RNA si predstavujeme len ako poslíčka, ktorý prenáša genetickú informáciu z DNA k proteínom. Jej úloha je však oveľa komplexnejšia. Molekula RNA dokáže meniť svoju štruktúru a reagovať na podmienky v bunke. O mapovaní štruktúry RNA a tiež o tom, aké možnosti môže tento výskum priniesť v medicíne, porozprávala molekulárna biologička IVANA BOROVSKÁ z Ústavu molekulárnej fyziológie a genetiky Centra biovied SAV, autorka publikácie v prestížnom časopise Nature Biotechnology.
Vedecká komunita prijala správu o vašej publikácii v Nature Biotechnology s veľkým uznaním. Ide o prestížny vedecký časopis, publikovať v ňom predstavuje skutočný úspech. Čo v praxi znamená, keď renomovaná vedecká platforma potvrdí kvalitu výskumu a publikuje ho na svojich stránkach?
Je to jednoznačne príjemný pocit, k tomu vo svojej práci smerujeme. Tak ako u chirurga je cieľom úspešná operácia, vo vede je to publikácia, ktorá prinesie niečo nové. Preto sa snažíme vytvárať projekty, ktoré nielen niečo rekapitulujú alebo opakujú, ale prinášajú novosť do danej vednej oblasti. Určite ma poteší, ak bude článok citovaný a naše poznatky niekto ďalej využije. Ide sa však ďalej a budem sa snažiť, aby som si udržala aj naďalej takúto kvalitu výskumu.
„Keď sme baktérie na istý čas ochladili, popri pôvodnej štruktúre sa objavila aj druhá.“
Venujete sa výskumu RNA. Tá by sa dala veľmi zjednodušene opísať ako poslíček, ktorý prenáša príkazy z DNA. Vy ste RNA skúmali nielen na úrovni pasívneho prenosu informácií, ale aj ako regulačný prvok, ktorý dokáže vyhodnotiť situáciu v bunke.
Už v minulosti sa hlbším skúmaním zistilo, že RNA má v bunke mnoho rôznych funkcií. Napríklad ak sa štruktúra RNA nejakým spôsobom preformuje, spustí sa tvorba proteínu, ktorý zohráva dôležitú úlohu pri stresových podmienkach. Určité sekvenčné motívy sú teda bez stresovej situácie akoby zablokované, zakryté v danej štruktúre, a vďaka vonkajšiemu stimulu sa odkryjú a následne sa spustí tvorba proteínu.
Hlavným výstupom nášho článku bolo, že sme vďaka mapovaniu štruktúr RNA navrhli nástroj, prostredníctvom ktorého je možné tieto funkčné štrukturálne motívy jednoduchšie identifikovať. Keď sme napríklad baktérie na istý čas ochladili, popri pôvodnej štruktúre sa objavila aj druhá. Práve tá uvoľnila dôležité sekvenčné motívy, čo následne umožnilo ich rozpoznanie a viedlo k syntéze proteínu. Jedným takto regulovaným proteínom je enzým LpxP, ktorý ovplyvňuje vlastnosti bunkovej steny baktérií a tie sa tak stávajú odolnejšie voči chladu.
Čoraz viac a viac ide do popredia aj výskum rôznych regulačných RNA molekúl, ako sú krátke miRNA alebo dlhé nekódujúce ncRNAs. Ešte sa úplne presne nevie, akú majú funkciu, ale sú súčasťou bunky a nie sú tam pravdepodobne úplne zbytočne. RNA teda nie je iba nositeľom informácie, ale v bunke sú aj iné molekuly RNA, ktoré regulujú niektoré procesy. Je teda ešte čo zisťovať.
„Je to ako fotografia – máme informáciu o presnom momente, pretože pridaním činidla sa úplne zastavia procesy v bunke.“
V čom je iný prístup mapovania RNA v živých bunkách ako skúmanie molekúl v izolovaných podmienkach?
Keď sa vyvíjajú mapovacie metodiky alebo analýzy, najprv sa siaha po in vitro systéme – skúmavke –, kde to vieme ovplyvňovať. Vieme tam síce zabezpečiť podobné iónové zastúpenie ako v živej bunke, no RNA štruktúru v bunke ovplyvňuje množstvo ďalších faktorov, ako napríklad prítomnosť proteínov, ktoré sa na RNA môžu naviazať, alebo rýchlosť, akou je RNA syntetizovaná. Takže ak chceme ísť ďalej a hľadať konkrétne funkčné RNA štruktúry, je lepšie pracovať so živými bunkami, pretože in vitro systém nie vždy odráža realitu v bunke.
Čo sa teda týka samého mapovania – technicky v oboch prípadoch nie je veľký rozdiel. Do bunky pridáme činidlá, vyizolujeme RNA a ďalej to spracovávame. Rozdiel je v interpretácii dát. Preto zvyčajne pracujeme in vitro a aj v živých bunkách a následne porovnávame výsledky. Ak sa nájdu rozdiely, snažíme sa prísť na to, čo sa mohlo v bunke udiať.
Výhoda mapovacieho systému je v tom, že keď činidlo prejde do bunky, dokáže zmodifikovať RNA v reálnom čase – teda v podmienkach, v akých sa RNA práve nachádza. Je to ako fotografia – máme informáciu o presnom momente, pretože pridaním činidla sa úplne zastavia procesy v bunke.
Sledovali ste sekundárne štruktúry RNA v baktérii E. coli a v ľudských bunkách. Objavili ste medzi nimi spoločné princípy alebo mechanizmy, ktoré naznačujú, že RNA funguje podľa podobných pravidiel bez ohľadu na to, či ide o jednoduchý mikroorganizmus alebo o človeka?
Čo sa týka štruktúry, RNA v baktériách a u ľudí sú z chemického hľadiska rovnaké. Boli sme schopní mapovať celý repertoár štruktúr bakteriálnej RNA, keďže nejde o zložitý organizmus. Čo sa týka ľudských buniek, mapovanie RNA štruktúry by vyžadovalo obrovské množstvo dát, preto sme sa sústredili iba na začiatok kódujúcej RNA, ktorá má dôležitú regulačnú funkciu. Výsledky sa síce ťažko porovnávali, ale isté podobnosti tam boli, najmä čo sa týka ich vlastností.
Pri podobných analýzach RNA štruktúr sa doteraz vychádzalo z toho, že výsledok predstavuje jednu štruktúru. Až následným skúmaním sa zistilo, že konkrétna RNA môže mať viacero štruktúr a my vidíme touto analýzou len akýsi priemer. Práve nástroj, ktorý sme použili, nám umožnil identifikovať jednotlivé RNA konformácie a dokonca vypočítať, v akom približnom percentuálnom zastúpení sa v bunke nachádzajú.
Aj toto bol teda jeden z dôležitých výstupov nášho výskumu – že sme boli schopní súbor sekundárnych štruktúr namapovať, rozdeliť a rôznymi vonkajšími zásahmi sme už len sledovali následné zmeny. Napríklad konkrétna RNA oblasť mala pri 37 stupňoch a štandardných podmienkach dve štruktúry, resp. konformácie, a keď sme baktérie teplotne stresovali zmenou podmienok na 10 stupňov, zastúpenie RNA štruktúr sa zmenilo a videli sme už len jednu z nich.
Chemické zloženie RNA je teda v baktériách rovnaké ako v ľudských bunkách, ale to, ako regulujú následné procesy v bunkách, to definitívne nie je možné porovnávať, pretože človek je oveľa zložitejší organizmus a naše bunkové procesy sú oveľa viac závislé od prítomnosti ďalších regulačných proteínov než baktérie.
Verejnosť vždy veľmi zaujíma, v akých oblastiach môže mať daný výskum v budúcnosti využitie v praxi. Čo je najväčšou zmenou, ktorú váš objav prináša napríklad do diagnostiky alebo liečby rôznych ochorení?
Navrhli sme postup, akým môžeme identifikovať funkčné RNA štruktúry, a tento výskum ide do popredia aj preto, že sa vo vedeckých sférach čoraz viac začína rozprávať o cielení RNA v rámci terapie. Aj laboratórium v holandskom Groningene, kde som na tomto aj iných výskumných projektoch pracovala, sa zameriavalo na výskum malých molekúl, z ktorých niektoré sa už používajú ako liečivá. Fungujú síce na základe iných mechanizmov, ale viažu sa na RNA. Samotný fakt, že sa na RNA viažu, však nestačí.
Aktuálne formy liečby sú často zamerané práve na funkčný proteín, ale v bunkách ich nemáme neobmedzené množstvo. Je tam však obrovský repertoár potenciálne funkčných RNA štruktúr, ktoré ešte ani my úplne nepoznáme. Cieľom terapie na úrovni RNA je práve identifikovať funkčné RNA štruktúry, ktoré sú pri ochorení narušené, a následne efektívne a hlavne špecificky napraviť poruchu a liečiť tak dané ochorenie.
Sekvencia RNA totiž predstavuje jednu úroveň, ale práve štruktúra môže byť to, čo rozlišuje daný motív, takže vyvinutá molekula – liečivo – nasadne na konkrétne miesto a nie inam, kde je možno sekvencia podobná, ale štrukturálny motív už tam nie je. Aplikácia teda možná je, ale ide stále o základný výskum a nejaká firma možno jedného dňa vyskúša tento náš nástroj.
Ako ste už spomínali, absolvovali ste vedecký pobyt na Univerzite v Groningene. Ako dnes vnímate túto skúsenosť?
Do Groningenu som sa dostala vďaka výskumnému pobytu cez agentúru SAIA. Po pol roku mi ponúkli vedeckú pracovnú pozíciu, takže napokon som ostala takmer dva roky. Keďže som tam nikoho veľmi nepoznala, práve z kolegov a kolegýň v laboratóriu sa stali moji priatelia. Šlo o medzinárodný tím, všetci sme tam prišli za vedou a vôbec nám neprekážalo byť spolu a pracovať aj počas víkendov. Aj na Slovensku, samozrejme, trávim veľa času v práci, ale je to už iné. Človek už musí vedieť skĺbiť prácu aj so súkromným životom.
„Tím v laboratóriu doktora Incarnata v Groningene bol skvelý. Šli sme vpred a vzájomne sme sa motivovali. Ale to isté mám aj tu.“
V Holandsku ste mali možnosť pracovať s technológiami, ktoré vám otvorili dvere k spomínanej publikácii. Ako vnímate možnosti, ktoré ponúkajú slovenské laboratóriá?
Často počuť, že v zahraničí sú lepšie podmienky než na Slovensku. Samozrejme, priniesla som si odtiaľ kopu poznatkov, ktoré tu aplikujem, ale čo sa týka odboru, v ktorom pracujem – všetko, čo som robila tam, viem robiť aj tu. Nijako ma to neobmedzuje.
Pre mňa osobne sú najdôležitejší ľudia, s ktorými pracujem. Tím v laboratóriu doktora Incarnata v Groningene bol skvelý. Šli sme vpred a vzájomne sme sa motivovali. Ale to isté mám aj tu. Vrátila som sa do laboratória doktorky Královičovej (Mgr. Jana Královičová, PhD., z Ústavu molekulárnej fyziológie a genetiky Centra biovied SAV, pozn. red.), kde som si robila aj PhD., a nevidím v tom zásadný rozdiel.
Niektoré veci možno šli rýchlejšie v Holandsku – napríklad sekvenátor sme mali hneď vo vedľajšej miestnosti, ale aj tu si dokážem rovnakým spôsobom pripraviť vzorku, len ju pošlem osekvenovať do nejakej firmy. Bola som tam tiež odbremenená od administratívy, ale možno to bolo aj tým, že som prišla len na určitý čas. Príležitosti sú tu však úplne rovnaké.
Je tiež dôležité, na akých projektoch človek robí, ale to je už na nás vedcoch a vedkyniach, my sami si ich kreujeme. V každom prípade to, čo som sa naučila, sa snažím aplikovať a mám tu na to všetky možnosti. Za dôležité považujem tiež kontakty. S mojím bývalým šéfom naďalej komunikujeme a budem veľmi rada, ak sa nám v budúcnosti podarí ďalšia spolupráca.
Na akom výskume pracujete v súčasnosti?
Venujeme sa základnému výskumu, ktorý je veľmi úzko spojený so štruktúrou RNA. Naše aktuálne projekty sa venujú Alu elementom, ktoré sú súčasťou nášho genómu. Niektoré ich funkcie už sú opísané, je však stále veľa toho, čo o nich nevieme. V našom genóme sú veľmi husto zastúpené a často sa môžu nachádzať aj v opačných orientáciách, vďaka čomu sa predpokladá, že spolu môžu interagovať. Práve takýto model momentálne skúmame, pretože sú často cieľom špecifických enzýmov, ktoré editujú RNA. Naším aktuálnym cieľom je bližšie pochopiť proces tohto konkrétneho typu RNA editácie a nájsť mechanizmy, vďaka ktorým to takto funguje.
Nedávno ste prednášali vyše piatim stovkám ôsmakov a ôsmačiek vďaka projektu Petržalská super škola. Ako vnímate podobné popularizačné podujatia?
Oslovili ma po mojom výstupe v Nature Biotechnology. Bola to moja prvá popularizačná aktivita a vzala som to ako osobnú výzvu. Spočiatku som bola celkom v strese, ako to dopadne, no napokon to bola skvelá skúsenosť. Žiaci a žiačky pozorne počúvali a dali mi toľko otázok, až ich museli stopnúť. Dúfam, že aspoň niečo si z prednášky odniesli a v niektorých z nich sa zažal aspoň malý záujem o vedu. Aj keby to boli len piati z nich, určite sa to oplatilo a ostatní sa aspoň uliali z vyučovania.
Ing. IVANA BOROVSKÁ, PhD.
Pôsobí ako vedecká pracovníčka na Ústave molekulárnej fyziológie a genetiky Centra biovied SAV. Venuje sa štúdiu štruktúry a regulačných funkcií RNA v bunkách. Zameriava sa na mapovanie RNA štruktúr priamo v živých bunkách a na mechanizmy, ktorými RNA ovplyvňuje génovú expresiu. Absolvovala vedecký pobyt na Univerzite v Groningene v Holandsku, kde sa podieľala na vývoji a aplikácii moderných metodík na analýzu RNA.
Stanislava Longauerová
Foto: Martin Bystriansky
Časopis Akadémia 2/2026