Project Description

Vir. Nepřítel i spolubojovník

Biolog PAVEL PLEVKA (39) týmem v brněnském CEITEC institutu. Speciálním elektronovým mikroskopem zkoumá viry. Nejmenší „živáčky“ na světě, kteří ale umějí napáchat tolik zla jako největší války. Jeho výzkum by mohl být jedním ze základních stavebních kamenů budoucích léků třeba na klíšťovou encefalitidu, ale i na obyčejnou rýmu či nemoci, kvůli kterým umírají včely. Zkoumá taky, které viry a jak by se daly posílat do války proti svým větším nevlastním „sestrám“, tedy bakteriím – i ony způsobují infekce a na některé z nich už téměř nezabírají antibiotika.

Autorka: Lenka Vrtišková Nejezchlebová

Vyšlo v časopise Téma.

* Zkoumáte takzvané pikornaviry, tedy miniaturní RNA viry ve tvaru kuličky, mezi které patří i virus způsobující rýmu. Možná mi konečně nabídnete vědecké rozřešení zásadní otázky: Je mužská rýmička skutečně horší než ženská rýma?

Ale to je úplně jiná váhová kategorie! Viry, co infikují muže, jsou samozřejmě mnohem horší. Ale vážně, rýmu způsobuje více virů, které se od sebe liší, ale podle pohlaví si nevybírají. Žádný z nich běžně nezpůsobuje nic vážného, ale třeba pro lidi, co mají oslabenou nebo imunosupresivy utlumenou imunitu, mohou být potenciálně nebezpečné. Každopádně pro výzkum je rýma dobré téma.

* Jak to, když je to pro většinu lidí banalita?

Banalita, kterou se člověk nakazí v průměru čtyřikrát za rok. Ekonomické ztráty kvůli rýmě jsou z globálního pohledu obrovské, není to sice onemocnění vážné, ale bývá spojené s bolestí hlavy, zvýšenou teplotou, zhoršeným dýcháním, omezuje lidi v práci, hůř spí… A vtip je v tom, že léčivo na rýmu, ani na mužskou rýmičku, neexistuje, takže potenciál pro vědecké bádání je velký.

* Aha. Podle reklam se nezdá, že by se rýma a nachlazení nedaly léčit.

Existují látky, které zmírňují příznaky rýmy, ale průběh nemoci, která zpravidla trvá sedm dní, nezkrátí, protože na samotný virus nepůsobí. Lék na rýmu opravdu neexistuje, látky, které byly dosud vyvíjené farmaceutickými firmami, nebyly zatím ani v jednom případně schváleny jako léčiva, mají totiž nežádoucí vedlejší účinky. Takže velký potenciál se skrývá ve vývoji účinného léku bez vedlejších účinků, který byste si mohla jednoduše bez předpisu koupit v lékárně a on by začal hned působit. Pokud bychom se bavili o léku na lékařský předpis, tam to význam nemá. Onemocníte, smrkáte, je vám trochu špatně, den dva počkáte, co se z toho vyvine, pak teda půjdete k lékaři, předepíše vám lék, ten vám zabere druhý den. A čtyři dny už máte stejně za sebou. Navíc vlastnost pikornavirů, do kterých rýma spadá, je, že velmi rychle mutují. (Číšník přinese salát) Nebude vám vadit, když si dám pár soust? Mé odpovědi tak budou mnohem lepší!

* Jen jezte. Jsou to taky vitaminy, a ty fungují jako prevence nejen proti rýmě. Mimochodem – neměl byste ještě nějakou vědeckou radu, jak proti virům rýmy bojovat?

Zavlažovat sliznice. Viry rýmy infikují organismus přes sliznice, přes dýchací epitel, a ten je mnohem víc náchylnější k infekci, když je vyschlý, v tu chvíli na sobě nemá ochranný hlen. Proto je dobré se třeba před cestou autobusem nebo tramvají, kde tyhle infekce „lítají“, napít. Když je sliznice pokrytá hlenem a sedne na ni vir, tak hlen vykašlete a virus má utrum.

* A alkohol?

Pokud je po něm člověk veselejší, dá se říct: „Veselá mysl – půl zdraví.“ Ale nepřeháněl bych to.

* V roce 2014 jste získal na výzkum pikornavirů, mezi něž vedle virů způsobujících rýmu patří i viry, které mají na svědomí vážnější nemoci, včetně zánětů mozku, grant od Evropské výzkumné rady (ERC). Ten vám v únoru 2019 doběhne. Stihli jste vše, co jste chtěli?

V žádném případě. Ale to je normální. ERC dovoluje naštěstí velkou flexibilitu, takže nevadí, když se nezjistí vše, co bylo v plánu. Ale zase je fajn, když se zjistí něco zajímavého, co v plánu nebylo. A to se nám taky povedlo. Začali jsme sice s výzkumem lidských pikornavirů, ale pak jsme se hodně věnovali zkoumání virů, které napadají včelstva. A tam jsme dospěli k nejzajímavějším výsledkům. Popsali jsme, jak vypadají, popsali jsme strukturu těch virů, jak napadají buňky a jak šíří svou genetickou informaci.

* Myslela jsem, že jsou si všechny viry dost podobné: Proteinový obal a v něm genetická informace. Někde jsem četla, že virus je „špatná zpráva zabalená do bílkoviny“.

Ano, to řekl britský biolog Petre Medawar, a je to tak. Virus je často jen proteinový obal a genetická informace, ale každý vir trochu jinak pracuje, má trochu jinou strukturu. Každý virus nějakým způsobem dopraví do napadené buňky svoji genetickou informaci, ta se tam namnoží a začne napadat buňky v sousedství, ale liší se to v technickém provedení. A nám u pikornavirů nebylo úplně jasné, jak se virus do buňky dostane, jakým způsobem ji napadne. Věděli jsme, že se virová částice, taková kulička, naváže na povrch buňky, a buňka ji sama pohltí. Ale otázkou bylo, jak to, že se ta kulička pak v buňce otevře, jak se genetická informace dostane do její buněčné cytoplazmy.

* Tedy do jejích útrob.

To jsme zkoumali u lidských virů, ale i virů, které napadají včelstva. Ukázali jsme, že virová částice, taková kulička, v jednu chvíli odklopí kus svého proteinového obalu, jako poklop, a genetická informace vyskočí dovnitř buňky. Otázkou bylo, jaký mechanismus ji odklopí.

* Jaký?

Zkoušela jste někdy udělat šumákovou bombu z kindervajíčka? To se dá šumák do toho žlutého plastového obalu, ve kterém bývá hračka, k tomu se přidá voda, rychle se to zavře a odhodí pryč. A ten šumák tam pracuje… A pak obal ten tlak už nevydrží a bouchne. Prudce se rozevře a obsah se rozletí do stran. A podobně se otevírá i virová částice. Genetická informace tlačí zevnitř na obal viru, a když se otevře, kompletní genetická informace viru se uvolní dovnitř buňky a začne se množit.

* A tohle poznání může přispět k vývoji něčeho, co ten vir zastaví?

Myslím, že ano. Dalším krokem bude hledání způsobu, jak třeba vybudit ten virus, aby se otevřel dřív, než se dostane do buňky, aby zůstal v prostředí, kde se nemůže množit a šířit.

Úhyn včel má zásadní vliv na světové hospodářství i biodiverzitu. Zatím je ještě včelstev dost, ale trend znepokojivý je.“ Na snímku vlevo struktura viru, který způsobuje u včel deformaci křídel.* A tím zachránit vymírající včelstva?

To je samozřejmě cíl. Ale to je otázka dalšího výzkumu, řady let.

* Byla práce s včelími viry něčím specifická?

Především to bylo pole neorané. Když pracujeme s lidskými viry, pěstujeme si je v tkáňové kultuře, nemusíme jimi infikovat lidi a pak jim brát krev nebo tkáň, jednoduše si jen tak ve zkumavce vypěstujeme buňky, ty infikujeme a sledujeme, jak se virus množí, jak je napadá. Ale buňky včel se z nějakého důvodu nedaří pěstovat ve zkumavce, museli jsme tedy spolupracovat s kolegy z Mendelovy univerzity v Brně, kteří mají experimentální včelíny. Docent Antonín Přidal pro nás napichoval viry do včelích kukel…

* A líhly se infikované včely?

Ne, kdepak. Kukla se vyvíjí třeba osm dní, my ji infikovali první den jejího vývoje a za tři dny zamrazili. A pak jsme kukly používali jako zdrojový materiál pro izolaci virů.

* O vymírání včelstev se v posledních letech hodně hovoří, nabourává to ekosystém celé planety.

Má to zásadní vliv na světové hospodářství i biodiverzitu. Zatím je včelstev dost, ale trend znepokojivý je. Asi od roku 1950 totiž populace včel pořád klesá. Třeba ve Spojených státech v roce 1950 měli 5,7 milionu domestikovaných včelích kolonií a v roce 2010 jen 2,1 milionu. Za šedesát let pokles skoro na třetinu. A pokračuje to. Takže to míří do situace, kdy včel bude málo. Důvodem je znečištěné prostředí a nemoci včel. Čím jsou včely oslabenější kvůli horším životním podmínkám, tím snáze onemocní a umírají.

* Od včel se můžeme posunout k jinému hmyzu. Ke klíšťatům, která jsou přenašeči klíšťové encefalitidy. Významný vědecký časopis Nátuře Communications nedávno otiskl vaši publikaci, která se právě výzkumu viru klíšťové encefalitidy týkala. Mohlo by vaše poznání napomoct v možnostech léčby této hnusné nemoci? Česko patří mezi země, kde je její výskyt nejvyšší. Nemoc může v nejhorším případě trvale poškodit mozek a zabíjet.

Uvedu to na pravou míru. Máme publikaci ve velmi dobrém časopise, což ve vědeckém světě naznačuje, že náš výzkum je zajímavý a zřejmě i potenciálně důležitý, ale nemá to žádný přímý vztah k léčbě toho onemocnění. Jen jsme popsali něco, co ještě nebylo o tomto viru známo.

* Jistě. To je princip základního výzkumu, ale bez něj se žádný experimentální výzkum a další vývoj potenciálních léčiv neobejdou. Ano, žádný lék zatím neexistuje (proti encefalitidě je možné se jen očkovat), ale vaše poznatky by k němu mohly vést. Co jste tedy o tom viru zjistili?

Řekněme, že když chceme s nějakým virem bojovat, musíme nejdřív vědět, jak funguje, a my jsme popsali jeho strukturu tak, že už před námi nemá žádná tajemství, víme, kde a jak jsou poskládané jeho jednotlivé atomy. Ukázali jsme taky, jak se na jeho povrch vážou neutralizující protilátky a jakým způsobem ho ničí, přesněji řečeno deaktivují. Když virus infikuje člověka, jednou z reakcí imunitního systému je, že začne vytvářet protilátky. A funguje to specificky i u viru klíšťové encefalitidy. Napadený organismus vytváří různé typy protilátek, a my se zaměřili na jednu konkrétní variantu, která ten virus opravdu zabíjí, která je účinná, protože ne všechny tu schopnost mají. Ale znovu zdůrazňuji, že pouze v laboratorních podmínkách. Popsali jsme, jak se tato protilátka váže na povrch viru a jak brání jeho množení.

* Je vir klíšťové encefalitidy zajímavý i vizuálně?

Velice. My vir fotíme pomocí speciálního elektronového mikroskopu a pak záběry skládáme a kombinujeme a v počítači rekonstruujeme jeho 3D strukturu.

* Zmínil jste speciální mikroskop. To je ten, kvůli kterému jste vlastně z USA přišel právě do Brna do CEITEC?

Byl to jeden z důvodů. Jde o takzvanou kryo-elektronovou mikroskopii…

* Trochu mě z toho slova „kryo“ mrazí.

A to vás mrazí správně. Zkoumané virové částice se skutečně „zamrazí“, přesněji vitrifikují – vysvětlím za chvíli… Díky tomu můžeme zkoumat biologické vzorky v nativních podmínkách (zkoumaný vzorek si zachová původní „přirozenou“ podobu, která není výrazně změněna vysoušením či jinou manipulací, jaká je nutná při zkoumání jinými typy elektronové mikroskopie). Nejde o jednoduché zmrazení, protože živé organismy obsahují spoustu vody a zmražením ve vzorku mohou vzniknout krystalky ledu, které poškodí jeho strukturu. My vzorky „mrazíme“ tak, že vzorek ponoříme do podchlazeného tekutého etanu, voda v nich zmrzne tak rychle, že se krystalky ledu nestihnou vytvořit. V tom je kryo-elektronová mikroskopie unikátní.

* Ale pořád zde existují mantinely. Plánujete studovat něco většího než virové částice?

Rádi bychom podrobně prozkoumali zlatého stafylokoka. To je strašně zajímavá bakterie, která umí vytvářet biofilm, který nám často pokrývá sliznice v krku a nosohltanu. To je přirozené prostředí stafylokoka, tam bakterie žije a většinou nepůsobí žádné potíže. Jenže když se dostane, kam nemá, třeba do nějaké otevřené rány, je to průšvih. Protože je velmi rezistentní proti antibiotikům mimo jiné právě díky tomu, že tvoří biofilm. Rány, které jsou napadené stafylokokem, se nehojí.

* Stafylokok je postrach nemocničního prostředí.

Není divu. Při tvorbě biofilmu se buňky stafylokoka zabudují do takové trojrozměrné sítě, čímž se do značné míry izolují od okolí a buňky imunitního systému nebo antibiotika se k nim pak těžko dostávají. To je nesmírně zajímavá oblast ke zkoumání. My studujeme, jak se biofilmem prokousávají bakteriofágy.

* Bakteriofágy. To jsou viry, které napadají bakterie. 0 využití takzvané (bakterio)fágové terapie se hodně mluví v souvislosti s odolností některých bakterií vůči antibiotikům. Ale ona je to už dost stará věc, ne?

Fágy byly objevené dřív než antibiotika a zdálo se, že to bude skvělé léčivo na bakteriální infekce. Pak se ale přišlo na antibiotika, jejichž vývoj i využití je mnohem jednodušší, protože jsou to jednoduché maličké organické sloučeniny.

* A dlouho jsme byli přesvědčení, že je hotovo, že antibiotika bakteriální infekci snadno porazí, že je vystaráno nadobro. Ale ukázalo se, že ne, že si bakterie zvykají a jsou odolné. Proto se znovu zkoumají možnosti fágové terapie. V čem je s bakteriofágy problém?

Jsou mnohem komplexnější než antibiotika, viry jsou živé „organismy“. Definice života je otázka diskuse, já se přikláním k tomu, že viry jsou živé. Mají řadu znaků života a vyvíjejí se, snadno by mohly v těle pacienta zmutovat, mohou nabýt nežádoucích vlastností. A to je hlavní důvod, proč fágová terapie není dosud schválená.

* Ale ta myšlenka je úžasná. Že proti jednomu zdroji infekce pošleme jiný, který ho sežere.

Je. A potenciálně má fágová terapie obrovské výhody, koncept je skvělý, ale zatím je to ve stadiu, kdy by to mohlo udělat víc škody než užitku. Výhoda je ale třeba i ta, že fágy v těle nevybijí všechny bakterie, jak to udělají antibiotika.

* V tom je ale zároveň i jejich nevýhoda. Že by musel být vždycky konkrétní fág na konkrétní bakterii, ne?

Ale to se dělá i s antibiotiky, že se dává co nejvíc úzce zaměřený typ (když to tedy jde a když se rychle zjistí původ infekce), aby to nezabilo v těle i symbiotické bakterie. S bakteriofágy by se to mohlo dělat podobně, existovala by paleta a vybral by se účinný typ. Ale pořád je to ve fázi experimentů, probíhají i klinické studie, ale úřady jsou velmi opatrné.

* Jste i díky tomu, co o virech víte, opatrný v osobním životě, třeba jako čerstvý táta?

Nijak přehnaně, ale náš Adam (roční syn, pozn. red.) je očkovaný na všechno, nač se očkovat dá. Očkování je jeden ze zázraků medicíny. Trojice antibiotika, očkování a hygiena nám jako lidstvu změnily život.

* Jste úzkostnější i z hlediska hygieny?

Tak mytí rukou je základ, ale nejlepší by bylo nepotkávat se vůbec s lidmi, což se ale hůř provádí. Hromadné dopravní prostředky jsou ideální prostředí pro šíření chorob, ale člověk jimi jezdit musí, s tím se nedá nic dělat. Tak aspoň si mýt ty ruce.

* Nezapojujete se do diskusí v „antivax“ skupinách?

Ne. A vědci v tomto ohledu asi nejsou nejlepší diskutéři, ty diskuse jsou pramálo o faktech, mnohem víc o pocitech. Navíc diskutující strany názor většinou nezmění, ti, kteří už jsou takhle zakouslí, takoví zůstanou, důležité je spíš působit na ty, co si jasný názor neudělali. Myslím, že je důležité opakovat, že očkování nepomáhá jen očkovaným jednotlivcům, ale důsledné očkování má efekt skupinové imunity, díky které může ve zdraví přežít i jedinec, který má z nějakých důvodů tak slabou imunitu, že očkován být nemůže, protože by to pro něj bylo životně nebezpečné. Když všichni kolem očkovaní budou, nenakazí se, ale když začne očkovaných ubývat, riziko pro neočkované stoupá. Díky tomu jsou chráněná miminka, která být očkovaná ještě nemůžou, ale život ohrožující nemoci jim hrozí. Když je populace proočkovaná, přežijí malinké děti bez černého kašle nebo záškrtu do doby, než jejich tělo očkování zvládne. Neočkovat své děti, které očkovány být mohou, je tedy sobecké vůči ostatním. Jistě, očkování může mít postranní efekty, ale když se to srovná s průběhem nemocí, proti kterým se očkuje, tak to je ohromný rozdíl. Psychologicky je ale problém, že nemáme s těmi onemocněními osobní zkušenost, neviděli jsme umírat děti na pravé neštovice nebo černý kašel. I když tyhle důkazy si určitě nikdo z nás nepřeje.

„Mužská rýmička, to je jiná váhová kategorie.“ „Úbytek včel je znepokojivý.“ „Vir musíme poznat, než se dáme do boje.“ „Fágy v těle nevybijí všechny bakterie, jak to udělají antibiotika.“

Pavel Plevka

Vystudoval molekulární biologu a virológii na Přírodovědecké fakultě UK. Doktorát získal na univerzitě ve švédské Uppsale. V letech 2009 až 2013 působil jako post-doe na univerzitě Purdue v Indianě v USA. Po návratu do Česka získal prestižní grant ERC a založil vlastní výzkumný tým na CEITEC institutu MUNI v Brně. Je ženatý, má dvouletého syna.

Úvodní foto: Petr Uhlíř/ Mafra