Autobus jako zkumavka. Vědci popsali na ženě, která nakazila buddhistické věřící, šíření covidu vzduchem |
Lidovky.cz: Co všechno se můžeme naučit od ryb?
Začnu motoristickou paralelou. Když otevřete kapotu auta, naskytne se vám pohled na motor ve změti hadic, hadiček, přívodních kabelů, které propojují jeho části. Většina řidičů ví, kam dolít kapalinu do ostřikovačů, a ti technicky zdatnější z nás tuší, kam se lije olej. Hlubší poznání ale většinou nemáme. Málokdo by dokázal pojmenovat jednotlivé části a péči rádi přenecháme specialistům. Přitom ještě před čtyřiceti lety vyjížděla z výrobních linek auta vybavená motorem, který byl o poznání přehlednější, a tátové si věděli rady s běžnými opravami. Za posledních 40 let prošel motor evolucí a získal doplňky, které přispívají k jeho správnému chodu. Zároveň však komplikují naše porozumění. Pro člověka je snazší pochopit fungování motoru starého trabantu než moderního ferrari.
S imunitním systémem je to podobné. V průběhu evoluce se zlepšuje a stává se z něj závodní formule. Ryby jako evolučně nejstarší skupina obratlovců vybavená všemi základními prvky imunity, které známe u člověka, nám nabízí unikátní příležitost nahlédnout pod kapotu tohoto „trabanta“, podívat se na jeho motor a poznat, jaké kroky nás vedly od trabantů k ferrari.
Lidovky.cz: V čem je podobný imunitní systém ryb a lidí?
Paralely jsou všudypřítomné. Základní prvky takzvané vrozené imunity, jako je schopnost fagocytózy (pohlcování částic či patogenů buňkou), sdílíme s většinou živočichů a její mechanismy jsou téměř identické u nás, u ryb a třeba u octomilky. Vrozená imunita je rychlá a efektivní, ale nedokáže rozlišovat mezi jednotlivými patogeny a má omezenou paměť, takže při opětovném setkání s patogenem vždy využije stejné zbraně. Imunologická paměť se objevila jako novinka poprvé u ryb přibližně před 530 miliony let. V jejich krvi začaly kolovat dva nové typy bílých krvinek vybavené speciálními receptory, které dokážou nejen naprosto přesně poznat, o jaký patogen se jedná, ale při dalším setkání na něj reagují s větší razancí a umožňují rychlejší zneškodnění nákazy. A jelikož ryby stojí na počátku evoluce této imunologické paměti, položily základ všech složek naší imunity.
Největším rozdílem je snad krvetvorba, která u nás probíhá v kostní dřeni, zatímco u ryb je hlavním zdrojem bílých krvinek temně červená tkáň ledvin umístěných podél páteře. Zato slezina u nás i ryb hraje stejnou roli a také všechny slizniční povrchy ryb mají stejnou strukturu a funkci jako u člověka. V krvi ryb najdeme všechny hlavní populace bílých krvinek a téměř všechny geny řídící imunitní odpověď ryb i člověka jsou identické.
Do konce roku lze podle vědců zabránit 770 000 úmrtí na covid. Klíčové jsou roušky a sociální odstupy |
Lidovky.cz: Jakou roli hrají protilátky?
Protilátky patří, podle mého názoru, k nejvýznamnější evoluční novince imunitního systému vůbec. Jedná se o unikátní proteiny ve tvaru písmene Y produkované populací bílých krvinek (B lymfocytů). Ramena tohoto Y mají schopnost specificky se vázat na antigeny na povrchu virů, bakterií či parazitů. Tím ale jejich funkce nekončí. Touto vazbou dokážou protilátky označovat patogeny pro zničení bílými krvinkami. Aktivují také kaskádu komplementu, která vrtá díry do povrchu patogenů a tím je zabíjí. Protilátky také dokážou předcházet vazbě patogenů na povrch buněk a umí dokonce rozeznat buňky napadené viry a zajistit jejich likvidaci.
Díky obrovské variabilitě navíc dokážeme vytvářet protilátky téměř proti jakékoli hrozbě, i když se jedná o patogen, s nímž jsme se ještě nesetkali. Protilátky jsou hlavní zbraní imunologické paměti a v krevním oběhu či na sliznicích nás dokážou chránit několik let či desetiletí. Většina vakcín chránících nás proti různým nemocem je založena na protilátkách, jež jsou také hlavním indikátorem prodělaného onemocnění. I tato mocná zbraň navíc prošla vývojem a v průběhu evoluce došlo ke specializaci tří typů protilátek u ryb a devíti typů u člověka. Opravdové ferrari.
Lidovky.cz: Jakým způsobem se můžeme inspirovat rybami při boji s parazity, kteří sužují i lidi?
Studium biologie, evoluce a parazitů je přirozeně ovlivněno naším antropocentrickým pohledem. Snažíme se studovat, jak předcházet infekčním onemocněním člověka, abychom byli co nejzdravější. Ve studiu vztahů mezi parazity a hostiteli ale nehraje příliš roli, jestli se jedná o parazita ze skupiny žahavců, který napadá kaprovité ryby (modelový systém naší laboratoře), nebo jestli jde o původce malárie napadajícího červené krvinky člověka. V obou vztazích je mnoho paralel, jsou protkány sdílenými invazními strategiemi parazitů, které se soustředí na slabá místa imunitního systému a dokážou jej i protilátkovou odpověď manipulovat ve svůj prospěch.
My se snažíme tyto paralely hledat s vírou, že jejich pochopení nám pomůže k odhalení vztahů mezi parazity a imunitou v širším kontextu. Naše práce naznačuje, že i krevní parazité ryb i člověka používají k obcházení protilátkové odpovědi hostitele stejné mechanismy u spavé nemoci nebo malárie. Ta podobnost je zarážející.
Pstruh je extrémně náchylný i na minimální změny kvality a teploty vody.
Lidovky.cz: Jak to lze využít při výrobě vakcín?
Produkce vakcín proti parazitům je komplikovaná množstvím strategií využívaných parazity k úniku či manipulaci imunitního systému hostitele. Naše výsledky z posledních let potvrzují, že pro zdárný vývoj vakcín je zásadní co nejlepší pochopení biologie parazitů. Náš modelový organismus Sphaerospora molnari patřící do skupiny parazitických žahavců – rybomorek zahrnuje přes 2500 druhů převážně rybích parazitů. Sphaerospora žijící u kapra je poměrně neškodná, dlouhou koevolucí se svým hostitelem se její zbraně částečně otupily. Jiní zástupci rybomorek ovšem způsobují významné úhyny akvakulturních i volně žijících ryb, často s ohromnými ekonomickými dopady. Díky naší práci se ukazuje, že příprava vakcín proti těmto onemocněním bude ale mnohem složitější, než se očekávalo, protože tito parazité mají nejspíš schopnost měnit svůj povrch, podobně jako to dělá původce spavé nemoci.
Jednoduchá vakcinace mrtvým parazitem totiž onemocnění nezabrání a je nutné podrobně pochopit životní cyklus parazita a způsob, jakým mění svůj povrch. Věřím, že prací na našem nevšedním modelu a hledáním paralel v jejich únikových strategiích se můžeme přiblížit k vývoji úspěšné vakcinace, ať už má chránit ryby, nebo člověka.
Lidovky.cz: Může váš výzkum protilátek přispět i k výrobě vakcíny proti onemocnění covid-19?
Nepředpokládám, že by náš současný výzkum významným způsobem přispěl k výrobě vakcíny proti covidu, a není to ani naší ambicí. Podobně na tom byla i komunita vědců, která se věnovala problematice koronavirů ještě před začátkem pandemie. Jen díky jejich tvrdé práci v základním výzkumu, metodám a znalostem, které získávali v posledních desetiletích, máme teď o nemoci covid-19 obdivuhodné množství informací a jen díky jejich tvrdé práci můžeme sledovat vývoj vakcíny v přímém přenosu. Také my bychom rádi dál rozvíjeli svůj výzkum, abychom byli co nejlépe připraveni na budoucnost.
Lidovky.cz: Co vás fascinuje na samotné imunitě?
Je toho spousta! S rozvojem studia imunologie v posledních desetiletích jsme svědky převratných objevů. Žasl jsem, když kolegové z Wageningenské univerzity objevili, že ačkoli ryby nemají schopnost regulovat svou tělesnou teplotu jako savci, v případě onemocnění volí teplejší vodu, která zrychluje jejich imunitní reakci a umožňuje jim rychlejší uzdravení. I kapři tedy můžou mít teplotu. Naprosto fascinovaný jsem byl objevem kolegů z univerzity v Novém Mexiku, kteří ukázali, že pstruzi jsou schopní cítit viry ve vodě, což do jejich krevního oběhu uvolní bílé krvinky připravené s viry bojovat. Pstruzi tedy cítí viry!
Objev fagocytózy u B lymfocytů zase změnil představu, že bílé krvinky jsou pouze továrnami na protilátky, a ukázal, že B lymfocyty ryb nesouhlasí se škatulkami, do kterých je vědci zavřeli. Fascinuje mě, jakým způsobem imunita zasahuje do našich každodenních životů, že nervové propojení sleziny je zásadní pro zdárnou produkci protilátek, že imunita našeho trávicího systému hraje významnou roli v tom, jak se cítíme.
Lidovky.cz: Jaké máte vědecké plány do budoucna?
Rád bych pokračoval v započaté práci na evoluci protilátkové odpovědi a studoval nejen strategie, kterými patogeny dokážou protilátkám unikat, ale také další základní otázky evoluční imunologie. Snažím se například zjistit, jak dlouho mají ryby protilátkovou paměť a jak je ovlivněna zimou, kdy dojde vlivem teplot téměř k úplnému vypnutí imunity. Zajímá mě také otázka základních mechanismů slizniční tolerance, jejíž zodpovězení by nám nabídlo cestu k lepším vakcínám pro ryby. Především bych se ale i v budoucnu rád podílel na vytvoření co nejvěrnějšího obrazu evoluce imunitního systému.
