Dr hab. Ewelina Maculewicz profesor WIML jest biologiem molekularnym, genetykiem i ekspertem w dziedzinie fizjologii wysiłku. Kieruje Zakładem Badań Biomedycznych i Wzmacniania Organizmu Ludzkiego w Wojskowym Instytucie Medycyny Lotniczej. Bada genetyczne uwarunkowania nadwagi i otyłości, odporności na stres, podatności na kontuzje, zdolności regeneracyjnych i predyspozycji do ekstremalnego wysiłku fizycznego. Dostała stypendium Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla wybitnych młodych naukowców, a prowadzone przez nią badania zostały nagrodzone jako Innowacyjny projekt WIML w finale 8. edycji konkursu „Zdrowa Przyszłość – Inspiracje” 2025.

PAP: Kiedy słyszymy o modernizacji armii, myślimy o myśliwcach F-35, czołgach, rakietach i nowych systemach uzbrojenia. Dlaczego w tej samej rozmowie powinno pojawić się miejsce dla genetyki?

Prof. Ewelina Maculewicz: Bo za sterami F-35 siedzi człowiek, nie robot. To pilot podejmuje decyzje pod ogromną presją czasu i przeciążeń, operator na ziemi obsługuje nowoczesne, skomplikowane systemy uzbrojenia, a dowódca na polu walki bierze bezpośrednią odpowiedzialność za ludzi i sprzęt wart miliardy. Technologia jest niezwykle ważna, ale bez człowieka pozostaje tylko narzędziem.

Nowoczesna armia zaczyna się od żołnierza, a on nie jest robotem z fabryki, tylko żywym organizmem, który ma swoje biologiczne granice. Możemy inwestować gigantyczne sumy w najnowocześniejszy sprzęt, ale jeśli nie będziemy inwestować również w zdrowie, sprawność psychofizyczną i odporność ludzi, nie wykorzystamy pełni możliwości tej technologii.

Dlatego w Wojskowym Instytucie Medycyny Lotniczej interesuje nas coś więcej niż tylko leczenie zaistniałych chorób. Naszym celem jest wyprzedzenie faktów, czyli głęboka profilaktyka. Chcemy precyzyjnie wiedzieć, jak organizm konkretnego człowieka reaguje na ekstremalne przeciążenia, stres pola walki, niedobory snu, intensywny wysiłek fizyczny czy wieloletnią służbę w skrajnie trudnych warunkach. To właśnie w tym miejscu swoją kluczową rolę znajduje współczesna biologia molekularna i genetyka.

PAP: To brzmi trochę jak science fiction. Czy badanie DNA może dziś jednoznacznie wskazać, kto będzie wybitnym żołnierzem albo elitarnym pilotem?

E.M.: Samo badanie genetyczne nie. I bardzo zależy mi na tym, żeby to wyraźnie podkreślić: nasze badania absolutnie nie służą odrzucaniu ludzi, ale - wraz z innymi badaniami - mają wspierać wojskowy system zarzadzania talentami. Nie jesteśmy i nigdy nie będziemy w stanie spojrzeć na wynik samego testu genetycznego i powiedzieć: „ten człowiek idealnie nadaje się do służby, a ten się nie nadaje”. Współczesna nauka po prostu nie daje jeszcze takich możliwości.

Genetyka jest tylko jednym z elementów, choć niezwykle ważnym, bardzo skomplikowanej układanki. O tym, jak ostatecznie funkcjonujemy w ekstremalnych warunkach, decyduje tak zwany fenotyp, czyli wypadkowa naszych genów oraz środowiska. Składają się na to m.in. genom człowieka, codzienna aktywność fizyczna, dieta, higiena snu, poziom chronicznego stresu czy nawet wpływ wcześniejszych doświadczeń życiowych i przebyte infekcje. Badania genetyczne traktujemy głównie jako zaawansowane narzędzie profilaktyczne. Pomagają nam one lepiej zrozumieć unikalną mapę organizmu danego żołnierza i znacznie wcześniej zauważyć potencjalne obszary ryzyka, zanim jeszcze zamanifestują się one w postaci kontuzji czy choroby.

PAP: Jak wiele jesteśmy w stanie wyczytać z ludzkiego DNA?

E.M.: Znacznie więcej niż większości ludzi się wydaje, ale diabeł tkwi w szczegółach. Dwie przypadkowe, niespokrewnione osoby są do siebie podobne genetycznie w około 99,6 do 99,9 procenta. Różni nas zaledwie mikroskopijny ułamek procenta materiału genetycznego, ale właśnie ten ułamek odpowiada za całą pulę różnic między ludźmi – od koloru oczu, przez metabolizm, aż po strukturę tkanek.

To dlatego w warunkach poligonowych czy sportowych widzimy fascynujące zjawisko: dwie osoby mogą trenować identycznie, jeść dokładnie to samo z jednej kuchni polowej, mieć ten sam schemat dnia, a mimo to osiągać zupełnie inne efekty. Jeden żołnierz błyskawicznie poprawi swoją wydolność tlenową i bez problemu zniesie gigantyczne obciążenia marszowe, a u drugiego, przy tym samym reżimie, znacznie szybciej pojawią się stany przeciążeniowe, bolesne kontuzje ścięgien albo syndrom przewlekłego zmęczenia. My w naszych laboratoriach staramy się precyzyjnie zrozumieć molekularne podłoże tych różnic.

PAP: Co najbardziej interesuje samych żołnierzy, którzy zgłaszają się na badania do WIML?

E.M.: Paradoksalnie to wcale nie parametry stricte wysiłkowe czy siłowe budzą największe emocje, lecz metabolizm. Największym zainteresowaniem cieszą się zaawansowane badania nutrigenetyczne, czyli te związane z genetycznymi predyspozycjami do nadwagi, otyłości oraz szeroko pojętych zaburzeń metabolicznych.

Analizujemy między innymi polimorfizmy genów odpowiedzialnych za regulację łaknienia i odczuwania sytości, takich jak gen FTO czy geny receptorów leptyny i melanokortyn. Okazuje się, że nie wszyscy odczuwamy sytość w tym samym momencie na poziomie neurologicznym. U części osób sygnał „jestem najedzony” dociera do mózgu ze znacznym opóźnieniem – dopiero wtedy, gdy przyjmą one znacznie więcej pożywienia niż ktoś, u kogo ten biologiczny bezpiecznik jest ustawiony na standardowym poziomie.

Badamy również predyspozycje do insulinooporności, skłonności do podwyższonego poziomu glukozy, niekorzystnego profilu lipidowego (cholesterol) czy uwarunkowanego genetycznie efektu jo-jo po redukcji masy ciała.

Żebyśmy się dobrze zrozumieli: rozmawiamy o ludziach zdrowych. Powiedziałabym nawet, że ponadprzeciętnie zdrowych, ponieważ aby w ogóle dostać się do jednostek elitarnych czy wojsk lotniczych, ci kandydaci musieli przejść przez sito wyjątkowo restrykcyjnych, wieloetapowych testów i badań lekarskich. Nasze badania genetyczne wskazują na predyspozycje do wystąpienia m.in. chorób metabolicznych, które mogą, ale nie muszą się rozwinąć w przyszłości. Właśnie dlatego, że ich organizmy pracują na najwyższych obrotach, warto o tych niuansach wiedzieć odpowiednio wcześniej.

PAP: Załóżmy hipotetyczną sytuację: przychodzi do państwa zdrowy, sprawny komandos albo lotnik. Badania DNA wykazują u niego podwyższone ryzyko otyłości lub nagłych zaburzeń metabolicznych w przyszłości. Co dzieje się dalej?

E.M.: Nic dramatycznego ani dyskwalifikującego. Nie wysyłamy raportu do dowództwa z wnioskiem: „ten żołnierz ma gorsze geny, proszę go zwolnić ze służby”. Wręcz przeciwnie – zyskujemy potężny atut w postaci czasu. Mamy unikalną szansę, aby zareagować i zmodyfikować jego nawyki, zanim pojawi się problem zdrowotny.

W takim przypadku analizujemy kompleksowo skład ciała, aktualne wyniki badań laboratoryjnych z krwi, dotychczasowy sposób odżywiania, charakterystykę wysiłku na danym stanowisku oraz tempo regeneracji organizmu. Następnie wielodyscyplinarny zespół specjalistów – lekarzy, dietetyków i fizjologów – przygotowuje dla niego uszyte na miarę, indywidualne zalecenia. Może się okazać, że ten konkretny człowiek, ze względu na swój profil genetyczny, musi drastycznie zmienić proporcje makroskładników w diecie, przesunąć godziny posiłków, wdrożyć bardzo konkretną suplementację celowaną lub po prostu częściej kontrolować wybrane parametry biochemiczne. To jest właśnie esencja medycyny personalizowanej XXI wieku.

PAP: Jaki przykład z państwa codziennej pracy najlepiej obrazuje praktyczną wartość takich analiz?

E.M.: Bardzo obrazowym przykładem jest metabolizm witaminy D. W naszym instytucie rutynowo oznaczamy jej rzeczywisty poziom we krwi, a jednocześnie analizujemy geny bezpośrednio związane z jej transportem i konwersją, takie jak gen receptora witaminy D (VDR) czy gen białka wiążącego (GC).

Zdarza się, że w wynikach widzimy głęboki niedobór witaminy D we krwi i jednocześnie obecność specyficznych wariantów genetycznych, które drastycznie spowalniają jej przyswajanie. Dla żołnierza to kluczowa informacja, gdyż taki niedobór uderza w mineralizację kości, pracę mięśni i wydłuża regenerację układu ruchu, od którego sprawności może zależeć wykonanie misji naszego pilota czy komandosa. Standardowe dawki są niewystarczające i konieczna jest indywidualna konsultacja ze specjalistą i ustalenie właściwej suplementacji.

Idąc dalej tym tropem, badane są też geny COL1A1 i COL5A1 odpowiedzialne za produkcję kolagenu typu I i V, budującego ścięgna i więzadła. Szacujemy w ten sposób podatność na urazy przeciążeniowe, w tym na bolesne tendinopatie – czyli przewlekłe stany zapalno-zwyrodnieniowe struktur takich jak ścięgno Achillesa. Kiedy wiemy, że tkanka łączna danej osoby ma słabszą architekturę, modyfikujemy jego plany treningowe, nim dojdzie do zerwania. Zamiast czekać na kontuzję, podajemy suplementacje, w tym wysokie, celowane dawki kolagenu z witaminą C, zabezpieczając aparat ruchu przed zużyciem.

PAP: Coraz głośniej mówi się o uszkodzeniach genomu wywołanych trudnymi warunkami służby. Czy w WIML badacie również to, jak promieniowanie jonizujące wpływa na DNA żołnierzy? Czy można zobaczyć fizyczne uszkodzenia chromosomów?

E.M.: Tak, i to jest jeden z absolutnie kluczowych projektów medycyny przyszłości, który realizujemy w naszym Instytucie. Nie badamy wyłącznie tego, jakie uwarunkowania genetyczne ma żołnierz, ale sprawdzamy, jak skrajne czynniki środowiskowe modyfikują jego materiał genetyczny podczas służby.

Pilotowanie odrzutowców, skoki spadochronowe z ogromnych wysokości, praca w systemach radarowych, ekspozycja na substancje toksyczne czy toksyczny stres pola walki generują wysoki stres oksydacyjny. Wolne rodniki dosłownie bombardują jądra komórkowe, co może prowadzić do mutacji i pęknięć nici DNA.

W naszych instytucie jesteśmy w stanie te uszkodzenia fizycznie monitorować za pomocą zaawansowanych testów cytogenetycznych, badając różne aberracje chromosomowe. Oceniamy destabilizację genomu, sprawdzając, czy w leukocytach krwi obwodowej żołnierza dochodzi do pęknięć chromosomów, powstawania tak zwanych chromosomów dwucentrycznych czy formowania się mikrojąder. Mówiąc obrazowo: widzimy, czy i w jakim tempie pod wpływem ekstremalnej służby ulegają przeciążeniu naturalne mechanizmy obronne organizmu.

Co więcej, analizujemy aktywność genów białek odpowiedzialnych za naprawę DNA. Jeśli żołnierz ma wrodzone, mniej efektywne warianty enzymów naprawczych, a jego chromosomy wykazują wysoki stopień uszkodzeń strukturalnych, to dla nas czerwony alert. Taki człowiek potrzebuje pogłębionej diagnostyki i objęcia opieką i profilaktyką medyczną, zanim zmiany staną się nieodwracalne i doprowadzą do chorób somatycznych.

PAP: Prowadzili państwo również badania dotyczące metabolizmu mleczanu. Podobno z perspektywy fizjologii wysiłku niektórzy żołnierze po skrajnym obciążeniu nie powinni kłaść się na łóżko, by odpocząć.

E.M.: Intensywny wysiłek zmusza mięśnie do przejścia na metabolizm beztlenowy, czego efektem jest produkcja mleczanu. To właśnie on odpowiada za charakterystyczne pieczenie mięśni odczuwane podczas bardzo intensywnego wysiłku. Wbrew obiegowym opiniom mleczan nie jest jednak sprawcą tzw. zakwasów. Organizm usuwa go stosunkowo szybko – zwykle w ciągu kilkudziesięciu minut, maksymalnie godzinie po zakończeniu wysiłku.

To, co potocznie nazywamy zakwasami, i co boli dopiero następnego dnia lub dwa dni po treningu, to zupełnie inne zjawisko. Mówimy wtedy o tzw. DOMS, czyli zespole opóźnionego bólu mięśniowego. Jest on związany z mikrouszkodzeniami włókien mięśniowych i kontrolowanym stanem zapalnym, który uruchamia proces odbudowy oraz adaptacji mięśni do obciążeń. Z kolei nagłe skurcze pojawiające się podczas lub po wysiłku najczęściej wynikają z przemęczenia układu nerwowego, odwodnienia oraz zaburzeń gospodarki elektrolitowej.

I właśnie tutaj zaczyna się rola genetyki. Analizujemy geny odpowiedzialne za transport monokarboksylanów, czyli tzw. transportery MCT. To one decydują o tym, jak sprawnie komórki potrafią usuwać i wykorzystywać mleczan. U części osób proces ten przebiega bardzo szybko, u innych znacznie wolniej.

Dzięki temu wiemy, że nie istnieje jeden uniwersalny model regeneracji dla wszystkich. Dla niektórych żołnierzy najgorszym rozwiązaniem po ekstremalnym wysiłku będzie położenie się na kanapie i całkowity bezruch. W ich przypadku znacznie lepiej sprawdzi się aktywna regeneracja – marsz, spokojny bieg czy jazda na rowerze – ponieważ podtrzymanie krążenia przyspiesza usuwanie metabolitów i powrót organizmu do równowagi. U innych większe znaczenie będzie miała szybka odbudowa zasobów energetycznych, odpowiednia podaż elektrolitów, sen czy zabiegi wspomagające regenerację.

Takie podejście nie jest zresztą niczym rewolucyjnym w najbardziej zaawansowanych armiach świata. W Stanach Zjednoczonych badania predyspozycji biologicznych, indywidualizacja żywienia, monitorowanie regeneracji czy profilowanie ryzyka urazów od lat stanowią element nowoczesnej medycyny wojskowej. W Polsce wciąż znajdujemy się głównie na etapie programów pilotażowych i projektów naukowych. Mamy wiedzę, mamy kompetencje i zainteresowanie samych żołnierzy, ale skala działań jest ograniczana przez finansowanie.

A stawka jest wysoka. Czołg, samolot czy system rakietowy można kupić. Doświadczonego pilota, operatora czy żołnierza sił specjalnych nie da się kupić ani wyszkolić w kilka miesięcy. Dlatego przyszłość nowoczesnej armii nie będzie polegała wyłącznie na inwestowaniu w coraz lepszy sprzęt. Będzie polegała również na tym, by jak najdłużej utrzymać człowieka na szczycie jego możliwości. I właśnie temu służy medycyna przyszłości.

Rozmawiała Mira Suchodolska (PAP)

mir/ zan/