Skúma cukor, ktorý si možno poradí s rakovinou i vírusmi

29.09.2012 06:00
Ján Tkáč
Chemik Ján Tkáč Autor:

Slovenského chemika Jána Tkáča čaká la dolce vita. Ako prvý vedec zo Slovenska získal štartovací grant European Research Council, ktorý mu umožní vytvoriť si vlastný tím a na šesťdesiat mesiacov sa nerušene venovať svojmu výskumu.

Za zložitým oficiálnym názvom projektu Elektrochemické lektínové a glykánové biočipy integrované s nanoštruktúrami sa skrýva výskum funkcie glykánov, zjednodušene cukrov, v tele. Ak bude jeho tím pôsobiaci v Chemickom ústave Slovenskej akadémie vied úspešný, môže prispieť napríklad k vývoju alternatívnych liečiv k antibiotikám alebo aj k lepšej diagnostike rakoviny a iných ochorení.

Podpredseda Slovenskej akadémie vied Albert Breier prirovnal získanie tohto grantu k zisku zlata na majstrovstvách Európy. Ako teda vyzerali súboje v základnej skupine, play-off a vo finále?

Projekty sú hodnotené v troch kolách. V prvom musí vedec zaujať na ploche piatich strán rozšíreného abstraktu, štyria recenzenti však berú do úvahy aj kvality žiadateľa. V druhom kole už osem expertov hodnotí pätnásťstranový projekt. Ak sa zhodnú na tom, že je excelentný a hodný financovania, odporučia projekt na obhajobu do Bruselu. Postup do „finále“ ma potešil, keďže som si tento projekt podával už druhýkrát a stálo ma to nemalé úsilie.

A finále bolo náročné?

Predstúpil som pred komisiu pätnástich odborníkov. Jedna členka komisie bola expertkou na oblasť môjho výskumu, takže asi polovica otázok smerovala od nej. Jasne zdôraznila, že pre ňu je to typ projektu, ktorý by sa mal financovať. Komisia poukazovala na isté veci, ktoré sú značne inovatívne, zároveň však riskantné.

V akom zmysle riskantné?

Jednoducho sa im zdalo, že niektoré aspekty môjho výskumu nemusia byť uskutočniteľné. Po stretnutí som mal pocit, že sa projekt zdal zaujímavý a napokon som sa nemýlil. Grant, o ktorý sa každoročne uchádza približne 2– až 3-tisíc vedcov s úspešnosťou okolo desať percent, som napokon získal aj ja.

Váš projekt má zložitý názov – Elektrochemické lektínové a glykánové biočipy integrované s nanoštruktúrami. Dá sa jednoducho opísať?

V našom výskume sa budeme snažiť lepšie porozumieť funkciám cukrov v tele. Ak by som to povedal veľmi zjednodušene, každá naša bunka v tele je pokrytá obalom pozostávajúcim z cukrov. Ten zároveň slúži na komunikáciu medzi bunkami. Našou úlohou je skúmať, ako zmena zloženia cukrov na povrchu buniek môže ovplyvňovať najrôznejšie fyziologické procesy alebo niektoré ochorenia.

Keď je reč o ochoreniach, ako spoznávanie funkcie cukrov môže prispieť k tvorbe alternatívnych liekov k antibiotikám?

Keď sa napríklad vírus chrípky dostane k zdravej bunke, tak rozpoznáva niektoré špecifické cukry na jej povrchu. Dôjde k výmene informácií a potom vírus môže bunku infikovať. Ak by sme však vírus pokryli cukrom (alebo jeho derivátom), ktorý je zhodný/podobný s tým na povrchu bunky, tak by už nemal šancu sa na bunku nadviazať. Ak teda pochopíme princíp rozpoznávania cukrov, tak je celkom možné, že budeme schopní vyvinúť nové liečivá, ktoré v budúcnosti môžu nahradiť antibiotiká. Nehovorím, že to bude výsledok nášho projektu, pokúsime sa načrtnúť smer, ktorým sa vývoj môže uberať.

Vyzerali by takéto lieky ako tie dnešné?

Pravdepodobne áno. Človek s chrípkou alebo bakteriálnou infekciou by prehltol tabletku alebo nejakú kapsulu v obale. Akurát jej účinok by bol postavený na inom základe ako pri dnešných antibiotikách či antivirotikách, keď najmä antibiotiká stále častejšie prestávajú pôsobiť.

Vírusy nespôsobujú len chrípku, ale povedzme aj ochorenie AIDS. Dala by sa rovnaká metóda aplikovať aj na vírus HIV?

Áno, v súčasnosti sa dokonca vyvíjajú protilátky, ktoré by selektívne rozpoznali cukrovú zložku na povrchu vírusu HIV. Ak na vírus nadviažeme protilátku, tak vírus už nebude schopný viazať sa na zdravé bunky a infikovať ich.

V súvislosti s vaším výskumom sa hovorí aj o včasnej diagnostike rakoviny…

O rakovine je známe, že jej bunky majú mnohé cukry zmenené. Napríklad pri rakovine prostaty produkujú rakovinové bunky proteín, ktorý má zmenené zloženie cukrov v porovnaní s proteínom, ktorý produkujú zdravé bunky. Tento proteín so zmenenými sacharidmi potom u pacienta cirkuluje v krvi, takže je možné vyhľadať a identifikovať rakovinu už v skorom štádiu aj z krvného obrazu, netreba odoberať vzorky tkaniva. Rozpoznávanie cukrov na identifikáciu rakoviny je však nový trend, pravdepodobne ním budeme schopní identifikovať len niektoré druhy rakoviny.

Možno cukry využiť len na diagnostiku alebo dokonca aj na liečbu rakoviny?

Myslím si, že teoreticky aj na liečbu. Rakovinové bunky so zmenenými cukrami sú výsledkom činnosti istých enzýmov. Zmena v zložení cukrov naznačuje, ktorý enzým je za to zodpovedný a ak tento enzým vyradíme z činnosti nejakou látkou, táto látka môže obnoviť pôvodnú rovnováhu v bunke. Ak sa to podarí, táto látka bude teda fungovať ako liečivo na daný druh rakoviny.

Nik sa ešte nepokúšal ísť na liečbu rakoviny touto cestou?

Ale áno, nie je to však vonkoncom také jednoduché, ako to znie. Nedávno na jednej konferencii v Brne vystúpil náš kolega s prezentáciou o vývoji liečiv na báze cukrov a ich derivátov. Keď si to človek namodeluje v počítači, všetko to krásne funguje. Realita je však oveľa zložitejšia. Cukry totiž vytvárajú reťazce, ktoré sa môžu v priestore akokoľvek otáčať, sú veľmi flexibilné, a preto je dosť ťažké navrhnúť molekuly na báze cukrov, ktoré by špecificky enzýmy z činnosti vyradili.

Čo máte na mysli pod ich flexibilitou? Že sa v priebehu času menia?

Môžem vám to uviesť na príklade so zámkou a kľúčom. Cukor alebo jeho derivát ako liečivo je kľúčom, ktorý by mal presne zapadnúť do štrbiniek zámky, ktorou je enzým. Cukry, keďže sú flexibilné, si len veľmi ťažko nájdu cestu do zámky a sila tejto interakcie je zvyčajne veľmi nízka a teda aj výsledný efekt. Ďalším pekným príkladom je vírus HIV. Jeho cukorné štruktúry sú veľmi flexibilné, ťažko navrhnúť účinnú protilátku, ktorá by rozpoznala rôzne druhy HIV vírusov. Dôležitou úlohou je pochopiť zmenu štruktúry cukrov, ich flexibilitu, aby sme mohli vyvinúť správnu zámku, v tomto prípade protilátku, ktorá tento kľúč, teda cukry na povrchu HIV vírusu, „uväzní“ a vírus vyradí z činnosti. Vo svete na vývine liečiv na báze cukrov pracuje mnoho tímov. Venuje sa tomu vedecká oblasť glykomika, v súčasnosti jedna z najbúrlivejšie sa rozvíjajúcich vedných disciplín. Doteraz napredovaniu bránila technika, súčasné prostriedky už však umožňujú rýchlejší rozvoj tejto vednej oblasti.

Keby bol vývoj úspešný, ako sa docieli, aby sa liečivo viazalo len na vírusy a nemenilo sacharidovú štruktúru aj zdravým bunkám?

Vždy, keď chceme niečo liečiť, musíme vyvinúť liečivo špecifické pre daný druh ochorenia. V prípade vírusu HIV to môže byť liečivo, ktoré vyradí z činnosti proteín, ktorý sa nachádza len na povrchu HIV. Proteín, ktorý chceme vyradiť z činnosti, sa samozrejme nesmie nachádzať prirodzene v iných ľudských bunkách, pretože to by negatívne ovplyvnilo fyziologické procesy v organizme.

Na lepšie pochopenie funkcie cukrov sa využívajú biočipy. Laik ovplyvnený sci-fi si pod týmto názvom predstaví najskôr nejaký počítačový čip umiestnený pod kožou. Čo je biočip v skutočnosti?

Biočip je najčastejšie kúsok sklíčka, na ktorého povrch sa v relatívne vysokej hustote nanesú vzorky. Stovky aj tisícky vzoriek. Znamená to, že ak chceme analyzovať povedzme nejaké ochorenie, umožňuje biočip analýzu viacerých vzoriek naraz, čím šetrí čas, materiál i náklady na analýzu. Problémom však je, že momentálne biočipy nepracujú tak, aby kopírovali prirodzené rozpoznávanie cukrov v prírode. Cieľom nášho projektu je preto vývoj, charakterizácia a následná aplikácia biočipov v rozpoznávaní cukrov s využitím nanotechnológií. Chceme pritom využiť techniky, ktoré sa budú čo najviac približovať prirodzenému rozpoznávaniu cukrov v prírode.

Spomínate nanotechnológie. Ide o akési „mikroskopické nástroje“?

Svojím spôsobom áno. Využívame napríklad uhlíkové nanorúrky, ktoré pripomínajú ľudský vlas, akurát sú oveľa tenšie, až niekoľko desaťtisíckrát. Taktiež používame zlaté nanočastice a inovatívny materiál grafén. V roku 2010 zaň bola udelená Nobelova cena. Pri využití grafénu sa rapídne znižujú náklady na prípravu biočipov, keďže tento materiál si vieme pripraviť jednoducho a lacno z tuhy. Všetky tieto nanomateriály zvyšujú citlivosť stanovení a zlepšujú prístup cukrov k modifikovaným biočipom. Celá analýza je vďaka nim efektívnejšia.

Ako takéto nanomateriály vyzerajú?

V súčasnosti využívame nanomateriály v tekutom stave (ukazuje fľaštičky, v ktorých sú nanomateriály – vyzerajúce ako roztoky rôznych farieb).

Vyrábate si ich sami?

Nanotechnológie výrazne napredujú, takže v súčasnosti je na svete veľmi veľa firiem, ktoré sa venujú ich výrobe. Materiály nakupujeme od nich. Technika sa v tomto smere výrazne posúva. Paleta výrobkov je čoraz pestrejšia, takže už si môžeme kúpiť presne také materiály, aké potrebujeme a nemusíme ich zložito upravovať či pripravovať.

Znie to tak, že vedecké odbory musia napredovať rovnako rýchlo, aby sa dali spraviť naozaj zásadné objavy. Aj akokoľvek talentovaný vedec je asi bezradný bez pokroku v iných oblastiach…

Naozaj pri veľkých vedeckých projektoch spolupracujú desiatky rôznych laboratórií. Jeden bez druhého sa len ťažko pohneme.

Môže podľa vás pri takomto vývoji zaznamenať veda povedzme v oblasti sacharidových liečiv revolučný krok vpred? Alebo nás čaká len evolúcia?

Ja to vidím skôr na postupné kroky. Keď sa chápanie týchto procesov bude zlepšovať a budeme vedieť účinne stanovovať určité ochorenia a zmeny v organizme, je tu šanca na nové liečivá. Ale ako som už spomínal, na návrhu liečiv na cukornej báze sa pracuje už dosť dlho a výsledky zatiaľ nie sú veľmi uspokojivé.

Čo dáva nádej vám, že práve váš výskum môže pohnúť veci vpred?

Predovšetkým ľudia u nás na oddelení glykobiotechno­lógie. Mám aj štyroch veľmi šikovných, snaživých a precíznych doktorandov. Jeden z nich napríklad vyvinul spôsob detekcie cukrov, ktoré sú na povrchu proteínov s veľmi nízkym detekčným limitom. Vďaka tomuto spôsobu vieme stanoviť tieto proteíny v koncentrácii, ktorá je milión- až miliardkrát nižšia, ako bežná koncentrácia proteínov v krvi. Je to veľmi dobrá štartovacia pozícia pre to, aby sme boli schopní vyvinúť extrémne citlivé biočipy.

Hovoríte o práci svojich doktorandov. Má v súčasnosti vedec na manažérskej pozícii vôbec ešte čas pracovať v laboratóriu?

Ja som sedem rokov pôsobil v zahraničí, napríklad aj v Oxforde. Vždy v pozícii človeka, ktorý pracoval v laboratóriu. Vtedy som si vôbec neuvedomoval, aká administratíva za tým všetkým je. Ako často treba podávať projekty. Roboty na nich je neúrekom, šanca, že uspejete, zvyčajne malá. Štrukturálne fondy predstavujú administratívnu záťaž. Takže drvivá časť mojej práce v súčasnosti spočíva v administratíve. Som viac úradník či manažér, ak chcete. Už nemám čas na laboratórium, tam pracujú moji doktorandi, ktorých vediem.

Fungovanie na grantoch asi nie je novinkou.

Schéma financovania cez granty je tu už dlhší čas. Nechcem, aby to vyznelo tak, že sa sťažujem. Je pochopiteľné, že keď vám napríklad cez štrukturálne fondy posielajú obrovské peniaze, chcú mať istotu, že sú správne vynaložené. Preto tie papierovačky, preto tie kontroly. Na druhej strane, posledné roky je svet v kríze a prejavuje sa to aj u nás vo vede. Šanca uspieť je nižšia, vedci musia podávať viac projektov, čím im ešte pribúda administratívy.

Vráťme sa ešte ku grantu European Research Council. Čo všetko vám umožňuje?

Veľmi dôležitá vec je, že jeho trvanie je až na päť rokov. To je na nezaplatenie, mať šesťdesiat mesiacov, keď človek môže sústredene a pokojne pracovať a nemusí sa veľmi zaoberať získavaním ďalších peňazí. Rozpočet ERC projektov sa môže vyšplhať až na 1,5 milióna eur. Samozrejme, my sme v projekte boli striedmejší, aj to mohla byť vážka na váhach pri celkovom hodnotení projektu.

Grant vám zrejme umožní aj zaplatiť kvalitných ľudí.

Áno, to je ďalšia kľúčová vec. Grantom mi dali možnosť poskladať si vlastnú skupinu. Achillovou pätou súčasnej slovenskej vedy je práve to, že nie sú peniaze na platy ľudí. Mnohí, často práve tí najšikovnejší, odchádzajú do zahraničia a nevracajú sa, alebo sú nútení nájsť si niečo iné. Takýto typ projektu môže podchytiť a zaplatiť mladých talentovaných vedcov.

Vy ste tiež odišli, ale vrátili ste sa. A hoci ste si mohli na realizáciu svojho projektu vybrať akékoľvek pracovisko v Európe, zvolili ste si práve Chemický ústav Slovenskej akadémie vied. Prečo?

Čo sa týka výberu pracoviska, tak Chemický ústav SAV je na tom naozaj dobre, vrátane nášho oddelenia glykobiotechno­lógie. Svedčí o tom aj fakt, že čo sa týka technickej infraštruktúry pre projekt, dokúpiť musíme len niektoré špecifické prístroje. Laboratóriá sú inak momentálne na mnohých pracoviskách na vysokej úrovni. Porovnateľnej a v niektorých prípadoch si dovolím tvrdiť aj lepšej, ako v zahraničí.

A čo váš návrat na Slovensko?

V prvom rade chcem povedať, že keby boli podmienky na Slovensku lepšie, ja by som zrejme nikdy ani nevycestoval. Možno na jeden rok, získať kontakty a skúsenosti, veď tak je to všade vo svete bežné. Situácia však pred pár rokmi bola taká zlá, že nebolo inej cesty, ako napredovať, len odísť. Ale napokon to bola dobrá skúsenosť, dramaticky mi rozšírila obzor. Dnes mám doktorandov v dvoch oblastiach a v jednej z nich – biobatérie – prakticky nikto iný na Slovensku nepracuje. Druhá oblasť glykomiky s využitím nanotechnológií je dostatočne inovatívna aj v európskom meradle, kvôli financovaniu tohto projektu.

A podmienky sú už lepšie?

Musím povedať, že mnohé zlepšili práve štrukturálne fondy. Vrátil som sa do ústavu, ktorý má skvelú infraštruktúru. Celkovo si myslím, že dobré pracovisko dokáže stiahnuť ľudí zo zahraničia späť. Ak má daný ústav záujem, ak vytvára podmienky na efektívnu a ohodnotenú prácu, tak tí ľudia prídu.

A čo politici? Na vedu ide málo financií. Čo by podľa vás zmenilo ich zmýšľanie v tomto smere?

K tomu by som sa nerád vyjadroval. Chcem však veriť, že ak sa ľuďom vo vede podaria nejaké úspechy presahujúce Slovensko, že to kompetentných osloví, aby do vedy investovali viac.

Čo vede, vo vašom prípade konkrétne chémii, podľa vás v súčasnosti najviac chýba?

Alarmujúce je podľa mňa to, že veľká časť mladšej generácie má záujem všetko si zjednodušovať. Preto si ľudia často radšej vyberú iný odbor, hoci ich aj chémia zaujíma. Často si vyberú univerzity v iných mestách, kde je štúdium jednoduchšie. Skrátka, pre mnohých mladých nie je podstatné, čo študujú. Dôležitý je len titul. Takto noví špičkoví vedci nevyrastú. Sám neviem, čo s tým robiť, ale je dôležité tento nepriaznivý vývoj zvrátiť.

Nemôže ľudí od chémie odrádzať už povedzme spôsob výučby chémie na základných a stredných školách?

Neviem sa k tomu vyjadriť. V každom prípade, 28. septembra sa uskutoční Noc výskumníkov. Je to perfektná akcia, kde sa chémia a iné vedné disciplíny dajú krásne spropagovať pre deti a mládež. Ľudia tam môžu vidieť, že veda má svoje čaro. Podľa mňa má v sebe každý trochu tej bádateľskej zvedavosti a je škoda, že často nie je správne podchytená a naplnená.

Ján Tkáč (40)

  • Absolvoval štúdium na Fakulte chemickej a potravinárskej technológie STU, absolvoval stáže vo Švédsku a v Anglicku, je autorom 47 publikácií v zahraničných časopisoch, 4 kapitol v knihách a vyše 780 citácií.
    • Bol recipientom prestížneho štipendia Marie Curie Individual Fellowship, členom víťazného tímu v celosvetovej súťaži podnikateľských zámerov Nanochallenge, členom oceneného kolektívu na Cenu SAV za vedecko-výskumnú činnosť a členom špičkového vedeckého tímu v SAV.
    • V súčasnosti pôsobí ako vedúci vedecký pracovník v Chemickom ústave SAV, je tiež editorom časopisu Central European Journal of Chemistry a associate editor pre časopis Chemical Papers.
    • Tento rok získal ako vôbec prvý slovenský vedec European Research Council Starting grant na projekt Elektrochemické lektínové a glykánové biočipy integrované s nanoštruktúrami, ktorého trvanie sa odhaduje na 60 mesiacov.

© AUTORSKÉ PRÁVA VYHRADENÉ

Sleduj najnovšie články na našom Facebooku
29,99
Flower bag ružové kvety

Flower bag ružové kvety

28,99
Amore farebné alstromérie

Amore farebné alstromérie

Ponuky zo Zľavy.Pravda.sk