Syntetičtí biologové přivezli z Bostonu významné ocenění

Z klání v oboru syntetické biologie si český tým – významně obohacený o biology z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy – přivezl hlavní cenu ve své kategorii a celkové stříbro.

Tradiční biologie, která nás vyzbrojovala a stále vyzbrojuje poznatky o tom, jak živá příroda funguje, postupuje kupředu trpělivým kladením otázek přírodě a často i způsobem pokus/omyl.

Syntetická biologie, která z poznatků běžných biologů těží, se s podobnými otázkami příliš „nezdržuje“. Vědci pracující v této oblasti mají vlastně mnohem blíže k inženýrům, kteří si výsledek svého činění dopředu rozvrhnou a naprogramují. A to jak v počítačích, tak i v různých typech živých buněk.

„U nás je tento obor zatím spíše v plenkách. Světovými velmocemi jsou Spojené státy, Velká Británie a Německo. Dynamicky se rozvíjejícím ‚tygrem‘ východu jsou v současnosti Slovinci. Náš úspěch na mezinárodním fóru je proto obrovskou událostí,“ vysvětluje Daniel Georgiev z katedry kybernetiky Západočeské univerzity v Plzni, který je hlavou českého výzkumného týmu.

Členové laboratoře jsou na jedné straně kybernetici, kteří dokážou vytvořit formální model a simulaci in silico (tedy v počítači), na straně druhé pak biologové, kteří umějí teoretické konstrukce obléknout do slušivého kabátku z proteinů a dalších organických látek.

Za Přírodovědeckou fakultu UK  byli v osmičlenném týmu studentů do 24 let Martin Cienciala, Veronika Kolejáková a Filip Nemčko z Laboratoře biochemie RNA, kterou vede doktor Martin Pospíšek, a z Laboratoře genové exprese docenta Petra Folka. Dlužno dodat, že i ostatní členové týmu si na přednáškách naší fakulty doplňovali své biologické vzdělání.

Jak vypadaly jednotlivé kroky na cestě k úspěchu ve světovém klání? „Nadšení pro propojování inženýrské intuice s biologickými a medicínskými tématy jsem si přivezl ze svého téměř dvacetiletého pobytu ve Spojených státech, zejména z postdoktorské stáže na University of Washington,“ popisuje svou dráhu doktor Georgiev.

O účasti na soutěži iGEM, která je úzce napojena na kolébku syntetické biologie Massachusettský technologický institut (MIT), uvažovali vědci už dva roky. „Naším cílem bylo vytvořit tým studentů, jež spojuje nadšení pro řešení výzev syntetické biologie. Jelikož jde v principu o mezioborovou spolupráci, účast biologů byla nejen vítaná, ale přímo nutná,“ doplňuje Georgiev.

Významný díl biologické části práce měli na svědomí právě studenti naší fakulty. „Základní kroky v syntéze markerů a jejich komplementů proběhly v Laboratoři biochemie RNA, vedené doktorem Martinem Pospíškem na katedře genetiky a mikrobiologie. Zde probíhalo i seznamování s problematikou řešení a s technologiemi nutnými pro další postup,“ vzpomíná jeden ze členů týmu, magisterský student Martin Cienciala.

V čem byla podstata projektu, jenž na špičkově obsazené soutěži v Bostonu tak zabodoval? Zakázka vzešla od kolegů z Biomedicínského centra v Plzni. Týkala se totiž metody, jak včas vypátrat metastázující nádorové buňky, které putují krevním řečištěm a vlastně roznášejí rakovinu po těle.

Jako nástroj využili vědci „přeprogramovanou“ pivní kvasinku. Na její povrch umístili krátké bílkovinné řetězce, které do těch, jež se nacházejí na povrchu rakovinných buněk, zapadají jako klíč do zámku. Kvasinkám poté umožnili mezi sebou komunikovat a tím ověřit, zda jsou v krevním vzorku přítomné metastázující buňky. Toto spojení lokalizace s komunikací představuje hlavní inovaci.

Chytrost řešení ale nespočívala jen v diagnostické metodě. Budoucím badatelům tým umožnil realizovat jejich vlastní diagnostické testy skoro na počkání. Dvě funkce, vystavování řetězců a přijímání signálů, zavedli do jednoho z kvasinkových pohlaví a funkci vysílání signálů do druhého. Obě pohlaví, tedy „tatínek“ a „maminka“ jednobuněčných kvasinek mohou splynout, což i mladý bioinženýr může využít a naprogramované funkce jednoduše přepojit.

Test, který vědci připravili, lze realizovat prakticky během 24 hodin – chytré kvasinky samy vyrostou na Petriho misce se synteticky připraveným živným médiem. Realizace celého komplexního projektu včetně takzvaného mikrofluidického testování byla též podpořena skvěle vypracovaným matematickým modelem a simulátorem. „Naší výhodou jakožto kybernetiků je, že na vypracování takového modelu jsme skvěle vybaveni,“ popisuje Daniel Georgiev.

Na soutěži, která se tradičně odehrává v americkém Bostonu, český tým rozhodně nepatřil mezi favority. Do této role jsou tradičně pasováni zástupci asijských (Čína, Japonsko, Jižní Korea) a amerických univerzit. Mezi Evropany pak hrají prim univerzity britské, německé, nizozemské či slovinské.

V roce 2015 se přihlásilo celkem 256 týmů. V kategorii do 24 let (undergraduates), kde soutěžili také Češi, jich bylo 200. „Ještě před odjezdem jsme si dělali naděje, že bychom mohli zabodovat v kategorii Zdraví a medicína, do níž jsme projekt přihlásili. Po příjezdu do Bostonu však naše nadšení značně ochladlo. Náš poster byl trochu zastíněn popularitou sousedního, který popisoval práci jednoho z velkých favoritů – University College London. Byl nám také přidělen spíše menší sál, v němž probíhala prezentace projektu,“ vzpomíná doktor Georgiev.

Na závěrečném setkání však byli zástupci týmu vyzváni, aby jako finalisté představili svůj projekt 3 000 vědeckých kolegů v sále. Jedním ze dvou prezentujících byla i naše studentka Veronika Kolejáková.

Prezentace dopadla výborně. A následovala sladká odměna – při vyhlašování výsledků bylo týmu „Czech Republic“ uděleno první místo v kategorii Zdraví a medicína a druhé místo v absolutním pořadí soutěže.

Za sebou tak Češi nechali prakticky celou světovou elitu včetně německého Heidelbergu, několikanásobného vítěze minulých ročníků. „Připadáme si teď jako Davidové, kteří porazili Goliáše. A ne jednoho,“ přibližuje své pocity Martin Cienciala.

Ten pocit skoro až závidíme…