I obyčejná rýma způsobuje obří ekonomické ztráty, říká virolog Pavel Plevka

Virologie má v Česku dlouhou tradici a Pavel Plevka patří k její současné špičce. Po letech v zahraničí se usadil v brněnském CEITEC. Zajímají ho pikornaviry: miniaturní RNA viry, které způsobují těžké mozkové záněty, ale i obyčejnou rýmu. Ačkoli, zas tak obyčejná není: minimálně z hlediska ekonomiky jsou její dopady závažné.

Read the story in the English version here

Během pandemie se stal jedním z nejcitovanějších českých virologů. V mainstreamových českých médiích. 

Tyto citace mu sice jeho vědecký citační index nezvýší, Pavel Plevka má ale dost zářezů i v impaktovaných vědeckých časopisech včetně Science, PNAS, Science Advances nebo Nature Communications. Jeho práce má mezinárodní ohlas už dávno. 

Dávat rozhovory médiím ho ale i tak pořád stresuje. „Pokaždé se bojím, aby dávalo smysl, co říkám, a jestli je to pochopitelné. Bohužel, reakce odborníků na pandemii covid-19 nebyly koordinované, často šly proti sobě, což přispívalo k velkému množství šumu ve sdělovacích prostředcích. Tak jsem se snažil, abych k tomu sám přispíval co nejméně,“ hodnotí své výstupy s odstupem Pavel Plevka. 

Troufnu si říct, že se mu to daří. Vzpomínám na své pocity při čtení rozhovoru, který s ním do Deníku N pořídila kolegyně Adéla Skoupá loni v březnu – tedy v době příchodu pandemie do Česka. Říkal v něm, že nás čeká minimálně rok a půl střídavého utahování a rozvolňování, utahování a rozvolňování. Doufala jsem, že se mýlí.

Nemýlil.  

Sám se prý nejdřív lekl, jestli nepřestřelil. „Ale pak jsem to znovu zvážil a stál jsem si za tím, nemohlo to být jinak. Není to o viru, je to o lidech. Trochu jsem nahlédl, jak dochází k rozhodování v ČR, a není to příjemný obraz. Politická rozhodnutí přicházela pozdě. A rozhodoval premiérův PR tým,“ hodnotí věci s odstupem dnes.

Dnes taky při rozhovoru působí mnohem otevřeněji, vtipkuje a je o poznání uvolněnější než při našem setkání před čtyřmi lety. Je znát, že se v komunikaci s médii otrkal.

Co takhle poslat viry do boje proti rakovině?

Pavel Plevka se narodil v Praze. Maminka pracovala jako projektantka a tatínek jako topič. Pavla však od malička zajímala živá příroda a na gymnáziu už bylo jasné, že se přihlásí na přírodovědu. „Měl jsem tehdy skvělý nápad, že by se viry daly využít pro léčbu rakoviny! Ale pak jsem přišel na vysokou a tam zjistil, že tenhle nápad už měl někdo dávno přede mnou,“ směje se. 

Ale studium virů ho lákalo dál, byť koketoval i s možným zaměřením na neurologii. Když se však během studia na přírodovědecké fakultě v Praze dostal do virologické skupiny docentky Jitky Forstové, bylo vymalováno. 

Svět virů ho pohltil a už nepustil. „Paní docentka měla na moji pozdější kariéru velký vliv. Virologie ji opravdu zajímá, skvěle přednáší zejména o molekulární biologii virů a vede jednu z nejlepších výzkumných skupin na přírodovědecké fakultě.“ 

Ostatně, inspirativní osobnost paní docentky měla silný vliv i na Pavlovy spolužáky a spolužačky. Zuzanu Kečkéšovou, která před několika lety získala nesmírně štědrý grant od soukromých investorů na výzkum rakoviny, a Evžena Bouřu, který studuje mimo jiné SARS-CoV-2. Oba působí v Ústavu organické chemie a biochemie.

Po ukončení magisterského programu odjel Pavel Plevka na doktorát do Švédska. „Na univerzitu v Uppsale, kde byla velmi známá škola proteinové krystalografie. Bylo to místo vývoje programů pro zpracování krystalografických dat. Od mých Ph.D. školitelů Larse Liljase a Kasparse Tarse jsem se naučil, jak s pomocí krystalografie určit struktury ikosahedrálních virů. To nasměrovalo moji vědeckou kariéru do oblasti strukturní biologie virů.“

„Když jsem do Švédska odcházel, tak jsem se snažil rodičům vysvětlit, co tam budu dělat. A pak už jsem byl trochu zoufalý, a tak jsem zjednodušoval a zjednodušoval, až jsem pak slyšel mámu říkat v telefonu kamarádce, že ve Švédsku budu krystalizovat maso,“ směje se.

„Zato moje příspěvky během pandemie v běžných médiích byly pro mé rodiče mnohem zajímavější než moje vědecké publikace. Pochopitelně,“ směje se Pavel Plevka. 

V roce 2009 získal Pavel Plevka místo postdoka na univerzitě Purdue v Indianě v USA, kde jeho budoucí manželka Zuzana Ringlerová studovala politologii.

„Na Purdue jsem pracoval ve skupině Michaela Rossmanna, u kterého jsem pochopil, co znamená zápal pro vědu a odhodlání vyřešit všechny překážky tak, aby bylo možné získat interpretovatelné výsledky experimentů. Také se mi libilo, jak Michael vedl svoji vědeckou skupinu, a podle jeho vzoru se snažím organizovat i tu svou na CEITEC.“ V roce 2013 se pak Pavel Plevka vrátil do Česka. 

Svatá trojice 

Jak jsem zmínila, dělali jsme spolu rozhovor už před čtyřmi lety. Tehdy mimo jiné mluvil o svaté trojici, díky které už masově neumíráme. Hygiena, antibiotika a očkování. 

Necítí tedy nyní frustraci z malého zájmu o očkování a naopak silného promoření populace mýty a dezinformacemi? „U mnoha lidí racionální argumenty nedokážou obavy z očkování potlačit. Kolega Jiří Nantl měl zajímavý postřeh. Lidé jsou ochotní mít měsíce karanténní omezení, zavřené restaurace, zákaz cestování, ale nejsou ochotní dojít se naočkovat. Vakcíny proti SARS-CoV-2 jsou skvělé, úroveň ochrany vysoká, vážnější nežádoucí reakce vzácné. Role přírodních vědců už je vedlejší, teď je čas pro sociální vědce, kteří se zabývají lidmi a společností, aby našli způsob, jak překonat obavy z očkování,“ míní. „Potřebujeme dobrou reklamní kampaň, která bude počítat s emocemi. I těmi iracionálními.“

Na úplném počátku pandemie, tedy někdy v lednu 2020, jako strukturní virolog zvažoval, jestli se se svou laboratoří v CEITEC (vědecký institut při Masarykově univerzitě) nezapojí do výzkumu nového koronaviru.

„Tušil jsem za tím ale ohromnou soutěž. Výsledky mohly být skvělé, ale otázka byla, jestli bychom něco stihli rychleji než vědci v Číně a Americe. Museli bychom zahodit všechno, co jsme dělali, a pracovat jenom na koronaviru,“ vysvětluje. 

Rozhodl se pokračovat v rozjetých projektech, na které navazovala i témata prací jeho studentů a postdoků. Koronavirus dál sledoval jen jako „zanícený“ divák.  

Od rýmičky k šumákové bombě 

Jeho doménou jsou jiné viry. Pikornaviry. Miniaturní RNA viry. Některé z nich způsobují těžké mozkové záněty, některé prachobyčejnou rýmu.

Třeba taková rýma je na první pohled – pro člověka s dobrou imunitou – banalita. „Ale když jí onemocníte čtyřikrát za rok – a pokaždé vás na pár dní minimálně omezí, ale někdy i vyřadí z provozu –, tak jsou z globálního hlediska ekonomické ztráty obrovské. A je jedno, jestli jde o ženskou, nebo mužskou rýmičku, i když víme, že to jsou jiné váhové kategorie,“ usměje se znalecky. 

A dodává, že poněvadž žádné protivirové léky na viry nachlazení nemáme, můžeme jen zmírňovat symptomy, takže zkoumání těchto virů má potenciál přispět k vývoji léčiv.

Na výzkum pikornavirů měl v letech 2014–2019 ERC grant, nyní pokračuje s pomocí EXPRO grantu od Grantové agentury ČR. 

Jeho skupina začínala s výzkumem lidských pikornavirů, ale pak se věnovala – a dodnes věnuje – i virům, které decimují včelstva. Popsali jejich strukturu, ale taky mechanismus, jak buňky napadají a jak šíří svou genetickou informaci.

Budoucím cílem výzkumu je pochopitelně možnost účinné léčby včelstev. „Ale zatím to moc nevypadá. Už jsme ve spolupráci s docentem Antonínem Přidalem z Mendelovy univerzity zkoušeli látky, které fungují na lidské pikornaviry, ale ukázalo se, že proti včelím virům nejsou funkční, nebo jsou dokonce pro včely jedovaté.“ 

Všechno to byly slepé uličky.

Ale také popsání cest „kudy ne“ je jeden z principů vědy a poznání. Zásadní průlom se povede jen části vědců a vědkyň, ale bez označování slepých cest by lidstvo bloudilo a věda se neposouvala. A Pavel Plevka ve slepých uličkách rozhodně nekončí.

Tak například: Pomocí kryoelektronového mikroskopu (na který je hrdý a moc rád o jeho přednostech mluví) s kolegy a kolegyněmi vybádal, že pikornavirová částice, virová kulička se naváže na povrch buňky, která ji do sebe pohltí...

… až potud se to vědělo už dříve... 

… ale pak v jednu chvíli naráz odklopí kus svého proteinové obalu a genetická informace vyskočí dovnitř buňky. 

Při vysvětlování si Pavel Plevka pomáhá připodobněním virové částice k Pac-Manovi z počítačové hry z raných 90. let. Pac-Man byl kulatý panáček, který otvíral svou pěkně proříznutou tlamičku. 

Dobrá ilustrace je taky šumáková bomba z plastového obalu na hračku v  čokoládovém vajíčku. „Když do něj dáte vodu, nasypete prášek do pečiva, rychle zavřete a hodíte pryč, prášek do pečiva tam reaguje, zavřený obal nevydrží tlak a vybuchne, obě části se naráz oddělí a obsah vyletí ven. Podobným mechanismem se genetická informace z pikornaviru dostane do nitra buňky,“ vysvětloval dříve. 

Dnes však jako otec dvou kluků dodává, že zjistil, že v nejnovějších typech čokoládových vajíček jsou sice dál žluté plastové obaly, ale při otevření drží u sebe dvě části obalu kloub. 

Šumáková bomba už není tak efektní, pro ilustraci uvolnění genomu pikornavirů však funguje i nadále.

Ostrov pozitivní deviace

V Brně žije a bádá už osm let. Se svou ženou, politoložkou Zuzanou, vychovává pětiletého Adama a jeho dvouletého brášku Péťu. 

Svůj domovský CEITEC považuje Plevka za ostrov pozitivní deviace. Nedávno se zde stal zástupcem ředitele. „Musím CEITEC udělat trošku reklamu. Jedna z jeho silných stránek je, že má dobře organizovanou péči o vědecké přístroje a jejich sdílení,“ říká. Zejména dražší mašinky jsou v centrálních laboratořích, nevyužívá je pro sebe jeden vědec nebo jeden tým, jak je to v Česku běžné. 

„A moje zodpovědnost jako zástupce ředitele mimo jiné je, aby centrální laboratoře dobře fungovaly. Jelikož je to pro mě samotného jako pro vědce zásadní, jsem motivovaný a rád, že můžu jejich směřování do budoucna ovlivňovat.“ Administrativa ho prý příliš nezatěžuje, protože i v tomhle má v domovské instituci skvělé zázemí. 

„Akademické prostředí v České republice má velký prostor pro zlepšení,“ říká. A zní to trochu jako eufemismus. „Už třeba jen tradice, že se zde ‚dědí‘ výzkumné skupiny. Jsem rád, že na CEITEC tato praxe neexistuje. Pokud končí vedoucí, končí i jeho skupina. Otevře se tak šance pro nového nebo novou vedoucí skupiny, kteří přinášejí nové know-how odjinud.“ 

Bude to pecka

Mikroskopy. Bez nich by Pavel Plevka nemohl dělat svou práci. Limity v mikroskopii jsou pro vědce mantinely. Pokroky jim dávají křídla.

„V době, kdy jsme objevili našeho ‚Pac-Mana‘, jsme chování virů studovali ve zkumavce – snažili jsme se napodobit podmínky, jakým je virus vystaven při infekci v buňce. Dnes už můžeme – díky stále lepším mikroskopům – sledovat chování virů přímo v buňkách, můžeme pozorovat, jak viry do buněk vstupují a jak se v nich množí. Je to fascinující,“ říká. 

A díky tomu vypozorovali nový jev. Tedy, přesněji řečeno, ten jev je starý, ale ještě ho nikdo nepopsal...

O co jde? Aby virová částice mohla způsobit infekci, musí se nejdřív navázat na povrch buňky a pak nějakým způsobem doručit virový genom dovnitř. Pikornaviry aktivují signální dráhu, která dá buňce znamení a ta virus sama pohltí do sebe. To ale ještě nestačí, protože viry jsou v buňce obaleny membránovými váčky – endozómy. Dosud se soudilo, že v membráně endozómu pikornaviry vytvoří nějaký pór, kterým virové částice nebo jejich genomy prolezou dovnitř do buněčné cytoplazmy. 

„My jsme potvrdili, že pikornaviry se do buňky dostanou ve váčku,“ popisuje Plevka. „Ale pak, uvnitř membránového váčku – endozómu – pikornaviry indukují další signalizaci, která způsobí, že buňka tyto membránové váčky roztrhá a virové částice se dostanou do cytoplazmy. Až v cytoplazmě se virové částice otevřou a vypustí svůj genom, jak jsme to popsali dříve.“ 

Virové částice se rozšklebí jako Pac-Man a buňka se plní vražednou virovou dědičnou informací. Tak začíná infekce.

Už na svého „Pac-Mana“ byl Pavel Plevka hrdý, zaznamenal v odborném světě ohlas. Publikace nového pozorování by ale mohla být ještě větší (než šumáková) bomba. 

„Výsledky svých pozorování potřebujeme ještě ověřit na dvou nebo třech dalších pikornavirech a na více buněčných liniích. Pak budeme moci tvrdit, že naše závěry platí obecně pro všechny, nebo alespoň většinu pikornavirů,“ říká Plevka. „Myslím, že výsledná publikace bude nejlepší vědecký příspěvek z mojí laboratoře,“ věří. 

Když viry zabíjejí bakterie 

Mezitím se ale s týmem věnuje také jiným projektům. Pod elektronový mikroskop si berou třeba bakteriofágy, tedy viry, které infikují a zabíjejí bakterie. Pavel Plevka a spol. studují jejich chování zejména na bakteriích zlatého stafylokoka a Pseudomonas aeruginosa, tedy bacilů, na které už často nezabírají antibiotika.

Právě rezistence bakterií vůči antibiotikům je jednou z velkých výzev současné biomedicíny. 

Donedávna lidé věřili, že díky antibiotikům máme nad bakteriemi navždycky vyhráno, ale to jsme se přepočítali. 

Vznik rezistence u bakterií je důsledek evoluce. V prostředí s antibiotiky, zejména v nemocnicích, se do dalších generací prosazují bakterie, které jsou odolnější, přibývá bakteriálních kmenů, na které naše tabletky nefungují. Masivní rozšíření bakterií rezistentních na antibiotika je důsledek nadužívání a nesprávného užívání antibiotik nejen ve zdravotnictví, ale i v zemědělství.

Rezistence už dnes komplikuje léčbu některých infekcí, v budoucnu může přijít katastrofa, kdy proti některým kmenům bakterií nebudou fungovat žádná dostupná antibiotika. 

I proto jede výzkum alternativních zbraní proti bakteriím nebo nových způsobů, jak rezistenci ošálit, na plné obrátky. Včetně návratu k myšlence ničit bakterie pomocí cíleně aplikovaných bakteriofágů. 

Proč návratu? Možnost použití bakteriofágů k léčbě bakteriálních infekcí se totiž zkoumala ještě předtím, než Alexander Fleming zapomněl na okně v laboratoři Petriho misky, ve kterých narostla pozoruhodná plíseň... Po objevu famózních vlastností penicilinu a dalších antibiotik se od vývoje fágové terapie upustilo. 

Ale bakteriofágy už jsou zase ve hře. A tak si s nimi hrají i v brněnském CEITEC. Pavel Plevka však brzdí přílišný optimismus. 

„Bakteriofágy a bakterie za sebou mají stovky milionů let evoluce, arzenál zbraní, který si vyvinuly a který využívají, je nezměrný. Bakterie mají imunitní systémy, které umožňují velmi sofistikovanou obranu vůči bakteriofágům. A bakteriofágy mají prostředky, jak imunitní systémy bakterií inaktivovat,“ přibližuje mikrobiální závody ve zbrojení, které jsou komplikací pro možné využití bakteriofágů v terapii. 

„Jednoduše řečeno, vstupujeme do světa, kde spolu bakterie a bakteriofágy už hodně prožily. Nemůžeme očekávat, že najdeme nebo připravíme jeden superbakteriofág, který budeme vysílat na všechny bakterie. Pro praktické použití bude nejspíš třeba z pacienta odebrat vždy vzorek bakterií, které ho trápí, a vyzkoušet, jaké bakteriofágy proti nim fungují. A pak je aplikovat. Pokud fágová terapie jednou bude fungovat, bude pravděpodobně využívat paletu bakteriofágů,“ doplňuje. 

Skoro ho podezřívám, že ho nejvíc baví zkoumat právě ty komplikující záležitosti. Posuďte sami: „Bakterie – jako je právě stafylokok – v člověku rostou v podobě biofilmu, což je velmi rafinované. Bakterie tvoří vrstvičku, která přilne k povrchu lidské tkáně a lépe pak jako celek odolává jak imunitnímu systému, bakteriofágům, tak i antibiotikům. Biofilm je v mikroskopu krásný,“ dodává se zalíbením.

„Na podložce vyrůstají takové houbičky, chuchvalce. V průběhu času je krásně vidět, jak na povrch nasedají první buňky a jak se dělí, pak vytvoří větší struktury. Bakteriální buňky mezi sebou komunikují, mají signalizační systém. Umí si tak třeba ‚říct‘, že biofilm už je starý, že je potřeba ho ‚rozpustit‘ a vyrobit novou vrstvu o kousek dál. Pod kontrolou v laboratoři je to zábavné a hezké.“ 

Ale jistě, pokud vám to zrovna neroste v krku.  

Jako strukturního virologa Plevku však nejvíc zajímají právě struktury bakteriofágových částic. „Díky našim skvělým mikroskopům Versa 3D a Titan Krios a samozřejmě dovednostem těch, kteří s mikroskopy pracují, můžeme nahlížet do napadených bakterií. A vidíme, že bakteriofágy se uvnitř sestavují jako v malinkých továrnách, různé části fágů se dokončují v různých koutech montovny. Částice bakteriofágů, které studujeme, jsou komplexní – tvoří je hlavička chránící fágový genom a bičík, kterým se fágy vážou na bakteriální buňky a infikují je.“

V infikovaných bakteriích se hlavičky fágů sestavují na buněčné membráně, pak se od ní oddělí a přesunou se do středu buňky, kde se v mezičase kopíruje fágová genetická informace.  

„Speciální molekulární motor potom nasouká fágovou DNA do připravených hlaviček a nakonec se fágy zkompletují připojením bičíku, který se sestavil v další části buňky,“ pokračuje vědec.

Bakteriofágové částice jsou jako stavebnice z mnoha set dílků mnoha typů. „Části bakteriofágů se sestavují přesně definovaným způsobem, jako podle plánu. Po vytvoření fágových částic se spustí kaskáda reakcí, která způsobí rozštěpení buněčné stěny bakterie. A to je její konec. Bakterie vybuchne a nové fágy mohou infikovat další buňky.“ 

Když kvete oceán

Jeho skupina si pokládá široké spektrum vědeckých otázek, na všechny zde není prostor, ale jedna z nich nás přivádí až na hladinu oceánu a k ekologii. 

„Tak jako náš Prigl, tedy Brněnská přehrada, každý rok vykvete sinicemi, stává se, že podobně vykvete část oceánu. A my studujeme řasu Emiliania huxleyi, která způsobí, že zaroste obrovská plocha, stovky kilometrů čtverečních moře, je to vidět na satelitních snímcích. Tahle řasa tím ovlivňuje různé pochody v moři, včetně skladby a množství živin v oceánu. Spotřebuje skoro všechno železo a dusík,“ líčí Pavel Plevka. 

Na přemnožených řasách se rozmnoží viry, které je zabijí. Po mrtvých buňkách Emiliania huxleyi a některých dalších řas ale zůstávají kokolity – vápenaté skořápky. 

„Jsou to takové disky. A ty se v některých místech usazují. Znáte bílé útesy v Doveru? Tak právě ty vznikly ze skořápek řas, je to ohromující množství materiálu.“ 

Kokolity Emilianie huxleyi odrážejí světlo. Když oceán vykvete, změní se jeho barva z černé na bílou. Koncentrace řas a kokolitů má vliv na množství světla, které se z mořské vody odrazí zpět do vesmíru. Čím vyšší je jejich koncentrace, tím více světla se odrazí, a mořská voda díky tomu absorbuje méně tepla.

Emiliania huxleyi je rozšířena na 65 procentech plochy světových oceánů.

 „Řasa Emiliania huxleyi se v oceánu množí, dokud ji hromadně nenapadnou viry. Tím, že viry infikují Emilianii huxleyi a tím ji likvidují, snižují koncentraci řas v mořské vodě. Tak ovšem viry nepřímo zvyšují množství tepla absorbovaného oceánem, a tedy i celkovou teplotu planety,“ vysvětluje. 

„Vyšší koncentrace řas by tedy naopak mohla kompenzovat narůstající koncentraci oxidu uhličitého v atmosféře a tak omezit globální oteplování,“ dodává.

Pokud by se povedlo vytvořit kmen Emiliania huxleyi se zvýšenou odolností proti virovým infekcím, mělo by to potenciál zvýšit koncentraci řas v mořské vodě, čímž by se následně snížilo množství absorbovaného tepla. 

Světlejší oceán by bránil oteplování planety. 

„Na žádné experimenty v přírodě se ale nechystáme, mohlo by to být nebezpečné zahrávání si s přirozenou rovnováhou,“ předesílá ale Pavel Plevka. 

Co dál? 

Jak už bylo řečeno, zatím je vědec v CEITEC spokojený. Podílí se na přípravě Národního institutu virologie a bakteriologie, který by měl být vytvořen s pomocí Národního plánu obnovy, což je program Evropské unie na posílení ekonomiky po pandemii covid-19.

Národní institut virologie a bakteriologie... Po roce a půl boje s virem to zní trochu jako plán postavit rychlobruslařskou halu poté, co Martina Sáblíková vyhrála zlato na olympiádě. 

Tentokrát ale snad nejde o velkohubé sliby politiků a političek, ale rozumné využití unijních peněz.

„Cílem není postavit nové budovy, ale podpořit vybrané vědecké skupiny, které se dlouhodobě věnují výzkumu virů a bakterií. Prostředky budou použity především na zaplacení výzkumníků a spotřebního materiálu, část na nové vybavení laboratoří,“ doplňuje.

Jak se po čtyřicítce, uprostřed své vědecké kariéry, cítí? 

„Jsem v Brně osm let, založení vědecké skupiny je rizikový krok, je to spousta práce a zodpovědnost. Důležité je získat dobré lidi do týmu. Vzhledem k rychlému rozvoji kryoelektronové mikroskopie nemohu počítat s tím, že bych mohl zaměstnat spolupracovníky s předchozí zkušeností v oboru. Nyní ale mám skvělý tým motivovaných, šikovných a chytrých lidí se skvělou expertizou v elektronové mikroskopii. Takže, ano, měl jsem velké obavy, ale vyvinulo se to dobře, jsem vlastně docela spokojený.“

A v životě jako takovém? Je šťastný? „Jo. Zuzka, Adam a Péťa jsou teď pár dnů na návštěvě u prarodičů, tak jsem měl chvíli i klid se nad tím vůbec zamyslet. A došlo mi, že ano, že jsem šťastný. Život s dětmi je strašně intenzivní, nedovedl jsem si to představit. Býval jsem zvyklý trochu pracovat o víkendu nebo po večerech, ale teď to v podstatě nejde, když s nimi chci být.“

Autorka je redaktorkou Deníku N.

Vlajka Evropské unie

Tento projekt je financován z prostředků programu EU pro výzkum a inovace Horizont 2020 na základě grantové dohody č. 101036051.