Biocev, mitochondrie a nádory

Výzkumné skupiny vědeckého centra BIOCEV se zaměřují na detailní poznání organismů na molekulární úrovni. Jejich výsledky směřují do aplikovaného výzkumu a vývoje nových léčebných postupů proti závažným zdravotním problémům. Víte, že zde například nedávno odhalili roli mitochondrií v nádorovém bujení? Rakovinné buňky s poruchami mitochondriální DNA (mtDNA) nejsou schopny vytvořit nádor. Donedávna nebylo však zřejmé, proč jsou mitochondrie - buněčné elektrárny zodpovídající mj. za "dýchání" buněk - pro tvorbu nádorů tak důležitá. Tuto otázku se nyní podařilo v navazujícím výzkumu objasnit. Vědci v BIOCEV však umějí ještě mnohem víc.

„Mitochondrie jsou malé vnitrobuněčné útvary, které v buňce produkují energii nutnou k celé řadě procesů včetně buněčného růstu, základního atributu nádorové tkáně," říká prof. Jiří Neužil, vedoucí Laboratoře molekulární terapie. „Produkce energie v mitochondriích je závislá na mitochondriálním „dýchání“ (respiraci), tedy spotřebě kyslíku. Důležitou vlastností mitochondrií je přítomnost vlastní dědičné informace – mtDNA, která je pro proces respirace nezbytná,“ doplňuje prof. Neužil.

Souvislost mezi neschopností tvořit nádory a nedostatkem energie se však neprokázala. Bylo potřeba začít hledat novou cestu. Během ní vědci zjistili, že důvodem je zapojení mitochondriálního "dýchání" do tvorby pyrimidinů – stavebních kamenů DNA, jejíž tvorba je pro růst buněk nezbytná.

Řetězec příčin a důsledků

Rakovinné buňky s poruchou mtDNA nerespirují, a proto nemohou tvořit pyrimidiny. Tím dojde k zablokování jejich růstu a potlačí se i zvětšování celého nádoru. Buňky "kradou" zdravé mitochondrie z buněk okolních zdravých tkání. Po získání mitochondrií z okolních buněk a obnovení respirace mohou rakovinné buňky opět produkovat pyrimidiny a růst. Nádor se opět začíná obnovovat.

Na základě tohoto objevu proběhl vývoj a klinické testy látky, která dokázala zcela zneškodnit nádorové buňky u jedné z nejagresivnějších forem rakoviny prsu.

„Náš objev, publikovaný v prestižním časopise Cell Metabolism, je velice zajímavý jak z hlediska základního výzkumu, tak i jeho možného přenosu do klinické praxe," vysvětluje prof. Jiří Neužil aplikační potenciál nového poznatku. „Výše uvedený mechanismus by totiž mohl být sdílený mnoha typy nádorů, neboť univerzální vlastností rakovinné buňky je překotný růst, k němuž je zapotřebí intenzivní tvorba pyrimidinů. Domníváme se, že tento objev povede k návrhu nových, širokospektrých protirakovinných látek."

Odkaz na publikaci: Bajzikova et al. Reactivation of dihydroorotate dehydrogenase by respiration restores tumor growth of mitochondrial DNA-depleted cancer cells Cell Metabolism (in press). doi: 10.1016/j.cmet.2018.10.014.

Příklady vědeckých výzkumů centra BIOCEV

• Objev nové skupiny antibiotik proti streptokokovým a stafylokokovým infekcím.
• Součástí centra Biocev je také České centrum pro fenogenomiku, jedna z největších laboratoří na světě, produkující geneticky upravované myší modely, jež mohou pozitivně ovlivnit léčbu rakoviny nebo cukrovky.
• Obor zvaný funkční genomika nalézá geny důležité pro funkci specializovaných fyziologických systémů. Charakterizuje komplexní funkce genů v lidském genomu včetně jejich interakcí. Výzkum se orientuje na funkci a onemocnění jater, kardiovaskulární dysfunkci, vývoj diabetu a dalších metabolických poruch, pokouší se objasnit genetický podklad vrozené ztráty sluchu a stařecké nedoslýchavosti, či pochopení patogeneze očních chorob.
• V buněčné biologii a virologii se BIOCEV snaží např. identifikovat nové molekuly sekundárních metabolitů hub a bakterií, které budou využitelné v buněčné biologii a pro farmaceutický průmysl, či porozumět interakcím mezi viry a buněčnými strukturami během virové infekce, mechanismům stresu z obranné odpovědi, mechanismům deregulace buněčných procesů včetně maligní (zhoubné) transformace, apod.
• Pochopení struktur biomolekul, proteinů, enzymů a nukleových kyselin a jejich vzájemného působení. Pochopíme-li dobře struktutu, můžeme je modifikovat tak, aby se zvyšoval jejich žádoucí účinek, funkce či stabilita, a aby mohly být použity pro diagnostiku nemocí, či jako léčiva.
• Vývoj tkáňových náhrad unikátním propojením výzkumu zabývajícího se syntézou a zpracováním nových materiálů s výzkumem syntetických nosičů pro cílenou dopravu léčiv a v kombinaci se specializovanými nebo kmenovými buňkami pro regeneraci a rekonstrukci tkání a orgánů lidského těla. Plánované výstupy zahrnují např. náhrady cév, srdečních chlopní, chrupavek a kostí, skelety pro regeneraci poškozené míchy, biosenzory a proteinové čipy, apod.
• Vývoj léčebných a diagnostických postupů, zahrnující projekty od reprodukční medicíny přes komplikace diabetu, autoimunitní a vybraná nádorová onemocnění, vrozené vady metabolismu až po studium patologie hemu (skupině obsažené v krvi a dalších biologických látkách).
• První  podrobně zdokumentovaný embryonální vývoj zubů. Objev může pomoci v boji proti rakovině, neboť porozumění mechanismu migrace orgánových buněk během embryonálního vývoje může mít zásadní význam i pro studium tvorby nádorů a jejich invazivního šíření.

BIOCEV

Centrum je společným projektem šesti ústavů Akademie věd ČR (Ústav molekulární genetiky, Biotechnologický ústav, Mikrobiologický ústav, Fyziologický ústav, Ústav experimentální medicíny a Ústav makromolekulární chemie) a dvou fakult Univerzity Karlovy v Praze (Přírodovědeckou fakultou a 1. lékařská fakulta), jehož cílem je vybudování a provoz vědeckého centra excelence v oblastech biotechnologií a biomedicíny. Hlavním zdrojem finančních prostředků na vybudování centra je Evropský fond regionálního rozvoje. Myšlenka vybudovat centrum BIOCEV vznikla již v roce 2006, neboť tehdy v České republice chybělo moderní vědecké centrum orientované na výzkum v oborech biotechnologie a biomedicína. Díky vzniku tohoto centra se podařilo propojit tradiční silné obory z oblasti technických a přírodních věd, jako jsou virologie, genetika nebo chemie. Na pěti výzkumných programech BIOCEV se podílejí nejlepší vědci z oboru molekulární a buněčné biologie, fenogenomiky, strukturní biologie, tkáňového inženýrství a biomedicíny. BIOCEV sídlí ve středočeském Vestci u Prahy. V současné době pracuje v centru více než 440 vědeckých a technických pracovníků. Téměř třetina z nich pochází ze zahraničí, např. z Austrálie, Kanady, Číny, Francie, Ukrajiny, Polska nebo Německa.

Výzkum a vývoj ve Středočeském kraji

Ve Středočeském kraji je široká síť výzkumných organizací a center zaměřených na různé vědní oblasti a představující relevantní partnery firem pro jejich výzkum, vývoj (VaV) a inovační aktivity. Na území Středočeského kraje působí 25 výzkumných organizací a 11 inovačních center a  vědecko-technologických parků, což společně s pražskými vědeckými pracovišti tvoří 50 % vědeckovýzkumné kapacity v celé České republice. Ve výzkumu a vývoji pracuje přes 7 000 zaměstnanců. „V roce 2017 činily celkové investice do vědy a výzkumu ve Středočeském kraji 14 mld. Kč, z toho 85 % šlo z firemního sektoru (v celém Česku je to pouze 55 %). V únoru 2019 vláda schválila Inovační strategii České republiky 2019 – 2030, která má pomoci ČR se během dvanácti let posunout mezi nejinovativnější země Evropy. Středočeský kraj se oficiálně zapojil do jejího naplňování s ambicí a potenciálem stát se vlajkovou lodí nové Inovační strategie ČR. Klíčovým nástrojem je SIC, Středočeské inovační centrum, které funguje jako platforma k propojování lidí, firem, výzkumných organizací a obcí.