Úspěchy
našich kolegyň a kolegů
Bakteriofágy mohou velmi účinně pomoci při léčbě mnoha infekcí způsobených bakteriemi rezistentními k antibiotikům, říká Jiří Doškař
prof. RNDr. Jiří Doškař, CSc.
vedoucí pracoviště – Oddělení genetiky a molekulární biologie
Ústav experimentální biologie
Jiří Doškař absolvoval v roce 1974 obor biologie na naší fakultě. Od roku 1978 dosud zde působí a výzkumně se zabývá genetikou a molekulární biologií patogenních stafylokoků a jejich bakteriofágů. Předmětem jeho výzkumu je studium genetického základu rezistence bakterií k antibiotikům a šíření genů zodpovědných za tuto rezistenci v populacích stafylokoků prostřednictvím bakteriofágů. Další významnou oblastí výzkumu jeho týmu je v posledních 30 letech využití bakteriofágů při léčbě stafylokokových infekcí a příprava a inovace terapeutických preparátů. V současnosti vede Oddělení genetiky a molekulární biologie, kde pracuje v Laboratoři molekulární diagnostiky mikroorganismů. Je také odborným poradcem pro geneticky modifikované organismy (GMO) na Masarykově univerzitě.
Jiří Doškař ve své pracovně. Foto: Zuzana Jayasundera
Kdy se u vás objevil zájem o přírodní vědy?
Zájem o zkoumání přírody se u mne projevil už v dětství. Choval jsem akvarijní ryby, sbíral brouky a hmyz, pěstoval kaktusy a jiné rostliny. A rád jsem měl i chemii. Tento zájem přetrval na základní i střední škole, kde jsem navštěvoval přírodovědné kroužky. To přispělo k rozhodnutí studovat biologii na Přírodovědecké fakultě dnešní Masarykovy univerzity.
Jaké jsou vaše první vzpomínky na fakultu?
Jsou příjemné, moc se mi líbilo, že jsem se mohl věnovat nejen biologii, ale i ostatním přírodním vědám. Rád vzpomínám i na to, že jsme absolvovali řadu nebiologických předmětů jako chemie, fyzika a hraniční předměty, a to v rozsahu větším, než je tomu u studentů biologie dnes. Například chemii jsme měli v širokém rozsahu, analytickou, anorganickou, organickou a fyzikální. Nadchlo mne, že nějaké biologické téma šlo studovat pohledem více oborů. Moc se mi líbilo, jak v areálu fakulty na Kotlářské byly tehdy nablízko všechny přírodovědné katedry, a tak se dalo vše velmi snadno konzultovat s kolegy jiných oborů, stačilo zajít do některé ze sousedních budov.
Jak byste definoval molekulární biologii, tento mladý vědní obor, zažívající ohromný rozvoj?
Molekulární biologie se rozvíjí zhruba posledních 80 let. Zabývá se studiem biologických procesů v buňkách a organismech na molekulární úrovni. Věnuje se popisu biologických makromolekul a jejich vzájemným funkčním vztahům. Dnes hraje nezastupitelnou roli v mnoha pro společnost důležitých oblastech jako lékařství, zemědělství či biotechnologie, jak si později řekneme.
Co molekulárně-biologické a molekulárně-genetické přístupy daly biologii?
Umožnily, aby se klasické biologické disciplíny jako botanika, zoologie či ekologie, dostaly na vyšší, více exaktní úroveň. Pamatuji si, jak v 70. letech probíhaly diskuse, zda by „molekulára“ mohla být samostatným oborem. Řada klasických biologů byla proti, s tím, že je to spíše chemie či biochemie. A dnes se bez molekulární biologie, respektive genetiky, žádný z biologických oborů neobejde. Čili existuje molekulární mikrobiologie, molekulární virologie, buněčná biologie, molekulární parazitologie, molekulární taxonomie, a takto lze pokračovat donekonečna. Poznání bez molekulárně-biologických přístupů mělo zkrátka limity.
Vy se molekulární biologii věnujete přes 40 let. Jak jste prožíval rozvoj tohoto oboru na naší fakultě?
Zprvu jsem nebyl příliš vyhraněný, ale pak mne během studia zaujala mikrobiologie. Na tu jsem se specializoval i v diplomové a rigorózní práci, které jsem vypracoval pod vedením prof. Stanislava Rosypala (*12. 6. 1927–†22. 8. 2012). Po studiu jsem tři roky pracoval na Biofyzikálním ústavu tehdejší Československé akademie věd v Brně. Pak se na mě obrátil prof. Rosypal, že by byl rád, kdybych se vrátil do jeho laboratoře a že pro mne má místo. Já se po úvaze vrátil a od té doby, od roku 1978, pracuji na fakultě. Pracoviště se několikrát přejmenovalo, dnes funguje pod názvem Oddělení genetiky a molekulární biologie při Ústavu experimentální biologie. Začínal jsem jako mikrobiolog, ale přístupy, jež jsme v té době začali používat, už byly molekulárně-biologické či molekulárně-genetické.
Zahájili jste tedy výzkum s novými přístupy. Jak začínala cesta tehdy nového vědního oboru do studijní nabídky na fakultě?
Prof. Rosypal usiloval o to, aby se molekulární biologie zavedla jako samostatný studijní obor a věnoval tomu obrovské množství energie. Zavedení ale trvalo poměrně dlouho, ne všichni tomu byli nakloněni, vždyť tato věda u nás i na Slovensku teprve prorážela. Přípravě nového oboru jsem věnoval značné množství sil a času, podílel jsem se na sepisování učebních textů a zaváděl nové metody do praktických cvičení. Tento studijní obor, dnes program, jsem s kolegy po panu profesorovi převzal. Programy a specializace zajišťované naším oddělením (např. v bakalářském studiu Lékařská genetika a molekulární diagnostika i Experimentální a molekulární biologie) jsou u uchazečů velmi oblíbené a žádané, a to také proto, že jejich absolventi mají vynikající uplatnění na trhu práce.
Vy se s kolegy věnujete molekulární diagnostice mikroorganismů. Zmiňme konkrétně například problematiku bakterií rezistentních na antibiotika, kterou zkoumáte. Rezistence na antibiotika představuje velký problém pro zdravotnictví. Proč?
Rezistence patogenních bakterií na antibiotika velmi zjednodušeně znamená, že nemoci způsobené takovými bakteriemi nejsou léčitelné běžně používanými antibiotiky. Lidé, jejichž organismus taková bakterie napadne, pak mají menší šanci infekci překonat a uzdravit se.
Co přesně u rezistence na antibiotika zkoumáte?
Zkoumáme, jak je u bakterií rezistence k antibiotikům geneticky podmíněná. Dokud neexistovaly metody, jak analyzovat genetický materiál bakterií (DNA), užívaly se metody založené na pozorování vnějších znaků a vlastností, tedy fenotypu. Sledovali jsme, zda a jaké kolonie bakterií vyrostly na selekčních půdách a jestli je daný kmen k antibiotikům rezistentní. Ale nevědělo se, že existují genetické elementy, které tuto rezistenci podmiňují. A ani to, že se tyto genetické determinanty (např. plazmidy) mohou přenášet různými způsoby mezi jednotlivými kmeny, čímž se rezistence rychle šíří. Tyto determinanty lze dnes snadno zobrazit nebo prokázat řadou metod, např. elektroforézou, elektronovou mikroskopií, PCR nebo hybridizací a detailně je studovat. Samozřejmě pro mne bylo fascinující sledovat, jak lze na molekulární úrovni přiřadit k analyzovaným molekulám DNA fenotypové vlastnosti buněk.
Rezistence vůči antibiotikům je i ve společnosti silně rezonujícím tématem. Studie publikovaná v časopisu The Lancet (2019) ukazuje, že v roce 2019 přispěla rezistence na antibiotika celosvětově k více než 4,95 milionům úmrtí. Tím se staly bakteriální infekce světově třetí nejčastější příčinou smrti, po mrtvici a srdečních problémech. Jak rezistenci vidíte vy z pohledu molekulárního biologa?
Rezistence je přirozenou vlastností řady bakteriálních druhů. Bakterie vždy žijí v prostředí, kde koexistují třeba stovky bakteriálních druhů. Některé na svou obranu před ostatními kmeny produkují antibiotika, (a z nich je pak i získáváme), některé se brání jinak, vždy s cílem okolní kmeny potlačit. Jde o kompetiční faktor. I když se antibiotika připravují v laboratoři a užívají pro léčebné účely, bakterie mají řadu možností, jak rezistenci k antibiotikům navodit, ale i jak se jejich účinku bránit. A krom mutací hraje obrovskou úlohu šíření determinant rezistence mezi různými kmeny či druhy. To je faktor, který napomáhá vzniku rezistentních patogenních druhů bakterií. Předpokládá se, že takto se rezistence šíří z volně žijících (environmentálních) bakterií do veterinárního či nemocničního prostředí, kde se přenáší do patogenních druhů a s těmito rezistentními kmeny pak přicházíme do kontaktu.
Čím jsou bakterie vůči antibiotikům odolnější, tím více lidí umírá na infekce, které byly považovány za léčitelné, ukazují i výsledky studie z The Lancet (2019). Jak se váš výzkum věnuje novým možnostem léčby v případech resistence na antibiotika?
K tomu je třeba nejprve říci, že antibiotika zachránila mnoho životů. Ale jak jsme řekli, řada bakteriálních kmenů se stala k antibiotikům rezistentní. Ta původní antibiotika byla pro lidský organismus bezpečná, neměla vedlejší účinky. Jak se ale bakterie stávaly rezistentní, bylo třeba vyvíjet vůči nim nová antibiotika (tzv. „silnější“). A ta mívají nepříjemné vedlejší účinky. Mohou působit alergické reakce, ovlivňují mikrobiom (mikrobiální osídlení lidského těla). Proto se hledají a objevují nové možnosti terapie, kterým se věnuje i náš výzkum.
Jakou možnost léčby případů, kdy nezabírají antibiotika, zkoumáte?
Jde o fágovou terapii. Některé bakteriální kmeny jsou totiž přirozeně likvidovány bakteriofágy, to jsou viry bakterií, které mohou tyto buňky přirozenou cestou zabíjet. Pro člověka jsou naprosto neškodné, působí pouze na bakterie. Tento způsob léčby je ovšem znám více než sto let. Vyvíjel se intenzivně například v Gruzii, Polsku i u nás. Velmi se osvědčil např. ve válečném období, kdy zachránila fágová terapie množství lidí před amputací infikovaných končetin. Fágů se vyráběla kvanta. Pak začala éra antibiotik, která byla univerzálně použitelná, a tak se na bakteriofágy pozapomnělo, zejména v západních zemích. Když ale nastal problém s rezistencí k antibiotikům, začal se k fágové terapii vracet celý svět. V současnosti se v EU zavádí legislativa, v jakých případech a za jakých podmínek lze bakteriofágy použít.
Jak se toto téma odráží v publikacích Laboratoře molekulární diagnostiky mikroorganismů?
Publikace naší laboratoře jsou vesměs zaměřené na patogenní stafylokoky a jejich bakteriofágy. Publikujeme například na téma rezistence k antibiotikům: jak vzniká, jak se šíří mezi jednotlivými kmeny. Řadu let se zabýváme procesem transdukce, kde hrají důležitou úlohu při šíření rezistence právě bakteriofágy, což je ovšem spíše jejich negativní úloha. Jiné bakteriofágy však mají potenciál likvidovat patogenní bakterie a lze je tak využít pro přípravu léčebných preparátů pro terapii infekčních onemocnění způsobovaných stafylokoky. Na přípravě bezpečných forem a inovaci těchto preparátů intenzívně pracujeme již mnoho let. Jsem rád, že spolupracujeme se zahraničními pracovišti a komerčními firmami. A že máme štěstí na postgraduální studenty, kteří dosahují velmi kvalitních výsledků. Řada publikací se dostane na velmi dobrou úroveň i proto, že spolupracujeme i s CEITEC, Českou sbírkou mikroorganismů, fakultními nemocnicemi v Brně atd. Získat nové originální poznatky a publikovat je v kvalitních časopisech bez spolupráce nejde.
A jaké máte výhledy do budoucna?
Od letošního roku je naše laboratoř součástí celostátního projektu Národní institut virologie a bakteriologie, který má za cíl účinně propojit 28 vědeckých týmů z Akademie věd ČR a několika univerzit a zlepšit tak koordinaci jejich kapacit při zvládání nových epidemií (řešitelem projektu za naši skupinu je prof. Roman Pantůček). Finanční prostředky v rámci programu EXCELES Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy nám umožní dále rozvíjet problematiku, kterou řešíme. Věříme, že naše výzkumné projekty budou i nadále lákat nové studenty a mladší spolupracovníky, takže dosáhneme další hodnotné výsledky.
Vaším dalším tématem jsou geneticky modifikované organismy (GMO). Zastáváte funkci odborného poradce pro GMO na Masarykově univerzitě. Potenciál genetické modifikace si řada lidí uvědomila v souvislosti s výrobou mRNA vakcíny. Kde ho vidíte vy?
Bez metod molekulární biologie, které de facto představují metody pro analýzu genů a genomů a jejich modifikace, se dnes biologie ani lékařství neobjedou. Mají přesah i do zemědělství, průmyslu a biotechnologií. Dnes nejvíce ve zdravotnictví mohou přinést nové úspěchy v léčbě např. nádorových a infekčních onemocnění, protože genové inženýrství a metody molekulární biologie umožňují připravovat nové typy vakcín, protilátek a diagnostických souprav. GMO se již řadu let používají pro přípravu rostlin rezistentních vůči škůdcům nebo herbicidům. Rovněž inzulin je produktem geneticky modifikovaných bakterií. Vakcíny a protilátky jsou novou oblastí v tomto typu výzkumu. Lze je poměrně snadno a rychle upravovat podle toho, jak se patogen modifikuje, aby jejich působení unikl. I zde jde o boj ve zbrojení mezi bakteriemi či viry a přípravou léčiv, podobně jako v problematice rezistence na antibiotika.
Jak se za dobu vašeho působení obor molekulární biologie na Ústavu experimentální biologie rozvinul?
Všechna oddělení využívají molekulární biologii velmi intenzivně. Žádoucí je, že studenti na našem ústavu prochází výukou zajištěnou všemi odděleními, a tak získávají přehled o mnoha oblastech: mikrobiologii, fyziologii a imunologii živočichů a rostlin, biologii člověka, nádorové biologii. U státních zkoušek žasnu, co vše studenti musí vědět, a většinou i ví😊, a jak jsou výborně připraveni do praxe, ať už v nemocnicích, zemědělství nebo výzkumných ústavech. Tady vidím obrovský posun, když to srovnám s obdobím, kdy jsme absolvovali my, vyučovaná látka byla mnohem užší.
Co za předměty učíte?
Učím Základy molekulární biologie, polovinou se podílím na předmětu Genové inženýrství a Molekulární biologie prokaryot a zajišťuji výuku Molekulární diagnostika mikroorganismů. To jsou předměty, které jsem přednášel více než 30 let, ale postupně je předávám mladším kolegům.
Vy jste předsedou Genetické společnost Gregora Mendela (GSGM). Jak tato společnost působí v oblasti popularizace vědy?
GSGM sdružuje vědecko-výzkumné a pedagogické pracovníky z Moravy, Česka a ze Slovenska. Pořádá například Genetické konference, ta poslední se konala ve dnech 5.–7. října 2022 na zámku ve Slavkově u Brna. Konference byla stejně jako v minulých letech polytematická, neboť její účastníci jsou odborníci orientovaní ve svém výzkumu různými směry. Řada z nich jsou vyučující a ti velmi vítají, že se dozví novinky z mnoha různých oblastí genetiky.
Děkuji vám za rozhovor.
Zuzana Jayasundera