Proteomika: cesta ke zdraví i k umělé inteligenci

Pro mladou vědu o dědičné informaci jednotlivých organismů se už vžilo označení genomika. Podle tohoto »vzoru« se zrodil název pro nově vznikající vědní disciplinu, která se zajímá o bílkoviny jednotlivých pozemských organismů. Říkáme jí proteomika.

Pro mladou vědu o dědičné informaci jednotlivých organismů se už vžilo označení genomika. Podle tohoto »vzoru« se zrodil název pro nově vznikající vědní disciplinu, která se zajímá o bílkoviny jednotlivých pozemských organismů. Říkáme jí proteomika.

Proč nyní tato věda tak nabývá na důležitosti? Vědci v současné době objevují doslova netušené účinky proteinů na lidský organismus a o nový obor se živě zajímají i tvůrci a konstruktéři myslících strojů, tedy robotů, kteří pátrají po umělém mozku.

 Jako proteom se označuje soubor všech proteinů (bílkovin) daného organismu. Lidé, u kterých je 20 000–35 000 genů, mohou mít ve svém proteomu statisíce, snad i ba miliony, různých proteinů. Jedním z důvodů pro takto značnou velikost lidského proteomu je fakt, že určitý gen může kódovat několik odlišných – avšak příbuzných (!) – polypeptidů.

Peptid je menší než protein

Peptid je látka tvořená řetězcem aminokyselin (od dvou do několika desítek) spojených peptidovou vazbou, podobně jako bílkovina (protein), která je však podstatně větší a složitější. Peptidy v organismu mají velký význam – patří k nim i mnoho hormonů (např. inzulín) a látek, které slouží ke vzájemné komunikaci buněk, např. v imunitním a nervovém systému.
Polypeptid je v běžném pojetí peptid tvořený větším počtem aminokyselin. Polypeptidy se často složitě kombinují za tvorby rozdílných proteinů.

Další příčinou je, že proteiny se mohou vytvářet kombinací polypeptidů kódovaných různými geny. Jestliže počet genů v lidském organismu je velký, počet proteomů v lidském proteinu bývá skutečně ohromný.

Bílkovina bývá vždy jiná

Od známého odborníka prof. RNDR. Jaroslava Petra, DrSC., se 21. STOLETÍ dozvědělo: „Po přečtení lidské dědičné informace vyvstal před biology další, podstatně složitější úkol. Jestliže genetici musí odhalit tajemství zhruba 35 tisíc genů, pak biology čeká vyčerpávající práce s odhalením funkce bílkovin, které lidské tělo podle těchto genů vyrábí.“
Jejich počet se odhaduje na 200 tisíc až 2 miliony. „Bílkoviny představují ve srovnání s geny o poznání problematičtější předmět výzkumu. Geny zůstávají prakticky stále stejné. Bílkoviny se neustále mění. Jsou jiné v každé tkáni, v každém věku. Mohou se změnit dokonce v závislosti na tom, co jíme, jestli pijeme alkohol nebo kouříme,“ vysvětlil prof. Petr.

Posloupnost se stává dost důležitou

Zásadní informace směřuje z genů, které jsou složeny z DNA, k polypeptidům složeným z aminokyselin, přes meziprodukt, který je složen z RNA (kyselina ribonukleová.) V širším slova smyslu směřuje tedy tok informace v posloupnosti DNA – RNA – polypeptid. Tato posloupnost se dost často označuje za ústřední dogma molekulární biologie.
Velice dlouho se předpokládalo, že všechny, nebo téměř všechny, geny kódují polypeptidy. Současný výzkum s využitím moderní techniky však ukázal, že taková představa je mylná. Proč? Mnoho genů nekóduje polypeptidy; místo toho jsou jejich konečnými produkty molekuly RNA, které plní významné úkoly uvnitř buněk.

Proč pronásledují proteiny?

Protikladem genetického termínu genom (dědičná informace organismu) se stal proteom čili soubor všech bílkovin daného organismu. Termín »proteom« zavedl teprve v roce 1994 Marco R. Wilkins, vedoucí bioinformatiky firmy Proteome Systems v Sydney. „Právě proteomika přináší ovoce, které nám genomika nikdy nemohla poskytnout,“ tvrdí expert na proteomiku -Sam Hanash z americké University of Michigan.
Podle názoru prof. Petra zběsilost nynějšího honu na bílkoviny vyplývá z faktu, že bílkoviny stojí ve středu veškerého dění v buňkách, tkáních i orgánech. Pokud nejsou bílkoviny v pořádku, neprobíhají životní děje v organismu tak, jak mají. Výsledkem jsou nejrůznější onemocnění – od celkem banálních až po velmi závažné choroby (např. rakovina).

Dává šanci všem

Studium všech proteinů v buňkách – jejich složení, sekvence aminokyselin v polypeptidových řetězcích, které je tvoří, interakce mezi těmito peptidy a mezi různými proteiny, a samozřejmě funkce těchto komplexních molekul – má ve svém vínku proteomika.
Technologicky je projekt lidského proteomu odlišný od projektu lidského genomu. Jak? Používá kombinace klasických postupů chemie a biochemie proteinů s technologicky pokročilými procesy, jako je automatizace, robotizace a vývoj nových, výkonnějších přístrojů.

Tak se mohou do výzkumu zapojovat vědců i z těch zemí, které mají v chemii a biochemii proteinů velkou tradici, a přitom se neúčastnili sekvenace lidského genomu. Typickým příkladem je Rusko, kde v Moskvě vzniklo velké centrum proteomiky vedené prof. Archakovem.

Má pestrou náplň

Výzkum proteomu zahrnuje tři základní aktivity:
1.Identifikaci veškerých proteinů produkovaných určitou buňkou, tkání nebo organismem.

2.Definici vzájemných interakcí těchto proteinů nezbytných pro určitou biologickou funkci.
3.Stanovení přesné trojrozměrné struktury proteinů klíčové pro identifikaci nízkomolekulárních ligandů.(Ligand je atom, iont nebo molekula, která poskytuje jeden nebo více elektronových párů centrálnímu atomu).

Jedná se mnohdy o látky, které mohou sloužit jako potencionální léčiva. Právě snahy o objev nových medikamentů je v poslední době v centru pozornosti odborníků. Netají se tím, že mnoho pokladů pokud jde o léčiva, ukrývá neprobádané moře.

ČR nezaostává

V ČR od 24. 9. 2003 působí odborná Proteomická sekce České společnosti pro biochemii a molekulární biologii (PS ČSBMB). Sdružuje právnické i fyzické osoby se zájmem o rozvoj výzkumu, vzdělávání a aplikací v oblasti proteomiky. Problematice se nyní věnují z různých pohledů také četné ústavy AV ČR.
Cílem Proteomické sekce je stimulovat a koordinovat proteomové aktivity v oblasti systémové biologie a biomedicíny v ČR a dosáhnout zapojení těchto aktivit do mezinárodní sítě globálních proteomových záměrů (HUPO iniciativa).

Proteomická sekce ČSBMB podporuje šíření a výměnu poznatků mezi lidmi se zájmem o proteomiku. Slouží tomu setkání, semináře a kurzy. Rozvoj a výsledky proteomových aktivit se však posuzují i v souvislosti s pokroky v oblasti molekulární biologie a biochemie se společným cílem využít obrovské množství nových informací ke klíčovému řešení celé řady vědeckých problémů i jejich následnou, co nejrychlejší, integraci do reálného života.
(Více: www.czproteo.cz.)

Vzniká originální atlas lidských bílkovin

Podle informací mezinárodní asociace European Science Foundation, prof. Mathias Uhlén z Royal Institute of Technology ve Stockholmu tvrdí „Pokoušíme se přesně zmapovat stavební kameny života. Jeho tým se rozhodl vytvořit atlas lidských bílkovin.“
Měl by znázornit přesné umístění tisícovek jednotlivých bílkovin v tělních tkáních a buňkách, což by poskytlo důležitý náhled do funkcí různých bílkovin. Znamenalo by to výborný základ zkoumání toho, jak se změny v normálním rozložení bílkovin v lidském organismu mohou odrážet v závažných nemocech.

Divil by se Sisyfos?

Mnozí odborníci tvrdí, že je to práce nikoli mravenčí, ale spíše sisyfovská. Proč? Výzkumníci vyjdou z dosavadních znalostí lidského genomu (sekvenci cca 20 000–35 000 genů) lidských buněk – k rozkódování jednotlivých bílkovin.
S jejich pomocí následně vyvinou »antigeny« – bílkovinné molekuly, které dokážou každou jednotlivou bílkovinu rozpoznat. Nejsložitější je, že to musí udělat pro každičkou bílkovinu. Antigeny, které rozpoznají danou bílkovinu, budou sloužit jako markery (charakteristické znaky), aby se bílkovina zviditelnila pod mikroskopem.

Pak čeká fáze zkoumání různých tkání a buněk pomocí uvedených markerů, které se navážou na odpovídající bílkoviny, čímž lze určit přesné umístění jakékoliv konkrétní bílkoviny.

Vydávají se do neznáma

Tým do letošního října zmapoval umístění cca 10 000 bílkovin v lidských buňkách a tkáních. Specialisté prověřují, zda určité typy rakoviny (mj. tlustého střeva, prostaty, plic a prsu)  mají oproti zdravé tkáni odlišné bílkovinné profily.
Tímto způsobem by mohly být stanoveny nové »biomarkery«, tedy molekuly, které označí nemocnou tkáň nebo buňku. Díky tomu mohou upozornit lékaře na problém již ve velmi časných stádiích nemoci, což některým nemocným zachrání život. Při dostatku financí by mohla první verze unikátního atlasu bílkovin spatřit světlo světa v roce 2014.

(Jak si 21 STOLETÍ ověřilo, tvorbu pozoruhodného atlasu bílkovin lze sledovat na webových stránkách: http://www.proteinatlas.org/.)
Proteomika je tedy napínavou výpravou do úžasného světa nesčetných proteinů

Více se dozvíte:
M. Vokurka, J. Hugo: Velký lékařský slovník, Maxdorfjessenius,2009

D. P. Snustad, M. J. Simmons: Genetika, Masarykova Univerzita, 2009
www.popsci.com/science

Také u nás máme úspěchy

V současné době v ČR působí více jak desítka proteomických laboratoří. Např. v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR hledají nové diagnostické a prognostické markery nádoru prsu. Přitom úzce spolupracují s Ústavem molekulární genetiky AV ČR a 1. lékařskou fakultou UK. Také Ústav analytické chemie AV ČR v Brně má oddělení proteomiky, kde převažují mladí vědci. Pozornost věnují mj. enzymům řídícím chemické procesy v buňkách. Do třetice uveďme Mikrobiologický ústav AV ČR, kde působí laboratoř architektury proteinů.

Moře vydává tajemství

Nejnovějším důkazem správnosti hypotéz, že při hledání nových léčiv (zejména na chronické choroby) pomůže moře, se stalo podrobné zkoumání zvláštního hlubokomořského mlže. V jeho slinách odborníci objevili chemikálie (včetně peptidů), které jsou výborným lékem proti bolesti. Dosavadní problém spočíval v tom, že velice účinná látka se dala do těla aplikovat pouze přes míchu implantovanou pumpou.
Jak letos na podzim informoval týdeník americké Chemické společnosti »Chemical and Engineering News«, odborníci z Institute for Molecular Bioscience v australském Queenslandu už dokážou tyto sliny podávat orálně (ústy). Nejnovější vědecké studie dokazují, že sliny tohoto mlže působí tak dobře jako alkaloid morfin (morfium), ovšem nemá vedlejší negativní účinky.

Jde o zlatý důl?

Ještě před několika roky byla proteomika téměř neznámým pojmem. Dnes je prý tento vědní obor pro investory lákavější než počítačový průmysl.
Fakta: Podle odhadů v roce 1999 vložili investoři do promeotických firem cca 700 milionů amerických dolarů (USD), v roce 2005 se jednalo už o 5,6 miliard USD a dnes se tato cifra může blížit 10 miliardám USD. Prosperuje i obchod s vybavením proteomických laboratoří. Vznikají desítky nových firem, které v tomto vědním podoboru vidí šance ke zbohatnutá. Hledají nové nadějné proteiny, jako kdysi zlatokopové promývali zlato.

Hledají se nové medikamenty

Klinická proteomika se zabývá vyhledáváním a stanovením proteinových markerů (znaků typických pro určitý stav) onemocnění. Do pátrání po nových bílkovinách se zapojují i giganti farmaceutického průmyslu.
Například firma GeneProt se sídlem u Ženevy a ve státě New Persey (USA) investovala obrovské sumy do nákupu přístrojů (zejména hmotových spektrometrů) a nejnovější počítačové techniky ve snaze získat náskok při

srovnávací analýze proteomů zdravých a nemocných buněk, a identifikovat klíčové proteiny vhodné pro farmakologickou intervenci. Firmy jako GlaxoSmithKline nebo Pfizer spustily vlastní proteomické výzkumné programy. Většina velkých farmaceutických firem spolupracuje s akademickými pracovišti na různých proteomických projektech. Taktiky jsou různé, ale cíl mají všichni stejný – najít slibný protein a nechat si patentovat jeho praktické využití
Jak pro 21. STOLETÍ upřesnil molekulární genetik prof. RNDr.. Václav Pačes, DrSc., do roku 2020 by měly vzniknout tisíce druhů léků, které budou vhodně působit na proteiny, což umožní likvidovat dosud běžné nevyléčitelné genetické choroby. (Léčivý účinek mají mít zvláštní potraviny – nutraceutikálie, kde se asi osvědčí i mořské řasy.)

Rubriky:  Medicína
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Strašák jménem lepek

Strašák jménem lepek

V posledních několika letech je bezlepková dieta módním hitem. Obiloviny...
Za bolesti zad může sedavé zaměstnání

Za bolesti zad může sedavé...

Bolesti zad patří mezi jednu z nejčastějších příčin omezení pracovní schopnosti a...
Bude DARPA odposlouchávat mozky?

Bude DARPA odposlouchávat mozky?

Americká obranná agentura DARPA představila v loňském roce grantový program...
Transplantace kostní dřeně aneb Čekání na dárce

Transplantace kostní dřeně aneb...

Už více než čtyři desetiletí mají pacienti se špatnou krvetvorbou nebo...
Čeští vědci vyvinuli software umožňující nasimulovat resuscitaci

Čeští vědci vyvinuli software...

Na světě je nový software, který dokáže navodit různé stavy vznikající při...
Patologie není jen o pitvání

Patologie není jen o pitvání

Veřejnost má často mylnou představu o tom, kdo patolog je a co přesně je náplní...
Jak usnadnit léčbu starších pacientů?

Jak usnadnit léčbu starších...

Vzhledem ke stárnutí populace lékaři stále častěji pečují o starší pacienty, kteří mají...
Vědci se zaměřili na mutace způsobující dědičnou degeneraci oční sítnice

Vědci se zaměřili na mutace...

Vědci pod vedením docenta Davida Staňka z Ústavu molekulární genetiky AV ČR,...
Polovinu cestovatelů trápí zažívání. Jak se na dovolené vyhnout problémům s trávicím traktem?

Polovinu cestovatelů trápí zažívání....

Počet lidí, kteří vyrážejí na mezistátní cesty, podle OSN každým rokem...
Polovina Evropanů řeší na dovolených zdravotnický problém

Polovina Evropanů řeší na...

Podle Světové zdravotnické organizace (WHO) řeší téměř polovina Evropanů na...

Epochaplus.cz - Nenechte si ujít další zajímavé články

Nejznámější bankovka světa se dělá ze starých hadrů

Nejznámější bankovka světa se dělá...

Za ty roky se změní k nepoznání, ale Benjamin Franklin...
Kde se Hitler cítil doma?

Kde se Hitler cítil doma?

Německou metropoli, Berlín, nemá Adolf Hitler...
Příroda na těch nejopuštěnějších místech má svou vlastní hudbu!

Příroda na těch nejopuštěnějších...

Akustický ekolog Gordon Hempton strávil posledních 35 let...
Pokusná zvířata: Dříve umírala po tunách!

Pokusná zvířata: Dříve umírala po...

Ten lék vyzkouší na březích samičkách myší, krys,...
1755: Zemětřesení vyvolalo u portugalského krále klaustrofobii!

1755: Zemětřesení vyvolalo u...

Ráno 1. listopadu 1755 je v Lisabonu teplé a...
Astronomové hlásí: Prázdný prostor má podivné kvantové vlastnosti!

Astronomové hlásí: Prázdný prostor...

Týmu astronomů pracujícímu s teleskopem VLT se ve...
Podivné zážitky: Dokazují existenci paralelních světů?

Podivné zážitky: Dokazují existenci...

Američanka Carol Chase McElheney je zmatená. Podle...
Bójové: Žili opravdu na našem území?

Bójové: Žili opravdu na našem...

Češi s oblibou odvozují svůj pradávný původ od...
Krvavé zprávy z Dálnice slz: Zmizelo tu až 43 žen!

Krvavé zprávy z Dálnice slz:...

Hrůzostrašná historie „Dálnice slz“, jak se asi...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.