(Ne)smrteľné baktérie

Pozorovanie buniek fluorescenčným mikroskopom

Baktérie a vírusy odjakživa ovplyvňovali náš život. V posledných desaťročiach sa vďaka vylepšujúcim sa prístrojom, technológii skúmania, ale aj z dôvodu množiacich sa epidémií dostávajú do centra pozornosti a vieme o nich čoraz viac. O tom, čo skúma mikrobiálna genetika, sme sa zhovárali s mikrobiológom Imrichom Barákom z Ústavu molekulárnej biológie SAV v Bratislave.

Čomu sa venuje mikrobiálna genetika?

Naše výskumné projekty v sebe zahŕňajú množstvo rôznych oblastí, ktoré používame na pochopenie základných procesov prebiehajúcich v bunke. Okrem genetiky sú to oblasti ako biochémia, rôzne zobrazovacie techniky, kryštalografia, štrukturálna biológia a ďalšie. Názov mikrobiálna genetika v sebe ukrýva základ našej práce v tom zmysle, že mikroorganizmu, ktorého genóm máme celý osekvenovaný, dokážeme meniť genetickú informáciu, ako chceme, a upravovať ho, ako potrebujeme.

Bunky Bacillus subtilis pozorované fluorescenčným mikroskopom

Aké metódy a prístroje používate?

Používame rôzne typy mikroskopie, fluorescenčnú, konfokálnu, elektrónovú, len aby sme jav, ktorý skúmame, dokázali pochopiť čo najlepšie. Máme tiež šťastie, že Slovensko je aktívnym akcionárom XFEL-u (X-ray free electron laser, najvýkonnejší röntgenový laser na svete). Je to veľký európsky projekt röntgenového lasera v Hamburgu umožňujúci spoznávanie štruktúry živej aj neživej hmoty až na atómovej úrovni (viac o XFEL-i v Quarku 6/2017, pozn. red.). Naša krajina sa aktívne podieľala na jeho vzniku a v súčasnosti na jeho riadení. Preto majú aj naši vedci ako súčasť vedeckých tímov príležitosť uspieť v podávaných žiadostiach o pridelenie meracieho času, tzv. beamtime (čas, ktorý môže výskumný tím so svojím projektom získať na experimenty na pracovisku XFEL, pozn. red.).

RNDr. Imrich Barák, DrSc., odborník v oblasti mikrobiológie, je vedúcim oddelenia mikrobiálnej genetiky Ústavu molekulárnej biológie SAV. Venuje sa základnému výskumu mechanizmov bunkového delenia, diferenciácie buniek a programovanej bunkovej smrti baktérií. So svojimi spolupracovníkmi pomohol pochopiť úlohu kľúčových deliacich proteínov v modelovom mikroorganizme Bacillus subtilis. V rokoch 2001 a 2020 získal ocenenie Vedec roka SR, v roku 2016 Cenu za vedu a techniku v kategórii Osobnosť vedy a techniky. Je jedným zo zakladateľov iniciatívy Veda chce žiť!

Na čo sa vo vašich výskumoch zameriavate?

Príroda má všetko veľmi dobre vymyslené. Našou úlohou ako mikrobiológov je skúmať, ako to funguje až na najnižšej možnej úrovni a využívať potom naše zistenia nielen v prospech ľudí, ale aj prírody. U nás sa venujem základnému výskumu, ale to neznamená, že aplikovaný výskum sa nás nedotýka. Veda je taká špecializovaná, že človek by sa mal sústrediť na to, čo vie najlepšie a spájať sa s odborníkmi z rôznych odborov, aby bol konečný produkt čo najlepší.
Hoci pri základnom výskume nemáme priamy aplikačný výstup, musíme sa zamýšľať nad tým, ako náš výskum a poznatky využiť v praxi. To, čomu sa venujeme, sa dá využiť v mnohých oblastiach.

Napríklad v akých?

Základný výskum je často najťažšia časť, čo sa týka technológie, myšlienok a nápadov. Zároveň je pre väčšinu ľudí neviditeľný. No práve ten môže zachraňovať životy. V našom prípade sa venujeme mikrobiológii a študujeme na molekulárnej až atómovej úrovni, ako sa bunky delia, pričom práve delenie buniek je jedným zo základov pre dizajn liečiv. Keď zistíme 3D štruktúru dôležitého deliaceho proteínu, dokážeme navrhnúť, aká organická látka zapadne do jeho aktívneho miesta. Keď ide o proteín, ktorý je z vysoko rezistentného patogénneho mikroorganizmu, tak máme liečivo, antibiotikum. Jeho vývoj stojí miliardy a bez základného výskumu by sa nedalo vyvinúť. Nové baktérie sú často multirezistentné, preto je nevyhnutné neustále hľadať a vyvíjať nové antibiotiká. Tie sú často jediné, ktoré môžu zachrániť človeka nakazeného multirezistentnou baktériou.

Akým ďalším oblastiam sa venujete?

Z útrob urýchľovača XFEL v Hamburgu

Dlhodobo skúmame modelový organizmus – baktériu Bacillus subtilis, ktorá sa delí rovnako ako každá iná baktéria, ale dokáže sa navyše diferencovať, teda sporulovať, čo však nedokáže každá baktéria. Ide o nepatogénnu baktériu, ktorá žije v pôde. Pôdne baktérie vo všeobecnosti sú pre biosféru veľmi dôležité, stromy a rastliny s nimi často žijú v symbióze. Pri výskume baktérií študujeme, čo spôsobuje napríklad ich rezistentnosť na ťažké kovy. Potom zoberieme gény rezistentnosti a vložíme ich do pôdnej baktérie. Tento postup nachádza uplatnenie napríklad v bioremediácii pomocou týchto pôdnych baktérií. Tie sa potom dajú využiť na redukciu znečistenia, na zníženie a odstránenie ťažkých kovov, toxických alebo aj iných nebezpečných látok.
Podobne to platí pre vodohospodárstvo, pre ktoré skúmame enzýmy mnohých baktérií. Keď spoznáme konkrétne gény pre určité enzýmy, vložíme ich do vhodnej baktérie a tá môže pomáhať napríklad pri čistení vôd.

V spolupráci s pracoviskom XFEL hľadáte liek aj na SARS-CoV-2. V akom štádiu sa nachádzate?

Boli sme už pri prvých biologických experimentoch, o ktorých nám vyšli aj články. Keď prepukla pandémia, hneď vyhlásili beamtime na experimenty súvisiace s týmto ochorením. Za ten približne rok a pol sa takmer žiadne iné experimenty neriešili, všetky pridelené beamtimy sa odsunuli a prednosť mali tímy veľkých skupín vedcov, ktorí sa spojili do projektov týkajúcich sa covidu-19 z rôznych pohľadov. My sa zúčastňujeme projektu s cieľom vyhľadávania a prípravy špecifických liečiv proti tomuto vírusu. Konkrétne študujeme látky, ktoré sa dokážu špecificky a silno viazať do aktívnych miest dvoch proteáz SARS-CoV-2.


Snímka zo skenovacej elektrónovej mikroskopie buniek Bacillus subtilis, ktoré sú akoby poprepájané nanotrubicami, foto O. Benada, Mikrobiologický ústav, Akademie věd, ČR

Ocenenie Vedec roka 2020 ste získali aj za objav vzniku bakteriálnych nanotrubíc ako prejav zomierajúcej bunky. Čo sú bakteriálne nanotrubice?

Pred vyše desiatimi rokmi pozorovala jedna izraelská skupina v elektrónovom mikroskope neznáme útvary, ktoré vystupovali z jednotlivých buniek baktérií alebo ich aj spájali. Nazvali ich nanotrubice. Zistili, že ide o membrány skladajúce sa z lipidov, ktoré majú hrúbku približne 70 nanometrov a dĺžku desiatok mikrometrov. Čiastočne ukázali, že cez tieto nanotrubice sa podľa nich môžu prenášať DNA, RNA, proteíny a metabolity. Dokonca sa vraj nanotrubice dokážu napichnúť na eukaryotickú bunku, napríklad ľudskú, a vysať z nej živiny. Vo vedeckom svete mikrobiológie išlo o úžasnú novinku.
Pred niekoľkými rokmi ma na zahraničnej konferencii oslovil doktorand Jirka Pospíšil z laboratória Libora Krásneho z Prahy, ktorý sa nanotrubiciam venoval už nejaký čas. Nedarilo sa mu získať také výsledky ako vedcom z Izraela, preto sa mu dalo len veľmi ťažko potvrdiť, že nanotrubice niečo prenášajú. Požiadal ma, či by mohol prísť k nám na pracovisko a pozorovať tento jav u nás.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 9/2021. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

Za rozhovor ďakuje redakcia Quarku
Foto archív IB

Komentáre