Aktuální vědecké projekty a nejnovější poznatky v oblasti složitých funkcí genů a jejich interakcí nejen v lidském organismu, vývoj nových diagnostických metod a postupů při léčbě běžných i vzácných chorob, výzkum biologicky aktivních látek včetně chemoterapeutik, proteinové a tkáňové inženýrství a jejich využití v praxi. To jsou jen některá z témat mezinárodní konference nazvané Dny BIOCEV, na níž se 17. a 18. června sešli ve Vestci u Prahy čeští i zahraniční odborníci.
Program konference byl koncipován do pěti bloků, které odrážely pět stěžejních výzkumných programů centra BIOCEV, což je společný projekt šesti ústavů Akademie věd ČR (Ústavu molekulární genetiky, Biotechnologického ústavu, Mikrobiologického ústavu, Fyziologického ústavu, Ústavu experimentální medicíny a Ústavu makromolekulární chemie) a dvou fakult Univerzity Karlovy.
Kam směřují výzkumy
Více než padesát vědeckých skupin BIOCEV se zaměřuje na funkční genomiku, buněčnou biologii a virologii, strukturní biologii a proteinové inženýrství, biomateriály a tkáňové inženýrství a vývoj léčebných a diagnostických postupů. Jak zdůraznil ředitel centra Pavel Martásek, Dny BIOCEV mají důležitou roli a v každém programovém bloku byla minimálně jedna naprosto špičková prezentace: „Jednotlivé skupiny představují buď vrchol své práce, nebo si pozvou hosty, kteří s nimi už spolupracují nebo s nimiž by eventuálně do budoucna rádi spolupracovali. Čili to je výborná příležitost navázat nové spolupráce, případně oživit ty už probíhající a zároveň prezentovat svoje významné výsledky.“
Mezi ně patří i zajímavé poznatky programu funkční genomiky, který se na myších modelech zkoumá důležitá onemocnění, včetně vzácných chorob. Těch je téměř 8000, ale každou z nich trpí na světě jen relativně malý počet lidí, takže zůstávají stranou zájmu velkých firem. „Ale tím, že poznáme dokonale charakter dané nemoci na molekulární úrovni, můžeme pak i nabídnout léčbu. Čili to je jeden z důležitých směrů našeho bádání. Dalším jsou nádorová onemocnění a nové léky. Trvale na vysoké úrovni jsou i výzkumy v oblasti strukturní biologie a další,“ říká dále ředitel BIOCEV.
Genetické příčiny poruch sluchu
Ze zahraničních účastníků Pavel Martásek vysoce ocenil především prezentaci Karen Avrahamové, proděkanky lékařské fakulty Univerzity v Tel Avivu, která se věnuje genetickým poruchám sluchu včetně hluchoty a způsobu jejich přenosu z generace na generaci. Otevírají se i nové možnosti spolupráce, protože u nás se podobnou problematikou zabývá Gabriela Pavlínková z Biotechnologického ústavu. „Loni jsme podepsali dohodu o strategické spolupráci s univerzitou v Tel Avivu, takže věříme, že se napře i tímto směrem, protože otázka nedoslýchavosti a hluchoty je pro společnost velice závažná.“
Zdravé i nemocné buňky
Ředitelka Biotechnologického ústavu AV ČR Jana Pěknicová vyzdvihla mimo jiné nové poznatky týkající se patologických stavů buňky z různých pohledů: „Ať je to nádorová biologie, nebo různé poruchy, jako např. diabetes, nebo poruchy během embryonálního vývoje, či jsou to problémy s reprodukcí.“ Základní výzkum v Biotechnologickém ústavu a centru BIOCEV pak pokračuje do oblasti diagnostiky a léčby. „Vyvinuli jsme řadu protilátek, které se už prodávají a slouží třeba k detekci patologického stavu spermií, pro výběr vhodného dárce v asistované reprodukci, atd. Translační výzkum směřuje i do oblasti léčby nádorů.“
Vše o myších
Na programu byly i přednášky týkající se funkční genomiky v BIOCEV, tedy hledání významu a funkcí genů v savčích organismech, včetně lidského. „Máme zde celý jeden pavilon – vezmete myš a vypadnou jen grafy, úplně všechno, co se dá o myších zjistit,“ říká s nadsázkou ředitelka Biotechnologického ústavu AV ČR s tím, že jeho vědci mají rovněž v uvedeném pavilonu zvěřinec, protože i patologii buňky je třeba studovat nejprve na zvířecích modelech, jimiž jsou obvykle právě tito hlodavci.
Struktura buňky i jejích bílkovin
V bloku věnovaném na Dnech BIOCEV biomateriálům a tkáňovému inženýrství přednášel Roman Matějka z Fyziologického ústavu AV ČR o výzkumu umělých náhrad pro cévy. Hovořilo se i o biomateriálech pro kloubní náhrady, pokryvech po spáleninách atd. Další oblastí zájmu vědců je podle Jany Pěknicové strukturní biologie. „Zde se dostáváme ještě o úroveň níž a díváme se na strukturu proteinů, která samozřejmě může být nejen normální, ale i „patologická“. Zajímavá jsou v tomto ohledu i místa důležitá třeba pro vazbu dalších molekul a látek.“ Marcus Braun z Biotechnologického ústavu AV ČR prezentoval na Dnech BIOCEV nové poznatky o motilitě v buňce v souvislosti s cytoskeletem, konkrétně tubulinem.
Jak pochopit dorozumívací jazyk buněk
Vítězslav Bryja z Masarykovy univerzity a Biofyzikálního ústavu AV ČR (kromě či v rámci BIOCEV spolupracuje i s vědci z dalších pracovišť AV ČR – Biotechnologického ústavu, Ústavu molekulární genetiky, Ústavu živočišné fyziologie a genetiky a Ústave biologie obratlovců) věnoval svou prezentaci signální dráze zvané Wnt. „Signální dráhou se rozumí řetězec biochemických událostí, který buňce pomůže interpretovat signál zvenku a buňka se podle něj nějak zařídí. Dráha, kterou my studujeme, se jmenuje Wnt a může mít na buňku velice různé dopady. Zatím přesně nevíme, jak se buňka rozhodne, nám se ty dráhy jeví dost podobné, ale buňka je umí velice přesně interpretovat a zachová se na jejich pokyn někdy i úplně opačně – třeba dělí se či naopak nedělí apod.
Čeho přesně se signály této dráhy týkají?
Jde o signální dráhu, kterou jedna buňka dává informace druhé v kontextu celého těla. Zjednodušeně řečeno – jedna buňka vyprodukuje bílkovinu zvanou Wnt a druhá buňka ji přijme. Existuje celý „jazyk“ oněch signálních drah – a my se ho učíme. Buňka ho umí dekódovat, ale my mu pořád přesně nerozumíme. Víme ale, že v určitou chvíli zafunguje jako jakýsi převaděč řeči bílkovina nazvaná Dishevelled – a my se snažíme pomocí metod strukturní biologie pochopit, jak její molekula vypadá. Představme si, že máme tento převaděč v 70 různých stavech, které jsou v buňce namíchané dohromady: jako bychom slyšeli 70 slov naráz. Takže se teď v první fázi snažíme ty nejdominantnější varianty fyzicky oddělit a studovat pomocí biochemických metod samostatně. Tímto způsobem se snažíme poznat, které úpravy neboli která slova jsou relevantní, co je šum atd.
Co vám poznání uvedených signálních drah přinese, kam se dostanete dál v poznání buňky a procesů v ní?
Jednak jde o poznání obecně, o lepší porozumění přírodě. Ovšem za druhé, pokud bychom celému procesu rozuměli natolik detailně, že bychom mohli velice cíleně jednu nebo jinou větev signalizace zapnout či vypnout, otevřelo by to cestu k léčení mnoha různých chorob. Signální dráha Wnt totiž není zajímavá jen akademicky, ale je úplně zásadní z pohledu řady patologických procesů. Typicky jsou to nádorová onemocnění – nádory tlustého střeva zhruba z 90 % vznikají právě mutacemi v této dráze. Stojí též v pozadí mnoha leukémií. My sami jsme ukázali, že jedna signální dráha, jiná než u nádoru tlustého střeva, je zásadní pro rozvoj chronické lymfocytární leukémie, je spjatá s degenerativními chorobami. Jelikož to ale zatím neumíme správně dekódovat, tak ani neumíme přesně zacílit. Jakmile to jako biologové pochopíme, v té chvíli budeme i přesně vědět, na které místo v té dráze cílit.
Plán do budoucna jsou tedy jasné?
Určitě se chceme zabývat základním výzkumem a pochopit, jak daná signální dráha funguje. A pak máme aplikovanější větev práce, kdy s kolegy z Brna už vyrábíme reálné látky, tzv. inhibitory, které by dokázaly příslušnou dráhu blokovat a daly by se použít k léčbě. (AV ČR, 21.6.2019)
