Přejít na hlavní obsah

Univerzita podpořila hraniční výzkum evoluce enzymů a regenerace zubů

Ve výzvě Grantové agentury Masarykovy univerzity uspěli Martin Marek a Jan Křivánek.

Martin Marek během přípravy vzorků v rámci krystalografického experimentu na kruhovém urychlovači částic (synchtrotronu) ve Villigenu.

Motivovat vysoce konkurenceschopné a také rizikové výzkumy má za cíl podpora interní Grantové agentury MU v kategorii H – Individuální projekty hraničního výzkumu. Od letošního roku mohou finance z tohoto grantu využívat Martin Marek z Přírodovědecké fakulty MU a Jan Křivánek z Lékařské fakulty MU.

V soutěži o grant, která se poprvé konala v roce 2017, uspějí projekty, které mají potenciál ovlivnit daný obor a prosadit se na mezinárodní úrovni. „U úspěšných navrhovatelů by měl být zřetelný potenciál uspět v soutěži o podporu Evropské výzkumné rady – ERC grant, nebo o podobně prestižní individuální granty,“ zdůraznil vedoucí odboru výzkumu Roman Badík.

U první výzvy se to podařilo, podporu z GAMU získali molekulární biolog Marek Mráz a historik umění Ivan Folleti. První z nich v minulém roce obdržel na výzkum chronické lymfocytární leukémie ERC Starting grant a druhý získal v hodnocení své žádosti o ERC nejvyšší známku A, ale kvůli nedostatku finančních prostředků podporu nezískal. O grant se tak uchází znovu.

Jak si povedou Martin Marek a Jan Křivánek, ukáže čas. Aktuálně teď oba získali podporu ve výši jeden milion korun ročně na dobu tří let.

Jan Křivánek z ústavu histologie a embryologie.

Jak ovlivnit přirozenou regeneraci zubů

První podpořený projekt je z oboru vývojové biologie. Jan Křivánek z ústavu histologie a embryologie bude studovat vývojové dráhy zubů s cílem nalézt nové přístupy k jejich přirozené obnově. Zaměří se na popis a ověření mechanismů, které organismy využívají k nahrazování poškozených tkání zubu, a ověří jejich použitelnost při cílené buněčné terapii v dentální regenerativní medicíně.

Hledání možností, jak ovlivnit přirozenou obnovu zubních tkání, předcházela několikaletá práce na charakterizaci rozdílných typů buněk v zubu, a to na genetické úrovni. Křivánek se zaměřil na studium genů, které určují osud buněk v rozdílných vývojových stádiích a jsou zodpovědné za tvorbu tvrdých zubních tkání, jako jsou odontoblasty vytvářející dentin nebo ameloblasty tvořící sklovinu.

Základem Křivánkovy práce byla charakterizace rozdílných typů buněk v zubu.

V posledních letech se pak výzkumník věnoval také výzkumu nikdy nekončícího růstu myších řezáků a objevil mechanismy, které udržují aktivní kmenové buňky a procesy vedoucí právě k tvorbě tvrdých zubních tkání a růstu zubu.

„Zjistili jsme, že růst myších řezáků sdílí určité znaky důležité i při vývoji lidského zubu. Napadlo mě tedy, jestli se za pomoci pochopení těchto mechanismů dají znovu aktivovat přirozené buněčné diferenciační dráhy vedoucí k formování tvrdých zubních tkání, což by mohlo ve svém konečném důsledku vézt k podpoře přirozené regenerace či reparace zubu biologickou cestou,“ přiblížil základní myšlenku svého výzkumu Křivánek.

Hledání nových cest pro enzymové inženýrství

Martin Marek se bude věnovat odhalování molekulárních principů evoluce enzymů, tedy bílkovin, které ovlivňují většinu chemických reakcí probíhajících v živých organismech a využívají se také jako biokatalyzátory v průmyslových a environmentálních technologiích a v biomedicíně. Pokusí se rozluštit, jak mohly ze společného enzymatického prapředka vzniknout strukturně velmi podobné makromolekuly, které jsou ale schopné katalyzovat zcela rozdílné chemické procesy.

Vědcům se totiž podařilo za pomoci bioinformatiky předpovědět společného enzymatického předka halogenalkandehalogenáz, které umí štěpit halogenované uhlovodíky na alkoholy, a luciferázy, což je enzym, který katalyzuje oxidaci určitých látek za současné produkce světla – umožňuje tedy bioluminiscenci. Když se jim podařilo společného prapředka syntetizovat v laboratoři, zjistili, že je schopen katalyzovat obě tyto reakce.

Strukturní model enzymu halogenalkandehalogenasy DhaA. Barevné tečkované dráhy zobrazují molekulární tunely vedoucí do aktivního místa enzymu, kde dochází k chemické přeměně substrátu. Fialové koule představují atomy kryptonu, který byl použit pro experimentální mapování molekulárních tunelů.

„Díky podpoře z GAMU chceme na molekulární úrovni objasnit evoluční kroky, které vedly k funkční specializaci moderních halogenalkandehalogenáz a luciferázy. Právě rekonstrukce jejich společného enzymatického prapředka je elegantní nástroj pro objasnění strukturních změn a dynamických vlastností, které vedly k funkční diverzifikaci a specializaci moderních enzymů,“ přiblížil projekt Marek.

Atomární strukturu enzymů bude se svým týmem zkoumat za pomoci proteinové krystalografie. Jde o poznání struktury biologické makromolekuly, která obsahuje desetitisíce atomů. Sledovat bude ale také způsob, jakým se substráty vážou na enzymy a jak se mění prostorové uspořádání atomů enzymu během chemické reakce.

Pokud se to vědcům podaří, významně to ovlivní enzymové inženýrství, takže budou odborníci schopni jednodušeji než dnes navrhovat a vytvářet účinnější a pro technologické aplikace vhodné enzymy.

Další soutěž v roce 2020

Grantová agentura MU bude další soutěž o granty kategorie H vypisovat zřejmě v příštím roce. Hlásit se o něj mohou výzkumníci, kteří mají v době zahájení projektu hlavní pracovní úvazek na Masarykově univerzitě, získali doktorát v období dvou až 15 let před vyhlášením výzvy a pracují s menším kompaktním týmem na originálním a kvalitním projektu s potenciálem posunout hranice daného oboru. Přihlášené projekty posuzuje vědecký panel univerzity a v případě potřeby také členové Mezinárodní vědecké rady MU.