Martin Toul: Léčba mozkové mrtvice může být řádově efektivnější

Při detailní analýze trombolytických proteinů objevil doktorský student Martin Toul doposud přehlížené vlastnosti proteinu stafylokinázy. Metodami proteinového inženýrství je možné její účinnost zefektivnit až desettisíckrát, což by z proteinu učinilo perfektního kandidáta pro léčbu cévní mozkové příhody. Tento objev představuje přelomové zjištění a může dopomoci k nalezení daleko účinnějšího léku, než jaké jsou při léčbě mozkové mrtvice používány v současnosti.

18. 3. 2022 Marie Hošťálková

Bez popisku

Martine, proč zrovna léčba cévní mozkové příhody?

V Loschmidtových laboratořích, kde působím, se zabýváme proteiny. Zjišťujeme, jakými mechanismy fungují a hledáme jejich největší limitace. Znalost limitací následně využíváme, abychom je odstranili a proteinům cíleně vylepšili jejich vlastnosti. Protože se v aktuální léčbě mozkové mrtvice používají terapeutické proteiny, projekt přesně odpovídal naší vědecké expertíze. Hledáme cesty, jak zefektivnit nebo nahradit současné léčivo alteplázu, které se klinicky využívá již přes čtyřicet let, ale stále není dost účinné. S ohledem na obrovské číslo desítek milionů lidí, které mozková mrtvice celoročně zasáhne, je tedy nejvyšší čas vyvinout něco nového a lepšího.

Proč jste se rozhodnul pro studium na Masarykově univerzitě?

Jsem z malé vesnice na Boskovicku a Brno mám nedaleko. Kromě toho se na mnoha pracovištích Masarykovy univerzity dělá kvalitní věda a výzkum a univerzita je schopna konkurovat i významným institucím v zahraniční. Brno tedy pro mě byla přirozená volba pro navazující vysokoškolské studium.

A proč Loschmidtovy laboratoře, RECETOX?

Studoval jsem studijní obor Biochemie na Přírodovědecké fakultě, ale vždy jsem více tíhnul k chemii. Po praxi v laboratoři organické syntézy jsem však zjistil, že ačkoli „na papíře“ mě to vše moc baví, reálně pro mě klasická syntetická chemie tak úplně není. Brzy na to mě naštěstí zaujala přednáška o proteinovém inženýrství v Loschmidtových laboratořích, kde mám možnost skloubit znalosti organické chemie pro studium mechanismů biologických pochodů. A tak jsem se dostal k výzkumu, na kterém se dodnes podílím a který mě nadchnul. Kromě biochemie mě vždycky bavila i matematika a fyzika a moje projekty toto vše propojují. Loschmidtovy laboratoře jsou otevřené už pro středoškolské studenty. Buď u nás mohou pracovat na svojí SOČce (středoškolská odborná činnost), nebo v rámci Letní školy proteinového inženýrství, kterou pro středoškoláky a začínající vysokoškoláky pravidelně organizujeme.

Ve Vaší výzkumné práci se Vám podařil přelomový objev. Odhalil jste nové možnosti pro vývoj vysoce účinného léku na cévní mozkovou příhodu. V čem je toto zjištění tak zásadní?

Ačkoliv se pro uvolnění krevní sraženiny u pacientů s mozkovou příhodou v současnosti běžně využívá protein altepláza, my jsme se zabývali proteinem stafylokinázou jako potenciální alternativou. Stafylokináza je produkovaná bakterií stafylokoka, která je přítomna na kůži nebo sliznici každého člověka.

Ačkoli je stafylokináza zajímavá několika svými vlastnostmi, byla doposud mnohými přehlížena. Ve srovnání s dalšími proteiny se zdála nedostatečně efektivní. My jsme však detailní analýzou jejího mechanismu zjistili, že situace je dramaticky jiná. V důsledku dvoukrokového mechanismu se léčivo musí nejprve navázat na partnera v našem těle a až poté se aktivuje a nastane druhý krok samotného rozpouštění krevní sraženiny. Doposud si všichni mysleli, že neefektivní je ten druhý krok, tedy že samotné rozpouštění je moc pomalé. Při našich měřeních se ale ukázalo, že toto rozpouštění je ve skutečnosti extrémně účinné a řádově rychlejší než v případě současného léčiva alteplázy.

Proč tedy nikdo tak skvělou účinnost nepozoroval?

Problematický je právě první krok, tedy počáteční navázání léku na svého partnera, které je velmi slabé – pouze jedna molekula z deseti tisíc se na partnera naváže a zaktivuje se. Na první pohled tedy člověk pozoruje jen průměrnou efektivitu rozpouštění, ale bez detailního pohledu už nevidí, že ve skutečnosti se na rozpouštění podílí jen jedna molekula z deseti tisíc – jen jedna “pracuje“ extrémně rychle za všechny ostatní, které “nic nedělají“. Díky tomu tak nyní víme, že pokud dokážeme první krok vazby na partnera zdokonalit a navážeme/zaktivujeme molekuly všechny, léčivo na mozkovou mrtvici bude až desettisíckrát účinnější.

Ilustrační obrázek k objevu, autor Ella Maru Studio

Jak na to?

Proteinové inženýrství nabízí celou řadu nástrojů, což činí naše zjištění o to důležitějším – nejde jen o hypotetizování, ale o praktické použití vědeckých postupů, které mohou vazebné vlastnosti zdokonalit. Když nyní víme, na co přesně se zaměřit a jaká je skutečná limitace stafylokinázy, můžeme tyto úpravy provádět mnohem cíleněji. Pomocí různých strategií připravíme množství různých variant a ty budeme následně testovat, abychom odhalili, která z nich vykáže ty nejzajímavější vlastnosti. Našim cílem je vytvořit protein se zlepšenou vazbou. Pokud by se v prvním kroku na svého partnera navázaly téměř všechny molekuly stafylokinázy, získali bychom řádově vyšší účinnost.

Co předcházelo samotnému objevu?

Náš objev byl paradoxně neplánovaný. Původně jsme chtěli jen přeměřit vlastnosti základních proteinů včetně stafylokinázy, abychom měli data pro srovnání s jinými vyvíjenými látkami. Detailní analýza nám však ukázala, že ne všechny publikované informace sedí. Kvůli přílišnému zjednodušení během analýzy totiž docházelo u předchozích dat k obrovskému podhodnocování některých parametrů. Naším výzkumem se tedy mění paradigma, jak na stafylokinázu nahlížet.

Kdo všechno na výzkumu spolupracuje?

Jsem sice hlavním autorem nově publikovaného zjištění, ale za celým projektem stojí celá řada lidí, kteří na něm mají obrovský podíl. Kromě kolegů z Loschmidtových laboratoří Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity spolupracujeme zejména se skupinami z Biofyzikálního ústavu Akademie věd, Farmaceutické a Lékařské fakulty Masarykovy univerzity a Masarykova onkologického ústavu v rámci společné platformy STROKE Brno. Díky tomu máme i možnost pracovat na klinicky relevantním výzkumu, neboť je dále řízen odborníky z Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně, zejména prof. Robertem Mikulíkem. V neposlední řadě bych chtěl vyzdvihnout příspěvek mých školitelů prof. Jiřího Damborského a prof. Zbyňka Prokopa.

A jaké jsou výhody samotné stafylokinázy?

Díky těmto novým datům víme, že se stafylokináza může až desettisíckrát zlepšit – je zde tedy obrovský prostor pro vývoj opravdu efektivního léku. Další výhodou je i to, že stafylokináza je malý protein s jednoduchou strukturou oproti aktuálně využívanému léčivu altepláze. Díky tomu je snazší cíleně navrhovat zdokonalující úpravy, aby protein fungoval dle našich představ. Navíc je stafylokináza bakteriálního původu, a proto je jednodušší ji komerčně vyprodukovat a za zlomek ceny alteplázy, což by byla velká výhoda pro léčbu cévní mozkové příhody v rozvojových zemích.

Bakteriální původ stafylokinázy je současně i její nevýhodou. Pro lidské tělo je tím pádem cizorodá (tzv. imunogenní), takže si proti ní náš imunitní systém začne tvořit protilátky. Metodami proteinového inženýrství se ale již v minulosti podařilo vytvořit upravenou variantu stafylokinázy, na niž je reakce imunitního systému téměř nulová. Nedávný klinický výzkum navíc ukázal, že je stejně účinná a bezpečná jako původní stafylokináza, takže může jít o skvělý odrazový můstek pro náš budoucí výzkum. Chceme navázat na tuto neimunogenní variantu a tu modifikovat za účelem zlepšení zmíněné vazby na partnera, abychom dosáhli na trombolytikum, které bude výrazně efektivnější než současné léčivo a zároveň bude klinicky atraktivní.

Co Vás motivuje ve Vaší práci?

Už od malička mě baví objevovat, učit se novým věcem a zjišťovat, jak funguje svět kolem nás, takže je mi vlastně práce i mým koníčkem. Jsem rád za to, co dělám. Mít možnost díky výzkumu vyvíjet nová řešení, která nás jako lidstvo posouvají kupředu a dělají náš život lepším. To je pro mě asi tím největším hnacím motorem.

A jako poslední mě napadá, když jsem nahlédla pod pokličku Vašeho výzkumu, jak se Vám daří výzkum skloubit s doktorským studiem?

Můj výzkum je zároveň hlavní náplní mého studia, takže to není problém. Náročnější je občas skloubit vědu s volným časem, dalšími koníčky nebo rodinou. Zde je pro mě určitě důležité si pevně stanovit hranice, neboť je velice snadné se všemi zajímavými projekty nechat pohltit a někdy si je téměř až nechat přerůst přes hlavu. Aktuálně se mi ale snad daří práci vhodně vyvažovat s osobním životem, takže jsem stále moc rád za všechny projekty, na kterých se v Loschmidtových laboratořích můžu podílet.

Vědecká studie publikovaná v ACS Catalysis.

Martine, děkuji za Váš rozhovor. Přeji hodně štěstí do budoucí výzkumné práce.


Více článků

Přehled všech článků

Používáte starou verzi internetového prohlížeče. Doporučujeme aktualizovat Váš prohlížeč na nejnovější verzi.

Další info