Naše reakce umožní zkoumat biomolekuly v živých organismech

Máte namířeno na ETH v Zürichu, jednu z nejprestižnějších univerzit na světě. Co vás, když se ohlédnete zpět, nejvíce formovalo ve vaší kariéře úspěšného mladého vědce?
Nejvíce mě formoval sport, a to ještě v době, kdy jsem ani netušil, že budu jednou dělat vědu. Od mládí jsem se věnoval závodní cyklistice. Sport má s vědou hodně společného. Je to stejně jako věda velmi kompetitivní prostředí. Sport mě naučil se snadno nevzdávat: když se něco nepovede, nezboří se svět. Vždycky existuje druhá šance. Zároveň mě naučil tvrdě na sobě pracovat. Pokud nemáte ve sportu natrénováno, v závodě se vám to vymstí. Ve vědě je to úplně stejné – pokud nestudujete literaturu, neuděláte práci v laborce, s velkou pravděpodobností se vysněné výsledky nedostaví. Proto si myslím, že mě nejvíce formovala výchova od trenérů cyklistiky na gymnáziu. Chtěli jsme něčeho dosáhnout. A šlo hlavně o přístup, který jsme se naučili zaujímat. Z mých bývalých týmových kolegů se dnes většina cyklistikou neživí, ale všichni jsou ve svých kariérách velmi úspěšní.

V cyklistice jste se dostal velmi vysoko. Vyhrál jste mistrovství republiky v silničním závodě jednotlivců a tři roky jste ČR v cyklistice reprezentoval. V jakém okamžiku do vašeho života vstoupila chemie?
V jeden moment jsem se musel rozhodnout, zda budu pokračovat jako profesionální cyklista, anebo zda zkusím něco jiného. V té době byl trénink opravdu hodně náročný. Rozhodl jsem se, že půjdu studovat. S chemií jsem neměl nic společného až do vysoké školy, vlastně jsem k ní přišel úplnou náhodou.

Vážně?
Ano, opravdu jsem si dlouhou dobu myslel, že se budu živit jako profesionální cyklista. Když jsem nastoupil na vysokou školu, s chemií jsem neměl téměř žádné zkušeností. Líbila se mi biologie, a tak jsem nastoupil na Univerzitu Palackého v Olomouci, kde ji vyučovali v kombinaci s chemií. Nakonec mě ale právě chemie začala tak moc fascinovat, že jsem u ní zůstal. Dříve jsme trénovali 4-6 hodin denně, a já jsem najednou přestal jezdit na kole a veškerý čas, který jsem dříve věnoval tréninkům, jsem dal do učení, abych vše dohnal. Hlavně první dva ročníky pro mě byly extrémně náročné. Na druhou stranu jsem kvitoval to, že jsem se mohl vše naučit od úplných základů.

Kdy tedy přišlo prozření, že budete dělat chemii?
Po bakaláři jsem přecházel už na organickou chemii. Dostal jsem se do příjemného kolektivu na Katedře organické chemie v Olomouci a práce v organické laboratoři mě hodně bavila. Pak už bylo jasné, že ji chci dělat. Po absolvování studií v Olomouci, jsem začal doktorát na ÚOCHB v Praze ve skupině dr. Petra Beiera. Zabývali jsme se vývojem nových organických reakcí vedoucích k fluorovaným sloučeninám, které by byly využitelné například u nových léčiv.

Stipendium Nadace Experientia jste získal díky svému projektu vývoje nových bioorthogonálních reakcí, co je vaším cílem?
Naším cílem je vyvinout vysoce účinné bioorthogonální reakce, které by umožnily studovat biomolekuly jako cukry nebo proteiny v jejich přirozeném prostředí, tedy v buňkách nebo ideálně přímo v živých organismech. Bioorthogonální reakce probíhají v živých systémech bez toho, aby narušily biochemické procesy. Takových reakcí je ovšem jen omezený počet a vývoj nových bioorthogonálních reakcí je značně komplikován přesně definovanými reakčními podmínkami jako jsou fyziologická teplota a pH, vodné prostředí nebo přítomnost mnoha reaktivních funkčních skupin. V tomto projektu budeme využívat maskovaných prekurzorů 1,3-dipólů, které pomocí světla cíleně převedeme na reaktivní 1,3-dipóly. Ty budou reagovat s isonitrily jakožto malými a ve fyziologickém prostředí stabilními reagenty.

V čem bude vaše reakce unikátní?
Vyvinout účinnou bioorthogonální reakci je samo o sobě dost velká výzva. Když pracujeme ve zkumavkách, můžeme měnit rozpouštědlo, teplotu, pH, ale v živých organismech jsou podmínky předem dané. Nejtěžší na tom je vyvinout reakci, které nebudou vadit tyto definované podmínky a budou dostatečně účinné. Tou zřejmě největší výhodou námi vyvíjené bioorthogonální reakce jsou právě isonitrily, které jsou velmi malé, tzn. že pokud se zabudují do nějaké biomolekuly, je velmi pravděpodobné, že její přirozená funkce zůstane zachována. Přitom díky nim můžeme biomolekulu selektivně označit nebo modifikovat. Chceme vyvinout metodu, kterou budou moct používat nejen chemici, ale i biologové a další vědci.

Je pro vás potenciální aplikace důležitá?
Ano, vědec musí mít nějakou dlouhodobou vizi. Snažím se dívat kolem sebe a přemýšlet nad tím, v čem by mohl být projekt základního výzkumu, na kterém zrovna pracuji, využitelný. To je asi moje nejsilnější stránka.  Proto i v tomto případě jsem hledal téma, ve kterém budu moct využít své znalosti z organické chemie a zároveň se naučit něco nového, co by mohlo vést k vědeckým objevům se širokým spektrem aplikací. A to tento projekt splňuje. Pokud reakci uděláme přímo v buňkách nebo živém organismu, uvidíme, co se s biomolekulami děje v jejich přirozeném prostředí. Může to přispět k pochopení mechanismu nějaké nemoci a na základě toho se bude moci vyvinout léčba. Další uplatnění může být selektivní doprava léčiv, tzv. click and release. To jsou uplatnění, která by se mi samozřejmě líbila, i když jsou ještě hodně daleko, protože věda často nefunguje tak, jak ji vysníme.

Jakým způsobem budete zkoumat cukry nebo proteiny v živých organismech?
Nejprve budeme hledat reakci, která by mohla v živých organismech fungovat. Začneme ve zkumavkách a budeme se snažit imitovat prostředí buněk, tzn. budeme reakci provádět ve vodě. Poté budeme reakci provádět v přítomnosti funkčních skupin, které se v organismech vyskytují. Jakmile to bude fungovat, použijeme tkáňové kultury, obsahující biomolekuly se zabudovanou isonitrilovou funkční skupinou. Následně použijeme činidlo, zasvítíme na dané místo a necháme proběhnout reakci. Pokud bude dostatečně účinná, chtěli bychom ji vyzkoušet na živých organismech, například na zebrafish, nebo na jiných modelových organismech. Na tom bych rád jednou spolupracoval se svojí přítelkyní, vývojovou bioložkou, která se zabývá právě modelovými organismy.

Projekt budete řešit na ETH ve skupině prof. Helmy Wennemers. Jak padla volba právě na ETH a tuto výzkumnou skupinu?
S prof. Wennemers jsem se potkal před dvěma lety při její návštěvě na ÚOCHB v Praze. Měli jsme jedinečnou možnost se poznat při společném obědě a diskutovat jak o profesních, tak osobních věcech. Už tehdy jsem uvažoval, že by právě skupina prof. Wennemers byla ideální volbou pro mou další vědeckou kariéru. ETH v Zürichu je zároveň jednou z nejprestižnějších univerzit s dlouholetou tradicí a řadou světově uznávaných vědců. Chtěl jsem také zůstat v Evropě, abych nebyl daleko od svých blízkých.

Co byste se chtěl na stáži naučit?
Od prof. Wennemers bych se chtěl naučit, jak zdokonalit mé manažerské dovednosti. Chci se naučit, jak efektivně vést vědeckou skupinu, a přitom si udržet vysoký vědecký standard. Z procesu sepisování projektu i z přijímacího pohovoru jsem pochopil, že má opravdu velký tah na branku. Když viděla můj původní projekt, řekla, že je to skvělý nápad, ale projekt není tak dobře napsaný, jak by mohl být, odkázala mě na svého postdoktoranda a s tím jsem následně projekt ladil. Byla to pro mě opravdu velká škola. Naučilo mě to, že při psaní projektu je třeba hledat alternativy. Ve skupině prof. Wennemers pracuje mnoho talentovaných mladých vědců, od kterých se toho budu mít určitě hodně co přiučit.

Co pro vás kariérně, ale i čistě lidsky znamená, že jste získal stipendium Nadace Experientia?
Stipendium od Nadace Experientia pro mě znamená jedinečnou příležitost pokračovat v mé vědecké kariéře na projektu, který jsem navrhl a ve skupině, kterou jsem si vyhlédl již během mého Ph.D. studia. Zároveň je to pro mě velká zodpovědnost dobře reprezentovat českou vědu a Nadaci Experientia na jedné z nejprestižnějších univerzit v Evropě. Jsem moc rád, že jsem se mohl stát držitelem stipendia u nadace s tak jedinečným příběhem jako má právě Nadace Experientia.

Stáž začínáte už v září 2021 – na co se nejvíc těšíte?
Nejvíce se těším, až se osobně potkám s novými kolegy, se kterými už několik měsíců diskutujeme naše nápady, co vše bychom chtěli vyzkoušet. Ta skupina je navíc hodně sportovně založená, takže se těším i společný sport.

Budete v Zürichu jezdit na kole?
Ano, kolo si s sebou beru. Ale rád si čistím hlavu i během a v poslední době mě také hodně chytlo chození po horách.