Interakce mezi Biocevem a Weizmannovým institutem vyústila v řadu unikátních projektů

Přínosy bádání probíhajících ve vědeckých a výzkumných centrech přispívají podle prof. Joela L. Sussmana z Weizmannova institutu k významným světovým objevům, které by mohly vést například k objevu léčby Alzheimerovy choroby či autismu, ale mohly by prospět i v mnoha jiných oborech.

Jaký vidíte potenciál přenášet zkušenosti mezi centry, která jsou soustředěna do STAR Research & Innovation Cluster, a izraelskými inovačními centry?

Myslím, že naše (izraelská) strana se může poučit z některých vysoce inovativních myšlenek, jako jsou ty, které přicházejí z ELI Benmlines a centra Biocev. Češi se naopak mohou inspirovat v oblasti řízení a managementu v Izraeli. Jde o způsob, jak vytvářet myšlenky.

Jednou z velkých věcí, které jsem v izraelské vědě mnohdy viděl, je fakt, že často zahrnuje interdisciplinární výzkum. Máme zde např. matematika a biologa v jedné osobě, kterým je jeden z mých prvních studentů magisterského a doktorského studia Ron Unger, nyní již profesor. Tento vědec byl před lety studentem magisterského studia matematiky na Weizmannově institutu, přičemž chtěl uplatnit své myšlenky v oblasti biologie. Stal se tak v Izraeli prvním bioinformatikem a měl neuvěřitelně úspěšnou kariéru. Jeho Ph.D. konzultantem v oboru matematiky byl prof. David Harel, který je dnes nejvíce známý díky svému vývoji nových počítačových algoritmů. Prof. Harel v současné době zaměřil velkou část svého výzkumu do oblasti aplikací matematiky a počítačových nástrojů v klíčových otázkách biologie. Je také viceprezidentem izraelské akademie věd a klasického vzdělávání.

Interakce mezi Biocevem a Weizmannovým institutem vyústila v řadu unikátních projektů

Dále je zde příklad spolupráce biologa a chemika. Tou je dlouhodobá interakce mezi mým blízkým kolegou, neurobiologem prof. Israelem Silmanem a mnou, chemikem. Společně jsme dokázali poprvé rozluštit 3D strukturu klíčového enzymu podílejícího se na přenosu nervových signálů v těle a mozku, tj. enzymu s názvem acetylcholinesteráza. Tato práce vedla k mnohem lepšímu pochopení toho, jak spolu nervové buňky komunikují. Způsobila také klíčový rozvoj v rámci celosvětového hledání nových způsobů léčby Alzheimerovy choroby a pochopení, jak se chránit před nebezpečnými pesticidy a nervovými jedy.

Myslím, že tyto příklady by mohly být vzorem pro mezioborový výzkum, který by mohl obdobně probíhat v rámci českých projektů založených na velmi silných infrastrukturách, jako jsou Biocev a ELI. Interakce mezi Biocevem a Weizmannovým institutem již vyústila v řadu vzrušujících projektů včetně těchto:

Prof. Joel L. Sussman

Izraelský krystalograf, průkopník makromolekulárního zdokonalování. Ve výzkumné činnosti se dále zaměřil na proteiny nervového systému, zejména na acetylcholinesterázu, klíčový protein podílející se na přenosu nervových signálů. Narodil se ve Philadelphii a je profesorem katedry strukturální biologie Mortona a Gladys Pickmanových ve Weizmannově vědeckém ústavu v Rehovotu a ředitelem strukturálního proteomického centra v Izraeli.

Foto: archiv J. L. Sussmana

Stanovení 3D struktury cytosinu (pozn.: označení pro skupinu menších signálních proteinů), konkrétně interleukinu 24 s potenciálem v oblasti účinné léčby autoimunitních chorob a rakoviny. Jednalo se o společný projekt mezi centrem Biocev a Weizmannovým institutem. Hlavním autorem této studie je Jiří Zahradnik, který je momentálně postdoktorandem na Weizmannově institutu.

Dále byl na Weizmannově institutu vyvinut ve spolupráci s Biocevem nový výkonný rentgenový systém. Vědci z Weizmannova institutu, kteří při několika příležitostech Biocev navštívili, získali informace o výkonném rentgenovém krystalografickém systému nové generace, nainstalovaném a pracujícím ve zdejším centru. Tento systém je vybaven rentgenovým zdrojem na bázi anody z proudícího tekutého kovu a pixelovým detektorem. Vědci z Weizmannova institutu byli schopni úspěšně požádat o financování nástroje tohoto typu a tento přístroj bude instalován ve Weizmannově institutu v lednu 2020. Vědci z Biocevu, kteří mají již s tímto nástrojem obrovské zkušenosti, pak přijedou do Weizmannova institutu, aby pomohli při jeho uvedení do provozu. Bude to první takový systém na bázi tekutého kovu, který bude pracovat na Blízkém východě.

Pracoval jste v rámci platformy Biocev nebo v kontaktu s Akademií věd ČR několik let. Můžete tedy porovnat podmínky na tomto pracovišti, případně v České republice obecně, s podmínkami na obdobných pracovištích jinde na světě?

Vědecká infrastruktura v centru Biocev a ELI na mne udělala mimořádný dojem. Tato zařízení si v porovnání s podobnými místy v celé Evropě a USA stojí velmi dobře. Je také zřejmé, že ELI je v mnoha ohledech jedinečným laserovým zařízením, které obsahuje ty nejmocnější systémy na vytváření různých paprskových cest (beamlines) či zdrojů paprsků a částic na světě.

Pokud jde o přínosy či výhody, obě místa disponují skutečně vynikajícími vědci a infrastrukturou, což jim umožňuje provádět špičkový výzkum, který již reálně probíhá. Obě laboratoře jsou navíc součástí klíčových projektů evropských vědeckých infrastruktur: Biocev je součástí distribuovaných infrastruktur ESFRI (Evropské strategické fórum pro výzkumné infrastruktury, European Strategy Forum on Research Infrastructures), Instruct-ERIC (strukturálně biologická součást konsorcia evropských výzkumných infrastruktur, European Research Infrastructure Consortium) a ELIXIR (European life-sciences Infrastructure for biological Information) a hraje v jejich rámci velmi aktivní roli. Na Biocevu se také konalo několik seminářů/workshopů pořádaných Instruct-ERIC. Pod vedením dr. Bohdana Schneidera z Biocevu byla založena v rámci ELIXIR komunita zvaná 3DBioinfo. ELI (Extreme Light Infrastructure) je obecně vzato také jednou z důležitých distribuovaných výzkumných infrastruktur ESFRI, která byla od začátku založena na třech specializovaných a vzájemně se doplňujících zařízeních umístěných v České republice, Maďarsku a Rumunsku. Když se jdete podívat na areál v Dolních Břežanech, máte pocit, jako byste se nacházeli v zařízení z 22. století.

Pokud jde o nedostatky či nevýhody, mám více zkušeností s platformou Biocev, kam jezdím zhruba jednou ročně. Domnívám se, že by bylo užitečné, kdyby se Biocev pokusil přilákat více vědců a studentů ze zahraničí, což by mu dalo více mezinárodní rozměr, ráz. Myslím si, že tato mezinárodní interakce by laboratoři velmi prospěla. Ve Weizmannově institutu pochází více než 40 procent studentů a většina postdoktorandů ze zemí mimo Izrael. Zjistili jsme, že je to nesmírně prospěšné. Navíc, většina studentů a vědců, kteří pracují ve Vestci, sem v současnosti musí dojíždět odjinud. Bylo by skvělé, kdyby byly nedaleko Biocevu vybudovány nějaké studentské koleje, takže by pracovníci přebývali na místě, a měli by tím pádem snadnější přístup do laboratoří. Ve Weizmannově institutu je to strukturováno tak, že prakticky všichni studenti a postdoci (včetně těch, kteří žijí v manželství) bydlí na akademické půdě nebo těsně vedle ní, takže to mají do své laboratoře maximálně 10 minut. Celému ústavu to dodává určitou "komunitní" atmosféru a povyšuje ho to na místo, kde člověk nejen pracuje, ale i žije.

Je opravdu těžké vybrat jednotlivé projekty a přesně posoudit či podle důležitosti uspořádat pět hlavních témat v Biocevu. Tím nejdůležitějším je ve skutečnosti jejich vzájemné působení a synergie. Jsou to všechno jednoznačně klíčové oblasti, které poutají zájem špičkových laboratoří po celém světě.
prof. Joel L. Sussman

Vaší hlavní oblastí výzkumu je proteomika, zejména 3D struktura − funkce proteinů nervového systému. Na svém webu jste uvedl, že váš výzkum je motivován hlavně zvědavostí, ale jeho zjištění mohou mít zároveň dopad na léčbu některých neurologických poruch, včetně Alzheimerovy choroby a autismu. Mohl byste čtenářům vysvětlit, čím se proteomika zabývá a jaký je význam jejího rozvoje pro pochopení různých procesů v lidském těle? Například ve srovnání se známější genomikou neboli vědou o lidském genomu, která pokrývá znalosti o fungování lidské DNA.

Rozluštěním sekvence DNA celého lidského genomu a mnoha dalších organismů se otevřelo nové pole výzkumu věnovaného studiu proteinů: proteomiky. Tato genetická "učebnice" pro tvorbu proteinů poskytuje vědcům cenné informace týkající se aminokyselinových sekvencí proteinů. Jde přitom pouze o první krok k úplnému pochopení těchto malých a sofistikovaných přírodních nanostrojů, které vykonávají molekulární funkce lidského těla, jako jsou generování energie, produkce buněčných komponent, ničení odpadu, regulace různých procesů a boj proti nemocem.

Vědci také potřebují pochopit, jak tyto proteiny fungují, což souvisí s tím, jak je aminokyselinová sekvence proteinu uspořádána v prostoru, tj. jak vypadá jeho trojrozměrná (3D) struktura. Tyto znalosti mohou často vést k mnohem jasnějšímu pochopení toho, jak proteiny fungují a jak nefunkční proteiny způsobují onemocnění.

Může to pomoci při návrhu nových léků, diagnostických testech, při výrobě proteinů pro průmyslové použití, při vzniku nových vakcín či produkci protilátek nebo krevních derivátů, při návrhu biosenzorů, při vývoji a výrobě agrochemikálií.

Při Weizmannově institutu jsme v roce 2003 založili Izraelské strukturální proteomické centrum (ISPC), které nyní patří k prominentním pracovištím. Studie vypracované tímto centrem vedly ke zmapování stovek 3D struktur proteinů, které se často podílejí na různých funkčních poruchách, jako je Alzheimerova choroba, autismus, ateroskleróza a tuberkulóza. Tyto znalosti pak mohou být využity k navrhování nových farmaceutických léčiv. Například jeden protein, jehož struktura byla na ISPC odhalena, byl nedávno schválen FDA (Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv) v USA pro léčbu Gaucherovy choroby jako nový lék pod názvem Elelyso. Tato nemoc je vzácnou genetickou poruchou, jež se objevuje u lidí, kteří neprodukují dostatek enzymu nazývaného glukocerebrosidáza (GCD).

Vědecká náplň centra Biocev je rozdělena do pěti výzkumných programů, v každém z nich je řešena řada jednotlivých výzkumných projektů. Jedná se o desítky konkrétních vědeckých projektů, které představují práci asi 440 členů vědeckých a technických pracovníků, včetně studentů. S jakými podobnými světovými vědeckými centry propojujícími různá odvětví biologie, biomedicíny a chemie či sjednocujícími základní a aplikovaný výzkum můžeme tento program porovnat? A který z těchto projektů považujete v současné době za nejpřínosnější?

Biocev vychází velmi příznivě ze srovnání s obdobnými vědeckými centry světové úrovně např. s Ústavem genetiky a molekulární a buněčné biologie, ­Illkirch-Graffenstaden ve Francii, s Institutem pro biologický a biotechnologický výzkum (IBBR), Shady Grove v USA, s Národním biotechnologickým institutem v Negevu, Be'er Sheva v Izraeli, s Helsinki Institute of Life Science, University of Helsinki ve Finsku, či s Centrem VIB-VUB pro strukturální biologii v belgickém Bruselu.

Je opravdu těžké přednostně vybrat jednotlivé projekty a přesně posoudit či podle důležitosti uspořádat těchto pět hlavních témat v Biocevu. Tím nejdůležitějším je ve skutečnosti jejich vzájemné působení a synergie. Jsou to všechno jednoznačně klíčové oblasti, které poutají zájem špičkových laboratoří po celém světě.

Celý STAR sdružuje asi 1000 vědeckých a technických pracovníků, včetně studentů. S jakými podobnými vědeckými centry v Evropě nebo ve světě je tento klastr srovnatelný? Co si myslíte o budoucnosti podobných inovačních a výzkumných center?

Podle mého názoru přístup STAR představuje správný směr či způsob, jak se má ve vědě provádět základní výzkum. Vidíme to např. ve středisku Biocev, kde jsou vědci schopni snadno a hladce spolupracovat se soukromým sektorem. Takový model fungoval skvěle v USA, jak jsme viděli na příkladech inovativních center obklopujících MIT, také v massachusettské Cambridgi a na kalifornské Stanfordově univerzitě. New York nedávno zahájil právě takový projekt ve spolupráci s Cornell Tech, což je společný akademický podnik za účasti Cornellovy univerzity a Izraelského technologického institutu Technion, jehož cílem je vybudovat v NYC jedno z hlavních biotechnologických světových center. V Evropě je jedním z nejlepších příkladů velké vědecké centrum ve francouzském Grenoblu, které je hostitelem Evropského synchrotronového radiačního zařízení (ESRF), Institutu Laueho-Langevina (ILL), Evropské laboratoře molekulární biologie (EMBL, Grenoble Outstation), Národní laboratoře silných magnetických polí (LNCMI) a Institutu strukturální biologie (IBS). Zejména naposledy zmíněné centrum v Grenoblu přispělo ke vzniku řady velmi úspěšných "začínajících" firem (start-upů).

Pokud jde o vládu ČR, ta pomohla při sladění dotací pocházejících z EK (Evropské komise) během zakládání center jako Biocev, ELI a také CEITEC (Central European Institute of Technology, česky Středoevropský technologický institut) v Brně.

Článek byl publikován v magazínu Region STAR.