Chemagazín: Nové výzkumné centrum v biologickém areálu AV ČR: Pražská infrastruktura pro strukturní biologii a metabolomiku

V úvodu slavnostního programu spojeného s prohlídkou nových pracovišť vystoupí ředitel MBÚ AV ČR RNDr. Martin Bilej, DrSc., s krátkým ohlédnutím se za 45 lety molekulární struktury v tomto ústavu. Vedoucí Laboratoře charakterizace molekulární struktury MBÚ AV ČR prof. Vladimír Havlíček se pak shrne přínos nové infrastruktury české vědě.

Projekt PISBM vytváří nové možnosti pro strukturní analýzu medicínsky důležitých biochemických procesů a struktury biomolekul. Kombinuje dvě základní analytické techniky – hmotnostní spektrometrii (MS) a nukleární magnetickou rezonanci (NMR) – při řešení klíčových biomedicínských otázek, a to s důrazem na diagnostiku infekčních a nádorových onemocnění a definici příslušných terapeutických cíl.

V rámci PISBM byly instalovány spektrometr NMR s protonovou pozorovací frekvencí 700 MHz a hmotnostní spektrometr s iontově cyklotronovým analyzátorem (FTMS) s indukcí magnetického pole 12 Tesla. Rovněž došlo k rozšíření stávajícího NMR spektrometru 600 MHz o spojení s kapalinovou chromatografií a extrakcí na pevné fázi (HPLC-SPE-NMR). Realizace projektu si též vyžádala nezbytnou rekonstrukci a modernizaci objektu L v areálu AV ČR v Praze 4-Krči.

Iontový cyklotron 12T i spojení HPLC-SPE-NMR jsou celorepublikově unikátní. První z nich umožní řešit struktury biologicky významných látek, zvláště velkých biomolekul jako jsou bílkoviny nebo části nukleových kyselin. Jedná se o sloučeniny, které mohou být molekulární značkou vzniku různých onemocnění nebo popisovat dosud neznámé biologické procesy. Druhý přístroj, HPLC-SPE-NMR, je určen pro řešení struktur nízkomolekulárních látek ve směsích. Kapalinová chromatografie (HPLC) odděluje jednotlivé komponenty složitého vzorku, kterým může být lidská tělní tekutina, ve které jsou stanovovány metabolity charakterizující zdravotní stav pacienta. Celý systém slouží jak k určení struktury jednotlivých látek, tak i absolutního množství příslušných látek ve vzorku. Systém je osazen automatickým dávkovačem, sběračem frakcí a další robotikou, tedy zařízeními, které umožní zpracovávat vysoký počet klinických vzorků bez zásahu obsluhy. Nákladný přístroj bude pracovat 24 hodin denně, sedm dní v týdnu. Třetím novým zařízením je NMR spektrometr 700 MHz. Jde o jeho první pražskou instalaci, využíván bude k řešení vyšších struktur biomolekul.

Mikrobiologický ústav má čtyřicetiletou tradici v analýze přírodních látek a biomolekul. Byl i prvním pracovištěm v zemích bývalého východního bloku, které instalovalo iontový cyklotron (2004). Na tomto zařízení byly následně zavedeny do praxe pionýrské techniky, jako je hmotnostně spektrometrické zobrazování (obrázek dole) nebo charakterizace struktur bílkovin metodami chemického zesítění a vodík-deuteriové výměny. V oblasti hmotnostního zobrazení byly vyvinuty techniky analýzy obtížně měřitelných tkání, jako jsou plíce myší, těla hmyzu nebo prasečích a lidských očních čoček. Byly vyvinuty počítačové programy pro identifikaci lipidů v těchto vzorcích. Podařilo se charakterizovat biomarkery Fabryho choroby, pracuje se na určení vztahu mezi tvorbou očních zákalů a chemického složení očních čoček. Úspěchem je i vyvinutí metod obohacení biologicky významných, ale vzácně se vyskytujících fosfopeptidů ve složitých směsích proteinů. Zde se jedná o důležité molekuly buněčné signalizace.

Partnery nově vzniklé Pražské infrastruktury, jejíž finanční objem přesáhl 94 milionů korun, jsou Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Univerzita Palackého v Olomouci a Univerzita Karlova v Praze. S novou instrumentací se očekává další rozvoj hmotnostně spektrometrického zobrazení, a to směrem do nových skupin látek, jako jsou peptidy a sacharidy. Vyšší rozlišení a citlivost nových spektrometrů (NMR a MS) umožní analyzovat ještě složitější typy látek, než bylo do současnosti možné. Průběh realizace projektu lze sledovat na stránkách: http://ms.biomed.cas.cz/oppk.php.