Zahradník: Chceme být vždy krok před virem

 „Pokud viru vezmeme ‚nejlepší mutace‘, můžeme ho oslabit,“ říká biochemik Jiří Zahradník, který vede virologickou laboratoř v BIOCEVu. Zkušenosti z prestižního Weizmannova institutu v Izraeli přetavil do výzkumu, jehož cílem je předpovídat mutace virů ještě dřív, než se objeví v populaci – a možná tak jednou pomoci zastavit další pandemii dřív, než vůbec začne.

Když se Jiří Zahradník v roce 2018 vydal na prestižní Weizmannův institut věd v izraelském Rechovotu, zaměřoval se na výzkum proteinových interakcí – tedy na to, jak spolu jednotlivé bílkoviny v buňkách „mluví“ a jak jejich vzájemné vazby ovlivňují životní procesy. V době, kdy rozvíjel metody in vitro evoluce a proteinového inženýrství, však svět zasáhla pandemie covidu-19. „Ze dne na den jsem musel odložit svůj původní výzkum a přejít na covidový,“ vzpomíná Zahradník. „Naštěstí se ukázalo, že nástroje, které jsem vyvíjel pro studium evoluce proteinů, se dají výborně použít i při zkoumání evoluce virů.“

Tím se jeho práce přirozeně posunula směrem, který určil i jeho současné zaměření. Dnes vede laboratoř v BIOCEVu, společném výzkumném centru Univerzity Karlovy a Akademie věd ČR, kde se jeho tým patřící k 1. lékařské fakultě UK věnuje vývoji a využití moderních evolučních metod a metod proteinového inženýrství ke studiu biologických jevů, které klasické postupy strukturní biologie nedokážou dobře zachytit. Výzkum je založen na vytváření alternativ k přirozeným proteinům – takových, které se lépe chovají v laboratorních podmínkách a umožňují detailněji zkoumat jejich vlastnosti i vzájemné interakce.

Kultura spolupráce

Zkušenosti z Izraele, kde podle něj panuje mimořádně otevřená a kooperativní vědecká kultura, si přivezl i do Česka. „Stačilo zvednout telefon a během pár hodin jsem měl potřebné vzorky. Všichni vědci tam přesně vědí, kdo na čem pracuje, a spolupráce je naprostou samozřejmostí,“ říká. Právě tento přístup se snaží přenést i do českého prostředí – do týmu, který propojuje biochemii, virologii a evoluční biologii a který dnes patří k nejzajímavějším pracovištím v oblasti molekulární virologie v Česku.

Izrael je pro vědce v mnoha ohledech zemí zaslíbenou – špičkové zázemí, otevřená spolupráce, rychlost, s jakou se projekty rozbíhají. Ale i ráj má své limity. Na otázku, proč se po několika letech rozhodl vrátit do Česka, odpovídá bez váhání: „Moje partnerka tehdy řekla jasně, že v Izraeli žít nechce. A zpětně musím uznat, že měla pravdu. Naše životní podmínky jsou tady nesrovnatelně lepší.“

Podle něj máme v Česku tendenci své prostředí podceňovat. „Máme pocit, že nic nefunguje a všechno je špatně, ale z mé zkušenosti to nemůže být dál od pravdy. Už jenom taková zdánlivá drobnost, jako je teplotní komfort v budovách, je u nás úplně jinde než třeba ve Španělsku, Británii, Americe, Izraeli nebo Japonsku, kde jsem nějakou dobu pobýval. A to nemluvím o zdravotní péči v Izraeli – měl jsem luxusní, velmi drahé pojištění, ale dostat se ke kvalitnímu ošetření byl obrovský problém. Často jsem musel doplácet částky, o kterých se nám tady ani nezdá.“

Po návratu do Česka navázal na výzkum, který rozvíjel už na Weizmannově institutu. Na 1. LF UK bylo tehdy otevřené výběrové řízení, kam se přihlásil a uspěl. Nová pozice spadala pod Národní institut virologie a bakteriologie (NIVB), takže přirozeně pokračoval ve studiu viru SARS-CoV-2 a dalších respiračních patogenů. Součástí grantu, který získal, bylo i otevření nové laboratoře – moderního pracoviště s nejvyšším stupněm biologické bezpečnosti, tzv. BSL-3, kterou vybudovali s lékařkou a vědkyní Zorou Mělkovou a také ve spolupráci s Přírodovědeckou fakultou UK a docentkou Ruth Tachezy, koordinátorkou NIVB na Univerzitě Karlově.

Za dveřmi laboratoře, odkud nic nesmí ven

Virologická laboratoř kategorie BSL-3 patří mezi ta nejbezpečnější zařízení pro práci s infekčními viry. Před každým, kdo chce dovnitř, stojí několik vrstev ochrany – od speciálního obleku a dýchací masky až po dvojí rukavice a systém přechodových místností s postupně se snižujícím tlakem. Veškeré pokusy se odehrávají v uzavřených laminárních boxech, odkud se žádný vzorek nesmí dostat mimo kontrolované prostředí. Použité materiály putují do průtahového autoklávu, kde projdou dekontaminací při vysokém tlaku a teplotě. Vzduch i voda se filtrují přes vícestupňové systémy, takže laboratoř zůstává uzavřeným ekosystémem.

„Běžně pracujeme se SARS-CoV-2 nebo HIV. Máme ale i rukavicový box pro práci s ještě nebezpečnějšími původci onemocnění,“ říká Jiří Zahradník. Přístup sem mají jen vyškolení pracovníci. Každý nováček musí projít odborným školením, testem a zpočátku může pracovat jen pod dohledem zkušenějšího kolegy. V laboratoři může být maximálně šest lidí, obvykle ve dvojicích – kvůli bezpečnosti i přehledu. Mimo pracovní dobu a přítomnost personálu svítí na stropě germicidní lampy, které sterilizují prostor ultrafialovým světlem. Když je potřeba důkladnější čištění, laboratoř se uzavře a zaplní parami peroxidu vodíku. „Používáme osmiprocentní roztok, a to by vám klidně vybělilo tričko,“ směje se Jiří Zahradník.

Kreativita potřebuje prostor

Úspěch jeho výzkumu stojí nejen na moderním vybavení a schopném týmu, ale i na mezinárodních kontaktech, které si přivezl ze zahraničí. „Byly to právě vazby z mého dřívějšího působení na Weizmannově institutu a z koronavirového výzkumu. Díky nim jsme se mohli rychle zapojit do mezinárodních projektů a splnit pro začínající laboratoř nelehké cíle, které grant vyžadoval. Navazovali jsme na výzkum, který už běžel, věděli jsme, jaké otázky jsou aktuální a co můžeme ostatním týmům nabídnout,“ popisuje.

Jedním z problémů, s nimiž se laboratoř potýká, je ale samotné umístění BIOCEVu ve Vestci-Jesenici u Prahy. „Studenti sem moc nechtějí. Říkají, že je to daleko, i když je to pořád v rámci Prahy, mnozí to berou jako komplikaci,“ přiznává. I pro něj osobně je to velký kontrast oproti Weizmannovu institutu. „To je úplně jiný svět, tamní kampus působí jako botanická zahrada – zelený, otevřený prostor, kde se věda dělá v prostředí, které samo podporuje kreativitu,“ přibližuje atmosféru místa, kde se vědci běžně setkávají venku, sedí na trávě, diskutují a vyměňují si nápady.

„Izraelci si moc dobře uvědomují, že věda není továrna. Není to přímý, rutinní proces. Spousta důležitých myšlenek vzniká právě z neformálních rozhovorů mezi lidmi, kteří si šli jen na chvíli odpočinout od práce,“ podotýká s tím, že podobnou kulturu se snaží vytvářet i v BIOCEVu. „Díky univerzitě a menším grantům na udržitelnost se nám podařilo založit komunitní zahrádku. Výrazně nás v tom podpořil náš přednosta docent Jakoubek. Má správný drive a možná i trochu rebelský přístup. Takže jsme si v tomhle dobře rozuměli,“ směje se Zahradník.

Úspěchy i překážku výzkumu

Jinak byl ovšem jeho návrat na UK obrovskou logistickou a organizační výzvou. Díky grantu NIVB, pak Primus a nyní také Junior Star se ale všechny plány podařilo splnit. Teď stojí před další velkou výzvou. Připravuje žádost o ERC Consolidator Grant, v jejichž získávání se Univerzitě Karlově v poslední době daří. Jeden z nich nedávno směřoval i do BIOCEVu. „Respektive pro kolegyni, doktorku Galisovou, která ovšem na univerzitě nezůstane. Zčásti z osobních důvodů, ale také kvůli nedostatečné institucionální podpoře se rozhodla převést svůj ERC grant na univerzitu ve Freiburgu,“ upřesňuje Zahradník, který považuje tento případ za symptom širšího problému.

„Když jsem se na to díval, téměř třetina všech ERC grantů z UK nakonec odchází jinam. To je, upřímně řečeno, poměrně alarmující a měla by to být pro univerzitní vedení jasná zpětná vazba, že by to chtělo nějakou systémovou změnu. Část úspěšných projektů dokonce nekončí ani v zahraničí, ale přechází na AV ČR. Jednoduše tam, kde mají lepší podmínky pro výzkum. Takže to není o odchodu ze země, ale o hledání funkčního prostředí,“ argumentuje vědec.

Sám se potýká s podobným problémem. „Letos mi končí jeden z grantů a tím mi vypadnou z rozpočtu zhruba čtyři miliony korun. I když mám momentálně dva velké projekty – operační program Jan Amos Komenský pro mezisektorový výzkum a Junior Star – vznikne mi výrazný finanční propad. A zatím nevím, jak ho pokrýt,“ přiznává otevřeně. Na univerzitě podle něj totiž neexistuje možnost střádat si prostředky nebo pravidla pro situace, kdy vypadne grantové financování.

Predikovat další pandemii

Když se řeč vrátí k samotnému výzkumu, viditelně se nadchne. „V rámci grantu Junior Star pokračujeme dál – a je to opravdu fascinující. O SARS-CoV-2 dnes víme víc než o jakémkoli jiném viru. Je to nejstudovanější patogen v historii. A my jsme se rozhodli jít o krok dál. Snažíme zjistit, jestli bychom pomocí našich metod dokázali předpovědět mutace, které by mohly umožnit přenos nového koronaviru ze zvířat na člověka,“ popisuje. Zjednodušeně řečeno, jejich cílem je zmapovat, jak by mohl vzniknout další pandemický virus, a to ještě dřív, než k tomu vůbec dojde. Mají v plánu vytvořit mapu rizikových mutací – tedy takových, které by mohly představovat hrozbu pro člověka.

Na rozdíl od výzkumníků, kteří sbírají vzorky v terénu, má Zahradníkův tým výhodu v laboratorním modelování. „Jsme schopni analyzovat desítky až stovky tisíc různých mutací, včetně těch, které zatím v přírodě nikdo nepozoroval. Můžeme tak modelovat scénáře, které teprve mohou nastat,“ pokračuje Zahradník. Právě díky tomu se k nim sekvence varianty Omikron dostala už druhý den po jejím objevení. Okamžitě ji začali zkoumat a byli mezi prvními, kdo popsal její základní vlastnosti.

„Umíme predikovat mutace, které mají tzv. high fitness – tedy takové, které viru přinášejí výhodu,“ vysvětluje. „Pokud bychom dokázali tyto mutace zohlednit při vývoji vakcín, mohli bychom viru vlastně zabránit, aby si je vůbec ‚vybral‘. Místo abychom jen reagovali na nové varianty, mohli bychom aktivně ovlivňovat evoluční směr viru. To by mohlo zásadně změnit způsob, jak přemýšlíme o vakcínách i prevenci budoucích pandemií,“ shrnuje biochemik.