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.)
