Můj cíl? Účinné propojování vědeckých oborů k prospěchu pacienta

Jedním z držitelů letošní Ceny děkana LF MU pro nejlepší pregraduální studenty fakulty se stal Jan Mičan. Obdržel ji v Kategorii za vynikající vědecký výkon, kde obsadil první místo. Cena děkana je udělována dle výběrovějších kritérií než v předchozích letech – její získání je tedy skutečně velmi prestižní záležitostí. Jan Mičan je součástí týmu Mezinárodního centra klinického výzkumu Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně (FNUSA-ICRC) Proteinové inženýrství, kde si jej podle slov vedoucího týmu prof. Damborského „doslova vypiplali“. V Loschmidtových laboratořích PřF MU a FNUSA-ICRC se věnuje například vývoji nových trombolytik v rámci platformy Stroke Brno.

Gratulujeme k Ceně děkana LF MU a prvnímu místu v Kategorii za vynikající vědecký výkon. Šlo o nějaký konkrétní vědecký výkon anebo to bylo ocenění za komplexní práci?
Je to ocenění za celkovou práci, do přihlášky jsme s profesorem Damborským vyplnili celou řadu vědeckých publikací, na kterých jsem se podílel. Šlo například o publikace z mého úplně prvního výzkumu, který se zabýval vývojem enzymů pro rozklad yperitu. Tehdy jsme vyvíjeli účinnější enzymy pro neutralizaci tohoto bojového plynu místo použití silných žíravin či hořlavin, které se nedají použít například po zasažení nějaké drahé techniky či vozidel. Řada publikací byla také z výzkumu zabývajícím se vývojem nových trombolytik, tedy léků k rozpuštění krevních sraženin, který děláme ve spolupráci s profesorem Mikulíkem v rámci projektu Stroke Brno.

Pracujete v Loschmidtových laboratoří PřF MU a FNUSA-ICRC. Byl to váš dlouhodobý profesní cíl anebo to je dílem náhody?
Řekl bych, že to bylo dílem náhody… S Loschmidtovými laboratořemi jsem se seznámil už na gymnáziu, kde jsem si všiml letáčku, který lákal studenty na akci Letní škola proteinového inženýrství (letos se koná 28. – 30. 6. https://loschmidt.chemi.muni.cz/school/ pozn. red.). Vědecké prostředí a věda obecně mě vždy velmi lákala a akce slibovala seznámení s problematikou proteinového inženýrství přímo v laboratořích. Podal jsem si přihlášku, byl jsem vybrán a opravdu mne to velmi zaujalo. Po gymnáziu jsem se dostal na LF MU, a tam začalo moje váhání mezi medicínou a vědou, které vlastně trvá dodnes. Podařilo se mi dostat na biochemii a medicínu a nemohl jsem se rozhodnout, co bude lepší. Naštěstí se mi podařilo dostat do programu P-PooL (Pregraduální Program pro motivované studenty lékařství s rozšířenou vědeckou přípravou), ve kterém jsem mohl dělat vědu od prvního ročníku medicíny. Na přijímačkách jsem se umístil až za 150. místem, což by mi normálně zavřelo do P-PooLu dveře, ale díky rčení „lína huba je holé neštěstí“ a mnoha emailech jsem byl zařazen do výběrového řízení a naštěstí jsem byl vybrán dodatečně. Když jsem si pak měl v prvním ročníku vybrat projekt, tak jsem si vzpomněl na pobyt v Loschmidtových laboratořích a napsal prof. Damborskému a Dr. Bednářovi, jestli také nějaký nemají. Domluvili jsme se, že začneme dělat výpočetní výzkum – nejprve to byly již zmiňované enzymy pro rozklad yperitu. Projekt se sice nepodařilo dotáhnout do úplného konce, protože se nám nepodařilo vytvořit lepší enzym než ty, co jsou používány nyní, nicméně jsem se na tom naučil extrémní množství různých metod a postupů, které používám až doteď. Na počátek spolupráce na vývoji trombolytik si vzpomínám úplně přesně, bylo to den po zkoušce z anatomie, kdy jsem se mohl zúčastnit setkání členů týmu, a mě bylo nabídnuto, jestli nechci spolupracovat s týmem Stroke prof. Mikulíka. Takže opravdu náhoda.

Co plánujete po studiu a co je konkrétní náplní vaší práce?
Až dostuduji, tak budu všeobecný lékař, specializovat se budu až v rámci atestace. Moc rád bych pracoval na neurologické klinice, kde se léčí a zotavují pacienti po prodělané mozkové mrtvici, ale i s jinými neurologickými onemocněními, to je takový můj cíl. Potom co jsem začal dělat výzkum mrtvice, tak mi na ni zemřela babička, takže mám s mrtvicí nevyřízené účty… Stále ale lehce váhám nad tím, že lékařem nebudu a zůstanu u výzkumu, teď jsou ale misky vah nakloněny práci lékaře, ale určitě u výzkumu zůstanu i v nemocnici.
Co se týče výzkumné práce, pak jde z 98 procent času o práci na počítači. Buď na tom mém anebo využívám superpočítače všude možně po republice a po světě. Jsem členem organizace Metacentrum, která toto v tuzemsku umožňuje. Jsou doby, kdy používám třeba tisíc počítačů najednou, a to pro výpočty složitých chemických reakcí či pro zpracování statistických dat genetických či proteinových sekvencí ze všech možných zvířat a variant proteinů, které v přírodě jsou, kdy se snažím hledat různé užitečné souvislosti mezi nimi. V laboratoři jsem pracoval také, když jsem sám testoval enzymy, které jsem vyvinul pro rozklad yperitu. Chtěl jsem si to vyzkoušet a naučit se techniky jako čištění proteinů, jejich kultivace v bakteriích, genetická modifikace bakterií… Nad tím jsem strávil celé léto a zimu, ale neměnil bych to za práci za počítačem… Tam když se něco pokazí, pak podle jednotlivých kroků v programu můžete chybu najít a opravit, kdežto v té laboratoři někdy nevíte co, a proč se pokazilo. Ten život je prostě nepředvídatelný a i když o něm víme moc, tak pořád je to málo… K tomu si to musíte odsedět, navařit, odmýt, oddávkovat, odmíchat. Výpočetní biologie a chemie je proti tomu čistě kreativní práce, a když vás něco nebaví dělat potřetí tak si na to napíšete program a ten to udělá za vás. A s internetovým připojením to můžete dělat třeba z Jeseníků.
Problematice trombolytik jsem se pak věnoval opravdu dlouho, z výzkumu vzešla celá řada nových kandidátních léčiv. Nyní je to na kolezích z Výzkumného ústavu veterinárního lékařství či Biofyzikálního ústavu AV ČR, aby je otestovali na animálních a fluidních modelech. Konkrétně jde o jedenáct nových enzymů (tzv. Klapzubova jedenáctka) s různými vlastnostmi a přístupy k léčbě mozkové mrtvice a čtyři trombolytika na základě stafylokinázy. Samozřejmě pozorně sleduji, jak se testy vyvíjí, ale nyní se naplno věnuji hledání enzymů na účinnější degradaci plastů pro potřeby průmyslu a ochrany životního prostředí. Kdyby se to podařilo, šlo by o novou cestu recyklace, která by pomohla k většímu a levnějšímu využívání recyklovaných plastů. Také mám teď několik dalších strategií jak trombolytika dál zlepšit pomocí analýzy koevoluce nebo modelování interakce s fibrinem, tak snad na ně později zbyde čas, těším se na to.

Stafylokinázy mají něco společného s obávanými stafylokoky?
Ano, snažíme se využít unikátní vlastnosti těchto bakterií. Stafylokináza je látka, s jejíž pomocí si stafylokok doslova klestí cestu lidským tělem. Obranné látky, které má každý člověk, se snaží jeho postup zastavit pomocí fibrinových bariér, které kolem bakterie staví. Stafylokok však dokáže pomocí enzymu stafylokinázy tyto sraženiny rozpustit, a to je právě to, co chceme využít při léčbě.

Jaké jsou vaše další cíle? Co je pro vás takovým vědeckým svatým grálem, kterého byste chtěl dosáhnout?
Tak toto je zatím asi nejtěžší otázka, kterou jsem dostal… Samozřejmě, chtěl bych vyvinout nějaký nový univerzální lék proti ischemické mozkové příhodě, infarktu myokardu a emboliím obecně – všechno je způsobeno krevními sraženinami… Ale svatý grál je pro mě něco jiného, spíše si to představuji jako účinné propojování různých vědeckých disciplín a oborů. Například medicína, biochemie, výpočetní technika, vizualizace dat… To všechno se dá v lékařské praxi krásně spojit dohromady a strašně mě to fascinuje. Chtěl bych nějakým způsobem stírat hranice mezi těmito obory a nalézat nové využití jejich propojení. Například za pomoci biochemických metod vyvinout nový lék, dostat ho k lůžku dětského pacienta a následně sestavit nějaký účinný vizuálně srozumitelný plán léčby, aby pochopilo, co se s ním děje a proč s ním lékaři dělají to, co dělají. A to ho uklidní a umožní mu to dobře jeho diagnózu a léčbu zvládnout.
Další věc, která mne velmi zajímá je z oblasti výpočetně-chemické, jde o prolomení tzv. Anfinsenova dogmatu (tato hypotéza uvádí, že alespoň u malých kulových proteinů je nativní struktura bílkovin určena pouze sekvencí aminokyselin. V podmínkách prostředí, ve kterých dochází ke sdružování, je původní struktura jedinečná, stabilní a kineticky s minimální volnou energií. K tomu se vztahují tři podmínky: 1. Jedinečnost – vyžaduje, aby sekvence neměla žádné další možnosti srovnatelné volné energie. Z tohoto důvodu musí být volná energie jedinečná. 2. Stabilita – malé změny v okolním prostředí nemohou vést ke změnám v modelu s minimální možnou volnou energií. 3. Kinetická dostupnost – znamená, že vazba na povrchu s volnou energií od nesdruženého ke sdruženému musí být dostatečně vyrovnaná. Jinými slovy – při sdružování nesmí docházet ke komplexním změnám tvaru. pozn red.). Jde o problematiku toho, jak vlastně ty proteiny vypadají, jak de facto vypadáme my všichni na tomto mikroskopickém měřítku. Standardní protein má zhruba 300 aminokyselin, kterých je dvacet druhů. Těch kombinací je tak astronomický počet, zde 20 na třístou, což je ohromné množství, víc než je atomů ve vesmíru. Jak a podle jakých zákonitostí se však skládá dohromady? Velkou nadějí na vyřešení tohoto problému je projekt AlphaFold2 od Google, o kterém se nyní hodně mluví. Je založen na strojovém učení, což je samo o sobě nesmírně složité, stroje se učí někdy zcela samy, kombinují různé vlastnosti, tzv. properties a metaproperties, ale slabinou je absence srozumitelnosti pro člověka – ten projekt nám sice možná řekne, že se nějaká sekvence aminokyselin složí do přesně tohoto tvaru – proteinu, což je ohromně užitečné, ale nevytvoří to teorii, kterou by člověk mohl pochopit. A to bych právě chtěl. Porozumění či pochopení toho, na základě čeho se proteiny skládají dohromady.

Když už jsme v oblasti mezivědní spolupráce – nedávno proběhlo médii, že jsou fyzici na pokraji nalezení páté základní síly ve vesmíru – toto Vás také zajímá, mohlo by to nějak pomoci i v oblasti biochemie či strojového učení a umělé inteligence?
Toto mě asi z míry nevyvádí, vzhledem k tomu, že tato síla je tak „silná“, že jsme museli vytvořit speciální urychlovač, ve kterém pozorujeme miony, částice menší než atomy a až tehdy jsme si ji byli schopni všimnout… Kdyby to měla být síla, která by například v biochemii měla mít nějaký význam, tak by nám tak dlouho neunikala. Myslím, že ve světě medicíny toto nic moc neovlivní. Sice lidské tělo dokáže vnímat kvantové efekty i základními smysly – například chutí poznáte rozdíl mezi vodou a těžkou vodou, která má o neutron více, ale to je extrém a tato nová síla nebude mít nejspíše žádný vliv. Slyšel jsem ale, že by tento objev mohl zásadně změnit komunikaci mezi lidmi a dovolit velice rychlý přenos informací. A to by mohlo výpočty a tím pádem i strojové učení dost výrazně zlepšit.

Zbývá vám při vaši práci nějaký volný čas? Pokud ano, pak jak jej trávíte nejraději?
Nejradši trávím volný čas venku, díky Bohu už je počasí trošku přijatelnější, takže už to bude zase ještě intenzivnější. Někdy jde „jen“ o procházky anebo výlety, rád bych vás pozval na břeh Svitavy, kde sám anebo spolu s kamarády děláme takové improvizované kytarové koncerty. Velmi rád mám i takové speciálnější procházky, jmenuje se to urban exploration a jde o návštěvu starých opuštěných objektů vzniklých lidskou činností, která jsou nějakým způsobem zapomenutá, nevyužívaná, určená k demolici a přitom zajímavá a krásná. Je to sice na hraně a nikoho dalšího k tomu nenabádám, ale žádnou destruktivní či škodlivou činnost tam neprovádím, jde pouze o objevování míst, která jsou spjatá s historií toho či onoho místa.

Nikde to hlásit nebudu a děkuji za rozhovor!