Vědkyně: Nová antibiotika hledáme v Antarktidě

Zkoumáte antarktické druhy mikroorganismů s cílem najít nová antibiotika. Jak se to zatím daří?

Je to velmi zajímavé. Momentálně máme vybrané dva mikroorganismy, které jsou nadějné a u kterých bychom chtěli žádat o patent. Zkoumáme obecně antimikrobiální látky, tedy látky působící proti bakteriím, houbám a virům. Nejen antibiotika. A zjistili jsme, že Antarktida je v tomto směru mimořádně bohatá. Padesát procent molekul, které ve vzorcích najdeme, jsou úplně nové. Mým úkolem je najít mezi nimi ty, které jsou zároveň antimikrobiální, a získat je v čistém stavu, aby se s nimi dalo pracovat.

Problém s Antarktidou je v tom, že všechny organismy rostou pomalu. Nikdy nedocílíte v laboratoři takové koncentrace látek, abyste je mohla izolovat, vyčistit a udělat s nimi alespoň sadu základních testů. Vybrané kmeny bakterií proto geneticky upravujeme, aby začaly produkovat více konkrétních látek, které nás zajímají. V tomto bodě se teď nacházíme a je to laboratorně i časově náročné.

V čem je váš přistup jiný oproti tomu, jak se dosud hledaly a vyvíjely antibiotické léky?

Jiný je určitě zdroj. U Antarktidy se to systematicky nedělá a nikdo na to neaplikuje metodiku jako my. Jdeme na všechno přes genomiku - analýzu genů v organismu, metabolomiku - analýza všech metabolitů v buňce - a metatranskriptomiku - analýzu sekvencí RNA, což je mocná trojkombinace, která je rychlejší, ale drahá na realizaci.

Za druhé vytváříme primárně kokultury nebo konsorcia. To znamená, že na rozdíl od jiných výzkumů nekultivujeme bakterie primárně v monokulturách, ale na začátku smícháme několik různých bakteriálních druhů dohromady.

Necháme je vytvořit malá bakteriální společenství a sledujeme, jestli během toho nevznikly molekuly, které ještě nikdo dříve neviděl. Tímto způsobem se snažíme přimět bakterie, aby aktivovaly geny, které se bez nějakého vnějšího podnětu, v našem případě konkurenčního mikroorganismu, samy od sebe neprojeví.

Tvorba antimikrobiálních látek je pro bakterie energeticky velmi náročná, takže pokud nemusí, tak antibiotikum nebo antifungální prostředek nevytváří. Nejtěžší na tom je, že nevíme, čím bakterie k produkci těchto látek pošťouchnout, je to zatím neprobádané území.

Proč zrovna Antarktida?

U hledání nových antimikrobiálních látek je několik výzkumných směrů a jeden z nich říká, že jedinou šancí, jak je najít, je hledat je v místech, která zatím nejsou probádaná. To jsou většinou extrémní místa. Například Antarktida, termální průduchy nebo dna oceánů a obecně mořské vzorky, kde se ale mikroorganismy těžko izolují.

Při doktorském studiu jsem pracovala s antarktickými vzorky a zjistila jsem, že tamní bakterie vykazují vysokou míru rezistence k antibiotikům, přestože je to lokalita, kam se naše antibiotika ještě nedostala.

Pokud tam vzniká rezistence, bakterie odolávají působení antibiotik, musí tam být logicky i producenti antimikrobiálních látek. Po získání doktorátu jsem změnila zaměření výzkumu a jela jsem se podívat do Antarktidy na zdroj těchto látek, které u nás v půdě nenajdeme.

Jak takové hledání bakterií v polárním prostředí vypadá?

Byla jsem tam na tříměsíční expedici. Vyráželi jsme začátkem ledna a vraceli se na konci března. Chtěla jsem vzorkovat půdu, protože mezi půdními mikroorganismy bývá více producentů antimikrobiálních látek. Celou expedici jsem v podstatě strávila tak, že jsem obcházela ostrov Jamese Rosse a hledala jinak vypadající lokality, například s porostem lišejníku nebo pod vlivem těžších povětrnostních nebo slunečních podmínek.

Část vzorků jsem kultivovala ještě na polární stanici na Antarktidě, část po návratu na Masarykově univerzitě v Brně.

Teď když jsem ve Vídni, tak se dohodnu s kolegy, kteří jedou na expedici, a vytipuji jim místa pro odběr vzorků. Kultivaci si potom udělám ve Vídni. Doufám, že se mi v nejbližších letech podaří jet na expedici znovu. Chci zkusit úplně nové přístupy a metody kultivace přímo v antarktické půdě.

Vypadá to, že jen tak můžete získat mikroorganismy, které jinak mimo své prostředí vůbec nerostou. Když si dovezete půdu a začnete s kultivací až po návratu z expedice v laboratoři, o většinu mikroorganismů přijdete.

Tři měsíce jste tedy bez ohledu na to, jestli je vánice nebo hezky, vyrážela pravidelně s taškou plnou zkumavek do terénu a sbírala vzorky?

V podstatě ano. Až na to, že když je velká vánice, tak nesmíte opustit stanici. Jindy se ale oblečete a jdete do terénu hledat vhodná místa pro odběr vzorků. Tehdy jsem ještě ostrov neznala a nevěděla jsem, kam jít. Jen jsem si určila směr a zkontrolovala na mapě, kam jdu. Cestou jsem si určila lokality, které by mohly být pro odběr vhodné, anebo naopak nevhodné, třeba místa znečištěné trusem zdejších zvířat.

Podmínky musely být náročné. Nejen kvůli počasí, ale i odloučení, omezení společenských kontaktů…

Mně se to popravdě velmi líbilo. Byl to obrovský psychický relax, který jsem během svého života jindy nezažila. Neuvěřitelné uvolnění mozku. Původně jsem do Antarktidy ani nechtěla, musím přiznat, že bytostně nesnáším zimu. S výzkumem antimikrobiálních látek jsem si ale řekla: teď, nebo nikdy. A hned po návratu jsem měla chuť jet znovu.

Byl to jiný styl práce. Při své akademicko-vědecké činnosti dělám denně obrovské množství činností, které vypadají, že spolu ani nesouvisí, a ve výsledku z toho všeho už kolikrát ani nevím, jak se jmenuji. V Antarktidě jsem měla fakticky jediný úkol: jít do terénu, přežít, přinést vzorek, zpracovat ho a večer si třeba něco přečíst. Je to velmi zjednodušená varianta života a je vážně příjemné si tím jednou za čas projít. Konečně jsem se tam po dlouhé době pořádně vyspala.

To bylo v roce 2019 na Mendelově polární stanici. Tehdy jste ještě studovala na Masarykově univerzitě. Od té doby pracujete na výzkumu?

To úplně ne. Dva roky jsem se tomu nemohla věnovat. Po návratu z expedice mi bohužel nebylo umožněno ve výzkumu pokračovat přímo na univerzitě, rozhodla jsem se tedy odejít jinam a až na univerzitě ve Vídni mi umožnili v polárním výzkumu pokračovat.

Najít vaši cílovou molekulu nezabere tolik času, ale následný výzkum trvá dlouho. Stále jsme v bodě, kdy máme mikroorganismy, o kterých víme, že jsou superproducenti látek. U jedné látky jsme si stoprocentně jistí, že je velmi účinná proti multirezistentním patogenům.

Dostat se ale k čisté molekule a zjistit, jak funguje, potrvá ještě dlouho, což je největší problém.

I když volíte jiný přístup, nemáte obavu, že případný lék přestane být účinný ještě před ukončením testů? To je hlavní důvod, proč se za 30 let neobjevilo na trhu nové antibiotikum, bakterie se mu rychle přizpůsobily.

Čas půjde vždycky proti mně, to je něco, s čím se musí počítat. Není to tak, že bychom ve vědě nenacházeli nová antibiotika. Nacházíme, ale málokdy projdou do klinického použití, protože jsou toxická pro člověka, nebo fungují jen v obrovských koncentracích, kterých neumíme v těle pacienta dosáhnout.

Může se stát, že obě naše molekuly, které teď vytáhneme, budou nevhodné, takže se je pokusíme upravit. To je ale riziko, které musí každý vědec podstoupit. Pokud nebudeme hledat, nic nenajdeme, což je problém, který zde byl několik desítek let. Nikdo nehledal - a kvůli tomu jsme v situaci, kdy máme v klinickém testování jediné nové antibiotikum ze zcela nové třídy s úplně novým mechanismem účinku. Tím to končí.

Často zaznívá, že brzy přestanou současná antibiotika fungovat a lidé budou umírat i na běžné bakteriální infekce. Co znamená „brzy“?

Globálně jsme měli v roce 2019 asi jeden milion případů infekcí, které zabíjely, a dalších pět milionů, které souvisely s rezistentními mikroorganismy. Předpokládá se, že v následujících asi 20 letech to bude 10 milionů smrtelných infekcí, což je strašný skok.

A když si propočítáme, kolik lidí z toho by zemřelo, tak se budeme s takovými případy častěji setkávat i ve svém okolí. Hrozí, že každý budeme znát někoho, kdo zemřel, protože měl infekci způsobenou rezistentním patogenem, a to je problém. Každý stát je na tom trochu jinak, ale globálně se situace zhoršuje.

Hodně se mluví o nadužívání antibiotik. To ale není jediný problém, do těla se nám dostávají zbytky antibiotik i přes živočišné potraviny, vodu… Máme šanci rozšíření rezistence ovlivnit?

Tam, kde už rezistence vznikla, se podle mě bude šířit dál. Myslím, že jediné zpomalení je možné přes antibiotika, která by se měla předepisovat jen v nejtěžších případech, u hospitalizovaných pacientů, kde už nemáme jinou možnost. Čím méně ho budeme předepisovat, tím méně se bude rezistence šířit a vznikat. To, co je rozšířené mezi lidmi a po nemocnicích, to už asi nezastavíme.

Jako pacienti bychom rozhodně měli brát antibiotika tak, jak jsou předepsaná. Velmi často se to neděje a je to problém na straně nás běžných uživatelů. Problém je ale i u některých lékařů, kteří antibiotika předepisují i v případech, kdy na bakteriální infekci nebudou fungovat, a oslabují zbytečně pacienta. Používaní antibiotik v chovech zvířat je další samostatnou kapitolou.

Co tady obrovsky chybí, je také podpora vědy a výzkumu. Sice je na univerzitách pár odvážlivců, kteří se vývoji nových léků věnují, ale v momentě, kdy mají produkt, tak je těžké dostat ho k firmě, která drahé testy zaplatí.

Pokud půjde vše dobře, kdy by se mohly vaše dvě molekuly začít testovat jako nový typ léku?

Doba od objevení antibiotika až po jeho uvedení na trh se odhaduje na 12 let. Umím si představit, že by se to dalo zkrátit na osm až 10 let podle toho, jak se látka bude chovat. Antibiotikum teixobactin, které se jako jediné nově testuje, objevili v roce 2015. Už je ve finální fázi preklinických testů, což mi přijde poměrně rychlé. Získali ho z bakterie, kterou také vykultivovali přímo v půdě, a pak ji přenesli do laboratoře.

Průměr je sice kolem 10 let, ale může se v nějaké fázi stát, že to nebude v lidském organismu účinné, nebo jednoduše vhodné pro léčbu. Pokud ale za vašeho života vzejde z výzkumu aspoň jedna látka, která se k pacientům dostane, tak je to vítězství.