Pandemie COVID-19 ukázala, jak jsme zranitelní vůči nečekaným virovým hrozbám. V rámci svého projektu JUNIOR STAR si Jiří Zahradník z 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy klade za cíl porozumět, jak se koronaviry vyvíjejí, a najít způsob, jak zabránit dalším epidemiím.
Zablokovat vir dříve, než vstoupí do buňky
Nápad na originální výzkum dostal doktor Zahradník již na počátku covidové pandemie. Kolegové z jeho oboru se běžně zabývali obzvláště vývojem protilátek, on se však rozhodl jít jiným směrem.
„Napadlo mě, co kdybychom využili vazebné domény koronaviru? Tuto doménu si lze představit jako klíč, kterým virus proniká do buněk. Úpravou této domény bychom mohli získat nejen silný inhibitor bránící viru, ale také nové poznatky o samotné biologii viru,“ popisuje Jiří Zahradník svou původní myšlenku, která spočívá v zablokování viru ještě předtím, než vstoupí do buňky.
Přiznává, že jeho nápad nebyl ve vědecké komunitě vždy přijímán s nadšením a někteří o jeho přínosu pochybovali. „Ale já jsem byl dostatečně tvrdohlavý. A ukázalo se, že ta cesta měla smysl. Nejenže jsme byli schopni vyvinout varianty vazebné domény účinně blokující virus, ale získali jsme i cenné informace o plasticitě virových interakcí a možných budoucích mutacích viru,“ dodává.
Kudy půjde evoluce viru?
Na své přechozí výsledky doktor Zahradník navazuje v projektu JUNIOR STAR. „Aby se viry do buněk dostaly, používají na svém povrchu tzv. Spike protein, kterým se vážou na specifické bílkoviny (receptory) na povrchu lidských buněk. Nejznámějším takovým receptorem je ACE2, známý z viru SARS-CoV-2. Koronaviry však umí využít i jiné ‚vstupní brány‘ – i takové, o kterých zatím ani nevíme,“ představuje klíčovou výzvu Jiří Zahradník.
Se svým týmem se zaměřuje právě na tyto virové proteiny a pomocí moderních laboratorních metod řízené evoluce na povrchu kvasinek sleduje, jak se za různých podmínek mění vazba mezi virem a jeho receptorem. Takto je výzkumný tým schopen testovat tisíce variant současně.
Výstupem testů je „mapa možností“, která ukazuje, kam může virus evolučně směřovat. „Cílem mého projektu je zjistit, jak se jednotlivé varianty koronaviru mění, jakým způsobem vstupují do lidských buněk, a predikovat, jaké nové mutace nebo viry by se mohly objevit v budoucnu,“ vyjmenovává hlavní cíle Jiří Zahradník.
Výzkumný tým
Rychlejší vývoj vakcín a nové výzkumné metody
Mezinárodní tým vědců z různých zemí tak může zásadně urychlit vývoj budoucích vakcín i léčby. Dnes se nové vakcíny připravují až ve chvíli, kdy se virus objeví a začne šířit mezi lidmi. Pokud se však podaří lépe porozumět, jak virus „pracuje“ a jak mutuje, můžeme být příště o krok napřed.
Kromě toho doktor Zahradník se svými kolegy a kolegyněmi v rámci projektu vyvíjí nové nástroje a metody, které usnadní budoucí výzkum nejen koronavirů, ale i jiných patogenů.
„Výsledky naší práce budou dostupné všem v režimu Open Science a pevně věříme, že se dostanou do rukou i odborníkům na vývoj léčiv a vakcín a vytvoří tak podklad pro jejich vlastní výzkum a případné změny v přístupu, které mohou vést až k praktickým výstupům,“ uzavírá řešitel projektu.
RNDr. Jiří Zahradník, Ph.D.
Jiří Zahradník vede vlastní skupinu v Laboratoři proteinového inženýrství 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy. Už během doktorského studia se zabýval interakcemi proteinů imunitního systému a jejich modulací. V rámci pětileté postdoktorské stáže na Weizmannově institutu v Izraeli se zaměřil na nespecifické interakce v buňce, tedy ty, které jsou nežádoucí a představují chyby. Pro odhalení mechanismů, které tyto interakce regulují, vyvinul citlivější metodiku umožňující analyzovat velké množství interakcí najednou. Klíčovou technikou, kterou výrazně inovoval a upravil, se stal tzv. kvasinkový displej („yeast display“). Právě s touto metodou nyní pracuje v projektu JUNIOR STAR.
