V mikrosvětě jsem se našel

Působí v rámci týmu Protein Engineering ICRC v Loschmidtových laboratořích Přírodovědecké fakulty MU. V roce 2020 získal Fulbrightovo stipendium, díky kterému absolvoval semestr na Texaské univerzitě v Austinu ve skupině prof. Kennetha A. Johnsona. V letošním roce úspěšně obhájil doktorát v oboru Molekulární a buněčná biologie a genetika. Za svoji práci na téma „Racionální návrh proteinů řízený kinetickými studiemi“ získal cenu rektora MU. Zopakoval tak svůj úspěch z roku 2018, kdy byl stejně oceněn za vynikající výsledky v rámci magisterského studia. V rozhovoru nám popsal svoje vědecké začátky i úspěchy ve zkoumání „svítících“ enzymů nebo léků na mozkovou mrtvici.

Jaká byla vaše cest ke vědě?

Myslím, že jakýsi vědecký či badatelský duch v sobě má snad každé malé dítě, které od narození krůček po krůčku objevuje svět kolem sebe. Ne každému to však vydrží do dospělosti. U mě tento zájem přetrval, což je vlastně důvodem, proč jsem se cestou vědy vydal. Díky starší sestře a jejím školním poznámkám mě už asi od druhé třídy základní školy zajímala chemie – rád jsem se učil názvy chemických prvků, vyplňoval jejich značky v křížovkách a těšil jsem se, až i já budu mít tento předmět ve škole. Ačkoli mě bavila i matematika a fyzika, chemie vždy vedla. Při výběru vysoké školy jsem tedy měl celkem jasno. Zajímavé je možná jen to, že k biologii jsem nikdy neměl příliš kladný vztah a dostal jsem se k ní více do hloubky až výběrem studijního programu Biochemie, neboť jsem viděl větší potenciál v propojení chemického výzkumu s živou přírodou. Nakonec se ukázalo, že zatímco oblasti živočišné a rostlinné biologie probírané na základní a střední škole mě opravdu asi nikdy moc nenadchnou, v mikrosvětě na úrovni biomolekul, DNA a proteinů, jsem se našel. Aktuálně tak ve svém výzkumu propojuji biologii s chemií, ale i fyzikou a matematikou, takže dělám přesně to, co mě naplňuje nejvíce.

Čím konkrétně se ve výzkumu zabýváte?

V naší výzkumné skupině Loschmidtových laboratoří se obecně věnujeme proteinovému inženýrství. To znamená, že protein cíleně upravujeme tak, aby vykazoval vylepšené vlastnosti nebo se zbavil nežádoucích vedlejších účinků pro efektivnější využití v praxi. Proteiny totiž nacházejí celou řadu uplatnění, ať už jako léčiva v klinické praxi, komponenty v diagnostických kitech, anebo činidla pro produkci důležitých materiálů v biotechnologiích. Díky proteinovému inženýrství můžeme těmto molekulám zvyšovat efektivitu jejich působení, jejich tepelnou odolnost, či třeba selektivitu daného procesu, aby bylo jejich využití v praxi a v průmyslu opravdu reálné. Já se konkrétně zaměřuji mimo jiné na dvě významné skupiny proteinů. První skupinou jsou trombolytika, používaná jako léčiva pro rozpuštění krevních sraženin při cévní mozkové příhodě či infarktu myokardu. Tu druhou skupinou jsou luciferasy, bioluminiscenční „svítící“ enzymy, které se používají v diagnostických kitech, ale mohly by do budoucna sloužit i jako alternativní zdroj svícení. Všechny tyto proteiny však trpí určitými slabinami, které je potřeba odstranit, aby plnily svoji roli pro daný účel opravdu efektivně. A k tomu právě slouží úpravy pomocí proteinového inženýrství.

O čem byla Vaše doktorská práce?

Disertační práce byla zaměřena na využití pokročilých kinetických metod pro odhalení největších slabin studovaných proteinů a jejich následné odstranění. Největším kamenem úrazu proteinového inženýrství je to, že v případě nedokonalých proteinů zpočátku tak úplně nevíme, co přesně je na nich potřeba pozměnit a vylepšit, aby byly pro daný účel efektivnější. A právě detailní kinetická analýza je jedním z nástrojů, jak přesně odhalit mechanismus fungování proteinů na molekulární úrovni a zároveň identifikovat, který krok tohoto mechanismu je tzv. limitující. Díky tomu se můžeme specificky zaměřit na tuto největší slabinu a cíleně ji upravit, čímž se výrazně zvyšuje šance na úspěšně zdokonalení proteinu, než kdybychom ho náhodně upravovali „naslepo“. Touto strategií se nám podařilo vytvořit např. upravené trombolytikum s potenciálem vykazovat snížené riziko krvácení po podání, anebo vylepšenou luciferasu se stonásobně prodlouženou svítivostí pro dlouhodobé vyzařování bioluminiscenčního světla.

Jak byste vysvětlil přínos vašeho výzkumu úplnému laikovi?   

V rámci zmiňovaného projektu trombolytických proteinů chceme zdokonalit aktuální léčivo na mozkovou mrtvici a vyvinout něco účinnějšího, co by dokázalo zachránit spoustu pacientů po celém světě. Na kardiovaskulární choroby (z velké části infarkt myokardu a cévní mozkové příhody) ročně zemře téměř 18 milionů lidí, což je hrozivé číslo, takže je motivace obrovská. Co se pak týče výzkumu zaměřeného na svítící enzymy luciferasy, zde je možností několik. V diagnostické praxi se luciferasy hojně používají pro detekci různých biomarkerů (tzn. měřitelných ukazatelů) onemocnění, takže jejich vylepšení nám umožní tuto detekci ještě více zefektivnit a zvýšit její citlivost, případně rozšířit na zachycení dalších důležitých látek. Mimo klinickou praxi je zde pak obrovský potenciál využít luciferasy jako alternativní zdroj svícení oproti klasickým žárovkám. Díky systému založenému na biomolekulách by takové svícení mohlo být plně obnovitelné a udržitelné.

Přispělo nějak k vašemu úspěchu i vaše působení v ICRC?

Zcela jednoznačně. Napojení naší výzkumné skupiny právě na ICRC bylo klíčové. Díky němu jsme se dostali ke klinicky zaměřeným projektům, které jsou velice atraktivní a přinášejí obrovský přesah do našeho života. Zároveň jsme díky ICRC mohli vytvořit velké konsorcium STROKE Brno, které sdružuje odborníky z mnoha oblastí. Tím se dostává náš výzkum mozkové mrtvice na mnohem vyšší úroveň a umožňuje nám neskončit s výzkumem pouze na úrovni vědeckého článku, ale pokusit se případný nový lék posunout do dalších fází testování. V rámci spolupráce je možné jej otestovat na reálných lidských krevních sraženinách a taktéž in vivo na zvířecích modelech, aby bylo jasné, zda jde opravdu o atraktivního kandidáta před případným klinickým testováním. V důsledku napojení na lékaře z FNUSA máme navíc jistotu, že se výzkum ubírá správným směrem a nesnažíme se v laboratorních podmínkách vylepšovat něco, co v praxi stejně žádný lékař nevyužije.

Jaké jsou Vaše plány do budoucna?

Zrovna jsem dokončil svoje doktorské studium, takže mě čeká přesun do nových zajímavých vědeckých oblastí, abych si rozšířil obzory a naučil se něco nového. Mířím teď na postdoktorskou pozici do zahraničí. Absolvoval jsem několik pohovorů a nakonec se rozhodl pro pozici v belgickém institutu VIB, která naplní mé budoucí plány v několika nejbližších letech. Následně je moje aktuální vize taková, že bych se rád vrátil do České republiky a věnoval se zde vlastnímu výzkumu na akademické půdě. Jsem ale otevřen různým příležitostem, takže to třeba nakonec dopadne jinak a skončím v jiné zemi nebo nějaké biotechnologické firmě. Kdo ví. V každém případě bych ale rád zůstal ve vědeckém prostředí a dále prozkoumával neprobádané.

Děkuji za rozhovor a přeji vám, ať je vaše bádání nadále úspěšné.

 

Autorka: Marta Vrlová, M.A., MPH, Senior PR Specialist ICRC, marta.vrlova@fnusa.cz.

Kontakt pro média: Ing. Jiří Erlebach, vedoucí Oddělení PR a marketingu, tiskový mluvčí FNUSA, +420 543 182 006, jiri.erlebach@fnusa.cz.