Ani najlepšie svetové laboratóriá nedokážu v biologických vzorkách identifikovať súčasne viac ako 5-15 % látok, čo značne brzdí biomedicínsky výskum. Naši chemici majú technológiu ako plošne mapovať malé molekuly v tele človeka, teda ľudský metabolóm. Trúfajú si ho experimentálne prečítať ako jedni z prvých na svete.
Slovenskí vedci predstavujú unikátny projekt podrobného mapovania malých molekúl v ľudskom organizme, ktorý je dôležitým krokom na ceste k pochopeniu zložitej štruktúry života na biochemickej úrovni. Pomocou vlastnej patentovanej technológie sa ako jedni z prvých na svete pokúsia experimentálne prečítať ľudský metabolóm.
„Vedci si uvedomujú, aké dôležité je poznať malé molekuly v organizme. Viac ako 100 rokov sa o to snaží množstvo jedincov a tímov, ale hĺbkovému zmapovaniu zatiaľ bráni celá plejáda problémov. Po viac ako dekáde vývoja držíme v rukách zrelú experimentálnu a počítačovú technológiu na báze hmotnostnej spektrometrie, ktorá je tou pomyselnou raketou na Mars,“ hovorí líder projektu Robert Mistrík.
Získaná mapa malých molekúl človeka otvára nové možnosti v diagnostike tretieho tisícročia a môže napomôcť k pochopeniu mechanizmov a následnej liečbe zákerných chorôb.
V prvej fáze by vedci chceli pozornosť zamerať na hľadanie biomarkerov Alzheimerovej choroby.
Podorbne ľudské telo ešte nik neskúmal
Človek je zložitá chemická fabrika, kde nepretržite prebiehajú biochemické procesy na štyroch molekulárnych úrovniach: DNA, RNA, proteíny a malé organické molekuly.
Zatiaľ čo ľudský genóm bol prečítaný pred 15 rokmi, kompletný ľudský metabolóm, teda súbor všetkých malých molekúl v organizme, poznáme len útržkovite. Jeho kompletné zmapovanie otvára obrovské možnosti vo výskume a diagnostike celého spektra ochorení.
Malé organické molekuly v živých organizmoch sa nazývajú tiež metabolity a patria sem napríklad aminokyseliny, sacharidy, lipidy, hormóny, steroidy, neurotransmitery či vitamíny.
Zmeny v ich rovnováhe najvýraznejšie odzrkadľujú aktuálny stav organizmu, z čoho vyplýva ich obrovský potenciál pre včasnú a objektívnu diagnostiku.
Po získaní podrobnej mapy malých molekúl človeka je logickým krokom hľadanie biomarkerov konkrétnych ochorení. To znamená, že vedci sa zamerajú na merateľné hladiny molekúl v danej telesnej tekutine, v ich prípade v krvi a mozgovomiechovom moku, a identifikujú molekuly, ktoré sa vymykajú fyziologickému rozpätiu, čo môže indikovať diagnózu.
Tisíce neprebádaných malých molekúl
Je pravda, že lekári už dnes rutinne využívajú analýzu krvi, moču či likvoru pri vyšetreniach, určovaní diagnóz a sledovaní priebehu mnohých ochorení. Najlepšie medicínske zariadenia na svete však dokážu analyzovať len niekoľko stoviek tzv. malých molekúl, pričom v telesných tekutinách sú ich prítomné tisíce, ak nie desaťtisíce. Paradoxom modernej doby je, že tieto látky nevieme spoľahlivo identifikovať a vlastne nepoznáme ani len ich počet. Viaceré z nich budú zrejme úplne neznáme. V čase, keď roboty analyzujú pôdu na Marse, zostáva naše telo na molekulovej úrovni stále nepreskúmaným teritóriom.
„Pretože asi každé ochorenie sa v nejakej forme prejaví na biochemickej úrovni, je pravdepodobné, že jedného dňa budú analytické prístroje a počítače automaticky určovať diagnózu z krvi, moču, slín a iných telesných tekutín zo širokého spektra ochorení. K tomu je ale najprv potrebné poznať podrobné zloženie ľudského organizmu a následne hľadať súvislosti medzi hladinami tisícok molekúl a známymi ochoreniami, čo je cieľom predstaveného zámeru, “ vysvetľuje Robert Mistrík, riaditeľ slovenskej spoločnosti, ktorá je svetovým lídrom v metódach predikcie fragmentačných procesov v hmotnostnej spektometrii a ktorej technológie využíva viac ako 2 000 farmaceutických, kriminalistických či environmentálnych laboratórií po celom svete.
Špecifický odtlačok prsta molekuly
Cieľom projektu je vytvoriť voľne dostupnú databázu, v ktorej bude mať každá molekula svoj „odtlačok prsta“, na základe ktorého ju bude môcť rozpoznať ktorékoľvek laboratórium na svete.
Výsledkom bude vytvorenie spektrálnej databázy detegovaných a identifikovaných molekúl a ich častí v plazme a v mozgovomiechovom moku, ako aj ich následná katalogizácia. Bude to bezprecedentné zviditeľnenie slovenskej vedy na celosvetovej úrovni, a to nielen jednorazovo predstavením výsledkov, ale prostredníctvom databázy otvorenej pre celý svet aj dlhodobo.
Na projekte participuje tím špičkových slovenských vedcov z Chemického ústavu SAV a odborníkov z I. neurologickej kliniky LF UK a UNB, Nemocnica Staré mesto.
„Je nemysliteľné realizovať projekt podobného rozsahu samostatne, preto verím, že spoločnými silami s kolegami z Chemického ústavu SAV a v spolupráci s profesorom Turčánim, prednostom I. neurologickej kliniky LF UK a UNB, sa nám to podarí,“ dodáva Robert Mistrík.
Čo sú to malé molekuly?
- Malé molekuly v ľudskom organizme sa delia na endogénne (telu vlastné) a exogénne (z vonku pridané) metabolity, no toto delenie je len orientačné, pretože medzi nimi neexistuje ostrá deliaca čiara.
- Odhadovaný počet endogénnych metabolitov je niekoľko tisíc, presnejšie číslo je predmetom výskumu.
- Vedeli ste, že jedným obedom dostaneme do tela ďalších niekoľko tisíc malých molekúl a v cigaretovom dyme je ich okolo 8-tisíc?
Patentovaná metodológia zo Slovenska
Slovenskí vedci vyvinuli funkčnú technológiou, pomocou ktorej sa ako jedni z prvých na svete pokúsia o podrobnú experimentálnu kvalitatívnu analýzu malých molekúl v ľudskom organizme.
- Majú za cieľ vytvoriť databázu, v ktorej každá molekula bude mať svoj spektrálny „odtlačok prsta“, podľa ktorého ju bude môcť ktokoľvek na svete identifikovať.
- Obrovská štruktúrna diverzita malých molekúl, nízke koncentrácie, absencia automatických meracích postupov, komplikovanosť chemickej analýzy, a vysoká cena analýzy sú hlavné príčiny, prečo identifikácia malých molekúl prítomných v ľudskom organizme je stále otvorený problém
- Slovenská technológia je najďalej spomedzi ostatných projektov podobného druhu. Molekuly identifikuje na základe použitia spektrálnych stromov schopných určiť podštruktúry a následne zrekonštruovať vzorec neznámych látok. Používa hmotnostnú spektrometriu, ktorá je okrem biochémie široko nasadzovanou analytickou metódou aj vo farmaceutických, kriminalistických, environmentálnych a potravinárskych aplikáciách.
Ambícia: zmapovať, katalogizovať a spektrálne charakterizovať ľudský metabolóm - celkový súbor malých molekúl v ľudskom organizme. (Ľudský genóm bol prečítaný pred 15 rokmi.)
Čítajte tiež:15 príznakov rakoviny u žien: Varovné signály nebezpečnej choroby!
