Rezistence bakterií vůči klasickým antibiotikům bude brzy obrovským světovým problémem. K vývoji nových, účinnějších a bezpečnějších léčiv mohou přispět některé z analogů přírodních látek, jejichž přípravě se na své stáži na Leopold-Franzens-Universität v rakouském Innsbrucku věnuje stipendista Nadace Experientia Lukáš Maier. „Krásným příkladem důležitosti přípravy analogů přírodních látek mohou být nukleosidové analogy prof. Antonína Holého, které dnes slouží jako antivirotika celosvětového významu,“ říká Lukáš Maier.

Ve svém výzkumu se věnujete syntéze nedávno izolovaných, strukturně netriviálních přírodních látek. O jaké látky se jedná?
Kromě syntézy dysiherbolu (molekuly 1-3 na obr. 1) se věnuji syntéze dalších přírodních látek izolovaných z mořských hub a korálů (rodu Xeniidae a Dysidea). Zmíněné přírodní látky jsou velmi zajímavé nejen svou chemickou strukturou, ale také biologickými účinky. Dysiherboly vykazují běžnou cytotoxicitu (schopnost buněk nebo chemických látek ničit buňky) vůči některým typům nádorových buněk, ale navíc vykazují méně běžný typ biologické aktivity – inhibují NF-κB buněčnou signální dráhu (jeden z mnoha procesů v buňce, který souvisí s imunitní schopností organismů). Můžeme je tedy využít k detailnějšímu studiu imunitního systému. Unikátní chemická struktura – neobvyklý 6-6-5-6 tetra cyklický systém spolu se 4 kvartérními stereocentry (pozice 4, 5, 9, 10 na obr. 1) zase stimuluje organické chemiky k nalezení efektivního syntetického přístupu, objevu nových chemických reakcí apod.

Mořský živočich rodu Dysidea a struktura nedávno izolovaných molekul

Obr. 1 Mořský živočich rodu Dysidea a struktura nedávno izolovaných molekul

Cílem vašeho projektu je vyvinout unikátní strategii a syntetický přístup k přípravě nejen těchto látek, ale také k jejich analogům. Právě ty jsou z vašeho hlediska důležité. Proč?

Analogy přírodních látek mohou pomoci nejen lépe pochopit molekulární mechanismy interakce s enzymy, ale také velmi často mohou mít mnohem lepší fyzikálně-chemické vlastnosti – stabilitu, rozpustnost, mohou vykazovat lepší selektivitu a nižší toxicitu. Vzhledem k tomu, že se téměř celý svůj profesní život věnuji přípravě látek pro biologické studie, byl návrh přípravy analogů logickým důsledkem. Navíc podobné molekuly vykazují významnou antibiotickou aktivitu i vůči velmi rezistentním bakteriím. Rezistence bakterií vůči klasickým antibiotikům bude brzy obrovským světovým problémem. Některé z našich analogů mohou přispět k vývoji nových antibiotik. A myslím, že krásným příkladem důležitosti přípravy analogů přírodních látek mohou být nukleosidové analogy prof. Antonína Holého, které dnes slouží jako antivirotika celosvětového významu. Nebýt těchto analogů, pravděpodobně by neexistovala ani Nadace Experientia.

Co mohou znamenat vaše objevy pro vědu nebo specificky pro farmaceutický průmysl?

Výsledky vědecké práce mají vždy několik aspektů. Z chemického pohledu můžeme přijít na nový dosud nepopsaný typ transformací, které mohou být později použity při syntéze i jiných molekul. Pokud se podaří připravit cílové sloučeniny v rozumném množství, mohou být látky podrobněji biologicky testovány a můžeme lépe porozumět určitému biologickému procesu v buňkách. V ideálním případě mohou tyto výsledky vést k návrhu a přípravě nových vysoce účinných a bezpečných léčiv. Každý, zdánlivě zanedbatelný vědecký výsledek, může nakonec znamenat velmi důležitý střípek do mozaiky.

Jak jste se dostal k chemii a proč jste se specializoval právě na organickou syntézu?

K chemii jsem měl velmi blízko už od dětství, maminka i bratr jsou chemici. Mou lásku k chemii nicméně probudila na základní škole paní učitelka Golasowská, která upoutala moji pozornost chemickým kroužkem, kde jsme prováděli spoustu pokusů. Měl jsem také možnost se účastnit několika chemických olympiád. Původně jsem si myslel, že budu studovat analytickou chemii, ale pak se mi začala líbit organická chemie, vztah mezi strukturou molekul, jejich reaktivitou a vlastnostmi. Dostal jsem se do skupiny prof. Marka, kde jsem se věnoval NMR strukturní analýze, izolacím a následným modifikacím přírodních látek.  Odtud byl už jen malý krok k organické syntéze a medicinální chemii, které jsem se věnoval ve skupině doc. Parucha během svého Ph.D. studia a postdoktorandského pobytu. Spojení moderních metod organické syntézy, NMR strukturní analýzy a následných biologických studií jsou pro mě zárukou komplexního a vzrušujícího typu výzkumu.

Díky grantu Nadace Experientia jste vycestoval na roční pobyt ve skupině prof. Magauera na innsbrucké Leopold-Franzens-Universität. Čím vás prof. Magauer oslovil?

V rámci stáže jsem se chtěl věnovat syntéze strukturně netriviálních přírodních sloučenin a takových pracovních skupin v Evropě není mnoho. Preferoval jsem spíše menší skupiny, kde lze předpokládat intenzivnější komunikaci jak s kolegy, tak s vedoucím skupiny. Thomas Magauer je velmi talentovaný organický chemik, a i přes velmi nízký věk má za sebou řadu úspěchů a velmi zajímavé publikace na poli totálních syntéz.  Díky prestižnímu ERC grantu se nedávno přesunul z jednoho z nejlepších evropských pracovišť v Mnichově, kde úzce spolupracoval s prof. Traunerem, do Innsbrucku.  Tento přesun jsem osobně uvítal, vzhledem k tomu, že Innsbruck je menší město a pro rodinu s malými dětmi velmi přátelské místo. Kolega dr. Švenda z Masarykovy univerzity s prof. Magauerem spolupracoval na Harvardu a zprostředkoval mi osobní setkání a návštěvu pracoviště v Innsbrucku. Tento postup, pokud je to jen trochu možné, mohu všem dalším žadatelům o stipendium Experientia vřele doporučit.

Na čem pracuje tým prof. Magauera a jakou část výzkumu u něj máte na starosti Vy?

Skupina prof. Magauera se věnuje syntézám přírodních látek, zejména těch, které dosud nebyly připraveny a vykazují nějakou strukturní zajímavost, která je předpokladem k vývoji unikátního syntetického přístupu (např. nestandardní velikost kruhu – čtyř či devítičlenné, jejich komplikované spojení, polyhalogenované molekuly apod). Část skupiny se věnuje vývoji nových reakcí či studiu reakcí za vysokých tlaků, což je poměrně málo zkoumaná oblast organické chemie. V menší míře jsou zde také projekty, které probíhají v úzké spolupráci s předními farmaceutickými firmami. Každý Ph.D. student pracuje na jednom velkém projektu a popř. na nějakém menším dle časových možností. Já jsem tedy trochu výjimka, protože pracuji na několika větších projektech najednou, které jsou v různém stadiu. Někdy je tento fakt velmi stresující, ale zároveň to vnímám jako velikou výzvu a stimulující faktor.

Jak vypadá spolupráce s prof. Magauerem a co zásadního jste se od něj přiučil?

Prof. Magauer je velmi aktivní a neskutečně nadšený vědec. Neustále posílá emaily se zajímavými publikacemi a literaturou, kde mohou být užitečné informace pro některý z právě probíhajících projektů. Pravidelné reporty a prezentace zajišťují neustálou diskusi a kontrolu nad projekty. Skupinové meetingy jsou pro mě velmi bohatým zdrojem informací. Nepřestává mě fascinovat, kolik znalostí prof. Magauer má a totéž lze říci i o studentech ve skupině. Také se mi líbí, že v případě problémů je prof. Magauer vždy velmi rychle schopen přijít s několika návrhy řešení a možných alternativních cest. Osobně jsem se naučil systematičtěji uchovávat informace z literatury a kriticky nad nimi přemýšlet. A řekl bych, že se teď dívám na strukturu organických molekul jiným způsobem.

A jaké jsou vaše dojmy z rakouské Leopold-Franzens-Universität? V čem se tamní vědecké prostředí liší od českého?

Univerzita v Innsbrucku je poměrně malá a nebál bych se říct, že jde o klasickou univerzitu lokálního (tyrolsko-bavorského) významu.  Ze zkušeností z Ústavu organické chemie, kde se denně pohybuji, bych řekl, že je tam celá řada podobností s menšími českými ústavy – přednášky výhradně v mateřském jazyce, počet zahraničních Ph.D. studentů a postdoktorandských pracovníků je velmi malý. Běžným jevem je strávení celé vědecké kariéry na jednom pracovišti. Příchodem prof. Magauera a jeho skupiny z Mnichova se ovšem mnohé změnilo. Například zvané přednášky hostů z Německa a Švýcarska probíhají pouze v angličtině, zvýšil se také počet zájemců a nově příchozích studentů ze zahraničí.  Co je naopak velmi odlišné od našeho univerzitního prostředí, je obecné rozložení sil výzkumných týmů. Zatímco u nás je většina skupin složena převážně z mladších studentů – bakalářů a magistrů, tady jsou výzkumné projekty téměř výhradně realizovány Ph.D. studenty. Ti jsou také velmi často stimulováni k psaní vlastních žádostí o financování studia např. z tyrolských fondů.

Jaký cíl jste si vytkl, když jste jel na stáž?

Nikdy jsem primárně netoužil mít ve svém CV top instituci nebo jméno nějakého top vědce. To nemusí být vždy zárukou kvalitní a rozumně strávené vědecké stáže. Obecně jsem si chtěl rozšířit své znalosti a zkušenosti, pracovat v menší skupině na zajímavých vědeckých projektech s nadšenými lidmi, a i když má stáž není u konce, tak se všechna tato přání plní.

Mnoho vašich předchůdců si svůj zahraniční pobyt prodloužilo. Jaké jsou vaše plány do budoucna?

To je velmi obtížná otázka. Vzhledem k rodinným a osobním plánům nebudu s největší pravděpodobností zahraniční pobyt prodlužovat. Chtěl bych se pokusit získat nějaký počáteční grant a zkusit realizaci vlastních vědeckých nápadů v ČR.  Na druhou stranu, je zde možnost pobyt pomocí rakouské grantové agentury prodloužit. Rok je opravdu krátká doba, v oboru organické syntézy obzvlášť. Brzy budeme muset udělat s rodinou konečné rozhodnutí.

Co pro vás osobně znamenal grant Nadace Experientia a jak vás zatím stáž kariérně i lidsky posunula?

Celý proces od oslovení prof. Magauera až po dnešní práci v jeho laboratoři vnímám jako obrovskou zkušenost. I přes relativní stručnost návrhu vědeckého projektu je jeho příprava také velmi cenou zkušeností. Zisk grantu je samozřejmě nejen velkou poctou, ale také závazkem, a určitě udělám vše proto, abych zanechal v Innsbrucku pozitivní dojem. Stáž je také velká zkušenost pro celou rodinu a zejména pro dvě starší děti, které chodí v Innsbrucku do školky a jsou denně vystaveny cizímu jazyku a trochu odlišnému prostředí. Pevně věřím, že tato stáž bude mít dlouhodobě pozitivní dopad na můj profesní i osobní život.

Co byste vzkázal potenciálním žadatelům o grant Nadace Experientia?

Nadace Experientia představuje naprosto výjimečnou a fantastickou příležitost pro všechny mladé vědce, které chtějí vycestovat na postdoktorandskou stáž na vysněném pracovišti. Mít vlastní stipendium je vždy pro potenciální školitele atraktivní, a na rozdíl od jiných možností financování je administrativní proces k zisku finanční podpory od nadace velmi snadný. Nenechte se o tuto úžasnou příležitost připravit. Zahraniční zkušenost je vždy velmi cenná. Najděte pouze vhodné pracoviště a vymyslete vědecký projekt. Promyslete si taky, co od stáže očekáváte a kam se chcete kariérně posunout.

Lukáš Maier

se narodil v roce 1984 v Karviné. Magisterské studium organické chemie absolvoval u prof. Marka na Masarykově univerzitě v Brně. Studium Ph.D., jakož i postdoktorandský pobyt absolvoval tamtéž u doc. Parucha. Poté díky grantu Nadace Experientia ve výši 1 235 000 Kč vycestoval na postdoktorandskou stáž na Leopold-Franzens-Universität v rakouském Innsbrucku k prof. Magauerovi.