Vědec zkoumá molekuly uvnitř živé buňky. Děti lze pro chemii nadchnout u vaření, říká

Zuzana Hronová Zuzana Hronová
6. 11. 2021 16:04
Česká společnost chemická udělila Cenu Rudolfa Lukeše pro rok 2021 Lukáši Trantírkovi z výzkumného ústavu CEITEC Masarykovy univerzity v Brně. Obdržel ji za svůj přínos k vývoji technologie vnitrobuněčné nukleární magnetické rezonance. Jde o jedinou metodu, která dnes umožňuje zkoumat biomolekuly přímo uvnitř živých buněk. S cenou se pojí 100 tisíc korun od Nadace Experientia.
Vědec Lukáš Trantírek před výzkumným ústavem CEITEC.
Vědec Lukáš Trantírek před výzkumným ústavem CEITEC. | Foto: Nadace Experientia

Chemie bývá neoblíbený a často i obávaný předmět plný složitých vzorců a šprtání sloučenin, málo učitelů ji umí podat zábavně. Máte nějaký recept na to, jak pro ni nadchnout? 

Řešením je začít pěstovat pozitivní vztah k chemii v co nejranějším věku. Rozhodně ale ne studiem teorie, nýbrž hravou formou. U dětí je asi nejlépe začít v kuchyni, kde jim člověk při vaření špaget může začít vysvětlovat například fázové přechody z kapalné do plynné fáze, při zmrzlinovém dezertu pak přechod z pevné látky do kapaliny. U vaření vajíček se dobře vysvětluje denaturace proteinové struktury (změna struktury bílkovin - pozn. red.).

Já to tedy zkouším tak, že nechávám děti vařit a sem tam se jim pokouším něco vysvětlit. Říkám tomu nenásilné vzdělávání, žena tomu říká, že „nechávám děti v kuchyni matlat“. Nedivím se jí, většinou pak po nás uklízí.

Co dokázalo zlákat pro chemii vás?

Určitě to byla vize toho, že se sám zavřu do laboratoře, kde si budu moct „matlat“. Realita je o dost smutnější - většinu času prosedím v kanceláři, kde vyřizuji nikdy nekončící administrativu a každou chvíli po mně někdo něco chce. Na matlání už mi moc času nezbývá.

Cenu Rudolfa Lukeše jste získal za svůj přínos k vývoji technologie vnitrobuněčné nukleární magnetické rezonance, takzvané in-cell NMR. Co tato metoda umožňuje zjistit?

Metoda umožňuje studovat strukturu, dynamiku, a interakce biomolekul, jakými jsou proteiny nebo nukleové kyseliny, ve vnitrobuněčném prostoru živých buněk.

Proč vlastně potřebujeme strukturu biomolekul studovat?

S jistou nadsázkou, biomolekulám, jakými jsou proteiny a nukleové kyseliny, vděčíme za svoji existenci. Jakkoliv jsou nám biologové schopni říct, co daná biomolekula v buňce dělá, jakou má funkci, nejsou schopni říct, jakým způsobem nebo jakým mechanismem daná molekula funguje.

Tento problém je možné si představit na příkladu jedoucího auta. My vidíme, že se auto pohybuje, a jsme schopni mu přiřadit funkci, například přeprava osob z místa A na místo B. Ale samotná informace o jeho funkci nám nic nevypovídá o mechanismu, který ho udržuje v chodu. Bez toho, aniž bychom znali „strukturu“ motoru, nejsme tento mechanismus schopni pochopit.

U molekul je to stejné. Znalost struktury biomolekuly nám pomáhá pochopit, jakým způsobem biomolekula funguje. A když už známe mechanismus, jakým funguje, tak dokážeme alespoň v principu navrhovat způsoby, jak její funkci ovlivňovat.

Metod pro studium struktury biomolekul je celá řada. V čem je metoda in-cell NMR výjimečná?

Naprostá většina metod, která se v současné době používá pro studium struktury biopolymerů, je použitelná pouze za nefyziologických podmínek, jinými slovy za podmínek, které jsou velmi odlišné od těch, které panují v živých buňkách. Problém pak spočívá v tom, že struktura biomolekul, zejména pak nukleových kyselin, není určena výhradně atomy, které ji tvoří, ale ve velké míře také působením okolních faktorů. Toto spolupůsobení dokáže in-cell NMR, na rozdíl od standardních metod, zachytit.

Kde se dá tato metoda využít v praxi?

Hlavní oblasti použití in-cell NMR vidím například v testování bioaktivních látek, tedy potenciálních léčiv. Standardně se aktivita látky vůči konkrétní biomolekule posuzuje izolovaně od okolí. Jinými slovy, posuzujeme, zda daná sloučenina je či není schopna s danou biomolekulou interagovat, a pokud ano, tak v jakém rozsahu. Opět ale platí, že schopnost interakce, respektive její rozsah, je velmi silně závislý na okolním prostředí.

Můžete to prosím blíže vysvětlit?

Tento princip se dá vysvětlit třeba na příkladu švédského stolu. Pokud vy jako biomolekula budete mít hlad a na stole budou ležet pouze olivy jako potenciální léčivo, tak si buď dáte olivy, nebo nic. Pokud vás ale postavím před bohatě prostřený švédský stůl, sáhnete po olivách?

Když to přeložím: Bioaktivní látka může v izolovaných podmínkách velmi ochotně interagovat s danou biomolekulou, což je žádoucí cíl plánované terapeutické intervence. Nicméně v komplexních podmínkách, tedy ve vnitrobuněčném prostředí, kde má na výběr z celé řady dalších vazebných partnerů, si může zvolit jiného partnera.

Používá se už nukleární magnetická rezonance v praxi, nebo je ještě příliš náročná a drahá?

Myslím si, že ještě několik let zůstane jen předmětem a nástrojem základního výzkumu. In-cell NMR měření jsou poměrně náročná: NMR spektrometr je velmi nákladné a sofistikované zařízení, navíc měření vyžadují několik dalších podpůrných přístrojů. Samozřejmostí je rovněž speciálně vybavená laboratoř pro buněčnou biologii. Pracovišť, kde jsou všechny tyto přístroje a zázemí na jednom místě, není mnoho. 

Právě jste obdržel Cenu Rudolfa Lukeše, která se uděluje za vynikající práci v oboru chemie. Posune nějak váš výzkum?

Z ceny máme samozřejmě radost. Pokud ji budeme vnímat jako jakousi „pečeť kvality“ udělenou týmem nezávislých mezinárodních vědců, tak nám tato cena může pomoci se sháněním finančních prostředků na pokračování našeho výzkumu.

doc. Mgr. Lukáš Trantírek, Ph.D.

Lukáš Trantírek
Foto: Nadace Experientia

Docent Trantírek působí jako vedoucí skupiny Nekódující genom na výzkumném ústavu CEITEC Masarykovy univerzity v Brně. Získal doktorát z organické chemie na Masarykově univerzitě v Brně, následně absolvoval postdoktorandské stáže na University of California v Los Angeles a na Johannes Kepler University v rakouském Linci. V letech 2009 až 2015 působil jako hostující docent na nizozemské Utrecht University. Má desítky článků v impaktových časopisech a téměř dva tisíce citací na Web of Science. 

Cenu Rudolfa Lukeše za vynikající soubor původních prací z oboru publikovaných v posledních pěti letech v prestižních mezinárodních časopisech, spojenou s osobní prémií 100 tisíc korun od Nadace Experientia, převzal 4. listopadu 2021.

Zdroj: Nadace Experientia

VIDEO: Lukáš Trantírek a jeho práce

Cenu Rudolfa Lukeše získal Lukáš Trantírek z výzkumného ústavu CEITEC Masarykovy univerzity | Video: Nadace Experientia
 

Pokud jste v článku zaznamenali chybu nebo překlep, dejte nám, prosím, vědět prostřednictvím kontaktního formuláře. Děkujeme!

Právě se děje

Další zprávy