Stanislava Králová: Mikrobiální minikomunity jako cesta k novým antibiotikům

„Současným problém lidstva je – mimo jiné – antibiotická rezistence. Šíří se multirezistentní bakterie, na které nefungují dostupná antibiotika. Pokud rychle nenajdeme nové unikátní skupiny antibiotik, hrozí, že se v blízké budoucnosti vrátíme do období před objevem penicilinu a i banální lékařské zákroky budou hrozbou,“ varuje mikrobioložka Stanislava Bezdíček Králová.

„Za posledních třicet let nebyla na trh uvedena žádná nová skupina antibiotik! Mnoho týmů po celém světě se snaží o chemickou syntézu nových antibiotik – nepodařilo se. Na antimikrobiální vlastnosti se testovalo více než půl milionu chemických látek, to také nevedlo k úspěchu. Zkouší se například fágové terapie, které by nahradily antibiotika – to je velmi slibný přístup, ale jelikož se jedná o zcela novou metodu, bude trvat ještě mnoho let, než se dostane do praxe. My ale potřebujeme řešení nyní – překlenout krizi blízké budoucnosti,“ zdůrazňuje mikrobioložka, která věří, že jednou najdeme něco lepšího, než jsou antibiotika, ale do té doby potřebujeme funkční řešení.

„V klinických testech jsou v současné době především modifikace dnes používaných antibiotik, u těch je ale problém, že na drobnou změnu chemické struktury se velmi rychle přizpůsobí i bakterie a opět vyvinou rezistenci. Dnes se často stává, že antibiotikum ještě není na trhu a už na něho existuje rezistence! Proto tak potřebujeme nové chemické třídy antibiotik, něco, co bakterie ještě neznají. To nám poskytne dva až pět let, než se bakterie znovu přizpůsobí a stanou se odolnými,“ vysvětluje vědkyně.

Motivované bakteriální minikomunity

Dnes používaná antibiotika jsou většinou přírodního původu – vyprodukovaná houbami či bakteriemi, proto podle Stanislavy Bezdíček Králové dává smysl vrátit se k tomu, co funguje, a hledat v přírodě. „Náš přístup je ale jiný – inovativní, chceme využít skupiny mikroorganismů, které se při vhodné kombinaci specifických druhů vzájemně ‚motivují‘ a produkují unikátní látky. Tak to funguje v přírodě, ale v laboratořích se mikroorganismy doposud studovaly spíše izolovaně, proto o bakteriálních komunitách příliš nevíme,“ popisuje výherkyně letošního ročníku Falling Walls Lab.

„Díky moderním technologiím známe genomy mikroorganismů a víme, které geny jsou zodpovědné za produkci dnes známých antibiotik. Z celkového počtu genů ale známe funkci jen u tří procent! To znamená, že u 97 procent genů nevíme, jaké jsou jejich produkty, protože bakterie tyto látky v laboratoři neprodukují – nemají důvod. V tomto jsou bakterie velmi efektivní – pokud nemusí, nedělají nic zbytečně. Interakce bakterií s jinými druhy je ‚donutí‘ produkovat látky, mezi kterými může být i mnoho zcela nových typů antibiotik,“ líčí vědkyně.

„Od studia antarktických druhů mikroorganismů si slibujeme větší novost a tím i pomalejší vznik rezistence. Zároveň na Antarktidě je mikrobiální kompetice dravější – mikroorganismy mají horší podmínky a méně živin, musí se více snažit a být kreativnější v produkci látek. Ale obdobně by šlo kombinovat i mikroorganismy žijící třeba v půdě naší zahrady,” vysvětluje Bezdíček Králová.

Největší výzva: Kontrolovat přírodu

Podle Stanislavy Bezdíček Králové první výsledky naznačují, že to celé funguje – mikrokolonie bakterií produkují unikátní látky. Co je nejtěžší? „Kontrola a reprodukovatelnost – je to živý systém, často nás překvapuje. Musíme si být jistí, že v systému máme jen mikroorganismy, které chceme a žádné jiné. Výzvou je i nalezení vhodných podmínek kultivace a opakovatelnost ve větším objemu – jednoduše se může stát, že to ve větším objemu fungovat nebude,“ popisuje vědkyně současné výzvy.

Při troše štěstí je realistickým cílem do tří let nalézt novou antibiotickou třídu, kterou dosud neznáme. Tou hlavní vizí je pak nalézt stabilní kultivační protokoly, jak pěstovat společenstva mikroorganismů, aby produkovaly unikátní skupiny látek. „S kolegou chceme zkusit využít technologie a celý proces automatizovat. Nyní druhy vybírám ručně podle znalosti genomu a zkouším různé kombinace. Kolega připravuje matematický program, který by dokázal porovnat výsledky z Antarktidy – jaké zastoupení genů a jejich funkcí se přirozeně vyskytuje – a z naší databáze pak vybrat několik vhodných druhů mikroorganismů, které mají přesně to zastoupení genů, které chceme. Pokud to bude fungovat, tak dostaneme ideální nástroj, který nám umožní kontrolovaně volit podmínky, v menším laboratorním měřítku simulovat Antarktidu, a získávat cenná data,“ líčí Bezdíček Králová.

Mikroorganismy ale umí překvapit. „Nepřestávají mě fascinovat, jak se dokáží proměňovat a přizpůsobovat. Například když bakteriím změníme kultivační médium, někdy začnou růst jinak – změní barvu nebo třeba začnou tvořit kuličky. To je fascinující sledovat.“

Obávaná i milovaná Antarktida

Většinu mikroorganismů ale v laboratořích stále pěstovat neumíme. I proto jsou tak důležité terénní výzkumy. Stanislava Bezdíček Králová měla možnost strávit několik měsíců přímo na Mendelově polární stanici, která se nachází na ostrově Jamese Rose v Antarktidě. „Má první věta na Antarktidě byla ‚to nedám‘. Na konci ‚ještě bych zůstala a určitě se chci vrátit‘. Bylo to náročné a báječné zároveň,“ vzpomíná vědkyně. „Nesnáším zimu, práce v terénu byly náročné – jste vymrzlí, ztrácíte motoriku – je výzvou jen popsat zkumavku. Stejně tak kempování venku, když jsme vyjížděli dále od stanice, bylo peklo. Pracovní tempo je intenzivní – jste buď v terénu, nebo v laborce, čas tam chcete využít opravdu na maximum. Zároveň je to ale báječné, je tam naprosté ticho, žádné vnější stimuly, žádné telefonáty nebo e-maily. Člověk se mnohem lépe soustředí, je klidnější. Na Antarktidě jsem spala nejlépe ve svém životě,“ popisuje mikrobioložka, podle které pak byl návrat do reality šok. Doporučila by ho ale každému: „Zažít ten kontrast mezi klidem Antarktidy a dnešní uspěchanou civilizací vám otevře oči a začnete se ptát, zda náš způsob života je ten pravý.“

V budoucích projektech se chce na Antarktidu vrátit: „Výzkumy přímo na místě nic nenahradí – citlivější mikroorganismy náročnou cestu do Česka nepřežijí, a co když právě ony jsou ty nejzajímavější?“

Inspirace ze zahraničí

Stanislava Bezdíček Králová nyní díky evropskému grantu Marie Sklodowska-Curie Actions bádá na Vídeňské univerzitě. Před tím v rámci stáží působila i v Belgii, Rakousku a ve Spojených státech. „Na zahraniční zkušenosti jsem měla štěstí – měla jsem vždy báječné vedoucí, kteří byli nadšení pro práci, skutečně vedli, pomáhali a zároveň měli pochopení, že jsem člověk, a dbali toho, abych měla volný čas či jiné zájmy. Velmi mi to rozšířilo obzory, zjistila jsem, jak to funguje jinde,“ říká Bezdíček Králová, pro kterou je zahraničí velikou inspirací. „Naučila jsem se nebát zkoušet nové věci, navazovat spolupráce a také vědu lépe komunikovat. V Česku mám někdy pocit, že děláme přesný opak, že se inovacím bráníme, že se bojíme, že nám někdo něco ukradne, že spolupráce budou chtít nějak zneužít – tím si velmi škodíme a brzdíme náš rozvoj, naši mezinárodní konkurenceschopnost. Přitom dnešní věda je postavená právě na spolupracích a networkingu, tak se můžete mnohem rychleji dobrat k cíli,“ říká vědkyně, která by si jednou ráda založila vlastní výzkumnou skupinu.

Aktuální vídeňský pobyt chce využít na maximum. „Mají tady například skvělý mentorský systém, jak nás mladé naučit psát úspěšné vědecký projekty. Jako postdoktorand píšete pod vedením, dostáváte tvrdou kritiku, která je ale velmi cenná. Je to nejlepší způsob, jak se to naučit. Cílem vedoucích je tu skutečně vychovat úspěšné nástupce – samostatné vědce a vědkyně. Jsou tu skutečně pyšní, když ‚jejich postdoc‘ založí vlastní skupinu. To mi v Česku chybí, mám spíše pocit, že věda v Česku je mnohem uzavřenější, bojí se konkurence. Věřím ale, že se to změní, zvlášť když se naše generace inspiruje v zahraničí,“ říká vítězka českého kola Falling Walls Labs. Proč se vlastně přihlásila? „Přihlásila jsem se na popud manžela, který je také mikrobiolg a jednoduše navrhl, ať to zkusím. Že minimálně získám možnost odprezentovat projekt i v Česku a třeba i navázat spolupráce, které budu moci využít v budoucnu. A jak se ukázalo, měl opět pravdu a byl to skvělý nápad.“

Autorka: Pavla Hubálková 

Foto: archiv Stanislavy Bezdíček Králová, Lenka Heroutová Bobotová

Stanislava Bezdíček Králová

Vystudovala mikrobiologii na Masarykově Univerzitě. Nyní působí jako postdoktorandka na Vídeňské univerzitě. V minulosti se osobně účastnila vědecké výpravy na Mendelovu polární stanici, která se nachází na ostrově Jamese Rose v Antarktidě. Během studia byla také na zahraničních stážích v Belgii, Rakousku a Spojených státech.