Porozumět vnitrobuněčné komunikaci je klíčové, říká molekulární bioložka

Kdo uvnitř buňky rozhoduje a kdo poslouchá? Jak funguje vnitrobuněčná komunikace, zkoumá molekulární bioložka Alena Panicucci Zíková z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR. Výsledky výzkumu, na který získala grant ERC Consolidator ve výši dvou milionů eur, mohou pomoci například při léčbě rakoviny i sklerózy. Tématu jsme se věnovali v článku Rychlík do stanice buňka, který vyšel v časopise A / Věda a výzkum.

Kyslíkové radikály nemají vůbec dobrou pověst. Jsou častou příčinou mnoha lidských chorob včetně degenerativních a nádorových. Říká se o nich, že jsou daní za to, že můžeme dýchat kyslík. Jejich škodlivost odhalili vědci v šedesátých letech minulého století a od té doby se o nich mluví zpravidla v negativním smyslu. Lékaři začali k jejich neutralizaci používat antioxidanty, od kterých se očekávalo mnohé, ale zázrak se bohužel nekonal. Léčba měla v mnoha případech dokonce opačný efekt a nemoc zhoršila.

Tak dlouho vědci hledali odpověď na otázku proč, až se během výzkumů asi před deseti lety ukázala nečekaná skutečnost. Radikály kyslíku nejsou jen škodlivé, v malém množství zastávají i pozitivní úlohu – v komunikaci mezi buňkou a její mitochondrií, buněčnou továrnou, která je zodpovědná za výrobu energie. Mitochondrie pomocí radikálů buňce sděluje, kolik energie (adenosintrifosfátu, ATP) je schopná poskytnout. Jestli se cítí dobře, buňka se může rozdělit, pokud jí chybí důležité látky, může naopak usnout, či dokonce spáchat buněčnou smrt, aby nepoškodila své okolí.

Vědci se v minulosti snažili především objasnit základní mitochondriální mechanismy, při kterých vzniká ATP. Nikdo se nad možností vnitrobuněčné komunikace nepozastavoval. „Přitom je naprosto zásadní, aby buňka rozuměla, jak se její mitochondrii daří,“ tvrdí molekulární bioložka Alena Zíková z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR.

Od roku 2009 vede molekulární bioložka Alena Zíková výzkumnou skupinu v Parazitologickém ústavu Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích. (CC)

Vědkyně chce rozluštit fungování mitochondriální signalizace, objasnit komunikační síť v buňce. „Chceme zjistit, kdy jsou kyslíkové radikály životně důležité pro správnou funkci buňky a kdy už naopak škodí,“ vysvětluje Alena Zíková ambiciózní cíl chystaného výzkumu, na který letos získala dva miliony eur z evropského grantu ERC Consolidator.

Nepochopená buňka
Na podání žádosti o prestižní grant se připravovala asi rok. Přemýšlela, jak téma komunikace v buňce vhodně uchopit. „Projektu musíte věřit. Sebevědomí, přesvědčení, že uspějete, hraje obrovskou roli. Ve chvíli, kdy máte pochybnosti, to na vás grantová komise pozná,“ popisuje Alena Zíková. Jako modelový organismus chce ve výzkumu využít jednobuněčného parazita trypanozómu spavičnou (Trypanosoma brucei), kterého studuje již dvacet let.

Tento parazit způsobuje spavou nemoc, ale díky společnému úsilí různých mezinárodních týmů se ji konečně podařilo dostat pod kontrolu a v současné chvíli jsou k dispozici i nové léky (počet případů klesl z desetitisíců ročně na pouhé stovky). Po mnohaleté práci vědkyně nechtěla parazita jen tak „zavřít“ do šuplíku. Rozhodla se proto, že své zkušenosti a znalosti využije k základnímu výzkumu vnitrobuněčné komunikace.

Objevila totiž, že trypanozóma spavičná využívá radikály kyslíku se signalizační funkcí k svému vývoji v mouše tse-tse. Navíc má podle ní parazit jednu velkou výhodu – je jednoduchý. Sestává jen z jediné buňky a obsahuje pouze jednu mitochondrii, na rozdíl od buněk savců, které jich mají desítky. Navíc je schopen se přirozeně přeměňovat (diferenciovat) do různých buněčných typů v kultuře. Tím vším umožní studovat základní principy buněčné diferenciace na té nejjednodušší úrovni.

Fotografie zobrazuje buňky trypanozómy spavičné, které mají fluorescenčně obarvenou DNA, cytosol a mitochondrii.

Výzkumníci v laboratoři Aleny Zíkové umí aktivitu mitochondrie měnit – zvýšit nebo snížit množství vylučovaných radikálů kyslíku do cytoplazmy (tekutého obsahu buňky). Rádi by se podívali, co v buňce radikály dělají, jaký mají přirozený vliv na aktivitu různých proteinů. „Téma výzkumu poměrně dlouho krystalizovalo. Grant jsme získali také díky tomu, že budeme zkoumat něco fundamentálního na jednoduchém organismu a nejsme limitovaní složitostí mnohobuněčných modelových systémů,“ je přesvědčená bioložka.

U složitějších mnohobuněčných organismů vědci studují diferenciaci různých typů buněk závislou na produkci radikálů kyslíku. Například ale u rakovinných buněk je výzkum problematický. Po vyjmutí z tumoru v laboratorních podmínkách se zkoumané buňky mohou chovat jinak než běžně v těle. Alena Zíková doufá, že informace z jejího výzkumu přejmou v budoucnu další vědci a aplikují je na extrémně komplexní a složité systémy savčích buněk.

Ženy ve vědě
Biologie ji vždy fascinovala, parazitologie ale nebyla její první volbou. Původně se chtěla stát lékařkou, stejně jako její matka. Ta ale studium medicíny dceři nedoporučila. Lékaři totiž v době jejího rozhodování o vhodném vzdělání nebyli za svou náročnou práci dostatečně oceňováni. Navíc jde o práci ve stresu, v psychicky náročném prostředí. „Nicméně, když si uvědomím kladené nároky na vědce a jejich finanční ohodnocení, nevím, zda jsem si pomohla,“ směje se Alena Zíková.

Její cesta tedy vedla do Českých Budějovic, kde studovala biologii na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity. V Budějovicích ji najdete i dnes – v Parazitologickém ústavu Biologického centra AV ČR. „Ve škole jsem se našla. Studium se mi líbilo, byla jsem fascinována biologií parazitů, možnostmi působení v zahraničí, kde jsem potkala řadu zajímavých lidí, kteří jsou dodnes stimulujícími přáteli,“ říká uznávaná parazitoložka.

Vizí Aleny Zíkové je povýšit trypanozómu spavičnou na nový modelový organismus, jako je například myš. Jednobuněčného parazita studuje již více než dvacet let. (CC)

Jako postdoktorandka se vydala do parazitologické laboratoře v Biomedical Research Institute v americkém Seattlu. Díky tamní pozitivní pětileté pracovní zkušenosti se rozhodla ve vědě zůstat a založit si vlastní laboratoř. Ovlivněna kolegy propadla silné touze po poznání a potřebě pomoci lidstvu v boji proti infekčním chorobám.

Pobyt za oceánem ukázal Aleně Zíkové slabosti vědy v Česku. Podle ní u nás chybí kvalitní mentoring, vzory pro budoucí generaci. „Snažím se vychovávat své studenty tak, aby byli uvědomělí, motivovaní a vyrovnaní. Aby byli spokojení a věděli, čeho chtějí ve vědě dosáhnout. Každý máme jiný vrchol, jiný cíl. Věda je extrémně náročná, občas je to boj s větrnými mlýny, vyžaduje sebezapření a osobní oběť, ale zároveň může být krásná.“

Ve Spojených státech měla možnost vidět už před patnácti lety ženy ve vedoucích pozicích a na stejné úrovni jako muže, což u nás v té době bylo ještě výjimečné. Navíc měly pracovní podmínky upravené tak, aby zvládly vědu i péči o děti. Alenu Zíkovou to inspirovalo a rozhodla se dokázat, že i u nás je možné mít rodinu a zároveň dělat vědu na vysoké úrovni, vést laboratoř. „Jedna známá vědkyně mi kdysi při večeři řekla, že pro ženu a její vědecký život je vůbec nejdůležitější vybrat si správného partnera. Mně se to naštěstí povedlo,“ tvrdí Alena Zíková.

Manžela potkala v Seattlu a dnes s ním pracuje v laboratoři v Českých Budějovicích. Společně se starají o dvě děti. Momentálně s nimi tráví více času otec. Příprava na nový velký výzkum, který plánuje molekulární bioložka spustit počátkem roku 2023, zabere spoustu času. „Je to rychlík, který nemá zastávky, ba naopak ještě musí zrychlit. Zodpovědnost dovést projekt do kýženého cíle je obrovská, ale dám do toho všechno,“ říká důrazně.

Případný další úspěch, pochopení základního buněčného procesu, by měl obrovský význam a přesah do mnoha oblastí biologie. Lidskou medicínu nevyjímaje. Například odhalení proteinu, který by prostřednictvím radikálů kyslíku uměl nebezpečně se množící rakovinné buňce vyslat signál „stop“, by mohl v budoucnu vyřešit jeden velký lidský problém – rakovinu.

Text je převzatý z časopisu A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR. Výtisky zasíláme zdarma všem zájemcům. Kontaktovat nás můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

Text: Zuzana Šprinclová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Minal Jain

Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?
• Pozor na klíšťata v městských parcích, jsou nebezpečná, varují odborníci
• Unikátní rozmnožování skokanů z Moravy potvrdili vědci i u dalšího druhu žáby
• Embrya parazitických ryb hořavek se naučila přemet, který jim umožňuje přežít
• Na světě klesá počet velkých šelem – vymírání čelí například levharti
• Vědec chce rozlousknout záhadu rozmanitosti přírody za pomoci mušek octomilek
• Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA
• Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu
• Vědci předkládají zajímavou teorii: křídla hmyzu se mohla vyvinout z žaber
• Třetina světa v posledních dekádách citelně vysychá, zjistili vědci z CzechGlobe