Sdílet
5. října 2016
Biolog Pavel Plevka se zabývá studium struktury virů, kromě toho ale zkoumá také způsoby, jak viry pronikají do buněk a jak se v infikovaných buňkách tvoří nové. „Buňky jsou poměrně složité a sledovat, jak se mění pod vlivem virové infekce, je velmi náročné. Abychom se zdokonalili v hodnocení změn, chceme nejdříve pracovat s bakteriemi, které jsou jednodušší. Studujeme tedy mimo jiné to, jak jsou buňky zlatého stafylokoka infikovány bakteriofágy, tedy bakteriálními viry,“ doplňuje biolog.
Bakteriofágy lze využít k léčbě nemocí vyvolaných bakteriemi. „Byly objeveny dřív než antibiotika, ale od jejich využití se právě kvůli objevu antibiotik upustilo. Rostoucí odolnost bakterií však znamená, že se věda vrací zpět k bakteriofágům,“ podotýká Plevka.
Ke studiu si vybral bakteriofága napadajícího zlatého stafylokoka, nejen proto, že u této bakterie je rezistence vůči antibiotikům velmi častá, ale také z toho důvodu, že tento baktriofág má komplexní strukturu a dá se na něm tedy velmi dobře studovat proces infikování bakterií.
Výzkumný tým už v tomto směru zaznamenal první úspěch. V časopise PNAS vydávaném americkou národní akademií věd vyšel brněnským strukturním biologům popis toho, jak bakteriofág proniká do bakteriální buňky.
„V článku popisujeme strukturní změny bakteriofága, které jsou nezbytné proto, aby mohl proniknout do buňky. Fág je vlastně molekulární stroj, v němž dochází k řadě pohybů, které mu nakonec umožní doručit do bakteriální buňky svou genetickou informaci,“ říká Plevka.
Stejně jako jiné viry, potřebuje dostat do bakteriální buňky vlastní DNA, aby se v ní mohl dál množit. Musí tedy především narušit povrch buňky. „Náš bakteriofág se skládá z hlavičky a bičíku. Bičík si můžete představit jako dvě soustředné trubičky, z nichž ta vnější má schopnost se zkrátit. Fág se naváže na buněčnou stěnu koncem bičíku, vnější trubička se zkrátí a vnitřní trubička se podobně jako injekční jehla zapíchne do buňky,“ popisuje proces infikace biolog. Fág si však ještě musí ověřit, že skutečně pronikl přes buněčnou stěnu, nastávají proto další strukturní změny v krčku, kde se bičík připojuje k hlavičce, což nakonec vede k uvolnění DNA.
Přijít na mechanismus průniku viru do bakterie ale není nic jednoduchého. Vědci v CEITECu sice mají k dispozici nejmodernější zařízení pro studium struktury živých organismů, ale jejich mikroskopy umí jen dvojrozměrné zobrazení. „Abychom popsali strukturu bakteriofágu a její změny, museli jsme udělat série mnoha tisíc snímků fágů v různých momentech průniku do buňky a zpětně pak dopočítat jeho trojrozměrnou strukturu v těchto odlišných fázích,“ vysvětluje Plevka s tím, že na to potřebovali stovky tisíc výpočetních hodit, které mají díky národnímu superpočítačovému centru IT4Innovations.
Způsob pronikání bakteriofága do buněk zlatého stafylokoka popsali vědci zatím jen na samotném fágu, který přinutili ke strukturním změnám za pomoci osmotického šoku, kdy měnili koncentraci iontů v roztoku, v němž se bakteriofág nacházel. Rádi by teď pokračovali ve studiu toho, jak fág přímo interaguje s buňkou a co v ní dál děje.
Strukturní virologové v CEITECu MU se věnují základnímu výzkumu a nestudují přímo možné využití bakteriofágů. Jejich práce však může pomoci jiným vědcům ve studiu toho, zda a jak by bylo možné je využít v boji proti bakteriálním infekcím.