Léčiva jsou nepostradatelná jak v lidské, tak ve veterinární medicíně. Nesmíme však zapomínat, že se může jednat o nebezpečné látky, které mohou znečistit životní prostředí. S lidskými i zvířecími výkaly se totiž léčiva dostávají do životního prostředí a nežádoucím způsobem ovlivňují nejrůznější organismy. Znečištění životního prostředí z důvodu zvyšující se spotřeby léčiv v důsledku rostoucí populace, rozvoje medicíny i zemědělství významně narůstá. Časté užívání léčiv má však ještě další nežádoucí důsledek: rozvoj takzvané lékové rezistence.
Léková rezistence je jev, kdy léčivo užívané k léčbě určité nemoci ztrácí časem svoji účinnost, protože původci nemoci (například bakterie, paraziti, nádorové buňky a další) se stali vůči tomuto léčivu odolní, neboli rezistentní. Protože léková rezistence například bakterií vůči antibiotikům, nádorových buněk vůči cytostatikům či parazitů vůči antiparazitikům je velkou celosvětovou výzvou, jsou intenzivně zkoumány jak mechanismy rezistence, tak i faktory, které vznik rezistence podporují.
Výzkumná skupina prof. RNDr. Lenky Skálové, Ph.D., z Farmaceutické fakulty Univerzity Karlovy, spolupracující s výzkumnou skupinou Ing. Lenky Langhansové, Ph.D., z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR ukázaly, že na vzniku lékové rezistence by se mohla významně podílet i přítomnost léčiv v životním prostředí. V projektu podpořeném Grantovou agenturou České republiky, který byl ohodnocen předsednictvem agentury jako „vynikající“, se zabývaly konkrétně anthelmintiky – léčivy užívanými proti parazitickým červům (helmintům), které patří ve veterinární medicíně k nejčastěji užívaným léčivům a podávají se pravidelně jak hospodářským, tak i domácím zvířatům v relativně vysokých dávkách. V rámci projektu vědecké týmy zkoumaly nejen lékovou rezistenci helmintů vůči těmto léčivům, ale i účinek anthelmintik na životní prostředí.
Léčiva z výkalů se dostávají do půdy a do rostlin
Každé léčivo, které bylo podáno zvířeti nebo člověku, je po určité době z těla vyloučeno (v nezměněné nebo v částečně změněné podobě ve formě metabolitů) močí či stolicí. Lidská léčiva, která se dostávají do odpadních vod, jsou alespoň částečně zachycena v čističkách odpadních vod. Výkaly hospodářských zvířat však zůstávají na pastvinách nebo bývají využity jako hnojivo na polích. Veterinární léčiva se tak uvolňují do okolní půdy a podzemních vod a přímo tak znečišťují životní prostředí. Ve vodě a půdě pak výrazně poškozují tamní bezobratlé živočichy, zvláště volně žijící červy. Bylo již prokázáno, že anthelmintika z půdy a vody velmi dobře přijímají rostliny svým kořenovým systémem, distribuují je i do svých nadzemních částí (stonků, listů eventuálně i plodů) a zde je metabolizují a ukládají. Anthelmintika z výkalů hospodářských zvířat je tak možné nalézt v listech jak lučních rostlin (například zvonek, jitrocel, jetel, vojtěška), tak i zemědělských plodin (například sója). I když anthelmintika v takto malých koncentracích rostliny viditelně nepoškozují, byly u rostlin vystaveným těmto látkám pozorovány některé změny, které naznačují negativní působení těchto léčiv i na rostliny.
Šíření léčiv v životním prostředí
Příkladů šíření léčiv existuje mnoho. Pokud se například na pastvinách pasou zvířata, která byla ošetřena anthelmintiky, v rostlinách, které zde rostou, se budou vyskytovat stopová množství těchto léčiv a jejich metabolitů. Pokud se hnůj od zvířat ošetřených anthelmintiky použije ke hnojení, pak se tyto látky dostanou do zemědělských plodin, které jsou na polích pěstovány. Rostliny na pastvinách i polích jsou pak potravou pro nejrůznější zvířata – od býložravého hmyzu až po hospodářská zvířata. Do všech těchto organismů tak vstupují i stopová množství anthelmintik. Tato léčiva se tak šíří životním prostředím a potravními řetězci a mohou se vyskytovat i v potravě konzumované lidmi. Naštěstí anthelmintika v takto malém množství nejsou pro vyšší živočichy a lidi jedovatá, ale při dlouhodobém požívání nelze vyloučit nežádoucí účinky. Mnohá anthelmintika navíc mají prokazatelné toxické účinky na bezobratlé živočichy, čímž může dojít k narušení celého ekosystému.
Kontakt parazitů s léčivem by mohl přispívat k rozvoji rezistence
Přítomnost anthelmintik v rostlinách, kterými se krmí hospodářská zvířata, má ještě další nežádoucí důsledek a tím je již zmíněná léková rezistence. S krmivem se dostává do organismu zvířete i stopové množství anthelmintik. Pokud jsou však zvířata nakažena parazitickými červy, dostávají se tito parazité do kontaktu s nízkou dávkou léčiva, které je neusmrtí ani nepoškodí. Naopak si parazité v důsledku kontaktu s malou dávkou léčiva dokáží vytvořit účinnou obranu proti tomuto léčivu. Když se při léčbě zvířete následně setkají s vyšší dávkou tohoto léčiva, mají větší odolnost a mnohem vyšší šanci přežít a dále se množit. Tato skutečnost byla potvrzena jak v laboratorních podmínkách, tak i přímo v zemědělských podmínkách na farmě. Zatím však není známo, zda je takováto adaptace parazitických červů na léčivo dlouhodobá a zda je přenosná do dalších generací. Není také znám mechanismus, kterým k této adaptaci dochází. Tyto otázky snad zodpoví další výzkum profesorky Skálové, doktorky Langhansové a jejich vědeckých týmů.
Prof. RNDr. Lenka Skálová, Ph.D., (na fotografii uprostřed) a její spolupracovníci z Farmaceutické fakulty v Hradci Králové Univerzity Karlovy se dlouhodobě zabývají mechanismy lékové rezistence a faktory, které ke vzniku rezistence přispívají. Zaměřují se hlavně na anthelmintika, tj. léčiva zaměřená proti parazitickým červům. Infekce těmito parazity je nejen celosvětově rozšířená u hospodářských, domácích i volně žijících zvířat, ale je velmi častá i u lidí, převážně z rozvojových zemí.
Ing. Lenka Langhansová, Ph.D., (na fotografii čtvrtá zleva) a její spolupracovníci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR studují fytoremediace, tj. technologie využívající rostliny k odstranění některých kontaminantů (např. výbušnin těžkých kovů, radionuklidů, polycyklických aromatických uhlovodíků i léčiv) z životního prostředí. Zabývají se nejen akumulací a biotransformací těchto kontaminantů v rostlinách, ale i jejich účinky na rostlinný organismus.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) dohodla spolupráci s chorvatskou agenturou Croatia Science Foundation (HRZZ) – badatelé z obou zemí budou moci podávat návrhy společných vědeckých projektů. Očekává se, že budou podpořeny projekty za několik milionů korun ročně.
„Chorvatsko je nejen zemí, kam lidé jezdí v létě na dovolenou, ale také zemí, kde se pěstuje kvalitní věda. Spolupráce našich agentur umožní financovat společné projekty – tedy propojovat badatelské týmy, které budou sdílet know-how, zkušenost, ale hlavně také poznatky, které se navzájem budou doplňovat,“ řekl předseda GA ČR prof. Petr Baldrian.
Spolupráce byla navázána v rámci evropské iniciativy Weave, které je GA ČR zakládajícím členem. Díky ní se do roku 2025 propojí 12 evropských agentur podporujících základní výzkum. V příštích letech GA ČR rozšíří spolupráci se stávajícími 11 agenturami o instituce z Belgie, Norska a Švédska a případně dalších států.
Vědecké projekty bude hodnotit vždy jen jedna agentura a druhá výsledky jejího hodnocení převezme (tzv. princip Lead Agency).
O HRZZ
Chorvatská agentura Croatian Science Foundation byla založena v roce 2001 chorvatským parlamentem. V roce 2021 financovala 780 vědeckých projektů za v přepočtu více než 700 milionů korun. Vědecké projekty HRZZ financuje v sedmi grantových programech.
O GA ČR
Grantová agentura ČR jako jediná instituce v ČR poskytuje z veřejných prostředků účelovou podporu výhradně na projekty základního výzkumu – v letošním roce ve výši přibližně 4,7 mld. Kč. V rámci vyhlášených programů financuje vědecké projekty jak erudovaných vědců a jejich týmů, tak mladých a začínajících vědeckých pracovníků. Každý rok GA ČR podpoří stovky výzkumných projektů.
Údaje o příbuznosti a podobnosti rostlinných druhů pomáhají Zdeňce Lososové, docentce Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně, určit, které rostliny spolu dokážou žít na jednom místě. Díky tomu je například možné odhadnout, jestli se nový druh na místě uchytí, nebo se dokonce nestane nebezpečím pro původní rostliny. Výzkumný projekt docentky Lososové byl minulý rok nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.
„Co mne fascinuje, je to, že ačkoli člověk po celá tisíciletí mění a přetváří evropskou vegetaci a dováží sem nové druhy, tak přesto ze současného složení vegetace můžeme pořád vyčíst starodávný (třetihorní nebo čtvrtohorní) původ každého vegetačního typu, protože nároky druhů na stanoviště se nemění,“ popisuje Zdeňka Lososová.
Jako příklad uvádí evropskou stepní vegetaci, která má původ v pozdních třetihorách. V té době se vyvinulo množství druhů stepních rostlin, třeba kozince, chrpy, hvozdíky, a ty se v této vegetaci vyskytují pořád. „Nemají vlastnosti, které by jim umožňovaly šířit se například do zastíněných míst v lese – nepřežily by tam. Jsou adaptovány na sucho a světlo. Říká se tomu teorie konzervativních nik – kytky jsou konzervativní, nároky na místo, které zdědily po svých předcích, mění jen neochotně,“ vysvětluje docentka Lososová.
Jádrem výzkumů docentky Lososové a jejích kolegů za poslední léta je určování, proč spolu rostliny dokážou žít na jednom místě. Zkoumají tedy vztah prostředí a podobnosti nebo příbuznosti mezi rostlinami. Pomocí příbuznosti druhů dokážou detekovat refugia, tedy místa, kde se dlouhodobě akumulovaly a přežívaly rostliny z různých vývojových částí fylogenetického stromu – jakéhosi „stromu života“, který zobrazuje příbuzenské vztahu mezi různými druhy.
Nechtění příchozí
Získané poznatky se dají využít například k pochopení rostlinných invazí. Řada rostlin totiž neroste na stále stejném místě, ale šíří se do nových oblastí. Jejich „stěhování“ urychlují lidé, kteří je někdy záměrně, ale často úplně náhodně převezou do vzdálených končin. Tam se některé tyto rostliny uchytí a začnou růst.
Většinou to nevadí, někdy je to přímo prospěšné. Třeba po objevení Ameriky si Evropané přivezli domů brambory a kukuřici. Snížili tím množství hladomorů, které sužovaly Evropu. Ameriku zase obohatila pšenice, ječmen a rýže.
Občas se však rostlina začne v novém prostředí rozpínat, čímž dochází k utlačování původních druhů. U nás je obzvláště varovným příkladem bolševník velkokvětý, přivezený do Čech v 19. století jako okrasná rostlina, která se z parků rozšířila do krajiny. Vytváří husté porosty, v jejichž stínu původní rostliny často nepřežijí. Ohrožuje i člověka – když si potřísní kůži jeho šťávou a na zasažené místo zasvítí slunce, naskáčou na něm bolestivé puchýře.
Jak ale rozpoznat, které z dalších rostlin, jež se k nám mohou dostat, mohou být v naší přírodě takto nebezpečné?
Poměr 100:10:1
Zdeňka Lososová se svými kolegy zjišťovala, jak se daří nepůvodním druhům rostlin v různém prostředí. Využili vlastních pozorování v různých typech vegetace, ve kterých se soustředili na trávníky, lesní porosty a člověkem vytvořená pole či rostliny ve městech.
Vědci sledovali, kterým nepůvodním druhům se v novém prostředí dobře dařilo, jaké měly vlastnosti a zda se podobaly vlastnostem původních druhů, nebo přinesly něco nového. Například jestli nepůvodní druh má tenčí a širší listy, což mu umožňuje využívat světlo, vodu nebo dostupné živiny jiným způsobem.
„Na základě našeho výzkumu jsme schopni říci, že invazní druhy jsou zpravidla takové, jejichž rozměry jsou v daném prostředí relativně velké, takže mají více slunečního světla, dobře se rozmnožují – rychle vytvářejí semena a ta semena mají dobrou klíčivost, a nemají specifické nároky na opylovače,“ shrnuje Zdeňka Lososová. „Pokud by tedy někdo chtěl takovouto rostlinu dovézt, musí si dát pozor, aby se mu nevymkla.“
Jak dodává, obvyklý poměr je, že ze sto zavlečených druhů rostlin se u nás asi deset naturalizuje a z nich jen jeden druh se projeví jako invazní.
Doc. RNDr. Zdeňka Lososová, Ph.D.
Docentka Zdeňka Lososová je botaničkou, která působí v Ústavu botaniky a zoologie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Tutéž fakultu i sama vystudovala, doktorát (Ph.D.) získala v roce 2003, docentkou je od roku 2010. Zabývá se druhovou rozmanitostí rostlin na přirozených i člověkem vytvořených stanovištích, studuje funkční a fylogenetické vztahy mezi rostlinami. Absolvovala akademické pobyty v Rakousku, Německu a Británii.
Název projektu nominovaného na Cenu předsedy Grantové agentury ČR: Evoluční ukazatele nesdílené fylogenetické a funkční diverzity rostlinných společenstev Evropy
Zajímá vás, kdo všechno se může ucházet o grant GA ČR, jaké typy grantových soutěží existují, jak probíhá výběr projektů či jaké novinky GA ČR chystá? Pak právě pro vás přichystala GA ČR semináře, na kterých budou tyto a další otázky zodpovězeny, a to včetně otázek z publika. Oba semináře proběhnou v českém jazyce a budu přenášeny také online.
Semináře nabídnou jedinečnou možnost dozvědět se o grantových možnostech a novinách GA ČR z první ruky od jejího předsedy prof. Petra Baldriana a pokládat mu v otevřené diskuzi dotazy. Oba semináře proběhnou fyzicky i online a jsou určeny pro všechny zájemce pracující v oblasti vědy a výzkumu a pro zaměstnance grantových oddělení.
Praha
Vysoká škola ekonomická v Praze (VŠE) — Vencovského aula, nám. W. Churchilla 1938/4, Praha 3
Šest nových tříletých projektů se začne řešit od dubna díky spolupráci GA ČR s švýcarskou agenturou Swiss National Science Foundation (SNSF) a slovinskou agenturou Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS). U česko-slovinských projektů mají řešitelé možnost posunout počátek řešení až na červenec. Hodnocení návrhů projektů probíhalo formou Lead Agency, kdy pouze jedna z agentur návrhy hodnotí a druhá od ní hodnocení přebírá. GA ČR u všech projektů vystupovala jako hodnoticí agentura. Každá z agentur financuje tu část nákladů, která připadá na vědce z její země.
Česko-švýcarské projekty (GA ČR – SNSF)
Registrační číslo
Navrhovatel
Název
Uchazeč
23-04741K
doc. Ing. Ondřej Vopička Ph.D.
Vlastnosti kapalin vystavených stlačenému methanu, ethanu a vodíku
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta chemicko-inženýrská
23-06461K
Ivan Mizera
Málopočetná řešení nedourčených systémů: retroaktivní aplikace, algoritmy, inference, a nové perspektivy
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta
23-06859K
RNDr. Michal Jeníček Ph.D.
Tání sněhu v horských oblastech a jeho důležitost pro zásoby vody a odtok (MountSnow)
Od poloviny 20. století se zvyšuje počet pacientů trpících zhoubnými onemocněními, a to do té míry, že před nástupem epidemie COVID-19 byly maligní tumory druhou nejčastější příčinou úmrtí. Tento nepříznivý trend se projevuje zejména v rozvinutých zemích s vyspělou a široce dostupnou zdravotní péčí. V České republice se v současnosti se zhoubným onemocněním setká v průběhu svého života každý druhý obyvatel. To ale nutně neznamená, že toto onemocnění bude také příčinou jeho úmrtí. V léčbě nádorů totiž dosáhla medicína díky mezioborovému a mezinárodnímu výzkumu významných pokroků. Mnoho pacientů tak může být zcela vyléčeno nebo jejich onemocnění může být úspěšně kontrolováno.
Není zcela jasné, proč jsou v současnosti nádory tak velmi časté. Podezřívána je řada faktorů: změny životního stylu, zvýšený přísun kalorií v potravě nebo znečištění životního prostředí. Tyto převážně zevní vlivy jsou skutečně z velké části zodpovědné za zvýšený výskyt malignit. Populárně řečeno, rakovina je dnes mnoha lidmi vnímána jako civilizační choroba. Jsou ale tyto vlivy jediným důvodem nárůstu incidence malignit v lidské populaci? Patrně ne.
Významným, ne-li dokonce hlavním viníkem, se totiž zdá být stárnutí obyvatelstva. Z epidemiologických studií vyplývá, že nejčastější je výskyt malignit ve vyšším věku, zejména nad 65 let. Toto dožití je vedle řady jiných faktorů podmíněno primárně úrovní a dostupností kvalitní zdravotnické péče. Nádory se pak zdají být určitou daní za zvýšení průměrného věku dožití. Z kauzálního pohledu se prostředí, ve kterém žijeme, jistě mění. Lidstvo se ale mění také – stárne.
Ze zhoubných onemocnění se stává stále významnější problém, a to nejen zdravotnický, ale i sociální a ekonomický. Léčba a péče o seniorní pacienty musí zohledňovat jejich určitou zranitelnost a křehkost (anglicky frailty). Nelze se proto divit, že vědci na celém světě hledají nové cesty, jak zlepšit prevenci a diagnostiku nádorů a zvýšit efektivitu léčby za podmínek finanční udržitelnosti zdravotnických systémů.
Nádor jako ekosystém
Velmi dlouho byl nádor chápán jako de facto genetické onemocnění klonálně vycházející z nádorové buňky. Nádorový charakter taková buňka získává díky vrozené nebo později získané a neopravené mutaci DNA. Ve skutečnosti ale takových mutací bývá před propuknutím nádorového onemocnění potřeba získat a neopravit mnoho. Kumulaci mutací v genomu cílové buňky mohou usnadnit další faktory jako například virová infekce, která mimo jiné dokáže vyřadit některé z regulačních mechanismů chránících genetickou integritu buňky. Takový úzce fokusovaný pohled do patofyziologie malignit objasnil mnoho buněčných mechanismů, a dokonce umožnil etablovat i některé léčebné postupy terapeuticky zamířené přesně na mutovanou nádorovou populaci. V praxi ale takové „kouzelné kulky“ bývají drahé a – bohužel – často selhávají (poznámka: termín a koncept „zázračné kulky“ v terapii lidských onemocnění pochází od Paula Ehrlicha, 1907).
V pozdějších letech proto pohled na nádor začal být integrativní. Kromě vlastní mutované populace buněk totiž nádor obsahuje i mnoho buněk, které nejsou mutovány, ale významně se při průběhu nádorového onemocnění uplatňují. Pro tyto „ostatní“ složky nádoru se vžilo souhrnné označení stroma. Dnes je tedy nádor chápán spíše jako komplexní orgán nebo ekosystém a pro popis událostí uvnitř nádoru je možné používat terminologii známou z makrosvěta krajinné a populační ekologie. Nádorovou buňku totiž obklopuje v tumoru řada dalších buněčných typů, které s ní mohou interagovat rozličnými způsoby. Jmenovitě jsou to buňky imunitního systému, které ale často místo aby nádorovou buňku likvidovaly, spíše její proliferaci podporují. Dále jsou to nádorově asociované fibroblasty, které se podobají aktivovaným myofibroblastům. Tyto fibroblasty pak místo tvorby fyzické bariéry invazi nádorových buněk nejen umožňují, ale paradoxně ji i vedou. Kolektivně buňky stromatu spolu s vlastní nádorovou populací představují jakési komunikační centrum nádoru. Do popředí pak vystupují spíše než samotné jednotlivé populace jejich vzájemné interakce.
Nádorová buňka v kontextu tumoru ale může být stále chápána jako princeps inter pares, tedy první mezi rovnými. Stroma totiž musí být ke své podpůrné funkci nejprve rekrutováno a vycvičeno. Například nádorově asociované fibroblasty vznikají pod vlivem nádorové buňky nejčastěji přímo z lokálních fibroblastů nacházejících se v její bezprostřední blízkosti. Velmi zajímavá je skutečnost, že z cytologického hlediska se stroma nádoru výrazně podobá granulační tkáni, která je důležitou součástí hojící se rány. Myofibroblasty exprimující hladkosvalový aktin nejen že přispívají ke kontrakci rány, ale svými uvolňovanými aktivními působky stimulují její hojení až po finální reepitelizaci. Podobně nádorově asociované fibroblasty také stimulují migraci a proliferaci nádorových buněk. Extracelulární matrix a přítomné aktivní molekuly tak vytvářejí specifické nádorové mikroprostředí, které nádorové buňce poskytuje optimální podmínky pro její přežití. Bez svého mikroprostředí je pak nádorová buňka snadno zranitelná. Je tedy evidentní, že nádorová buňka v kontextu vzniku nádoru sehrává prim, ale v dalších krocích postupu rozvoje nádorového procesu již stroma není jen druhořadým hráčem a skýtá nezanedbatelný terapeutický potenciál: Kouzelné kulky nemusí mířit pouze na nádorové buňky, mohou cílit i na zkorumpované buňky nádorového mikroprostředí.
Jak spolu buňky nádorového ekosystému komunikují?
Buňky se ve tkáních spolu navzájem dotýkají a mohou se tak ovlivňovat. Mnohem významnější je ale patrně ovlivňování nepřímé, které zprostředkovávají z buněk uvolňované signály představované biologicky aktivní působky, nejčastěji proteinové povahy. Buňky tedy mohou mezi sebou vzájemně komunikovat v nádorovém mikroprostředí i bez přímého kontaktu, parakrinně. Je zajímavé, že řada z takových signálních molekul jsou proteiny podporující zánět, zejména pak interleukiny IL-6 a IL-8. Právě tyto signály jsou v tumoru významně produkovány nádorově asociovanými fibroblasty. Prozánětlivé cytokiny se podílejí na udržování nádorové buňky v aktivním stavu, což umožňuje například udržet si nízký diferenciační stupeň, udržet si schopnost neomezeného dělení anebo posílit tendenci k migraci. Tak vzniká nejnebezpečnější komplikace nádorového onemocnění – metastáza.
Tyto faktory se ale navíc přes cévní kapiláry v nádoru dostávají i do krevního oběhu, který je zanese i do vzdálených částí těla. Tím se ale podstatně mění i styl komunikace a z tumoru uvolňované látky se stávají endokrinními signály. Tyto signály působící i na velké vzdálenosti vytvářejí vhodné podmínky pro následné přijetí migrující nádorové buňky ve vzdáleném orgánu. Opět s poukazem na zavedenou ekologickou terminologii označujeme takové příhodně připravené místo v cílové tkáni jako premetastatickou niku.
Dlouhodobě zvýšená hladina bioaktivních faktorů významně ovlivňuje ale celý organismus pacienta. Nádory je tedy vhodné pro účely smysluplné terapie vnímat jako systémové choroby. Signály uvolňované nádorem působí pak na funkci jaterních buněk, tukovou tkáň či vlákna kosterního svalu. Organismus pod vlivem těchto signálů chátrá a dostavuje se kachexie. Kromě toho tyto bioaktivní působky pronikají i do mozku, kde nádorový signál ovlivňuje chování pacienta, což vede ke klinicky manifestním poruchám nálady, zejména depresivním stavům. V hypothalamu působení cytokinů pak navozuje i poruchy příjmu potravy. Tyto vlivy pak synergicky vedou až k rychlému úmrtí pacienta.
Nádorové exosomy – informace sbalená na cesty
Vedle malých signálních molekul jsou v poslední době v souvislosti s výměnou informací mezi populacemi spoluvytvářejícími nádor studovány jako významný komunikační nástroj takzvané exosomy. Jedná se o velmi malé váčky velikosti nepřesahující pouhých 150 nanometrů (pětina vlnové délky červeného světla). Tyto nanovezikuly jsou tvořené buněčnou membránou obsahující náklad zahrnující kromě řady možných proteinů i informační molekuly, například mikroRNA. Právě tento obsah nukleových kyselin v exosomech činí z těchto mediátorů mezibuněčné komunikace velmi účinný nástroj s obrovským regulačním potenciálem vůči cílové struktuře. Navíc jde o nástroj s potenciálně dlouhodobým působením, než jaké lze očekávat například od proteinů relativně krátkodobě interagujících s buněčnými receptory.
Jakkoli existuje již velká suma poznatků o vlivu exosomů na vlastní nádorové buňky, je známo výrazně méně o jejich vlivu na stroma nádoru. A právě tento aspekt vlivu nádorových exosomů na nádorově asociované fibroblasty byl předmětem výzkumu vedeného prof. Karlem Smetanou Jr. z Anatomického ústavu 1. lékařské fakulty Karlovy univerzity podpořeného grantem GA ČR. Kromě odborníků z 1. lékařské fakulty a Přírodovědecké fakulty UK se na výzkumu podíleli také vědci z Ústavu molekulární genetiky AV ČR. Vzhledem k vysoké finanční náročnosti, byl tento výzkum významně spolufinancován i z prostředků Centra nádorové ekologie (CNE). Projekt CNE konsorcia vedeného profesorem Smetanou byl vybrán k financování v rámci Operačního programu Výzkum, Vývoj, Vzdělávání hrazeného z prostředků Evropské unie.
Obr. 1) Nádorově asociované fibroblasty (A, B) jsou znázorněné pomocí interakce F-aktinu s phalloidinem značeným rhodaminem (červený signál), jádra jsou znázorněna DAPI. Exosomy produkované nádorovými buňkami značené GFP (zelený signál; A) se vážou na fibroblasty. Měřítko je 100 mm.
V průběhu tohoto projektu se podařilo pro výzkum nejprve vyvinout postup pro reprodukovatelnou izolaci exosomů v dostatečné čistotě a množství. Exosomy byly produkovány za striktně definovaných podmínek kulturami buněk linie maligního kožního melanomu. Metodou komparativní buněčné analýzy byl charakterizován vliv exosomů na normální kožní fibroblasty a nádorově asociované fibroblasty v podmínkách tkáňové kultury (obr. 1). Bylo zjištěno, že exosomy z melanomových buněk významně snižují adhezivitu a rozprostření obou typů fibroblastů. Na druhou stranu se tyto změny logicky odrážejí i ve zvýšení schopnosti fibroblastů migrovat ve 3D kolagenních gelech. Pomocí RNA sekvenace byl sledován vliv produkovaných exosomů na celogenomový transkripční profil obou typů fibroblastů. Poněkud překvapivě nebyl efekt přidaných exosomů zcela bezprostřední; větší rozdíly byly totiž pozorovány až ve střednědobém horizontu několika dnů. To může naznačovat právě dlouhodobější vliv, který exosomy v průběhu nádorového procesu sehrávají.
Obr. 2) Po ovlivnění exosomy z nádorových buněk dochází ke kvalitativně odlišným změnám v genové expresi prozánětlivých interleukinů IL6 (A) a CXCL8/IL8 (B) v normálních kožních fibroblastech a v nádorově asociovaných fibroblastech (CAF). Buňky byly ovlivněny buď exosomy z nádorových buněk (EXO G361), exosomy z hovězího fetálního séra (FBS) nebo nebyly ovlivněny (kontrola).
Na úrovni mRNA byl po ovlivnění exosomy zjištěn nápadný rozdíl v expresi genů odpovědných za zánětlivou odpověď. Za obzvláště významné je možno považovat skutečnost, že aktivita genů kódujících IL-6 a IL8 se po aplikaci exosomů nádorově asociovaným fibroblastům zvýší, a naproti tomu se u normálních fibroblastů sníží (obr. 2). Tato skutečnost byla ověřena i na proteinové úrovni pomocí protilátkových arrayí a kvantifikována pomocí metody ELISA. Naproti tomu ale exosomy ovlivňují v některých rysech chování fibroblastů obecně. Byla nalezena například podobná odpověď obou typů buněk na aplikaci exosomů v oblasti produkce a organizace mezibuněčné hmoty.
Obr. 3) Melanomové buňky migrují ze sfér tvořených buňkami melanomu a nádorově asociovanými fibroblasty v kolagenním gelu obsahujícím exosomy produkované nádorovými melanocyty. Obvod sféry je vyznačen černě a hranice migrace je červená, měřítko je 1 mm.
Dále bylo ověřeno na 3D modelu, že exosomy z nádorových buněk se mohou významně podílet na regulaci chování buněk při invazi do jimi obohacené extracelulární matrix. Přidání exosomů do kolagenního gelu totiž urychluje migraci buněk melanomu ze sféroidních modelů vytvořených z fibroblastů a buněk melanomu (obr. 3). Migrace byla opět výraznější ze sfér, které obsahovaly nádorově asociované fibroblasty než z těch, ve kterých byly použity kontrolní kožní fibroblasty. Tato skutečnost jasně indikuje podíl exosomů a nádorově asociovaných fibroblastů nejen při lokálně invazivním postupu růstu nádoru, ale i při vzniku metastáz. Exosomy tak lze zjednodušeně přirovnat k nosičům souboru instrukcí, pomocí kterých nádorové buňky mohou přizpůsobovat mikroprostředí ke svým potřebám a usnadňovat si tak i cestu okolí i do vzdálených míst organizmu.
Exosomy produkované maligními buňkami melanomu ovlivňují v mnoha aspektech chování dermálních fibroblastů. Exosomy ale v některých aspektech aktivují odlišně nádorově asociované fibroblasty a normální kožní fibroblasty. Tyto rozdíly nejsou pouze kvantitativní, ale i kvalitativní. Provedené experimenty prokázaly jasnou souhru parakrinního působení nádorových buněk a jimi produkovaných exosomů zejména na nádorově asociované fibroblasty. Exosomy aktivované nádorově asociované fibroblasty pak v opačném směru regulace navádějí nádorové buňky při invazi do extracelulární matrix, a zvyšují tak jejich migrační potenciál. To může vést ke klinicky významným projevům, jako je lokální invaze a destrukce, nebo zakládání vzdálených metastáz. Přerušení této maligní komunikace mezi nádorovými a stromálními buňkami může být novou terapeutickou modalitou u rakovinných onemocnění.
Prof. MUDr. Karel Smetana, DrSc., promoval na Fakultě všeobecného lékařství Karlovy Univerzity v roce 1983. V Anatomickém ústavu 1. lékařské fakulty Karlovy Univerzity v Praze a v Biotechnologickém a biomedicínském centru Akademie věd ČR a Univerzity Karlovy (BIOCEV) ve Vestci se věnuje buněčné biologii, v poslední době zejména interakci nádorových a nenádorových buněk ve zhoubných nádorech. Je vědeckým koordinátorem projektu Centrum nádorové ekologie. Publikoval 245 odborných článků, 17 kapitol v odborných monografiích a učebnicích a 11 patentů. Jeho Hirschův index je 34. Působí v redakčních radách řady mezinárodních časopisů. Jeho práce byla odměněna cenou Česká hlava a Cenou ministra školství, mládeže a tělovýchovy České republiky za výzkum. Je voleným členem České lékařské akademie.
Grantové agentuře České republiky (GA ČR) se podařilo rozšířit spolupráci s nejvýznamnější americkou grantovou agenturou National Science Foundation (NSF). Nově tak budou moci vědci z obou zemí společně pracovat na vědeckých projektech v oblasti kyberbezpečnosti. Očekává se, že na podporu tohoto tématu půjde několik milionů korun ročně.
„Ve světle současné celosvětové bezpečnostní situace je kyberbezpečnost jednou z klíčových oblastí, na kterou je nezbytné se zaměřit. To, že jsou Američané ochotni spolupracovat s českými vědci právě v této oblasti, je jasným důkazem toho, že USA považují Českou republiku za důvěryhodného partnera,“ řekl předseda GA ČR prof. Petr Baldrian.
Čeští a američtí vědci mohou již od srpna 2021 žádat o společné financování vědeckých projektů z oblasti umělé inteligence, nanotechnologií, věd o plazmatu či astronomie a astrofyziky. „Americká agentura si pečlivě vybírá, s kým spolupráci naváže. Tuto největší vědeckou spolupráci mezi oběma státy trvalo dohodnout přes dva roky. Věříme, že se nám ji do budoucna podaří rozšířit i na další oblasti výzkumu, nejen o kyberbezpečenost,“ říká předseda GA ČR.
O náklady na jednotlivé projekty se budou agentury dělit – českou část projektu bude financovat GA ČR a americkou NSF. Očekává se, že každá z agentur podpoří vědecké projekty v oblasti kyberbezpečnosti několika miliony korun ročně.
O Grantové agentuře České republiky
Grantová agentura ČR jako jediná instituce v ČR poskytuje z veřejných prostředků účelovou podporu výhradně na projekty základního výzkumu – v letošním roce ve výši přibližně 4,7 mld. Kč. V rámci vyhlášených programů financuje vědecké projekty jak erudovaných vědců a jejich týmů, tak mladých a začínajících vědeckých pracovníků. Každý rok GA ČR podpoří stovky výzkumných projektů, a to na základě několikastupňového transparentního výběrového procesu.
O National Science Foundation
National Science Foundation (Národní vědecká nadace) je nezávislá vládní agentura v USA, založená v roce 1950, která je odpovědná za podporu základního výzkumu. V roce 2023 hospodaří s přibližně 9,9 mld. USD, její granty jsou zdrojem pro zhruba 25 % univerzitního základního výzkumu v USA. V rámci vysoce prestižních soutěží podporuje agentura přibližně 11 000 projektů ročně. Financování NSF stálo u zrodu mnoha ve své době revolučních technologií, za dobu své existence podpořila 258 pozdějších držitelů Nobelovy ceny.
Jako každý rok GA ČR letos vypíše soutěž Standardní projekty určenou pro všechny badatele a badatelky. Dále pak mezinárodní výzvy, do kterých budou moci podávat společné projekty řešitelé přinejmenším ze dvou států, a soutěže pro začínající vědce JUNIOR STAR a POSTDOC INDIVIDUAL FELLOWSHIP. Roční pauzu naopak bude mít soutěž EXPRO, která bude znovu vypsána v roce 2024. Soutěže budou vypsány přibližně v polovině února – vzhledem k tomu, že v zadávacích dokumentacích bude docházet jen k drobným změnám, mohou vědci a vědkyně své výzkumné projekty začít promýšlet již nyní.
Standardní projekty tvoří základ účelové podpory základního výzkumu v České republice – každý rok jich GA ČR financuje několik stovek, a to již od svého vzniku v roce 1993. Jejich prostřednictvím je podporován nejlepší základní výzkum ve všech oblastech. Návrhy projektů s obvyklou délkou řešení 3 roky mohou podávat všichni badatelé a jejich týmy bez ohledu na délku jejich vědecké kariéry. Projekty jsou hodnoceny na základě několikastupňového výběrového procesu.
Soutěž JUNIOR STAR se tradičně setkává s velkým zájmem navrhovatelů z řad excelentních začínajících vědkyň a vědců (do 8 let od získání titulu Ph.D.) ze všech oblastí základního výzkumu, kteří již publikovali v prestižních mezinárodních časopisech a mají za sebou významnou zahraniční zkušenost. Cílem pětiletých projektů s celkovým rozpočtem až 25 milionů Kč je poskytnout příležitost k vědeckému osamostatnění řešitele, včetně případného založení vlastní výzkumné skupiny, která do české vědy přinese nová badatelská témata. Na hodnocení projektů se stejně jako v případě EXPRO podílejí výhradně zahraniční hodnotitelé.
Již potřetí letos GA ČR vypíše soutěže POSTDOC INDVIDUAL FELLOWSHIP (PIF). Tento druh grantů je zaměřen na badatele a badatelky, kteří dokončili doktorské studium v posledních čtyřech letech. Využít ho lze dvěma způsoby – buď jako výjezdový grant, který vědcům z českých institucí umožní bádat dva roky na prestižním výzkumném pracovišti na světě s podmínkou jednoho dalšího roku stráveného na pracovišti v České republice, nebo jako příjezdový grant, díky kterému se bude český postdoktorand moci vrátit do České republiky, anebo zahraniční vědec nebo vědkyně zahájit kariéru na českém pracovišti.
Projekty, které řeší vědci a jejich týmy spolu s badateli z partnerských států, jsou samostatným typem grantů. V roce 2023 bude možné podávat GA ČR společné projekty s vědci z následujících států:
Tchaj-wan – National Science and Technology Council (NSTC)
Jižní Korea – National Research Foundation of Korea (NRF)
São Paulo, Brazílie – São Paulo Research Foundation (FAPESP)
Rakousko – Austrian Science Fund (FWF)
Německo – German Research Foundation (DFG)
Polsko – National Science Centre (NCN)
Slovinsko – Slovenian Research Agency (ARRS)
Švýcarsko – Swiss National Science Foundation (SNSF)
Lucembursko – Nation Research Fund (FNR)
USA – National Science Foundation (NSF)
Výzvy hodnocené GA ČR budou vypsány spolu s ostatními soutěžemi v polovině února. Výzvy Lead Agency hodnocené v zahraničí budou vypsány v průběhu roku. Předpokládá se, že během letošního roku bude možné podávat společné projekty také s chorvatskými vědci (chorvatská agentura Croatian Science Foundation – HRRZ).
S ohledem na zachování stability grantového prostředí i snížení administrativní náročnosti plánuje GA ČR v opakovaně vypisovaných výzvách změny jen v drobném rozsahu – můžete se proto při přípravě projektů orientovat podle zadávací dokumentace a pravidel z minulých let.
Aby Vám žádná výzva neutekla, doporučujeme sledovat seznam všech aktuálně vyhlášených výzev nebo se přihlásit k odběru novinek (v dolní části hlavní stránky).
Nový druh cizopasníka objevený v plošticích na Turnovsku představuje mimořádný objev. Ukázalo se totiž, že parazit má naprosto nepředvídatelnou a výraznou odchylku od genetického kódu, který je jinak úplně stejný u drtivé většiny organismů včetně člověka. Rozluštění této genetické záhady, o něž se postarali výhradně čeští molekulární biologové především z Mikrobiologického ústavu AV ČR a Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR s podporou Grantové agentury ČR, otiskl prestižní odborný časopis Nature.
Ačkoli nově popsaný parazitický prvok Blastocrithidia nonstop nenapadá přímo člověka, je blízce příbuzný trypanozomám, které způsobují řadu závažných chorob, například spavou nemoc. Díky své genetické „úchylce“ je nový prvok velmi cenný pro další biologický výzkum, protože může vědcům umožnit dosud nepředstavitelné manipulace s genetickým kódem.
Ploštice Eysarcoris aeneus , foto: Miroslav Fiala
Genom je jako kniha plná vět – genů
Genetická informace je uložena v molekulách DNA, jejichž jednotlivé úseky označujeme jako geny a jejich soubor v daném organismu se nazývá genom. Každý gen v sobě obsahuje recept na výrobu jedné bílkoviny, která vzniká různými kombinacemi dvaceti základních aminokyselin procesem zvaným proteosyntéza. Pro jednoduchost si lze gen představit jako jednu větu začínající velkým písmenem a končící tečkou, zatímco genom je kniha vyprávějící celý příběh. Velká písmena a tečky oddělují jednotlivé věty a dávají tak celému příběhu jasnou strukturu a smysl (viz obr.).
Obr.: Leoš Valášek, Mikrobiologický ústav AV ČR
Nedávno se však ukázalo, že existují organismy, do jejichž vět pronikly tečky navíc, a to tak, že nahradily specifická písmena libovolných slov (E a V, které značí konkrétní aminokyseliny).
V důsledku toho jsou čtenáři (v případě genomu se jedná o buněčné luštitele genetického kódu – tzv. ribozomy) zmateni, kde věty skutečně končí, a příběh se stává zcela nesrozumitelným (viz obr.). V přeneseném slova smyslu by se dalo říci, že u nich došlo k biblickému zmatení jazyků jako v pradávné říši Babylonské.
Snad nejzmatenější ze všech je právě nově popsaný druh trypanozomy, parazitující v českých plošticích. Vědci z Parazitologického ústavu Biologického centra a Mikrobiologického ústavu AV ČR objevili molekulární mechanismus, který se u tohoto prvoka vyvinul, aby čtenář (ribozom) mohl procházet jeho genetickými větami tak, jako by v nich žádné tečky navíc nebyly. Věty jsou však natolik specificky zašifrované, že čtenáři (ribozomy) žádných jiných organismů nedokážou příběh (genetickou informaci) správně rozluštit.
„Trik spočívá v povaze a délce molekuly transferové RNA (tRNA), která ribozomu běžně slouží jako luštitelská příručka, a v jedinečné úpravě jedné bílkoviny, která v buňkách za normálních okolností zajišťuje rozpoznávání teček, tedy přesné ukončení proteosyntézy,“ vysvětluje Leoš Valášek z Mikrobiologického ústavu AV ČR. Součinností těchto dvou upravených molekul pozná ribozom tohoto prvoka, kdy má, nehledě na spoustu teček, větu správně ukončit, a kdy má tečky naopak nahradit dvěma původními písmenky (E a V), což příběhu (genetické informaci) vrátí smysl (viz obr.).
Parazitický prvok Blastocrithidia nonstop, foto: Jan Votýpka
„Vypadá to tak trochu jako opravený diktát nepozorného žáka základní školy, ale jak přesvědčivě ukazuje studovaná trypanozoma, dá se s tím dobře žít. Jedná se o naprosto nečekaný a dramatický odklon od standardního genetického kódu, který je podstatou všeho živého,“ dodává další z autorů objevu, Zdeněk Paris z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR.
Tento objev je důležitý nejen pro základní biologický výzkum, ale i pro nejnovější vědecké trendy, jakým je např. syntetická biologie, jejímž cílem je uměle vytvořit a vylepšit produkci a vlastnosti biologických látek pro nejrůznější účely.
„Cílená podpora excelentní vědy a vědeckých projektů umožňuje dosáhnout výsledků, které, jako je to v tomto případě, mění pohled na základní fungování světa. Jsem rád, že naše financování umožňuje českým vědcům dosáhnout těchto fascinujících objevů,“ dodává Petr Baldrian, předseda Grantové agentury ČR, která financuje excelentní základní výzkum.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) společně s brazilskou São Paulo Research Foundation (FAPESP) rozhodla o podpoře projektu „Produktivita, ventilace a rozpouštění karbonátu jako proxy procesu ukládání uhlíku v oceánech-studie z J-JV části Brazilského kontinentálního okraje“ podaným RNDr. Filipe Scheinerem, Ph.D. (Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy) a prof. Karen Badaraco Costa (University of São Paulo). Řešení projektu bude trvat 3 roky.
Financování projektu je možné díky spolupráci GA ČR a FAPESP. Projekt prošel úspěšně hodnoticím procesem obou agentur. Každá z institucí bude financovat tu část nákladů, která náleží vědcům z daného státu.
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.
Doc. RNDr. Zdeňka Lososová, Ph.D.
Obr. 1) Nádorově asociované fibroblasty (A, B) jsou znázorněné pomocí interakce F-aktinu s phalloidinem značeným rhodaminem (červený signál), jádra jsou znázorněna DAPI. Exosomy produkované nádorovými buňkami značené GFP (zelený signál; A) se vážou na fibroblasty. Měřítko je 100 mm. 
