GAČR 2025: Chování biomolekul před vznikem života

Docent Michal Kolář z VŠCHT Praha společně s týmem Kláry Hlouchové z Univerzity Karlovy se v projektu podpořeném GAČR vrací v čase o čtyři miliardy let zpět, aby zkoumal vznik jedné z klíčových struktur života – ribozomu. Pomocí výpočtů i experimentů se snaží objasnit, jaké chemické podmínky umožnily vznik jeho předchůdce, tzv. protoribozomu. K čemu nám může objasnění této základní otázky posloužit? Možná i k pochopení vzniku antibiotické rezistence.

Jak byste v několika větách popsal laikovi o čem váš projekt je a proč je důležitý?

Společně s týmem Kláry Hlouchové z Univerzity Karlovy budeme studovat chování biomolekul za podmínek, které na Zemi panovaly před vznikem života, tj. před asi 4 miliardami let. Konkrétně se budeme zabývat předchůdcem ribozomu, tzv. protoribozomem. Nedávno jsem pro web školy o tématu mluvil v souvislosti s naším dosavadním výzkumem.

Co vás inspirovalo k výběru tématu? Byla to konkrétní výzva, kterou jste chtěli řešit, nebo spíše přirozené pokračování vaší dosavadní práce?

Má skupina se dlouhodobě zabývá studiem ribozomů, buněčných továren na bílkoviny, Klářina zase vznikem života. Protože se nám příjemně spolupracuje, dali jsme obě témata dohromady.  

Co je hlavním cílem vašeho výzkumu?

Chtěli bychom odpovědět na otázku, jakou roli hrály podmínky, konkrétně koncentrace Mg2+ iontů, pH a přítomnost peptidů, při vzniku protoribozomů.

VŠCHT: Schéma biofyzikální a biochemické optimalizace vedoucí k modernímu ribozomu. Zelený obrys zvýrazňuje naše výzkumné cíle.A) Izolované biomolekulární stavební kameny (černě) a kovové ionty (žlutě). B) Jednoduché RNA (světle modře) a krátké peptidy (tmavě modře) se vzácně účastní interakcí. C) Jednoduché kondenzáty delších RNA a peptidů, stabilizované kovovými ionty, zvyšují katalytickou účinnost komplexů, čímž podporují pozitivní zpětnou vazbu pro syntézu ještě delších RNA a peptidů. D) Složité kondenzáty a počátek templátové syntézy, při níž jsou některé interakce s kovovými ionty nahrazeny přímými interakcemi lépe optimalizovaných biomolekul. E) Moderní ribozom složený z velké (modře) a malé (červeně) podjednotky.

Co myslíte, že porotu zaujalo nejvíce?

Už jsem měl možnost vidět posudky poroty. Hlavní dva pozitivní aspekty našeho projektu, které se opakovaly, byla kombinace kvalitních výpočtů s kvalitní experimentální částí a zajímavá vědecká otázka.

Přinese projekt nějaké konkrétní aplikace nebo technologie?

V krátkodobém horizontu nejspíš ne, protože se zaměřujeme na základní otázky o vzniku života na Zemi. V dlouhodobém horizontu, kdo ví. Studujeme předchůdce moderního ribozomu, který je dnes cílem velké skupiny antibiotik. Naše poznatky o abiogenezi ribozomu tak mohou např. vést k novým přístupům k řešení antibiotické rezistence.

V čem je váš projekt unikátní?

Plánujeme k naší vědecké otázce přistoupit z mnoha stran a použít jak teoretické, tak experimentální přístupy.

Jaké překážky nebo výzvy očekáváte během realizace projektu? Máte už strategii, jak je překonat?

Budeme studovat rané komplexy peptidů a RNA, což jsou sice malé, ale konformačně velmi dynamické biomolekulární systémy. Značná dynamika bude působit obtíže při strukturní charakterizaci komplexů. V kombinaci s počítačovými simulacemi bychom ale mohli problém překonat.

Co vám dělá na projektu největší radost?

Od ribozomů, kterým se věnuji téměř deset let, se má skupina posouvá kousek jinam. Těším se, na co v pro mě neprobádaných vodách narazím

Co by teoreticky mělo navazovat na váš výzkum až projekt skončí?

Jak to se základním výzkumem chodí, podaří se zodpovědět jednu otázku a dalších deset nových se vynoří. Po skončení projektu proto z těch desíti vyberu tu nejlepší a na tu se vrhnu.