Roman Pleskot: Buňka je polívka se spoustou ingrediencí

Rozhovor s mladým badatelem z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR vyšel v časopise A / Věda a výzkum.

Člověk by v pracovně botanika čekal kytičky. V té Vaší ale nevidím ani jedinou...

Mám rostliny moc rád, ale jsem experimentální botanik, takže je většinou při pokusech zahubím. Zajímají mě proteiny uvnitř jejich buněk a k těm se dostanete jen tak, že kytku rozšmelcujete v tekutém dusíku na džus. Z něho se pak biochemickými metodami snažíme dostat k malé frakci, která bude obsahovat proteiny a molekuly ke zkoumání. Někteří kolegové však květinovou výzdobu mají, mě by ale příliš lákala k experimentování.

Tolik Vás zajímá, co je uvnitř?

Svět v rostlinách je naprosto fascinující. Zdálo by se, že když jsou nehybné, budou i jejich buňky nudné patronky bez pohybu. Opak je ale pravdou. Jsou sice na rozdíl od migrujících živočišných buněk po celý svůj vývoj ukotvené na místě v buněčné stěně, ale procesy v nich jsou výrazně rychlejší, než je tomu u živočichů.

Sedmikráska tedy sice neuteče jako myš, ale stejně je v ní rušno.

Ano. Živočišné buňky buněčnou stěnu nemají, a mohou proto velice rychle proměňovat svůj tvar. U rostlin se tvar musí měnit růstem. K tomu je potřeba dělení buněk, které se pojí se spoustou pohybu. Pouhým okem ho samozřejmě nezaznamenáte, ale když se podíváte na úroveň molekul a proteinů, je to lepší než sledovat akční film.

Co tak divokého se při dělení odehrává?

Zatímco buňky živočichů a řas se dělí tak, že se mateřská buňka zaškrtí a vzniknou z ní dvě, u suchozemských rostlin se v průběhu evoluce vyvinul přesně opačný, odstředivý způsob dělení. Jejich buňky se tedy dělí zevnitř ven. Uprostřed nich se vytvoří buněčná přepážka, ta pak roste ke krajům a oddělí dvě dceřiné buňky od sebe. Jako by se ve středu buňky stavěl nový dům. A tento proces má neuvěřitelnou dynamiku.

Takže pomyslné cihličky jen lítají?

Dá se to tak říct. Aby mohla buňka růst, funguje v ní váčkový transport. Ten si můžeme představit jako systém vagónků naložených materiálem, které jezdí po kolejích z místa, kde náklad vzniká, na místo, kde je potřeba. Je to stejné, jako v našem světě: cihly se vyrobí v továrně, dovezou se na stavbu a tam se začnou skládat. Vagónky putují do všech směrů, když se ale buňka dělí, celá mašinérie se musí přesměrovat do středu. K tomu však musí dostat signál. Ten mají na starosti lipidy, které fungují jako takové majáky.

Zablikají a vagónky vyrazí na stavbu?

V podstatě ano. Ve skutečnosti samozřejmě nesvítí, ale jejich fyzikálně-chemické vlastnosti zajistí, že si jich vagónky všimnou. Klasický lipid má dvě nožičky, jež nemají rády vodu, a hlavičku, která ji naopak zbožňuje. Jako majáky fungují pouze lipidy s výraznou hlavou a velkým elektrostatickým nábojem. Zatím ale nevíme, jak je zrovna napadne, že vyšlou signál vagónkům, ať rychle mažou do středu. Ve znalostech o průběhu dělení jsou totiž stále překvapivě velké mezery…

A ty se snažíte doplnit.

Rádi bychom. S mým týmem se zabýváme hlavně buněčnou přepážkou, což je zásadní biologická struktura, bez níž by suchozemské rostliny nerostly. Kdybychom totiž zabránili jejímu vzniku, buňky by se nerozdělily. Při stavbě přepážky se musí potkat tři hlavní hráči, kteří umožňují buňkám růst: lipidy, polysacharidy a proteiny. My se snažíme rozkrýt a popsat, jak přesně spolu interagují a jak to celé probíhá z hlediska času a prostoru.

Zjišťujete tedy, kdy a kde se jednotliví hráči do akce vloží.

Ano. Buněčnou přepážku používáme jako hřiště pro studium vztahů mezi konkrétními aktéry. Chceme odhalit, jaký protein do děje nastoupí jako první, kdy se tam začne vyskytovat určitý polysacharid, které z tisíců typů lipidů u dělení figurují… Když se vrátím k analogii stavby domu, zjišťujeme v podstatě, jaká firma vylévá základy, kdo má na starosti obvodové zdi a kdo zase střechu. Zajímá nás třeba také, proč přepážka vypadá jako palačinka, přestože lipidy mají spíš sklony tvořit kulovité tvary. A jestli onu placičku drží pohromadě nějaké proteiny.

Jako takové lešení?

Předpokládáme, že v ní něco tímto způsobem funguje. Chceme zkrátka vytvořit podrobnou 4D mapu vzniku buněčné přepážky, která unikátní dynamiku dělení rostlin objasní. Tím čtvrtým rozměrem je čas. Ideálně by pak existovala databáze pro kolegy vědce, z níž by si mohli stáhnout snímek dělení v určitém časovém úseku. Vyčetli by z něj třeba, jaké jsou tam v danou chvíli proteiny a jakou mají zrovna funkci.

K čemu jim to poslouží?

Když budeme chápat, kdo jsou klíčoví aktéři dělení a jak fungují proteinové komplexy, můžeme si dát během šlechtění pozor, abychom je neztratili. Také můžeme podpořit dělení a zvýšit výnosy zemědělských plodin. Pokud budeme rozumět základním mechanismům na úrovni buněk, budeme schopni vytvořit i odolnější rostliny.

Takové, na které člověk šlápne, ale ony vesele pokvetou dál?

Spíš takové, které se lépe ubrání patogenům. Když se totiž třeba do rajčete snaží prorůst houba, vyšle rostlina stejnou mašinérii vagónků, která se podílí na dělení, do místa napadení. Okamžitě tam začne stavět novou stěnu, mechanickou bariéru, aby útoku zabránila. Díky znalostem o stěžejních hráčích tohoto procesu budeme schopni vytvořit rostlinu, která bude mít obranný mechanismus ještě rychlejší. Mimochodem, ve chvílích napadení se v rostlině dějí scény jako vystřižené ze Star Wars.

Vážně?

Rostlina začne tvořit nové obranné proteiny. Napadená buňka posune celé své jádro k místu infekce, aby tyto proteiny měly k patogenu blíž, a mohly tak rostlinu lépe chránit. Když tím houbu neodradí, spustí proteiny produkci reaktivních forem kyslíku, které se snaží proděravět buňky patogenu, aby vytekly. Dá se to přirovnat ke střílení. Děravá buňka není schopna přežít a rostlina ji zahubí. Když je nejhůř, může dokonce rajče spáchat sebevraždu vlastních buněk kolem místa napadení a houba díky tomu třeba odpadne, což zabrání infekci v postupu.

Úplně Vám při vyprávění svítí oči. Jako byste tu bitvu zrovna sledoval.

Mám rád sci-fi a asi i díky tomu mám velkou představivost. Ale hlavně mě rostlinné buňky neuvěřitelně baví. Nedovedu si představit, že bych dělal něco jiného. Je to moje vášeň.

Přitom jste se k nim dostal celkem oklikou, že?

To je pravda. Chtěl jsem být basketbalistou nebo umělcem. Nakonec mě okolnosti zavály na střední potravinářskou průmyslovku, obor analýza potravin.

Tomu říkám zvrat.

To tedy ano, ale jsem za něj rád. Měli jsme hodně mikrobiologie a já v laboratoři zjistil, jak hezky vypadají mikroorganismy pod mikroskopem. Nemají sice oči a klasické senzorické orgány, ale jsou nádherně barevné a mají krásné tvary. Živé systémy mě začaly fascinovat. Bavila mě ale i fyzikální chemie a použití výpočtů matematiky, tak jsem se přihlásil na biochemii na Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze. Čím dál víc mě však zajímaly rostliny. Třeba co stojí za tím, že je každá jinak tvarovaná. Proč má pampeliška lyrovité listy a ibišek dlanitosečné?

Proč?

Jde o různá řešení stejného problému. Každá rostlina chce zaujmout co největší plochu, aby získala co nejvíce fotosyntetického záření. Její výsledný tvar ale definují buňky. Ty všechno řídí! A proto jsem se chtěl dostat až na úroveň biomolekul a proteinů a to dění pochopit. Během doktorátu jsem pak stále více tíhl k matematickému modelování, tedy k práci na počítači.

Jak člověka, který se kochá pampeliškami a jejich tvary, začne bavit sezení u klávesnice a monitoru?

U něj se dá taky kochat. Když pomocí kombinace experimentálních a výpočetních metod zjistíte strukturu některého z proteinů a vizualizujete si ji na obrazovce, je to nádhera. I různorodost proteinů, jejichž struktura definuje jejich funkci, je sama o sobě krásná. Už podle toho, jak vypadají, totiž můžeme odvodit, k čemu slouží a jak moc jsou důležité pro daný biologický proces.

Napadá Vás nějaký příklad?

Třeba protein ATPáza, který vyrábí energii transportem protonů skrz membránu, vypadá jako čerpadlo. Má stator, rotor... Protony se napumpují na jednu stranu membrány, tam se zakoncentrují a protein jim umožňuje, aby přeskočily na druhou stranu. Jak přeskakují, rotor se roztáčí. Mechanická energie se pak použije na ukládání do chemických vazeb. Už ze struktury jsme tedy schopni odhadnout, jak to celé funguje. Čerpadlo navíc můžeme metodami molekulové dynamiky na monitoru rozpohybovat – a to je teprve podívaná!

Většinu času tedy trávíte u počítače?

Když potřebujeme tvořit hypotézy, tak ano. Pak ale zase máme experimentální období, kdy tyto domněnky ověřujeme v laboratoři. Nicméně vzhledem k tomu, že výpočty se v našem sedmičlenném týmu zabýváme jenom dva, pracuji na počítači opravdu často. Kolegové si kvůli tomu ze mě někdy utahují. Protože vytvářím simulace, říkají o mě: He is only simulating (pozn. red.: Jenom simuluje).

Smějete se, takže se asi nezlobíte...

Ne, máme s kolegy skvělé vztahy a vím, že je to legrace. Je ale pravda, že experimentální vědci se někdy na nás „počtáře“ dívají skrz prsty. Vidí jen hezké obrázky, ale ne jejich informační hodnotu.

Hezké obrázky Vám taky během našeho povídání neustále naskakují na monitoru. Váš počítač snad po celou tu dobu na něčem „maká“?

Ano, běží mi na něm výpočet. To je jedna z výhod modelování: dám počítači zadání a on pracuje samostatně. Navíc, když něco nastavím špatně, tak výpočet spadne, vybouchne. Zjistíme to hned. U klasických experimentů trvá mnohem déle, než člověk přijde na to, že mu to technicky nevyšlo. Každá chyba v laboratoři stojí spoustu času. Několik týdnů čekáte, než vám naroste biologický materiál, pak ho musíte rozdrtit v tekutém dusíku a nakonec do něj třeba napipetujete špatný roztok. A můžete jej vylít.

Což se Vám na „kompu“, pravda, nestane. Můžete vysvětlit, jak s ním vlastně pracujete?

Výpočetní chemie je závislá na programech, které tvoří vědecká komunita. S těmi se musíte naučit pracovat a znát základy programování. Mám třeba stažený program od skupiny vědců, který funguje v podstatě jako výpočetní mikroskop, díky němuž se mohu podívat na úroveň molekul. Používám také takovou virtuální kuchařku, v níž se píše, jak se jednotlivé atomy navzájem ovlivňují.

Jaké recepty se v ní dočtete?

Třeba jak interaguje vodík s uhlíkem v určitých molekulách. Všechny biomolekuly jsou složené z podobných základních jednotek. Díky té kuchařce můžeme uvařit i komplikovanější recepty, čili popsat komplexní molekuly a jejich funkční celky. A mohu ji využít ke zkoumání jakéhokoli systému. Loni navíc došlo k revoluci v predikci proteinových struktur. Díky tomu se teď můžeme podívat na proteiny, o nichž jsme dosud nevěděli, jak vypadají, stáhnout si jejich strukturu a použít ji jako vstup pro molekulovou dynamiku. To je pro mou práci doslova zlatý důl.

Takže zadáte počítači nějaký úkol, on projede všechny už existující kuchařky a databáze a vyplivne Vám výsledek?

Modelování se už dělá asi padesát let. Máme tedy velkou výhodu, že můžeme čerpat z toho, co už někdo vytvořil. Ale tak jednoduché, jak říkáte, to zase není. Chci třeba popsat, jak si konkrétní protein při dělení „povídá“ s membránou. Zadám, při jaké teplotě a tlaku se tak má dít, kolik mikrosekund té akce mě zajímá. Počítač zapisuje vývoj systému, v každém kroku s ním pohne, mění jeho uspořádání... Já s ním pomocí příkazů komunikuji. Z výsledků pak za použití biologické znalosti systému a chemické intuice tvořím hypotézy, které následně experimentálně testujeme.

Pak tedy přijdou na řadu pipety a mikroskopy?

Ano, k ověřování domněnek používáme metody molekulární biologie a biochemie, mikroskopii, hmotnostní spektrometrii a další. Výpočtem si třeba vytipujeme protein důležitý pro dělení. V laboratoři ho pak můžeme genovým inženýrstvím z rostliny vymazat nebo ho utlumit a sledovat, co se stane.

Co zjistíte, když kytičku takto potrápíte?

Uznávám, že jsme trochu kazisvěti, ale potřebujeme systém vychýlit z rovnováhy, rozhodit ho. Jen tak jsme schopni donutit přírodu, aby nám poodkryla svá tajemství. Když třeba rostlina po našem zásahu vůbec nevyroste nebo bude zakrslá, potvrdí naši hypotézu o stěžejní roli onoho proteinu při dělení. Pak zkoušíme, co se stane, když ho tam vrátíme – celý nebo jen jeho část. Odkrýváme tak modus operandi daného proteinu. To trvá celé měsíce.

Musíte mít trpělivost...

Jako každý vědec. Ve vědě člověk musí počítat s tím, že devadesát procent pokusů nevyjde, osm procent práce je něco mezi a jen dvě procenta experimentů dopadnou s úspěchem. Musíte věřit a nenechat se odradit.

Tenhle přístup evidentně nese ovoce. Na konci loňského roku jste na výzkum buněčné přepážky získal grant JUNIOR STAR pro nadějné mladé vědce. Takové ocenění člověka nakopne, ne?

Rozhodně. Díky grantu jsme mohli v ústavu založit laboratoř integrační strukturní biologie a vytvořit tým odborníků na mikroskopii, výpočetní chemii i klasické biochemické procesy. Pro naše bádání je totiž zásadní mezioborový přístup. Snažíme se zkrátka vzít všechny dostupné metody napříč odvětvími a použít je jako vstup pro matematické modelování. Jen tak se můžeme posunout dál. Pouze tímto způsobem můžeme zaplnit zmiňované díry ve znalostech o průběhu rostlinného dělení.

Říkal jste, že bez buněčné přepážky by suchozemské rostliny nerostly. Jak je možné, že se o tak důležité struktuře ještě neví všechno?

Nabízí se trochu laciná odpověď: protože rostlinná biologie je popelkou mezi biologickými vědami. Nemá totiž medicínské využití. Strukturní biologie se primárně zabývá proteiny aplikovatelnými ve vývoji léčiv. U rostlin to tedy není tak zajímavé, a proto se do výzkumu tolik neinvestuje. Vzpomínám si, jak se mě kolegyně z Izraele udiveně ptala, proč používáme tak složité metody na kytkách. Proč je nezkusíme na živočiších, ať to taky k něčemu je (smích).

To potěší...

Tenhle přístup je stále dost rozšířený. Ani ze strany studentů není o buněčnou biologii rostlin moc zájem. Také vědecké články o ní někteří biologové suverénně ignorují. To se mi stalo na postdoku v Gentu. Objevili jsme, že takzvaný TPLATE komplex je součástí unikátní dráhy na recyklaci živin, a ukázali to na rostlinných buňkách. Rok poté vyšel článek, který popisoval stejnou dráhu u kvasinek. Naši publikaci úplně zasklili. Teď se ale vše začíná pomalu měnit – například čínská rostlinná věda je na vzestupu a hodně se do ní investuje.

Zmínil jste stáž v Belgii. Jak se liší život vědce tam a u nás?

Náš ústav v Praze mi připadá rodinnější. Institut v Gentu je taková vědecká továrna, kde je velký tlak na výkon. To je samozřejmě dobře, ale mám dojem, že u nás věda lidi víc baví. Možná je to dáno i finanční stránkou. Vědci v Česku si většinou zdaleka nevydělají tolik, jako kolegové v Belgii. Proto u nás ve vědě zůstávají srdcaři, které výzkum opravdu naplňuje. Nicméně na Gent vzpomínám moc rád.

Co Vám po návratu domů vyloženě chybělo?

Hranolky! Ty jsou tam prostě skvělé. Rozhodně mi ale neschází belgické pivo, ač jsou tam na něj dost hrdí. Mám raději české, hlavně plzeňské. Ale zpět do Gentu. Je to krásné historické město, kde to zároveň žije. Někteří zahraniční kolegové špatně nesli častý déšť a monotónní krajinu. Mně ale nevadí, když prší, a protože jsem z Pardubic, jsem zvyklý i na život na placce. Navíc jsme tam sestavili bezvadný mezinárodní basketbalový tým a hráli několikrát týdně místo oběda.

Takže košíkové se pořád věnujete?

Bez té by to asi nešlo. Když jsem před lety přišel do Prahy na vysokou, na chvíli jsem přestal. Ale během doktorátu mi zoufale chyběl pohyb, tak jsem se k basketbalu vrátil. Hrajeme teď s kolegy jednou dvakrát týdně. Z legrace tomu říkám pralesní liga. Máme ale oficiální rozhodčí, tabulky a každý týden zápas.

Když už jsme u sportu, hned vedle pracovního stolu máte skládací kolo. Jezdíte na něm domů?

Kdepak. Měl jsem to v plánu, ale zatím tu jen leží, a já tak v návštěvách pěstuji iluzi, že jsem velký sportovec (smích). Na jaře ale určitě začnu!

Říkal jste, že v období dospívání jste chtěl být také umělcem. Co jste tvořil?

Hodně jsem kreslil a maloval. Všechno, od portrétů po krajinky, tedy spíše realistické obrazy než abstrakce. Ještě před pár lety jsem si často jen tak pro sebe maloval, ale mám na to stále méně času a stejně jako basketbal mi to jde hůř a hůř. Vždycky mám nějakou představu, jak by měla kresba vypadat. Pak vezmu do ruky tužku a jak nejsem rozkreslený, ani se té vizi nepřiblížím. Taky už se u toho neuvolním tak, jak by bylo třeba.

Nemrzí Vás někdy, že nejste malíř ani profesionální basketbalista a místo toho se věnujete popelce biologických věd?

Rozhodně ne! Jsem naopak moc rád, je to pro mě výzva. Toho, že nejsem košíkář, nelituji vůbec. Někdy mě možná zamrzí umění. Ale pak si vždycky řeknu, že jako průměrný vědec se člověk uživí, ale jako průměrný umělec ne (smích). Navíc umění mi kompenzuje věda. Když dělám publikace, musím vědecké ilustrace a všechny materiály nějak poskládat, což vnímám rovněž jako tvoření. Denně se také kochám všemi těmi krásně barevnými modely proteinů.

Barvy máte asi hodně rád, že? Vašich pestrých ponožek si nelze nevšimnout.

Ty většinou dostávám. Před lety jsem ponožky přestal párovat, protože mi doma asi řádí lichožrouti a nikdy jsem nemohl objevit správnou dvojici. Rodina mi pak začala kupovat pestrobarevné fusekle. Zřejmě proto, abych nevypadal tak hloupě, když mám každou jinou. Barevné ponožky jsou teď v módě, ale já už je nosím opravdu dlouho. Když se tak poslouchám, mluvím jako typičtí hipsteři – vždycky tvrdí, že něco nosili dávno před tím, než to bylo trendy (smích).

Taky trochu jako hipster vypadáte...

Děkuji. A teď bych asi měl jako správný hipster popřít, že jsem hipster (smích).

Jak si nejlíp odpočinete?

Četbou. Když zrovna nejsem v práci nebo s manželkou, je můj ideální čas s knihou. Dříve jsem hodně četl sci-fi, teď spíše biografie, historické knihy a literaturu faktu. Anebo povídky. Většinou mám rozečtených i deset knih najednou. Asi bych teď ale měl všechno rychle dolouskat. V květnu totiž čekáme rodinu a předpokládám, že bude veselo (pozn. red.: Rozhovor vyšel v březnu 2023).

Gratuluji! Těšíte se na potomka?

Moc. Ale snažím se to brát s totální pokorou. Z rodičovství mám respekt – být dobrý táta je velká zodpovědnost. Ale jsem beznadějný optimista. Hodlám se prostě řídit svým životním heslem: hlavně nebýt kretén (smích)!

 

Autorka: Radka Římanová

Foto: Jana Plavec

Zdroj: Akademie věd ČR

Rozhovor, který vznikl v březnu 2023, vyšel v časopise A / Věda a výzkum.

---

Roman Pleskot vystudoval Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze, obor biochemie. Pokračoval doktorským studiem na Přírodovědecké fakultě UK a postdoktorskou stáží v laboratořích Pavla Jungwirtha v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a Martina Potockého v Ústavu experimentální botaniky AV ČR. Absolvoval tříletý postdoktorský pobyt v belgickém Gentu. Od roku 2021 vede laboratoř integrační strukturní biologie v Ústavu experimentální botaniky AV ČR. Přednáší na Přírodovědecké fakultě UK. Loni získal grant JUNIOR STAR pro nadějné začínající vědce.