Student World

(pokračování rozhovoru ze včerejšího dne; odpovídá Fatima Čvrčková)

Jaké hlavní přínosy může dnes bioinformatika nabídnout? Jaké nové léky byly díky těmto metodám uvedeny na trh, kam dospěla farmakogenomika, jak blízko jsou různé miniaturní strojky pracující přímo v živých buňkách?

Dalo by se říci, že snad za všechny praktické výstupy molekulární biologie vděčíme bioinformatice. Takové konstatování je ale triviální, skoro jako kdybychom řekli, že za všechny výstupy vědy vděčíme tomu, že naši předkové vynalezli písmo, nebo že se naši ještě dávnější předkové naučili chodit po dvou.
Mám-li se pokusit odpovědět netriviálně, tak navzdory veškeré mediální slávě kupodivu těžištěm uplatnění molekulárně biologických poznatků, hlavně těch „se zvýšeným podílem bioinformatiky“, není genová terapie. Zajímavou oblastí uplatnění je vývoj nových léčiv, popřípadě optimalizace účinných látek. Firmy se pochopitelně příliš nechlubí, jak to dělají, ale velice často se nemohou vyhnout krokům, kdy je nutné testovat třeba i tisíce jen mírně odlišných chemických sloučenin na jednoduchém modelovém systému. Může to být třeba buněčná kultura, jejíž odpověď se pak sleduje pomocí DNA čipů. Pokud je známo, která molekula má být cílem působení léku, lze výběr testovaných variant značně omezit, jestliže známe i trojrozměrnou strukturu cílové molekuly. Pak totiž lze varianty předběžně testovat „na sucho“ v počítačovém modelu, a jen ty nadějné pak i opravdu vyrábět v syntetické laboratoři. Troufnu si odhadnout, že jeden či druhý přístup se dnes uplatňuje u významné části nově zaváděných léků.
Naprosto zřejmý je také přínos molekulární biologie v oblasti diagnostiky v nejširším smyslu. Tahle oblast aplikací je možná ještě zajímavější než vývoj léčiv, také proto, že je méně spoutaná bezpečnostními předpisy. Pokud metoda nepočítá s tím, že by se pacientovi něco podávalo, není třeba testovat její neškodnost, a stačí zabývat se „jen“ účinností a spolehlivostí. Nemusí ale jít jen o aplikace v lidské medicíně, svého druhu diagnostikou je totiž i vyhledávání vloh k vlastnostem, které ovlivňují třeba odolnost rostlin k suchu, zasoleným půdám a podobně. Dá se to pak využívat k cílenému šlechtění plodin s požadovanými vlastnostmi; tohle dlouho a dobře dělají třeba na univerzitě v Jeruzalémě.

Několikrát jsme již narazili na DNA čipy. Kde se uplatňují dnes a kde předpokládáte jejich nasazení v blízké budoucnosti?

Asi bude na místě začít vysvětlením, co to vlastně DNA čipy jsou. Jejich princip spočívá v tom, že na skleněnou či plastovou destičku nalepíme „mřížku“ z definovaných fragmentů DNA, a pak destičku s těmito sondami vykoupeme v roztoku, který obsahuje zkoumaný vzorek – složitou směs, ve které chceme měřit množství jistých typů molekul RNA (genových produktů), které se specificky chytají na naše sondy. Destičku vytáhneme, opláchneme, a pak už jen změříme, kolik se na které políčko mřížky nalepilo. Když to uděláme šikovně, můžeme na jedné destičce – tedy čipu – umístit sondy odpovídající až desítkám tisíc genů. Z minimálního množství materiálu tak dostaneme informaci o tom, které geny jsou zapnuté a které vypnuté, a dokonce i jak silně. Člověk má asi 40 000 různých genů a na pokrytí celého lidského genomu přitom stačí jen několik čipů. Samozřejmě celý postup není tak jednoduchý – je o tom celé vědní (nebo metodické?) odvětví, které se nazývá transkriptomika.
Podíváme-li se do katalogu firmy Affymetrix, která je dnes nejvýznamnějším producentem DNA čipů, zjistíme, že dodává kompletní systém – hardware, software i samotné čipy – a na uživateli už zůstává jen příprava vzorku a případně zadání požadavků na konstrukci čipu „na míru“. Konsorcium několika evropských laboratoří s centrem na univerzitě v Nottinghamu si tak třeba nechalo navrhnout čip, který pokrývá přes dvě třetiny známých genů huseníčku (Arabidopsis, jednoho z modelových organismů rostlinné molekulární genetiky) a ten se teď používá k velmi důkladnému mapování funkce těchto genů za nejrůznějších podmínek. Výsledky jsou odborné veřejnosti k dispozici ve volně přístupné databázi, a každý se může prostřednictvím webové aplikace podívat na chování konkrétních genů, které ho zajímají.
Většinu katalogové nabídky čipů Affymetrix ale tvoří čipy pro lékařskou diagnostiku. Ty obsahují třeba široký výběr genů, které se uplatňují při vzniku určitých typů nádorů. Tuším, že v současnosti sice možná většinu odbytu firmy zajišťují výzkumná pracoviště, ale dá se čekat, že se transkriptomické metody budou čím dál tím víc uplatňovat i v rutinních klinických vyšetřeních, zejména pokud se celou technologii podaří výrazně zlevnit.

Řada vizionářů vkládá velké naděje do okamžiku, kdy se sekvenování stane tak rychlé a levné, že budeme "mapu" své DNA nosit na nějaké elektronické obdobě zdravotní karty. Kdy k tomu podle vás může dojít?

Nemyslím si, že vývoj půjde tímhle směrem. My si totiž svou genetickou mapu už teď nosíme v každé kapce krve. Položme si otázku, co je výhodnější: zmapovat (neříkám osekvenovat, to by bylo ještě nákladnější) každého jedince pokud možno v okamžiku narození, vybavit celou populaci kartou, starat se o databáze, nosiče a terminály – a nebo raději vyvíjet metody na to, abychom mohli zmapovat, popřípadě osekvenovat, to, co je aktuálně potřeba, co nejrychleji a co nejlevněji? Když dostanete angínu nebo si zlomíte nohu, nebude vám asi sekvence čehokoli k ničemu. Pokud byste ale dostal rakovinu nebo nějakou vzácnou autoimunitní chorobu, velmi by se hodilo, kdyby bylo možné během dvou dnů ze vzorku vaší krve osekvenovat to správné jedno procento vašeho genomu, na kterém v konkrétním případě záleží.
Přitom tuším, že problémem možná už ani teď není rychlost sekvenování a snad ani jeho cena, ale spíš to, že zatím jen málokdy víme, které je to pravé procento.

Jakým směrem se podle vás bude ubírat vývoj a role geneticky upravených organismů?
Myslíte, že projekty počítající s budováním nějakých úplně nových organismů jsou v současné době reálné? K čemu nám takové organismy budou dobré?
V dnešní době obligátní otázka – myslíte, že postupy podobnými těm Venterovým budou třeba teroristé někdy konstruovat nové patogeny?

Úplnou verzi tohoto článku a odpovědi na tyto otázky najdete na http://www.businessworld.cz/bw.nsf/ID/bioinformatikaII

autor Pavel Houser