Ako sa vírusy dostávajú do buniek, ako napádajú bunky? Aj to je cieľom výskumu mladého biochemika Dominika Hrebíka zo Šale, ktorý pracuje v Brne a vo februárovom vydaní časopisu National Geographic bola publikovaná fotografia výsledkov výskumu, na ktorom sa aktuálne podieľal.
Čo sa dočítate v tomto rozhovore?
- Kde pôsobí Šaľan Dominik Hrebík?
- Akému výskumu sa venuje?
- Čo je bakteriofág – P68 a ako sa Dominik dostal k jeho výskumu?
- Čo ho na jeho práci najviac baví?
- Ako sa dostal do National geographic?
- V čom má bakteriofág výhodu voči antibiotikám?
- Čo hovorí na súčasnú situáciu na Slovensku?
„Je to pre mňa zatiaľ jeden z najväčších úspechov, pretože dostať sa do tak prestížneho časopisu je veľmi obtiažne,“ hovorí mladý vedec zo Šale.
V roku 2015 vyštudoval na Masarykovej univerzite v Brne odbor biochémia, kde sa zaoberal nukleárnou magnetickou rezonanciou. Potom prestúpil na CEITEC MU (stredoeurópsky technologický inštitút Masarykovej univerzity) do laboratória Pavla Plevku, kde sa v rámci doktorandskej práce začal zaoberať štúdiom vírusov pomocou kryoelektrónovej mikroskopie.
„V mojom výskume sa snažím odhaliť prvý krok vírusovej infekcie – t. z. ako sa vírusy dostávajú do buniek či už bakteriálnych, alebo ľudských,“ hovorí Dominik Hrebík pre náš mesačník.
„Využívame na to elektrónový mikroskop, kde krok po kroku pozorujeme ako vírusy napádajú bunku. Toto vieme pozorovať až na úroveň atómov. Vieme presne určiť pozície atómov vo víruse a z tejto informácie následne zrekonštruovať 3D model vírusu v počítači. Toto nám veľmi pomáha pochopiť ako jednotlivé vírusy fungujú, čo následne pomáha pri výskume nových antivírusových liečiv.“
Jeho záujem o chémiu sa začal ešte v Šali na Gymnáziu Juraja Fándlyho. „V prvom ročníku som mal vynikajúcu učiteľku chémie pani Patekovú, vďaka ktorej som sa viac začal zaujímať o chémiu a biológiu. Na vysokú školu som sa prihlásil na štúdium biochémie, aj keď som mal vtedy iba veľmi hmlisté predstavy čo to asi bude obnášať,“ hovorí Dominik.
Štúdium ho nakoniec bavilo, a tak nastúpil na doktorandské štúdium na novovzniknutom CEITEC do laboratória Pavla Plevku, ktorý sa vrátil z USA, kde pôsobil u svetoznámeho virológa Michaela Rossmanna. „Tu som sa začal zaoberať štúdiom vírusov pomocou kryoelektrónovej mikroskopie. Samozrejme, počas celého štúdia som mal aj obrovskú podporu od rodičov, bez ktorých by to bolo tak celkovo oveľa náročnejšie, za čo im veľmi ďakujem.“
Výnimočný výskum bakteriofága P68
Bakteriálny vírus – bakteriofág – P68 napáda výhradne bunky zlatého Stafylokoka. Nikdy nenapadne napríklad ľudské alebo rastlinné bunky. To je dôvod, prečo by sa mohol využiť ako alternatíva k antibiotikám, ktoré už prestávajú byť účinné voči niektorým odolným kmeňom baktérií.
Tím vedcov, v ktorom je aj Dominik Hrebík, sa zameral na výskum bakteriofága P68 a sú jedni z prvých na svete, komu sa podarilo zistiť 3D štruktúru tak obrovského a komplikovaného vírusu.
„Na základe 3D modelu a obrázkov z kryoelektrónového mikroskopu sme potom až na úroveň atómov zistili ako tento vírus preniká do baktérie zlatého Stafylokoka. Tieto znalosti by sme neskôr radi využili pri liečbe chorôb spôsobených baktériami rezistentnými voči antibiotikám,“ dodáva mladý vedec.
„To je vlastne to, čo sa spomína dnes v súvislosti s koronavírusmi, že na aké receptory sa vírus napája a ako proti nemu bojovať?“ pýtame sa, aby nám objasnil svoj výskum. „Áno, je to presne tento prvotný krok v infekcii,“ odpovedá nám Dominik.
„Vírus musí nájsť tú správnu bunku, ktorú je schopný napadnúť. Na toto mu slúžia tzv. receptorové proteíny, ktoré má na povrchu a využíva ich ako kotvu, ktorou sa prichytí na tú správnu bunku. Po prichytení nasleduje signál, ktorý povie vírusu, ‚si na správnom mieste, môžeš ísť dnu‘. A takto sa začne infekcia. My sa snažíme zistiť ako presne prebieha tento proces, čo je ten signál a pod.“
Kto by mal záujem sa o tom dozvedieť viac, tak si môže prečítať krátky popularizačný článok, ktorý Dominik napísal pre Vedátor_SK.
Tri a pol ročný výskum a najmodernejšie mikroskopy
A ako vyzerá taký výskum?
„Najprv sme si vírus namnožili, následne ho izolovali, tak aby sme ho mali v obrovskom množstve a podľa možností čo najčistejší, teda, aby tam okrem vírusu neboli iné nečistoty ako napr. DNA z bunky. Vzorka čistého vírusu je vlastne priehľadná kvapalina s vírusom. Následne sme to zmrazili v tekutom dusíku a na špeciálnych zlatých alebo medených sieťkach s priemerom 3 mm, pokrytých veľmi tenkou (20 nm) vrstvou uhlíku, alebo zlata vložili do elektrónového mikroskopu. Ten automaticky nasnímal tisícky obrázkov, ktoré následne spracovával počítač a vytvoril 3D model vírusu.“ Tak opísal Dominik Hrebík práce počas výskumu, pričom ako dodal, všetky tieto kroky robil aj on sám okrem namnoženia a izolácie vírusu.
„Celý výskum trval približne 3 a pol roka a boli sme prví na svete, kto prišiel s takto detailne popísanou štruktúrou celého bakteriofága. Toto bolo možné iba vďaka tomu, že sme mali prístup k najnovším kryoelektrónovým mikroskopom a vďaka skúsenosti môjho vedúceho Pavla Plevku.“
Vytvorili vraj neuveriteľne detailný model, v ktorom dokážu vidieť pozície jednotlivých atómov, ktorých sú v tomto prípade až milióny. „Komplikovanosť popísania modelu spočíva v množstve jednotlivých stavebných prvkov – proteínov – bakteriofága, ktorých sú až stovky,“ odhaľuje Dominik.
„Doposiaľ bolo možné študovať väčšinou iba jeden izolovaný stavebný prvok z bakteriofága a nie bakteriofága ako celok. V tomto boli naše výsledky svojho času unikátne. Dokonca ma po zverejnení kontaktovali kolegovia z americkej Michigan State University, ktorí chceli spraviť niečo podobné, aby som im poradil ako na to.“
A čo ho na tomto výskume najviac baví? „… že spája prácu v laboratóriu, prácu s elektrónovým mikroskopom a pri počítači. Na začiatku projektu je človek viac v laboratóriu a pri elektrónovom mikroskope, kde pripravuje a následne pozoruje vzorky vírusu. Keď už má nasnímané snímky z mikroskopu, tak je potom viac pri počítači a sem tam si odbehne do laboratória. U nás v skupine je to ešte tak, že každý pracuje na viacerých projektoch naraz, takže sa to dosť strieda. Napr. doobeda pracujem na počítači a poobede v laboratóriu. Keď to mám kvantifikovať, tak je to približne 40% práce v laboratóriu a 60% na počítači.“
Náhrada antibiotík?
„Veľká výhoda bakteriofágov voči antibiotikám je, že bakteriofág napadne iba jeden typ bunky napr. zlatého Stafylokoka, zatiaľ čo napríklad pre nás priateľské E.coli, nachádzajúce sa v našom črevnom mikrobióme, úplne odignoruje. Oproti tomu antibiotiká zabíjajú všetky baktérie bez rozdielu, aj tie, ktoré nám pomáhajú,“ hovorí Dominik.
„Nevýhodou však je, že sa pripravuje ťažšie ako antibiotiká, je oveľa komplikovanejší a nie tak účinný. Takáto liečba je možná a bežná napr. v Gruzínsku, kde majú dokonca celú kliniku zaoberajúcu sa fágovou terapiou. Ale napr. nedávno fágová terapia zachránila život dievčaťa vo Veľkej Británii. Dievča bolo napadnuté baktériou rezistentnou na antibiotiká a lekári jej dávali menej než 1 % šancu na prežitie. Po podaní fágovej liečby jej táto infekcia ustúpila, čím jej zachránili život,“ vysvetľuje. Viac sa dočítate tu.
Ako však Dominik Hrebík upozorňuje, podľa svetovej zdravotníckej organizácie o 10 rokov, budú takéto veľmi ťažko liečiteľné infekcie pravdepodobne bežným javom, a tak je nutné hľadať nové spôsoby liečby. Je totiž dosť možné, že už o 10 rokov sa čiastočne vrátime do doby pred antibiotikami, pretože väčšina baktérií bude voči nim odolná.
Dnes sú všetci (na facebooku) virológovia…
Ako vidí zo svojho pohľadu vedca nový facebookový stav, ktorý naplno odhalila pandémia korona vírusu? „Čisto z pohľadu vedy to, dúfam, pomôže ľuďom a hlavne politikom si uvedomiť, že veda je potrebná súčasť každého vyspelého štátu a oplatí sa do nej investovať peniaze, aj keď výsledky sa dostavia možno až o pár rokov,“ hovorí o potrebe vedy v spoločnosti.
„Tiež z pohľadu virológa ma teší záujem ľudí o vírusy, ale, samozrejme, sa popíše aj veľa balastu a to, bohužiaľ, nielen v komentároch na facebooku, kde by to človek tak nejak čakal, ale niekedy to šíria aj ľudia vzdelaní v molekulárnej biológii v rozhovoroch. Tu môžem napr. menovať Dr. Pekovú…Samozrejme, všetok tento dnešný záujem o vedu a vírusy by som zamenil za vymiznutie COVIDu a vrátenie sa k normálnemu spôsobu života, tak ako to bolo pred COVIDom,“ dodáva mladý vedec zo Šale.
V National geografic
V známom časopise vyšla vo februárovom vydaní fotografia s potápačom v akváriu držiacim obrázok modelu bakteriofága P68, teda s výsledkom výskumu Dominika Hrebíka. Ako k tomu došlo?
„Editori z National Geographic si všimli, že sme publikovali štruktúru bakteriofága v odbornom časopise Science Advances. Ozvali sa môjmu vedúcemu, že ich to zaujalo, či by sme im nemohli pripraviť nejaké podobné obrázky ako sme už zverejnili. Tak šéf prišiel za mnou, že rýchlo potrebujeme pripraviť obrázky fága P68. Ja som za pár hodín vygeneroval obrázky bakteriofága a jeden z nich môžete vidieť vo februárovom vydaní National Geographic. Je to pre mňa zatiaľ jeden z najväčších úspechov, pretože dostať sa do tak prestížneho časopisu je veľmi obtiažne, podarí sa to možno tak raz za život a je to dosť aj o šťastí, ktoré sme tentoraz mali,“ dodal Dominik Hrebík.
Momentálne vraj dokončuje iný projekt, na ktorom pracoval popri fágovi P68. Ide o ľudský enterovírus, medzi ktoré patrí napr. vírus obrny, ale aj nádchy: „Podarilo sa nám s istou dávkou šťastia odhaliť nový krok v priebehu infekcie, a to konkrétne ako tento vírus vypustí svoj genóm po preniknutí do ľudskej bunky. Tento krok doteraz nebol úplne objasnený.“
Zhováral sa: Ivan Aľakša
