Výzkumné centrum třetího tisíciletí

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 29. listopad 2007

Napsal Markéta Polášková

Domluvila jsem si tedy schůzku s ředitelem jednoho mladého, ale již dobře zavedeného centra – Národního centra pro výzkum biomolekul, abych si s jeho ředitelem prof. RNDr. Jaroslavem Kočou, DrSc. popovídala o tom, co se v běžných tiskových zprávách nedočtete.

Výzkumné centrum třetího tisíciletí....?

... snad jen dílem náhody se stalo, že Národní centrum pro výzkum biomolekul (často označované zkratkou NCBR, z anglického ekvivalentu National Centre for Biomolecular Research) vzniklo stylově 1.1.2001, tedy s nástupem nového tisíciletí. Kořeny ovšem sahají až do poloviny 90. let, kdy se jako samostatné pracoviště Přírodovědecké fakulty MU začalo budovat centrum orientované tak, jak dnes NCBR vypadá. Označení „centrum třetího tisíciletí“ ale není zvoleno jen kvůli příhodnému datu založení – je zvoleno i s ohledem na výborné přístrojové vybavení centra, na špičkový výzkum, který se zde provádí i na celkovou koncepci centra, kde pracují převážně studenti a mladí výzkumníci z různých oborů.

A o jaký výzkum zde tedy jde?

Pracovníci NCBR se zabývají především výzkumem biomolekul, což jsou molekuly, které se nacházejí v živých systémech a mají tam nějakou netriviální funkci. Studují se hlavně ty molekuly, které se podílí na důležitých funkcích organismů a pomocí kterých se tyto funkce dají ovlivňovat. Profesor Koča k tomu uvedl: „Klíčové pro nás je, že se snažíme hledat vztah mezi funkcí a strukturou. Lékaře například nezajímá, jak určitá molekula vypadá, ale co dělá, jakou má funkci v živém systému. Jenže u bílkovin i dalších biomolekul se ví, že funkce je vlastností nebo odrazem jejich struktury. Ne naopak. Nás proto zajímá nejdříve struktura biomolekul, ze které pak dokážeme odvodit její funkci a tu dále ovlivňovat.“

NCBR v současné době řeší několik desítek výzkumných projektů. Dnes už jejich větší část vzniká tak, že centrum někdo kontaktuje s konkrétním problémem, na kterém by chtěl spolupracovat. Některé projekty řeší poptávku průmyslu, jiné vznikají na žádost jiných výzkumných skupin (často v zahraničí), které potřebují využívat metodiku dostupnou právě v NCBR.

Zajímavé je, že poté, co se NCBR přestěhovalo do areálu vedle fakultní nemocnice v Bohunicích, začala se rozvíjet i spolupráce s lékaři, např. imunology. Lékaři totiž vidí svůj systém z pohledu lidského zdraví, lidského organismu jako celku, kdežto výzkumnící Národního centra jej vidí z pohledu jednotlivých molekul, dokonce jednotlivých atomů. A právě spojení expertízy na úrovni biologie nebo medicíny a expertízy na úrovni struktury může přinést kvalitativně nový pohled na věc, nové předpovědi a obecně nový posun výzkumu v určité oblasti.

Druhá skupina projektů je již menší a je zaměřena na vývoj metodologie, tedy vývoj metod, jak studovat biologicky zajímavé molekuly až na atomární úroveň. Jedná se především o oblast počítačového modelování a oblast spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR spektroskopie), což jsou metody, pomocí kterých je možné vidět jednotlivé atomy v molekulách. Vyvíjené metodiky jsou na špičkové úrovni, čímž je NCBR významné nejen v rámci České republiky, ale i v rámci celého světa – už dnes spolupracuje s asi 35 zahraničními institucemi.

V čem je NCBR nejúspěšnější?

Na tuto otázku profesor Koča odpověděl: „Pro NCBR je klíčový základní výzkum. Snad se můžeme pyšnit například vývojem metod. Nedávno jsme například ve spolupráci s kolegy z Olomouce vyvinuli velmi rychlou metodu, pomocí které umíme hledat „tunely“ v bílkovinách důležité pro prostupnost dalších látek. Jako zatím jediní jsme vyvinuli software pro „in silico“ inženýrství bílkovin. Významných výsledků dosahujeme ve vývoji inovativních technik v oblasti NMR spektroskopie biomolekul. Všechno jsou to výsledky projektů, které nemají za cíl vytvořit nějaký produkt a ten posléze prodat (i když ani tomu se nebráníme), ale jsou to projekty, které obecně posouvají základní výzkum dopředu, a tím následně i aplikovaný výzkum.“

Koho v NCBR potkáte na chodbách?

První věcí, které byste si zde asi všimli, je, že věkový průměr pracovníků je velice nízký. Stálých zaměstnanců je v NCBR jen velice málo – méně než 20. Druhou skupinu zaměstnanců tvoří většinou domácí a zahraniční výzkumníci, tzv. „postdoci“. To jsou lidé, kteří mají krátkodobou pracovní smlouvu uzavřenou třeba jen na 3 roky. Postdoci se jim říká proto, že jsou to lidé s ukončeným doktorským vzděláním, tedy vysoce kvalifikovaní, kteří ale ještě nemají pevnou pozici a stále se učí. Profesor Koča k této skupině podotkl, že jsou to lidé velice produktivní, kterých by v české vědě mělo být podstatně více. Nejpočetnější skupinu pracovníků NCBR pak tvoří doktorští a magisterští studenti, kteří zde pracují hlavně na svých závěrečných pracích.

Profesor Koča si velice cení toho, že v centru pracují studenti skutečně s rozmanitým zaměřením – jsou zde studenti biochemie, biofyziky, organické chemie, fyzikální chemie, strukturní biologie, jeden student je dokonce absolvent fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské. Pokud tito lidé pracují v týmu, je to pro všechny z nich velice přínosné. Někteří studenti se rekrutují i z řad informatiků – doučí se základy fyziky a chemie a úspěšně se pak podílí například na vývoji software.

NCBR je jedno z nejlépe vybavených center v oblasti strukturní biologie ve střední Evropě...

Chloubou NCBR je například krystalizační robot, který je jediným zařízením tohoto typu v České republice. Používá se tehdy, když vědci potřebují vědět, kde přesně jsou v bílkovině umístěny jednotlivé atomy a z těchto poznatků pak vyvozovat závěry. Existují v podstatě jen dvě experimentální metody, jak se k této informaci dopracovat – již zmíněná NMR spektroskopie a dále proteinová krystalografie, která vyžaduje nejprve připravit krystal bílkoviny. Ovšem vytvořit z bílkoviny krystal je velice komplikovaná procedura a velmi přitom záleží na podmínkách, v jakých krystal pěstujeme. Krystalizační robot je tedy zařízení, které dokáže za krátkou dobu provést statisíce experimentů a vyzkoušet tak tisíce různých kombinací těchto podmínek a najít, které podmínky jsou pro vytvoření krystalu ty správné. Jen pro doplnění – hotový krystal se poté osvítí intenzivním zářením a na základě difrakce tohoto záření po průchodu krystalem se vypočte struktura bílkoviny.

Obr.2 – krystalizační robot

Jiné unikátní zařízení, které v NCBR najdete, je velmi citlivý přístroj Biacore 3000 na měření rezonance povrchového plazmonu (surface plasmon rezonance). To je přístroj, který umožňuje změřit, jak silná je interakce dvou molekul. Například většina léčiv totiž funguje tak, že samotné léčivo je malá molekula, která v organismu zablokuje nějakou bílkovinu a ta pak nemůže vykonávat svou obvyklou funkci. Pokud vyvíjíme léčivo, které má být účinnější, pak potřebujeme změřit tuto interakci a najít látku, která na bílkovině drží pevněji. Kromě toho je NCBR samozřejmě vybaveno kvalitním zařízením v oblasti NMR spektroskopie a počítačového modelování, což je v dané vědní oblasti nezbytné, a celou řadou dalších přístrojů.

Nejzajímavější projekty

Ve spolupráci s armádním výzkumem (pracoviště v Hradci Králové) zkoumají vědci NCBR například bílkovinu Acetylcholinesterasu. Jedná se o enzym, který ovlivňuje svalový stah tím, že odbourává přenašeče nervového vzruchu. Tím je velice zajímavý z hlediska vojenských otravných látek - pokud se totiž tato bílkovina zablokuje, člověk doslova „zcepení“, a je to velice rychlý proces. Cílem projektu je najít takové látky, které dotyčnou bílkovinu opět odblokují.

             

Obr.3 – Biacore3000 (surface plasmon rezonance)

Jiný projekt zabíhá svým obsahem částečně do oblasti onkologie. Studuje buněčný cyklus a především způsob, jak by se dal tento buněčný cyklus ovlivnit. Normální zdravá buňka  nějakou dobu po svém vzniku funguje, poté se dělí a případně nakonec sama sebe programově zabije. Rakovinné buňky ovšem tuto vlastnost nemají, neumí se samy zabít a dělí se znovu a znovu. Snaha výzkumu je tedy narušit rakovinným buňkám jejich cyklus a nechat je zabít se. Díky počítačovému studiu přispěli vědci z NCBR v této oblasti k tomu, že dnes máme více poznatků o tom, jak fungují některé regulátory buněčného cyklu a tím i jak tento cyklus lze ovlivnit.

Posledním příkladem, který uvedeme, je výzkum zaměřený na to, jak nebezpečné bakterie nebo viry rozpoznávají lidský organismus a jak jim v tomto rozpoznávání zabránit. Bakterie a viry si lidský organismus najdou pomocí speciálních bílkovin na svém povrchu, pomocí kterých rozpoznají cukry obsažené na lidských buňkách. Idea výzkumu je taková, že se bakterii nebo viru „podstrčí“ nějaká látka, která tuto rozpoznávací funkci zablokuje, takže bakterie si lidské buňky „nevšimne“. Při tomto výzkumu se hojně využívají bioinformatické metody. V katalogu genomů (tzn. kompletních genetických informací o konkrétním organismu) se nejprve najde genom požadované bakterie a identifikují se bílkoviny, které způsobují, že nás bakterie „pozná“. Tyto bílkoviny se poté připraví v laboratoři a ověří se, zda jsou to skutečně ty bílkoviny, které interagují s lidským cukrem. Pokud je odpověď kladná, určí se jejich struktura (např. s pomocí výše zmíněného krystalizačního robota) a nakonec se hledá látka, která tuto bílkovinu zablokuje.

Nabídka pro studenty

Přesto, že NCBR řeší velice zajímavé projekty na mezinárodní úrovni, má větší kapacitu pro zvídavé studenty, než jich skutečně v centru pracuje. Důvody pro to mohou být různé – profesor Koča se například domnívá, že samotný zde studovaný obor je poměrně nový a navíc docela obtížný. Ideální kandidát je totiž takový, který má dobré základy ve fyzice, v chemii, v biochemii nebo v biofyzice.

Nejedná se ale určitě o jediný důvod – svou roli zde zajisté hraje také to, že vyšší vzdělání stále ještě není v České republice tak doceněno jako třeba v USA nebo v Západní Evropě. Podstatným faktem ale je také to, že studenti doktorského studia, ač již mají vysokoškolský titul, pobírají stipendium, které je nižší než minimální mzda! Stipendium se tak neslučuje rozhodně s žádnou hypotékou, a tak určitě mnozí z těch studentů, kteří sice mají na to, aby dále studovali, ale zároveň už si chtějí budovat například svůj vlastní domov, dají před studiem přednost dobře placené práci. Ale to už by zase byl jiný článek...

Přejeme Národnímu centru pro výzkum biomolekul co nejvíce úspěchů a perspektivních studentů! Kontakt: prof. RNDr. Jaroslav Koča, DrSc.

Zdroj: ncbr.chemi.muni.cz