„Stafylokináza má obrovský potenciál při léčbě mrtvice,“ říká Naina Verma

Naina Verma, doktorandka na ICRC a Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity, zkoumá a vyvíjí proteiny pro léčbu krevních sraženin. Analyzuje, jak změny v proteinech ovlivňují jejich funkci a jak požadovaný účinek maximalizovat. Konkrétně studuje stafylokinázu, bílkovinu, kterou produkují některé kmeny stafylokoka. O tomto proteinu se v posledních letech uvažuje jako o možném novém trombolytickém léku. Naina tak pomáhá vytvářet nové formy bezpečnějšího a účinnějšího cíleného rozpouštění krevních sraženin a přispívat tak k pokroku v léčbě mozkové mrtvice. Nedávno získala ocenění za nejlepší prezentaci na 5. ročníku International Conference on Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry ve francouzském Štrasburku. Představila zde svou práci zaměřenou na HDX-MS analýzu upravených variant už zmíněné stafylokinázy. Naina Verma vystudovala mikrobiologii na Banaras Hindu University, v Brně už žije přes tři roky. Na životě v moravské metropoli si nejvíc pochvaluje že vedle silného vědeckého zázemí a velkého množství možností kariérního rozvoje město neztrácí svou přívětivou atmosféru.

 

Jak přesně se stafylokináza v těle chová? 

Stafylokináza je malý bakteriální protein, má 136 aminokyselin a obrovský léčebný potenciál. Sama o sobě sraženinu nerozpouští, místo toho funguje jako takový molekulární „dohazovač“. Váže se na neaktivní enzym lidského organismu, plasmiogen, a tento komplex přivádí k fibrinu, proteinové síti, která tvoří krevní sraženinu. Tam se přemění na plasmin, což už je enzym, který fibrin rozloží, a tím pádem sraženinu rozpustí. Důležité je, že působí přímo v místě sraženiny, jde o slibný objev ve vývoji nové generace léků na léčbu nemocí způsobených ucpáním cév krevní sraženinou.

V čem je stafylokináza lepší než dnes běžně používané léky na cévní mozkovou příhodu?

Ve srovnání s alteplázou nebo tenecteplázou má stafylokináza několik důležitých výhod. Především působí cíleně, přímo v místě krevní sraženiny, a ne v celém krevním oběhu, snižuje tak riziko závažných vedlejších účinků, například krvácení. Další výhodou je, že jde o malou bílkovinu, kterou můžeme vyrábět poměrně jednoduše a levně. Do budoucna by to mohlo usnadnit její širší využití v léčbě. Určitou nevýhodou ale je, že přirozená forma stafylokinázy může u člověka vyvolat imunitní reakci. Právě hledání způsobu, jak tento problém odstranit, je dnes jedním z hlavních směrů výzkumu.

A jak konkrétně stafylokinázu upravujete a jak testujete, jak se upravená stafylokináza chová? Jak hodnotíte její účinnost při léčbě mrtvice?

Samotný návrh variant stafylokinázy připravují naši kolegové zabývající se proteinovým inženýrstvím z Loschmidt Laboratories z ICRC a Masarykovy univerzity a Masaryk University) a CIIRC. Pomocí cíleného návrhu proteinů se snaží snížit riziko imunitní reakce, zlepšit rozpustnost proteinu a zvýšit jeho schopnost rozpouštět krevní sraženiny. A moje práce spočívá v tom, že poskytuju detailní informace o tom, jak tyto změny ovlivňují strukturu proteinu. Zkoumám, jestli se upravená stafylokináza na molekulární úrovni chová tak, jak vědci očekávají. K tomu využívám moderní metodu zvanou HDX-MS, tedy hmotnostní spektrometrii vodíkovo-deuteriové výměny. Sledujeme, jak se protein chová v prostředí podobném lidskému tělu – například jak je pružný, stabilní nebo jak reaguje na jednotlivé úpravy. Zároveň dokážeme zjistit, kde a jak se váže na další proteiny a díky tomu lépe rozumíme tomu, jak funguje a můžeme navrhovat jeho účinnější varianty. Tyto poznatky pak kombinujeme s laboratorními testy, které prokazují, jak dobře protein krevní sraženiny skutečně rozpouští.

Nejprve provádíme základní experimenty v laboratoři. Testujeme třeba rozpouštění uměle vytvořených fibrinových sraženin. Poté pokračujeme složitějšími experimenty, které lépe napodobují podmínky v lidském těle – například testy v krevní plazmě nebo zkoumání možných imunitních reakcí. Chceme vlastnostem proteinů detailně porozumět a vybrat nejúčinnější varianty ještě předtím, než se přistoupí k testování na animálních modelech.

Jak blízko jsme podle vás tomu, aby se stafylokináza běžně používala u pacientů? Co je ještě nutné k tomu, aby se z upravené stafylokinázy stal lék používaný v klinické praxi?

Stafylokináza je velmi slibný kandidát, hlavní výzvou teď je zajistit její bezpečnost – především omezit nežádoucí imunitní reakce při zachování vysoké léčebné účinnosti. Během posledních více než dvaceti let ale proběhla řada klinických studií, které zkoumaly rekombinantní stafylokinázu jako lék na rozpouštění krevních sraženin při mrtvici. Dosud publikované výsledky ukazují, že stafylokináza je srovnatelně účinná jako současné trombolytické léky, přičemž se zdá, že způsobuje výrazně méně krvácivých komplikací.

Co myslíte, že vám vyneslo ocenění na International Conference on Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry? Čím jste komisi zaujala?

Myslím, že rozhodující je kombinace srozumitelného a stručného podání vysvětlení hlubší podstaty procesu. Šlo o formát takzvaného flash talku, celou problematiku je nutné vysvětlit během tří minut. Během tohoto krátkého časového úseku je nutné odvyprávět složitou problematiku srozumitelně a poutavě. Je to náročné, ale pro úspěch stěžejní. Nesoustředili jsme se jen na popis rozdílů mezi jednotlivými proteinovými variantami, ale pomocí metody HDX-MS jsme dokázali přímo propojit mutace se strukturními konformačními změnami i jejich funkčními důsledky.

V ICRC, Masarykově onkologickém ústavu a na Masarykově univerzitě už působíte více než dva roky. Jak vnímáte prostředí těchto brněnských výzkumných institucí a jak to ovlivnilo váš profesní rozvoj?

Mám pocit, že lidé jsou tu otevření ke spolupráci. Moje školitelka prof. Lenka Hernychová i konzultant prof. Jiří Damborský podporují přístup založený na rychlém ověřování hypotéz a pravidelných odborných diskusích. Kromě skupinových porad naši kolegové z ICRC a Loschmidtových laboratoří organizují také odborné semináře a popularizační akce, které vytvářejí skvělý prostor pro výměnu nápadů a zkušeností. Celkově mi toto prostředí pomohlo výrazně rozšířit technické dovednosti, například v oblasti HDX-MS a integrace dat, a zároveň mi umožnilo nahlížet na komplexní vědecké problémy z různých perspektiv.

Jak se vám žije v Brně?

Brno pro mě představuje místo ideální pro život. Má silnou a rychle se rozvíjející vědeckou komunitu, hlavně v oblasti Life Sciences, a zároveň je to velmi přístupné a příjemné město. Okolní příroda a lesní stezky jsou ideální na víkendové výlety a odpočinek. Brno je místem, kde se člověk může naplno soustředit na výzkum a zároveň si udržet vysokou kvalitu života, je ideální pro práci i osobní rozvoj. Atmosféra spojená s odkazem Mendela mi navíc neustále připomíná, jen pár ulic od mého pracoviště vznikaly průlomové objevy. A jako doktorandka si také moc vážím podpůrného přístupu své školitelky a kolegů. Je tu prostředí, které se nesoustředí pouze na samotnou vědu, ale i její aktivní prezentaci, účast na konferencích a navazování nových vědeckých spoluprací.

Tým Proteinového inženýrství, ve kterém Naina Verma působí.

Jaké schopnosti a dovednosti považujete dnes za nejdůležitější pro mladé vědce?

Kromě odborných technických znalostí jsou zásadní také zvídavost, kritické myšlení a schopnost jasně komunikovat. Současná věda je vysoce interdisciplinární, a proto je velmi důležité umět propojovat poznatky z různých oborů a zároveň své výsledky prezentovat srozumitelně a stručně.

Nezbytná je také schopnost přizpůsobit se novým podmínkám a kreativně přemýšlet, protože nové technologie a metodiky se vyvíjejí neustále. S rostoucím vlivem umělé inteligence navíc může promyšlené a inovativní zapojení těchto nástrojů do výzkumu výrazně zvýšit jeho dopad a efektivitu.

Jakým směrem byste se chtěla do budoucna ubírat vy? Jakou vizi máte po skončení doktorského studia?

Do budoucna bych se chtěla více zaměřit na to, jak proteinové inženýrství ovlivňuje strukturní dynamiku proteinů, zejména s využitím metod HDX-MS a dalších příbuzných technik. U terapeutických proteinů totiž často právě dynamika skrývá odpověď na jejich chování a funkci. Mým cílem je přispět k tomu, aby se studium strukturní dynamiky stalo prediktivním nástrojem pro návrh terapeutických proteinů, což by mohlo vést k vývoji bezpečnějších a účinnějších biologických léčiv. Zároveň bych ráda předávala nově vytvořené nástroje, zkušenosti i způsob uvažování další generaci vědců.

martina.kopecka@fnusa.cz