Naděje pod ledem. Cestu k novým antibiotikům hledá vědkyně v Antarktidě

Za posledních třicet let nebyla na trh uvedena žádná nová skupina antibiotik. Bakterie jsou čím dál odolnější a současné léky přestávají pomalu, ale jistě fungovat. Řešením může být i objev vědkyně Stanislavy Bezdíček Králové, která odjela na Antarktidu a dovezla cenné bakterie produkující speciální látky, jež působí proti odolným bakteriím, houbám nebo virům. Probíhající testy jsou více než slibné.

Když se v posledním ročníku střední školy rozhodovala, kam nasměruje svoje kroky dál, byla ve hře mimo jiné paleontologie, veterinární či humánní medicína. Na chvíli zvítězila virologie. Teprve po nástupu na bakalářské studium na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity zjistila, že ne viry, ale bakterie jsou ta skutečná srdcovka. U nich to také zůstalo.

Už během navazujícího doktorského studia zkoumala nové mikroorganismy z Antarktidy, zpočátku získávané od badatelů, kteří tam podnikali cesty. V roce 2019 se ovšem do mrazivých končin, konkrétně na ostrov Jamese Rosse, vypravila sama.

Tříměsíční expedice za polární kruh přinesla průlomové informace. „V tuto chvíli geneticky upravujeme zvolené kmeny bakterií, aby začaly ve větší míře produkovat látky, jež jsou zásadní pro další kroky výzkumu,“ vysvětluje Králová.

Aktuálně vědkyně působí na Vídeňské univerzitě, konkrétně v Centru pro mikrobiologii a vědu o environmentálních systémech. Díky evropskému grantu Marie Sklodowske-Curie Actions (MSCA) může ve svém výzkumu pokračovat.

Tento prestižní grant jí pokryl dvouletý výzkum v hodnotě zhruba pěti milionů českých korun. Na základě skvělého hodnocení od MSCA získala také další roční grant přímo od Vídeňské univerzity v hodnotě 2,5 milionu korun.

Momentálně vědkyně Králová a její tým čítající tři studenty a jednoho technického pracovníka připravuje žádost o patent dvou nejvíce úspěšných molekul. Bylo by však velmi předčasné hovořit o tom, že zde budeme mít do pár let nové super účinné antibiotikum. Pozitivní vyhlídky ale máme a to je zásadní.

Společností aktuálně kolují obavy z toho, že současná antibiotika budou v blízké budoucnosti odolná vůči bakteriálním onemocněním, a my tak budeme jako v době před objevením penicilinu. Je tahle situace primárně způsobená nadužíváním antibiotik?

Masivní nadužívání antibiotik je jen jedna část problému. Zajímavé je, že v některých zemích lidé relativně běžně užívají veterinární antibiotika, k nimž mají volnější přístup. Samostatnou kapitolou jsou pak bohužel nízkopříjmové a rozvojové země, kde neexistuje prakticky žádná regulace těchto léčiv. Jedná se tedy o komplexní problém, který by se měl ideálně řešit na více úrovních.

Byl tohle důvod, proč jste se rozhodla zabývat hledáním nových možností?

Byl to jeden z důvodů. Postupně mi ale během doktorského studia došlo, že se jako vědci věnujeme publikování výsledků našeho bádání, aniž bychom přemýšleli nad určitou přidanou hodnotou.

Samozřejmě to není případ každého vědce, ale je to situace, která se opravdu děje, a já jsem se rozhodla, že tímto směrem nechci kráčet.

K tomu se přidala zkušenost ze stáže ve skupině profesora Lilesa ve Spojených státech, kde se přemýšlí právě nad těmito přidanými hodnotami, tedy nad možným posunem výsledků a zjištění ze základního výzkumu do praxe.

Třešničkou na dortu byly nakonec zajímavé výsledky z Antarktidy s ohledem na schopnost tamních mikrobů produkovat nové bioaktivní chemické látky. A tohle všechno do sebe jednoduše zapadlo jako puzzle.

Objevování nových antibiotik je výzva pro řadu vědců, slibný je například výzkum švýcarských vědců z Roche. Váš přístup k celé problematice hledání mikroorganismů vhodných pro případný vývoj antibiotických léků je ovšem jiný. V čem konkrétně?

Určitě je pravdou, že se tímto směrem dívá více skupin. Obvykle každá studuje nějaký jiný typ mikroorganismů nebo prostředí. Všichni máme ale společný jeden problém, a to přesvědčit mikroorganismy, aby antimikrobiální látky produkovaly i v laboratorních podmínkách.

Můj výzkum byl od začátku postaven tak, abychom vytvořili podmínky podobné jako v místě původu těchto mikroorganismů, tedy v Antarktidě. A toho jsme docílili nejen tvorbou chemických podmínek, ale také tvorbou mini komunit, v nichž jsme nechali v našem případě bakterie, aby spolu komunikovaly, soutěžily nebo spolupracovaly.

Celá hypotéza stojí na tom, že jsme je trošku „oklamali“, což vedlo k tomu, že vyprodukovaly účinné látky i v laboratoři.

Na Antarktidu jste se vypravila v roce 2019, ještě během doktorského studia. V čem pro vás byla zásadně jiná práce v terénu oproti laboratoři? Přiblížíte, jak se takové vzorky získávají a uchovávají?

Dny v terénu jsou relativně dlouhé a člověk nachodí kilometry v nelehkém, suťovém terénu. To je ještě navíc doprovázeno celodenním mrazem a poměrně silným větrem.

Po takovém vyčerpávajícím lovu vzorků začíná buď jejich uschování v teplotě, při níž jsou vzorky dopraveny až do Česka a následně okamžitě zpracovány. Nebo druhou variantou, zvláště pokud je expedice delší, je okamžité zpracování vzorků v terénní laboratoři na stanici.

V tom případě si vědec nedonese zkumavky s odebraným materiálem, ale přímo vyizolované bakterie v mini zkumavkách s kultivačním médiem, které je udrží při životě během transportu. Součástí zpracování na univerzitě je pak i dlouhodobé uchování těchto bakterií, umožňující jejich dlouhodobé zkoumání.

A zpracovávala jste vzorky přímo na polární stanici? Byla jste od té doby na Antarktidě či případně plánujete opět expedici?

Na expedici v roce 2019 jsem zvolila obě varianty a opravdu jsem část vzorků zpracovala přímo na Mendelově polární stanici. A musím říci, že právě tato část je momentálně jakýmsi základním kamenem mého výzkumu, i když samozřejmě se tato sbírka půdních bakterií postupně rozrůstá.

Na Antarktidě jsem od té doby sice nebyla, což bylo nejdříve dáno nemožností pokračovat v tomto výzkumu na původním pracovišti, a následně získáním kompetitivního grantu a přesunem na Vídeňskou univerzitu, kde v tak nabitém programu odchod na delší dobu prostě nebyl možný.

Musím však říci, že úzká spolupráce s kolegy z Českého antarktického programu na Masarykově univerzitě fungovala i během této doby bez chybičky a vzorky mi vždy zajistili.

Momentálně plánuji další expedici. Už mám i detailně promyšlené, co bych potřebovala všechno v terénu stihnout. Jako vždy ve vědě, i tento plán je podmíněn získáním finančních zdrojů v grantových soutěžích, takže uvidíme, jak to nakonec dopadne.

Původně jste na Antarktidu ani nechtěla. Pak vám ale údajně přirostla k srdci, čím to?

Pro vysvětlení musím říct, že jsem vyrůstala na severu Slovenska, kde jsme si užili sněhu a šíleného mrazu dost. Celý svůj dospělý život říkám, že jsem zahájila etapu rozmrzání, do níž mi Antarktida příliš neseděla. Nakonec jsem si ale řekla, že nebudu zbabělec a půjdu si ten terén „osahat“ živě.  

Přece jen takovou příležitost vědec nemusí dostat dvakrát za život. Po úvodních rozpacích, rozumějte chladovém šoku, jsem zůstala doslova očarována přirozenou krásou a neuvěřitelným tichem, kterými tato země oplývá. Už asi nezbývá mnoho míst na světě, kde byste se mohli odpojit od reality a existovat v syrové přírodě, téměř bez lidského vlivu. A to je magické.

Prý jste také musela na chvíli bádání přerušit, proč?

Po doktorátu jsem se samozřejmě snažila pokračovat ve výzkumu, ale prostě nebyl prioritou mého původního pracoviště. To bylo na jedné straně smutné zjištění, na druhé to vedlo k rychlé akci a jednoduše jsem začala oslovovat zahraniční univerzity – a právě s Vídeňskou univerzitou jsme našli perfektní průnik a nabídnuté podmínky se nedaly odmítnout.

S polárním výzkumem pokračujete na univerzitě ve Vídni. Kolik lidí je do výzkumu zapojeno?

Výzkum zde běží již třetí rok a skupina zapojených lidí se dost závratným tempem rozrůstá, a to podle náročnosti analýz. Přímo moji skupinu tvoří tři studenti a technik, a k tomu koordinuji práce na dalších třech odděleních.

Celkově je takto zapojeno dalších šest seniorních vědců, kteří poskytují mentoring, expertizu nebo nám poskytují vybavení, které nemáme k dispozici.

Máme rok 2024. Aktuálně jste ve fázi, kdy se čeká na patent dvou molekul. Co si pod tím můžeme představit? Jak obtížné je patent získat? Jaké fáze práce na výzkumu na vás momentálně čekají?

Aktuálně jsme stále ve fázi příprav a charakterizace daných látek. Takovou žádost o patent si můžeme v jednoduchosti představit jako podrobný popis dané látky, jejího zisku, účinků, ale i možností použití. V našem případě je tedy zásadní mít popis dotažený do nejmenších detailů, aby patent využití dané látky opravdu pokryl.

Pro nás to momentálně znamená široké a přesné testování aktivit, na kterém se budou podílet kolegové z několika univerzit. Pro představu nejde jen o testování antibiotického charakteru, ale také antifungálních a antivirálních účinků, protizánětlivých účinků nebo efektivity ve vztahu k některým metabolickým pochodům v lidském těle.

Přiblížíte nám, jakým způsobem probíhá práce a bádání ve specifických podmínkách polárního kruhu? Jak je vůbec možné, že zrovna toto místo je tak bohaté na velké množství mikroorganismů?

Mikroorganismy jsou nejodolnější formy života na zemi, takže se velice často nacházejí právě v tak nehostinných podmínkách, jaké panují třeba v  polárních oblastech. Na druhou stranu je překvapující, jaké spektrum těchto mikroorganismů se tam dá nalézt a jak skvěle jsou adaptovány, aby nejen přežívaly, ale vlastně tomuto prostředí kralovaly.

Pro představu – některé bakterie si produkují proteiny a látky, které je chrání před zmrznutím. Některé z nich produkují pigmenty, které je chrání před velkými dávkami UV záření, které má extrémně škodlivé účinky na všechny formy života. A jiné, podstatné pro můj výzkum, produkují antimikrobiální látky, aby se zbavily konkurence.

Najít tyto mikroorganismy vlastně není obtížné, člověk si na Antarktidě může vybrat, zda bude vzorkovat půdu, sedimenty, vodní zdroje nebo třeba ledovce. Vzorkování znamená, že najdeme ideální místo a ideálně sterilně, tedy v rukavicích, odebereme vzorek do sterilní zkumavky.

Problém, který nastává po transportu do laboratoře, je, jak tyto mikroorganismy přimět růst v laboratorních podmínkách, které prostě nejsou Antarktida. A tady nastupuje ta těžší část, zpracovat vzorky tak, aby mikroorganismy zažily co nejmenší šok při změně prostředí. Vlastně se jedná o jakousi „domestikaci“, kdy se snažíme najít kompromis mezi tím, co mikroby chtějí, a tím, co jim dokážeme nabídnout.

Dvě „úspěšné“ molekuly už máte. Jaké kroky musíte jako vědkyně dále podstoupit, abyste došla až do bodu, kdy budete moci testovat a dojít k případnému vyvíjení nového antibiotického léku?

Vidím to ještě jako dlouhou cestu. V první řadě potřebujeme produkovat tyto molekuly ve větším množství, což je aktuálně náš nejpalčivější problém. Jakmile budeme mít dostatečné kvantum jednotlivých látek, rozjedeme kolečko podrobného a širokého testování dalších možných bioaktivit. Cílem je přesně určit, na co dané látky působí, v jakých koncentracích a jakým mechanismem.

Je to značně kolaborativní akce, na jejímž konci bude jasné, zda se bavíme o možných kandidátech na léčiva, nebo ne. I když si myslím, že je to ještě dlouhá cesta, v případě potvrzení vhodných vlastností těchto látek začneme rozhodně uvažovat o zapojení farmaceutického průmyslu, jelikož další kroky sahají daleko za akademické možnosti.

Optimistickou optikou – můžeme tedy do budoucna  vyhlížet nové antibiotické naděje, nebo je na takovou prognózu ještě příliš brzy? Co „všechno“ případně převratný objev může zhatit?

Moc ráda bych řekla, že ano, ale musím být realista. Když se podíváme na množství nových antimikrobiálních kandidátů vstupující do klinických testů a kteří jimi reálně projdou až do vítězného konce, zjistíme, že nepoměr je obrovský. Ne nadarmo se tomuto postupu říká „děravé potrubí“.

Důvodů, proč do cíle nedojde velké množství látek, je mnoho. Může to být například toxicita vůči našim vlastním buňkám nebo i neúčinnost v lidském těle. Predikovat, jaké štěstí budou mít zrovna naše antarktické látky, je v tomto bodě nemožné. Tato nejistota je vlastně dost nepříjemná, ale rozhodně to není důvod, který by vědce věnující se této problematice zastavil.