Naše v pořadí již čtvrtá návštěva Akademie věd ČR nás zavedla do Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV. Úkoly, které tento ústav v současné době řeší jsou v rámci České republiky zcela unikátní.
Ústav živočišné fyziologie a genetiky (ÚŽFG) patří v rámci Akademie věd ČR k ústavům střední velkosti. Má devět vědeckých laboratoří, které jsou umístěny v Liběchově, Praze a Brně. Ústav má též několik společných pracovišť s vysokými školami i jinými výzkumnými ústavy v České republice. Je také zapojen do Centra buněčné terapie a tkáňových náhrad a rozvíjí rozsáhlou mezinárodní spolupráci s renomovanými vědeckými pracovišti od amerického až po asijský kontinent. Z celé řady unikátních výzkumných projektů, které zde probíhají, jich lze nicméně na stránkách 21. století představit jen několik, těch nejzajímavějších.
Laboratoř fyziologie reprodukce a Laboratoř vývojové biologie
Od kmenových buněk prasat a klonování zvířat až ke člověku?
Atraktivní vědecké téma, které již ve svém názvu avizuje úzké propojení mezi základním výzkumem a klinickou praxí se soustřeďuje na nové perspektivy ve výzkumu procesů a mechanismů oplození a časného vývoje savců. S tím souvisí i poznání možností jejich ovlivnění s využitím molekulárního, biochemického a srovnávacího přístupu.
V popředí zájmu vědců je především výzkum specifických kmenových buněk u laboratorních prasat, a to s cílem ověřit možnosti nových léčebných postupů u člověka. Cílem jejich snahy je vypěstovat specializované kmenové buňky, které se pak dají využít k náhradám konkrétních tkání. Studium proteinových map kmenových buněk, sledovaných v rámci Společné laboratoře proteomové analýzy provozované spolu s Mikrobiologickým ústavem AV ČR, Ústavem experimentální medicíny AV ČR a akciovou společností Immunotech, přináší poznatky, které je možné využít pro zlepšení kultivačních podmínek. Tento jedinečný biomedicínský model lze využít především k zodpovězení klíčových otázek bezpečného použití kmenových buněk v lékařství.
Unikátní výzkum
Vývojovou biologií savců se v České republice na úrovni základního výzkumu kromě Ústavu experimentální medicíny AV ČR nezabývá prakticky nikdo. Ostatní srovnatelná vědecká pracoviště jsou totiž zaměřena především na praktické aspekty embryonálního vývoje u hospodářských zvířat.
Výjimečnost Laboratoře vývojové biologie, spočívá v zaměření na expresi vybraných genů v časném embryonálním vývoji a na syntézu proteinů v průběhu zrání vajíček (oocytů) v časném embryonálním vývoji skotu a prasete. Embryo skotu představuje model časného embryonálního vývoje člověka, prase je pak vhodným modelem pro celou oblast biomedicíny. Získané výsledky slouží k charakterizaci normálního zrání oocytů a vývoje embrya v podmínkách „in vitro“, tj. ve zkumavce, a k objasňování pochodů při přenosu jader při klonování.
Tuzemská i zahraniční pracoviště jsou obvykle zaměřena na elektronovou mikroskopii, nebo na molekulární genetiku a praktické otázky klonování savců. Výhodou Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR je schopnost uplatnění širokého spektra metod, které je schopen provádět. V rámci jednoho experimentu lze např. porovnat stavbu genu na molekulární úrovni i intenzitu uplatnění se jednotlivých genů vyvíjejícího se embrya.
Embryologie živočichů, buněčná a tkáňová diferenciace
Hlavní náplní uvedeného výzkumného směru je seznámení se s molekulárními, biochemickými a srovnávacími aspekty v průběhu vzniku a vývoje orgánů a procesu vývoje embryonálních tkání v tkáně již definitivní. Zároveň se zde badatelé věnují studiu rozlišování a regenerace buněk i tkání včetně výzkumu mezibuněčných komunikací v embryonálních, dospělých i nádorových tkáních modelových objektů, z nichž je nejčastěji využíváno unikátní miniaturní laboratorní prase MeLiM.
Na tomto místě je nutné zmínit především úspěšné zaměření badatelů na výzkum mechanismů vývoje zubů. Vědci z ÚŽFG AV ČR ve spolupráci s prestižní londýnskou laboratoří prof. Paula Sharpeho i dalšími špičkovými pracovišti v EU, USA a Japonsku usilují o poznání možnosti relativně přirozené náhrady zubů například s využitím vlastních zubních buněk. S tím však souvisí prvotní znalost pokud možno všeho, co souvisí se vznikem a růstem zubů ještě v průběhu nitroděložního vývoje.
Boj se zhoubnými nádory
Dalším atraktivním směrem výzkumu, je sledování nádorových buněk během jejich vývoje a následná analýza získaných výsledků. Jedná se především o výzkum patologicky změněné tkáně v průběhu zhoubného procesu u miniaturních prasat linie MeLiM.
Díky skutečnosti, že v řadě podstatných parametrů je zhoubné nádorové bujení u těchto prasat shodné se zhoubným nádorovým bujením u lidí, jsou miniaturní prasata vhodným živočišným modelem pro sledovaný záměr. Dosažené výsledky mohou přispět k objasnění vývoje nádorových onemocnění a zároveň pomoci při hledání nových účinných postupů jejich léčby. Do této odborné oblasti zapadá i hledání, vývoj a testování různých léčivých látek.
Devitalizace – vychvalovaná i zatracovaná
Součástí uvedených výzkumných aktivit je také podrobné sledování účinku tzv. devitalizační techniky na některé typy nádorů u různých živočišných modelů, včetně následných analýz. Cílem úsilí badatelů je především bližší charakterizace specifických bílých krvinek a různých krevních bílkovin, které útočí proti buňkám nádoru, což je zásadní pro bližší poznání složité sítě vztahů mezi nádorem a hostitelským organismem. Rozluštění těchto vzájemných poměrů by mělo přinést nové, účinnější terapeutické postupy včetně devitalizace, založené na přirozeném obranném systému organismu. Uvedený směr vhodně doplňují pracovníci endokrinologické laboratoře, kteří se zaměřují na výzkum látek ovlivňujících endokrinní systém a na vliv cizích hormonů na funkci reprodukčního aparátu.
Evoluční biologie a genetika obratlovců
Zatímco genom člověka a některých modelových organismů (např. myši a prasete) se oprávněně těší obrovskému vědeckému zájmu, u evolučně nižších obratlovců, zejména ryb (málokdo si totiž uvědomuje, že z hlediska množství druhů a vůbec počtu jedinců je Země vlastně planetou ryb) tomu tak dosud není.
Cílem badatelského úsilí vědců je především mapování DNA obratlovců včetně poznání jejich genetické druhové a populační variability. Jde např. o sestavování genomických map prasat a ryb, sledování dlouhodobého vývoje populací a poznání mechanismů vzniku druhů modelových skupin ryb. U vybraných skupin ryb jsou vyvíjeny druhově specifické sondy pro podrobné studium mezidruhového křížení. Experimentálním pářením a detailní analýzou potomstva je sledováno poznání dynamiky a udržování druhové odlišnosti v přírodě.
Výživa zvířat ovlivňuje život člověka – základy bezpečnosti a kvality potravin
Výživa zvířat má zásadní vliv nejen na jejich zdraví, užitkovost a výslednou kvalitu živočišných produktů, ale jejich prostřednictvím i na kvalitu zdraví lidské populace.
Výzkum ÚŽFG AV ČR je proto zaměřen na poznání biologických základů bezpečnosti a kvality potravin z hlediska fyziologických, mikrobiologických a endokrinologických aspektů výživy člověka a zvířat.
Vědecká aktivita pracovníků ústavu je směrována na výzkum aktivity enzymů štěpících různé druhy vlákniny (především pektin) v živočišném trávicím traktu, který však není vybaven pro její zpracování. Vláknina je důležitou složkou rostlinné hmoty a tím i diety člověka a zvířat. Podporuje například správnou funkci střev, snižuje množství cholesterolu v krvi a brání vzniku rakoviny tlustého střeva, avšak způsobuje rovněž různé potíže (např. nadýmání nebo lehké průjmy).
Účinky vlákniny na živočišný organismus, a to jak kladné tak i záporné, jsou zapříčiněny souhrou fyzikálně-chemických vlastností a složitého systému přirozených a bakteriálních enzymů, který je dosud z velké části neznámý. Zcela neprobádaný je ostatně i celý bakteriální ekosystém v trávicím traktu nepřežvýkavých savců, snad s výjimkou choroboplodných zárodků.
Antibiotika – ano či ne?
Problematika zdraví a životu nebezpečných mikroorganismů se po objevu antibiotik sice již zdála vyřešenou, ale není tomu bohužel tak. Vzhledem k negativním účinkům krmných antibiotik na zdraví lidské populace (zejména vznik rezistence, čili zvýšené odolnosti mikroorganismů vůči účinkům antibiotik) je snaha nahradit antibiotika neméně účinnými, avšak zdravotně nezávadnými látkami. Jako jedna z možných alternativ se nabízí použití tzv. mastných kyselin se střední délkou řetězce (kyselina kapronová, kaprylová a kaprinová).
Dále jde o výzkum populace trávicích bakterií u lidí společně se sledováním jejich vlivu na příčiny zánětlivých onemocnění tračníku i ostatních poruch trávení. Výzkum je zaměřen rovněž na vztah jednotlivých druhů mikroorganismů k hostiteli, jejich vliv na vývoji onemocnění trávicího traktu u lidí, možnosti obnovení normální mikroflóry a zlepšování účinnosti trávení.
MeLiM – bojovníci s nádory
V roce 1989 se ve stádu miniaturních prasat chovaných na pracovišti Ústavu živočišné fyziologie a genetiky Akademie věd ČR v Liběchově objevilo po určitém typu páření několik selat s kožními nádory – melanomy (melanoblastomy). Po úspěšném vyléčení pomocí devitalizační techniky byla tato miniaturní prasata záměrně pářena, čímž se podařilo vyšlechtit linii miniprasat označenou MeLiM (Melanoblastoma-bearing Liběchov Minipigs), u které se melanom projevuje dědičně a vyskytuje se u 57 % zvířat. Nádory jsou obvykle mnohočetné, uzlovité a vykazují mnoho podobností s lidským melanomem včetně tvorby orgánových metastáz a následného úmrtí postižených jedinců. Dnes se tato linie prasat intenzivně využívá pro experimentální onkologické studium.
Maligní melanom je zhoubný nádor, který u lidí obvykle vzniká na kůži, a to buď v mateřských znaméncích,nebo v normálně vyhlížející kůži. Zřídka vzniká i v jiných částech těla, jako je oko, ústa, pod nehty nebo na vnitřních orgánech. Někdy se šíří do jiných částí těla mízními cévami nebo krevní cestou. Melanom může vzniknout na kterémkoli místě těla, ale nejčastěji vzniká u žen na dolních končetinách a u mužů na trupu, hlavně na zádech. V praxi se vyskytují čtyři hlavní typy maligního melanomu. Nejčastějším z nich je povrchově se šířící melanom, následovaný velmi rychle rostoucím uzlovitým melanomem. Akrolentiginosní melanom se obvykle nachází na dlaních, ploskách nohou a kolem nehtů. Tzv. lentigo maligna melanom se často vyskytuje na obličeji, a to obzvláště u starých lidí. Roste pomalu a může trvat léta než vznikne.
V klinické oblasti představuje melanom jeden z nejproblematičtějších nádorů. V posledních desetiletích jeho výskyt v celosvětově neustále narůstá. Léčba pacientů s prokázanými vzdálenými metastázami je standardními léčebnými postupy obvykle neúspěšná, protože melanom vykazuje značnou rezistenci vůči chemoterapii i radioterapii.
