając główną wadę leków opartych na peptydach – ich brak stabilności.

Wydaje się, że zarówno AMP, jak i peptydy retro-inverso są prawdziwą skarbnicą do odkrywania nowych, bezpiecznych leków o wydłużonym okresie półtrwania i zwiększonym potencjale jako nowe leki, ale to nie jedyny powód, dla którego nad nimi pracujemy. Z punktu widzenia chemika nasza praca to również wybitnie ciekawy poznawczo, solidny wkład w ogólną wiedzę o pięknej, podstawowej chemii bionieorganicznej (jeszcze nie zbadanych) kompleksów peptydów retro-inverso z Zn(II) i Cu(II).