Zabýváte se analytickou biochemií. V čem se liší od klasické biochemie?
Klasická biochemie si všímá složení živé hmoty a následně procesů, které v ní probíhají. My jako analytičtí biochemici se snažíme vyvíjet nové separační a strukturní metody pro charakterizaci biologicky významných látek, jako jsou třeba enzymy, nebo vyvíjet metody, které využívají jejich biologickou aktivitu v nejrůznějších analytických přístupech.
Takže dostanete nějakou směs látek a dokážete ji rozložit tak, že poznáte, z čeho je složená?
Ne tak docela. Živá hmota je dost popsaná a ve většině případů potenciální složení zkoumaných směsí známe. Nás tedy spíše zajímá, zda jsou tam předpokládané látky přítomny, v jaké koncentraci a jakou tam mají funkci. Ovšem pomocí speciálních detekčních technik jsme schopni identifikovat i látky neznámé.
Stál jste u zrodu oboru analytická biochemie na Přírodovědecké fakultě. Jak k tomu došlo?
Měl jsem takovou zvláštní kariéru. Na fakultě jsem studoval učitelství biologie a chemie pro střední školy. Víc jsem se však klonil k chemii, ke které mě přivedl můj třídní profesor na gymnáziu Jan Nikl – měl takové pěkné chemické jméno a sbíral navíc sloučeniny niklu (směje se). Když jsem studium zdárně ukončil, profesor Dadák, tehdejší vedoucí katedry biochemie, zrovna potřeboval někoho, kdo by se mu na katedře staral o přístroje, a toto místo mi nabídl. A aby mi práci trošku osladil, přidal mi ještě učitelský post. Takže kromě toho, že dopoledne jsem trávil v praktiku jako asistent a odpoledne jsem tam pobýval jako laborant, opravoval jsem vše od centrifug až po výrobníky ledu. Na katedře tehdy naštěstí působil doktor Jan Kovář. To byl takový guru pro studenty, který sedával na mezipatře, kouřil dýmku a všichni si k němu chodili pro rady. Věnoval se mimo jiné separačním metodám, které mě trochu zajímaly, a jelikož jsem byl trochu bezprizorní, tak se mě ujal a začali jsme bádat spolu. V roce 1987 však náhle zemřel, a tak jsem se ho pokusil částečně na katedře zastoupit po stránce pedagogické i výzkumné. Vzhledem k tomu, že moje zaměření na biochemické metody pokračovalo, podařilo se mi postupně položit základ pro specializovaný magisterský obor analytická biochemie a ten pak akreditovat.
Je to jedna z mnoha metod analytické biochemie, pomocí které můžete separovat směs látek na základě jejich různých vlastností, jako je především náboj, velikost nebo polarita. Základní princip spočívá v tom, že zkoumané látky vložíte do stejnosměrného elektrického pole. Díky svému náboji se látky začnou pohybovat k opačně nabité elektrodě a vzhledem k tomu, že mají náboje různě velké, pohybují se také různou rychlostí. Na základě toho jsme je schopni vzájemně odseparovat a přijít tedy na to, jaké látky to jsou a jaká je jejich koncentrace. K takovému experimentu se používají křemenné kapiláry s vnitřním průměrem mezi 25 až 100 mikrometry. Přímo v nich se pak vlastní separace odehrává. Probíhá to tak, že v kapiláře je přítomný roztok, do kterého nadávkujete vzorek, který chcete analyzovat. Pak konce kapiláry vložíte do nádobek obsahujících stejný roztok, kde jsou vloženy elektrody, na ty připojíte vysoké napětí, čímž začne probíhat separace a detekcí na kapiláře zaznamenáváte jednotlivé oddělené látky.
Proč pracujete zrovna s touto metodou?
Je úžasná v tom, že má obrovskou aplikační diverzitu. Můžeme tak analyzovat nabité i neutrální látky, biopolymery nebo nízkomolekulární látky, či dokonce celé bakterie a virové částice. Můžeme separovat i látky chirální, což jsou látky vytvářející opticky aktivní izomery, takzvané enantiomery. To je velmi významné především pro farmaceutickou chemii.
Jde o stanovení obsahu nežádoucích enantiomerů v léčivech?
Přesně tak. Potřeba takových analýz se ukázala po neblahých zkušenostech s Thalidomidem. Pokud je dané léčivo chirální, jeden jeho enantiomer může působit jako léčivo tak, jak si to představujete, druhý ale může mít pro organismus fatální důsledky. To se stalo právě s Thalidomidem, který v minulém století užívaly těhotné ženy proti ranní nevolnosti. Zatímco jeden enantiomer byl skutečně aktivní a potlačoval ranní nevolnosti, druhý, jeho zrcadlově obrácená forma, způsobil, že se narodilo asi 12 tisíc dětí, které neměly vyvinuté končetiny. Od té doby všechna léčiva musí projít analýzami, které často zahrnují i kapilární elektroforézu.
Kapilární elektroforéza se ale využívá i při analýze DNA.
Ano. I ten, kdo o kapilární elektroforéze nikdy neslyšel, určitě slyšel o výsledcích, které byly touto metodou dosaženy. Byla to totiž právě kapilární elektroforéza, která umožnila dokončit Projekt lidského genomu, respektive předpokládá se, že její využití umožnilo zkrátit tento projekt asi o pět let.
Na čem konkrétně vy pracujete?
První, čemu jsme se věnovali, byla analýza biologicky aktivních látek v léčivých rostlinách. Na tom jsem spolupracoval s Lékařskou fakultou a zajímala nás například schizandra, artyčok, hořec a zeměžluč. Dále jsme kapilární elektroforézu využili pro stanovení metabolitů pro klinickou diagnostiku, pro separaci peptidů, příkladem mohou být microcystiny z extraktu sinic, a pro separaci bakteriálních buněk. V současné době se snažíme využít kapilární elektroforézu pro studium enzymových reakcí, konkrétně se zaměřujeme na nejdůležitější skupinu enzymů podílejících se na metabolismu léčiv, na cytochromy P450. Kapilární elektroforéza nám totiž dává jednu možnost, která mě hodně zaujala – kapiláru lze využít nejenom pro vlastní separaci, ale i jako reakční prostor pro danou enzymovou reakci. Obrovská výhoda je v tom, že pracujete s velmi malými objemy vzorků v řádech nanolitrů a proces analýzy lze plně automatizovat.
Kde najde taková úspora využití?
Příkladem může být vývoj léčiv. Když se totiž vyvíjí nové léčivo, není problém pro organické chemiky nasyntetizovat obrovské množství látek, jenže pak musí následovat testy, mimo jiné také jejich metabolismu, které z těch tisíců látek vyselektují jen jednu jako léčivo. To samozřejmě stojí obrovské peníze a trvá dlouho. Je proto snaha hledat techniky, které dokážou najednou testovat velké množství vzorků. My sami bychom chtěli tyto metabolické testy převést dovnitř kapiláry za současného využití multikapilárních systémů, které byly vyvinuty právě pro účely simultánní analýzy velkého množství vzorku v genomickém výzkumu. Z toho by samozřejmě plynula malá spotřeba vzorků a celý proces by se zrychlil.
Co může kapilární elektroforéza při takovém testu ukázat?
Určitě například víte z příbalových letáků u léků, že nemáte některá léčiva zapíjet grepovým džusem. To souvisí s tím, že léky jsou ve vašem těle metabolizovány příslušnými enzymy. V grepu je ale látka, která tyto enzymy inhibuje a způsobí, že v těle zůstane vysoká hladina tohoto léčiva, což při jeho dalším podávání může být nebezpečné. To je typ interakce, kterou vám naše metoda ukáže.
Celou dobu se bavíme o experimentálních metodách. Nešly by dnes v době počítačů různé interakce látek jednoduše spočítat?
Takové techniky používány jsou, ale pořád, obzvlášť pokud se jedná o zdraví člověka, jsou potřebné experimenty. Počítačové výpočty se používají především v prvních fázích vývoje léčiv – tedy při výběru možných kandidátů. Většina léčiv funguje v organismu jako inhibitory enzymů. Pokud znáte strukturu tohoto enzymu, není problém pomocí počítačového modelování nasimulovat, jak bude léčivo reagovat. Ovšem různá léčiva mohou v organismu vzájemně interagovat, mohou ovlivňovat svůj metabolismus, což může prokázat pouze následné ověření pomocí experimentu.
Pro své analýzy využíváte kapilár. Ty se ale v posledních letech často nahrazují mikročipy. Proč kapiláry přesto používáte dál?
Mikročipy souvisí se snahou analýzy urychlit. V kapilárách se u analýz pohybujeme v řádech minut, v mikročipech jde o sekundy. Druhým důvodem je použití ještě menších objemů vzorků. My na našem ústavu s touto technikou zatím nepracujeme, důvodem je chybějící potřebné instrumentální vybavení. Přestože je na trhu několik komerčních přístrojů pro čipovou elektroforézu, jde zpravidla o zařízení, která vás velmi svazují. Když koupíte zařízení určité značky, už u ní musíte zůstat a nakupovat čipy a další příslušenství od dané firmy. Tato zařízení mají navíc jen omezenou aplikovatelnost na rutinní analýzy proteinů, DNA a RNA a nemůžete na nich nic měnit. To se nám jako vědcům, kteří hledají nová řešení, moc nehodí. Druhou možností je konstrukce vlastního zařízení, což není jednoduchá záležitost, především při detekci, která většinou využívá lasery v kombinaci s konfokální mikroskopií. Přeci jenom jsme biochemici, i když analytičtí.
Mohlo by jít pomocí kapilární elektroforézy odhalit tajné receptury nějakého nápoje, jako je třeba becherovka?
Přiznám se, že když jsme se zabývali léčivými rostlinami a konkrétně analýzou hořčin, napadla mě přesně tahle myšlenka a řekl jsem si, že to zkusím. Odpařil jsem becherovku do sucha, totéž jsem udělal s extrakty ze zeměžluče a z hořce a látku, která způsobuje hořkost v těchto rostlinách zvanou gentiopikrosid, jsem v becherovce našel. Určitě by se dalo dopátrat i v jakém množství tam byla tato látka, respektive příslušná rostlina dávána, ale abyste přišel na celý recept, musel byste projet obrovské spektrum rostlin.
Ale možné by to bylo?
Je to teoreticky možné. Na druhou stranu to, co byste pak na základě takto získaného receptu namíchal, by bylo něco velmi umělého. Nápoj, jako je becherovka, připravujete z různých léčivých rostlin a při tom dochází k velkému množství interakcí, které se podílejí na výsledné chuti. Nikdy byste nedosáhl zcela identického výsledku.
Přírodní vědy jdou velmi rychle dopředu. Vy se v nich pohybujete už bezmála tři desetiletí. Na čem nejvíc vývoj poznáváte?
Posun je samozřejmě obrovský nejenom v používaných metodách. Dnes se třeba těžko obejdeme bez počítačů. Já pamatuju ještě počítače a programy postavené na děrných štítcích. Fakulta v prehistorii výpočetní techniky koupila počítač, který zabral jednu celou budovu. Když jste na něm chtěl něco dělat, musel jste nejdřív usednout k děrovači, naděrovat si štítky, ty dát do krabičky, krabičku odevzdat a druhý den si přijít pro výsledek. To, co tehdy uměl tento počítač v celé budově, dnes zvládne chytřejší kalkulačka, když to trochu přeženu.
Na začátku 90. let jste trávil 17 měsíců na stáži na Indiana University v USA. Jaké to tehdy bylo?
Když jsem tam odjížděl, měl jsem trochu strach. Mé velké obavy z toho, jestli všechno zvládnu, se ale po příjezdu ukázaly jako zbytečné. Nikdo z nás Čechů, kteří v dané laboratoři také pobývali, tehdy neměl větší problém s odbornou aklimatizací. Myslím, že my Češi se někdy zbytečně podceňujeme. Jestli bychom si měli od Američanů něco vzít, tak větší sebevědomí.
Zvedla vám stáž sebevědomí?
U mě je to pořád stejné. To je jako když jste mi volal kvůli rozhovoru a já vám řekl, že když se ráno podívám do zrcadla, tak žádnou osobnost nevidím (směje se). Samozřejmě byla to určitě zajímavá zkušenost a člověk se takovým pobytem v USA rád pochlubí ve svém životopisu, nemůžu ale říci, že bych díky tomu měl důvod stát se nějak sebevědomějším.
V Česku se hlavně v posledních letech hodně řeší financování vědy, otázka výzkumných univerzit a co s jejich vztahem k Akademii věd. Jaký názor na to máte vy?
Myslím, že po roce 1989 nebyl obrovský nárůst univerzit tím správným krokem. V každém větším městě je dnes univerzita, a je proto potřeba nějakým způsobem začít rozlišovat mezi výzkumnými univerzitami, jako je třeba Masarykova univerzita, a těmi, které budou mít na starosti jen vzdělávání na bakalářské úrovni. Pokud jde o Akademii věd, považuji za jediný možný model spolupráci univerzit s ústavy Akademie. Nám konkrétně tato spolupráce funguje výborně. Někteří naši studenti pracují u odborníků z Ústavu analytické chemie či Biofyzikálního ústavu na bakalářských, diplomových či dizertačních pracích. Kolegové z Akademie věd u nás kromě toho i přednášejí ve specializovaných přednáškách. Já sám jsem měl a mám s kolegy z Akademie celou řadů grantů.
Co říkáte na argumenty, že univerzity mají snazší přístup k penězům na výzkum díky dotacím na studenty?
Někdy jsem z podobných argumentů trochu rozčarovaný. Nic takového tu samozřejmě nefunguje. Tyto peníze často nestačí ani na zajišťování základních výukových potřeb. Naopak na přístrojích, které získáváme ze svých vědeckých grantů, provádíme specializovanou praktickou výuku. To jsou ale takové názorové přestřelky. Sám jsem rozhodně pro prohlubování vzájemné spolupráce. U nás k tomu ostatně i dojde, pokud se uskuteční projekt Středoevropského technologického institutu Ceitec.
