Molekulárny biológ JÁN JAMROŠKOVIČ z Ústavu molekulárnej biológie SAV sa spolu s medzinárodným vedeckým tímom podieľal na objave nového mechanizmu, ktorý dokáže pomocou svetla cielene ničiť rakovinové bunky. Molekula DBI-POE neobsahuje ťažké kovy a pôsobí len v osvietenej oblasti, čo otvára cestu k šetrnejšej a účinnejšej liečbe nádorov.
Spolu s kolegyňou z Ústavu molekulárnej biológie SAV Mariou V. Cottini ste spoluautormi novej medzinárodnej štúdie, ktorá prichádza s inovatívnym mechanizmom poškodzovania rakovinových buniek v rámci fotodynamickej terapie. Ako funguje fotodynamická terapia a v čom je vaša metóda výnimočná oproti klasickej?
Fotodynamická terapia sa používa v estetickej medicíne aj v onkológii na liečbu rakoviny kože a podobných ľahko dostupných miest. Pacientom sa podáva neaktívna chemická látka, napríklad vo forme krému, ktorá sa musí vstrebať do časti, kde sa nádor nachádza. Pôsobenie tejto látky sa aktivuje určitým typom svetla, napríklad červeným, pretože práve to lepšie preniká do pokožky. Elektróny sa počas tohto procesu nabijú fotónmi a začnú vytvárať reaktívne formy kyslíka. Tým, že sú veľmi reaktívne, reagujú s okolím – napríklad s proteínmi alebo DNA. To je signál pre bunku, aby došlo k jej zničeniu.
My cielime na určitý typ DNA štruktúr. Naša látka je schopná rozoznávať časti DNA, ktoré sa zhlukujú do uzlíkov a ktoré predstavujú určité špecifické časti so špecifickou sekvenciou. Množstvo týchto uzlíkov v rakovinovej bunke býva vyššie ako v zdravej bunke. Tak je tam viac miest, kde sa táto látka dokáže naviazať, aj keď je stále neaktívna. Následne ju aktivujeme svetlom, čo je signál pre procesy, ktoré spôsobia bunkovú smrť.
Mechanizmus je teda iný v tom, že kým doterajšie metódy nemali presný cieľ a zničili celú časť, kam bola aplikovaná účinná látka a na ktorú pôsobilo svetlo, naša metóda je cielená a rozoznáva konkrétne rakovinové DNA štruktúry a len tie sú zničené.
„Naša metóda je cielená a rozoznáva konkrétne rakovinové DNA štruktúry a len tie sú zničené.“
Vaša metóda je teda šetrnejšia oproti ostatným, doteraz známym metódam fotodynamickej terapie?
Mala by byť. Ale zatiaľ to nevieme povedať s úplnou istotou, pretože ešte nepracujeme s pacientmi. Náš výskum sa ešte stále odohráva v Petriho miskách. To, čo sa stane so zasiahnutou DNA, sme doteraz testovali len na bunkových kultúrach in vitro v skúmavke.
Na druhej strane, mnohé z látok, ktoré sa dnes používajú, obsahujú ťažké kovy s cieľom zvýšenia toxicity účinnej látky. To znamená, že v zasiahnutej oblasti dochádza k poškodeniu kyslíkom plus poškodeniu ťažkými kovmi. Trendom je vyvarovať sa ťažkých kovov, aby sa dala látka aplikovať aj na hlbšie nádory. Taká látka musí byť schopná ešte viac absorbovať červené svetlo.
Naša látka síce tieto ťažké kovy nevyužíva, no napriek tomu s našou molekulou ešte nezachraňujeme svet. Zatiaľ len dokážeme opísať mechanizmus, ako by takáto nová metóda mohla fungovať.
Základný výskum môže prebiehať roky. Ako dlho trvalo, kým ste objavili molekulu DBI-POE, a ako bude výskum pokračovať ďalej?
Na výskume sa podieľali vedci a vedkyne zo Slovenska, Poľska, Francúzska a Španielska. Každý tím pracoval na istej časti výskumu. Napríklad taliansky kolega, ktorý pôsobí v Poľsku a je zároveň koordinátorom celého projektu, skúma optické vlastnosti rôznych liečiv a molekúl a tiež spôsoby, ako ich aktivovať, už niekoľko rokov. Práve on nás poprosil, aby sme sa do projektu zapojili.
Ide teda o multidisciplinárny výskum, do ktorého sú zapojení organickí chemici z Francúzska, ktorí látky syntetizujú, v Poľsku sa merali spomínané optické vlastnosti – aké svetlo použiť, aký typ reaktívneho kyslíka tam vzniká, aká je stabilita použitej látky a jej interakcie s DNA. Španielske laboratórium sa zameralo na počítačové simulácie DNA – kde sa viaže daná látka a čo sa s ňou následne stane.
Práve oni namodelovali presne to isté, čo sme my v konečnom dôsledku experimentálne namerali a potvrdili, pretože všetky biochemické experimenty robilo naše laboratórium na Slovensku. Naše merania trvali približne rok a v lete tohto roku sme publikovali článok v časopise Nanoscale Horizons (prestížny vedecký časopis zameraný na nanovedy a nanotechnológie, pozn. red.).
Spomínaní organickí chemici na výskume pokračujú, momentálne molekulu ešte vylepšujú a menia na nej isté vlastnosti. Je tu teda ambícia posunúť výskum ďalej. Kým sa však liečba dostane z laboratória k pacientovi, trvá to roky. Niekedy aj desiatky rokov. Samozrejme, aj počas covidu sme videli, že ak je niečo nutnosť, je to možné aj za oveľa kratší čas. Za normálnych okolností to však trvá veľmi, veľmi dlho.
Onkologické ochorenia patria medzi najrozšírenejšie zdravotné problémy…
Áno a vo výskume sa aj ide všetkými možnými smermi pri rôznych typoch nádorov. Naša metóda je však zatiaľ limitovaná na povrchové nádory, ktoré sú ľahko dostupné svetlom. Fotodynamická terapia však má svoje využitie aj v estetickej medicíne, takže trh určite existuje.
Teraz sa látka testuje na rakovinových bunkách, ďalšou fázou sú testy na myšiach a komplikovanejších organizmoch, až potom prichádzajú klinické testy. Napríklad pri molekule, ktorá sa používa pri určitých typoch nádorov a tiež rozoznáva tieto štruktúry, resp. uzlíky na DNA, ale nie je aktivovaná svetlom – trvalo dlhých 30 rokov, kým sa dostala z laboratórneho stola cez všetky klinické štúdie až k pacientovi. Je za tým jednoducho veľa praktických vecí, ktoré treba vyriešiť.
V každom prípade, čím viac rôznych liečiv máme k dispozícii, tým je to lepšie. Pretože každé liečivo alebo každá látka môžu byť použité na iný typ nádoru, v inej fáze ochorenia a môžu sa kombinovať s inými liekmi.
Pracujete v oblasti syntetickej mikrobiológie a prv než ste sa začali venovať DNA štruktúram vo výskume rakoviny, vašou témou boli baktérie. K tejto téme ste sa po návrate na Slovensko opäť vrátili a momentálne sa zameriavate na využitie DNA štruktúr v genetickom inžinierstve baktérií. O aký výskum ide?
Na Ústave molekulárnej biológie SAV som počas PhD. štúdia pracoval na bakteriálnom delení, čiže na proteínoch, ktoré rozoznávajú stred bunky a určujú, kde presne sa má baktéria rozdeliť na polovicu. Neskôr som sa vo Švédsku venoval DNA štruktúram, kde sme osem rokov pracovali na nových liečivách určených na liečbu rakoviny, ktoré rozoznávajú tieto štruktúry.
Momentálne som sa vrátil späť k baktériám a skúmame DNA štruktúry v baktériách. Ide o absolútne nepreskúmanú časť svetového výskumu. Vďaka podpore z programu IMPULZ som založil laboratórium syntetickej mikrobiológie, kde skladáme kúsky DNA dokopy s cieľom, aby to malo nejakú pridanú hodnotu pre danú bunku, čo sa dá následne využiť v genetickom inžinierstve.
Ako napríklad?
Tieto baktérie sa používajú v produkcii enzýmov a proteínov. Existuje celý priemysel, ktorý využíva tento typ baktérií. Hlavným cieľom je, aby bola produkcia čo najvyššia. A my sa snažíme baktérie takto nadizajnovať. Všetky vitamíny, proteíny aj výživové doplnky, ktoré vznikajú biologickou syntézou – to všetko sa musí niekde produkovať. Väčšinou ich vyrába nejaký mikroorganizmus v obrovských fermentoroch. Ich výroba by sa dala zefektívniť a my hľadáme tieto efektívnejšie procesy.
Váš súčasný projekt sa koná v súlade s pravidlami bioekonómie, ktorá stavia na udržateľnosti. Ako sa to prejavuje v praxi?
Vieme napríklad s nižšími nákladmi vyrábať viac, efektívnejšie a šetrnejšie. Čisto hypoteticky nebudeme musieť napríklad použiť pri výrobe takú vysokú teplotu, takže náklady sa znížia. Alebo dokážeme pri menšom objeme vyrobiť rovnaké množstvo, takže produkcia sa opäť zvýši. Bioekonómia teda využíva mikroorganizmy v priemysle na výrobu rôznych produktov efektívnejším spôsobom.
V čom vidíte najväčšiu výhodu „biologickej“ výroby v porovnaní s klasickými chemickými procesmi?
Baktérie a mikroorganizmy vedia niektoré veci vyrobiť efektívnejšie, pretože disponujú istými biochemickými kaskádami, ktoré v nich prebiehajú. Napríklad v istých prípadoch by bol výsledný produkt chemickej syntézy extrémne nákladný, pričom tu stačí „nakŕmiť“ baktérie, aby mohli rásť a mohli sme si ich namnožiť. Baktériu totiž vieme zmeniť tak, aby to vedela robiť lepšie.
Ako dokážete takúto baktériu „nakŕmiť“, resp. čo všetko musíte „naučiť“ baktérie, aby vedeli lepšie produkovať látky ako vitamíny, liečivá či iné biologicky cenné molekuly?
Pracujeme s baktériou Bacillus subtilis, ktorá sa využíva v priemysle aj vo výskume už asi viac ako 60 rokov. Jej výhodou je, že dokáže veľmi dobre vyrábať proteíny. Sekretuje ich von z bunky a následne sa dajú tieto proteíny z média ľahko oddeliť. Preto sa používajú v priemysle pri výrobe rôznych vitamínov, proteínov a enzýmov. Aj keď sú za tým desiatky rokov výskumu, stále to dokážeme zlepšovať. A zlepšíme to napríklad tým, že si nadizajnujeme DNA spôsobom, aby bola jej sekvencia taká, akú chceme, a aby sme baktériu donútili robiť to, čo chceme.
Aj tu sa ukazuje dôležitosť základného výskumu. Lebo práve ten otvára nové možnosti. Množstvo projektov v základnom výskume nemá praktické využitie, ale prináša nové zistenia. Ak jeden zo sto projektov nájde aplikačné využitie, vráti sa späť investícia aj za všetky ostatné pokusy. Počiatočná investícia do základného výskumu však musí byť skutočne široká.
Jedným z pravidiel programu IMPULZ, v rámci ktorého máte možnosť päť rokov pracovať na svojom výskume, je podanie žiadosti aj o iný európsky grant. Uchádzali ste sa o ERC grant, prípadne to plánujete?
Áno, práve na tom pracujem, podávam si žiadosť na ERC Consolidator Grant. Chcel by som na Slovensku zostať, takže verím, že sa mi podarí získať ho. Keď som už niečo začal, chcel by som to rozvíjať ďalej.
Mgr. JÁN JAMROŠKOVIČ, PhD.
Pracuje na oddelení mikrobiálnej genetiky na Ústave molekulárnej biológie SAV. Študoval genetiku na Univerzite Komenského v Bratislave, doktorát získal v odbore molekulárna biológia, neskôr pracoval v laboratóriu environmentálnej mikrobiológie na EPFL v Lausanne vo Švajčiarsku a na Umeå University vo Švédsku. Skúmal funkcie a biológiu DNA štruktúr a podieľal sa na vývoji experimentálnych látok cielených na DNA štruktúry v rakovinových bunkách. Práca výskumného tímu viedla k medzinárodnému patentu na liečbu rakoviny. V roku 2023 získal prestížny grant IMPULZ a v súčasnosti sú jeho výskumné záujmy zamerané na DNA štruktúry v baktériách a ich implementáciu do genetického inžinierstva priemyselných baktérií.
Stanislava Longauerová
Foto: Martin Bystriansky
Časopis Akadémia 6/2025