Biofyzik Langowski: Snažíme se spočítat chaos

Základní biologické procesy, tedy i život a vesmír, jsou podle německého biofyzika Jörga Langowského založené v podstatě na náhodě. Vedoucí skupiny biofyziky makromolekul v německém centru pro výzkum rakoviny v Heidelbergu se podle svých slov snaží v tomto chaosu hledat řád. Zabývá se totiž výzkumem fungování DNA a jejích struktur na nejzákladnější molekulární úrovni.

„Jestliže změníte konkrétní gen, začne organismus vypadat a chovat se jinak, změní se jeho fenotyp. My zkoumáme řetězec událostí, které k dané změně vedou. Zajímáme se především o to, jakou strukturu má DNA v jádru buněk živých organismů, jak se tato struktura může měnit a jak to potom ovlivňuje funkci konkrétních genů,“ přiblížil oblast svého vědeckého zájmu Langowski.

DNA si řada lidí představuje jako dlouhou dvouřetězcovou šroubovici. Aby se však celá vešla do buněčného jádra organismů, vytváří zamotanější struktury, které jsou méně náročné na prostor. Vytváří tak nukleozomy, což jsou skupiny osmi histonových proteinů, na něž je namotána vždy část řetězce DNA. Nukleozomy jsou uspořádané za sebou, a DNA se tak jeví jako řada korálků na provázku, které dále vytvářejí ještě další složitější struktury.

Při přepisu genetické informace se však musí tyto struktury otevřít, aby se mohla vytvořit kopie příslušné části DNA. „Zdá se, že způsob, jakým je DNA sbalená v nukleozomech, se dá měnit modifikací bílkovin, které tvoří nukleozom. Výzkum těchto modifikací je velmi důležitý, protože souvisejí s epigenetikou, tedy s dědičnými změnami ve fenotypu organismu, které nemají příčinu ve změnách samotných genů,“ vysvětlil Langowski.

Odborníci z jeho laboratoře tak zkoumají, jak se od sebe jednotlivé části nukleozomů oddalují či přibližují a jakou rychlostí. Ke sledování těchto procesů v živých buňkách využívají řadu mikroskopických technik. Jednou z nich je fluorescenční korelační spektroskopie, o níž Langowski přednášel na únorové odborné zimní škole výzkumného programu Genomika a proteomika Středoevropského technologického institutu Ceitec, která byla zaměřena na využití pokročilých technik fluorescenční mikroskopie v biologickém výzkumu.

„Za pomoci laseru měříme změnu fluorescence sledovaných molekul. Analýzou intenzity a způsoby změny světla pak zjišťujeme, kolik je daných molekul v jádře buňky, jak se pohybují, jak jsou rychlé, zda jsou na sebe navázané, mezi kterými molekulami vznikají vazby a ve kterých místech tato interakce probíhá,“ uvedl Langowski.

Další metodou, založenou na detekci jednotlivých molekul, pak vědci v silně zředěném roztoku s izolovanými nukleozomy dokážou určit vzájemnou vzdálenost dvou konkrétních bodů na nukleozomu. „Díky tomu umíme zjistit, jak se nukleozomy otevírají a zavírají a můžeme odhadnout, jak rychlý je tento proces v živých buňkách,“ dodal mezinárodně uznávaný biofyzik.

Za pomoci počítačových modelů, které simulují dynamiku těchto částí DNA, pak mohou odborníci předpovídat, které body na nukleozomu či histonech mohou být chemicky upravené tak, aby to vedlo ke konkrétním změnám v jejich struktuře, a tím i ke změnám ve funkcích genomu.

„Všechny tyto procesy jsou velmi důležité pro správné fungování celé buňky. Ukazuje se například, že to, jak je DNA organizovaná v nukleozomech, nakonec v chromozomech může hrát roli ve vzniku určitých typů rakovinného bujení. Náš základní výzkum tak dává užitečné informace dalším vědcům, kteří se zabývají výzkumem rakoviny,“ zdůraznil profesor Langowski.

Jeho výzkumná skupina se zajímá také o to, jakým způsobem se řetězec nukleozomů formuje do vyšších struktur, tedy do chromatinu a posléze chromozomů, které nesou veškerou dědičnou informaci organismu. „Původně jsme se domnívali, že jde o dobře organizovanou strukturu, ale postupně zjišťujeme, že je to spíš náhodné uspořádání,“ podotkl molekulární biofyzik.

Jeho laboratoř spolupracuje i s brněnskými vědci Patrycií Kłosovou a Ctiradem Hofrem z výzkumné skupiny Molekulárních komplexů chromatinu v Ceitecu MU, a to především v oblasti kvantitativní analýzy interakce molekul v živých buňkách. Spolupráce zahrnuje především stáže brněnských vědců v německé laboratoři. Připravuje se i projekt rámcového programu EU na rozšíření odborné spolupráce obou pracovišť.

Podle Langowského je věda v Česku i Německu na velmi dobré úrovni a v obou zemích působí excelentní vědecké týmy. „Chtěl bych ale podotknout, že v současnosti je v Německu i v Česku jasně patrná snaha přesně měřit vědecké výstupy. Počítají se tu publikace, citace a další věci, což je špatně, protože takto vědci nepracují. Rád bych citoval svého kolegu ze Švýcarska Wilfreda van Gunsterena, který říká, že vědecké práce by se měly číst, a ne počítat,“ zdůraznil Langowski.

Masarykova univerzita | Masaryk university