23.06.2021-20:30:00   |   Tomáš Bertók
#Názory
#Veda
#Živá príroda
Autor článku, Ing. Tomáš Bertók, PhD., EUR ING, je vedecký pracovník Chemického ústavu Slovenskej akadémie vied a spoluzakladateľ startupovej firmy Glycanostics. Je držiteľom viacerých ocenení, okrem iného bol laureátom ceny Mladá osobnosť vedy 2016.

Predstavte si, že Sir Alexander Fleming (alebo ako ho volajú moje deti – Šaňo Fleming) objavil, že vláknitá huba rodu Penicillium potláča rast patogénnych baktérií. Dostane nápad: „Poďme skúsiť liečiť ľudí. Zachránime plno životov, zlepšíme ľuďom kvalitu života, viac detí sa dožije dospelosti!“

Túto fázu môžeme nazvať základným výskumom. Ale Šaňo veľmi skoro zistí jednu nemilú vec – on predsa antibiotiká produkuje pomocou húb na Petriho miske.

Ak by sa aj pokúsil penicilín (Penicillium je huba, penicilíny sú látky – antibiotiká, ktoré tieto huby produkujú) izolovať, z jednej misky vyizoluje povedzme 500 mg. Ale chorému musíme penicilín podať aspoň dvakrát denne a prinajmenšom po dobu jedného týždňa.

Šaňo zistil, že na uzdravenie jedného človeka potrebuje 14 misiek. Začína sa nám črtať problém.


Rozdiely v predpisovaní antibiotík sú medzi rôznymi krajinami značné. V Spojených štátoch amerických napr. v roku 2014 užívali antibiotiká asi 5 zo 6 ľudí. Ak toto číslo znížime na 3/6 (50 %) a povieme si, že Šaňo má určite dobré srdce a chce, aby jeho liek pomáhal na celom svete, musí Šaňo v prvom roku objavu penicilínu, keď bolo na svete vyše 2 miliárd ľudí (1929), pracovať so 14 miliardami Petriho misiek.

Toto nie je náročná úloha – toto je nereálne.

Navyše, variabilita medzi miskami môže vplývať na kvalitu produktu. A čo ak sa jedna miska kontaminuje, alebo rozbije? Čo ak bude v jednej miske menej ako 500 mg antibiotika? Potrebujeme mať zdroj antibiotík (nazvime ho „produkčný kmeň“), ktorý je stabilný, máme ho dostatok a je udržiavaný v čistom prostredí, kde mu nič nehrozí. Navyše to, že huba rástla na miske, nemusí znamenať, že mala aj optimálne podmienky. Čo ak vieme docieliť rýchlejší rast, vyššiu produkciu alebo nižšie nároky na udržanie našej huby pri živote – zdravej a spokojnej? A to pomerne jednoducho, napr. zmenou teploty, pH, miešaním, prídavkom nejakej látky do prostredia, atď.

Vtedy zavoláme biotechnológa.

Biotechnológ je človek, ktorý musí mať hlboké vedomosti z mnohých prírodných, technických ale aj ekonomických odborov. Predsa len, ak viete vyrobiť síce super antibiotikum v troch tabletkách, ale drahé, a konkurencia vie vyrobiť síce až šesťtabletkové (teda liečba trvá dlhšie), ale za desatinu ceny... to môže významne zamávať celým procesom.

Teraz mnohých z vás asi napadlo – no moment, ide o lieky... ale veď aj kvasinky sú vo svojej podstate (jednobunkové) huby. A ľudia predsa robia kvasené produkty odjakživa. Víno, pivo, kysnuté cesto...

Presne tak, aj starí Rimania či Egypťania boli v tomto smere biotechnológovia. Proste vzali niečo, čo nám dáva príroda, a pomocou biochemických procesov, ktoré sprostredkuje práve táto prírodná zložka, vytvárali niečo, čo v prírode nie je.

Dnes je pojem biotechnológia už veľmi široký. Dokonca sa rozdeľuje na rôzne „farby“. Klasické fermentácie sú napr. označované ako sivé biotechnológie, červené sú medicínske, žlté potravinárske, atď.

Biotechnológia sa za posledné desaťročia významne menila v dôsledku dvoch vedeckých „revolúcií“, ktoré sa dotkli nielen tejto oblasti. Bol to rozvoj génového inžinierstva (tzv. biele biotechnológie) a nanotechnológií (tzv. zlaté biotechnológie).

Asi ste už počuli pojem „geneticky manipulované/modifikované organizmy“. Prakticky ide o taký zásah do genetickej výbavy buniek, ktorý cielene (!) vytvára organizmus so zmenenými vlastnosťami.

Jeden príklad za všetky je „zlatá ryža“ – v podstate ryža s obsahom beta-karoténu ako prekurzoru vitamínu A (preto tá krásna „zlatá“ farba), ktorá v chudobných oblastiach sveta, kde ľudia nemajú prístup k vyváženej strave, dokáže zabezpečiť prísun vitamínov tamojšej populácii. Mimochodom inzulín, ktorý si denne dávkujú diabetici, pochádza z geneticky modifikovaných baktérií. Je to oveľa rýchlejšie, jednoduchšie a lacnejšie, ako izolovať ho z iného zdroja. Aj vďaka týmto metódam máme nielen prístup k novým potravinám a liekom, ale aj vakcínam na báze vírusov, alebo mRNA vakcínam.


Aby ale neostalo iba pri využívaní buniek v biotechnologických procesoch – za prírodnú zložku nejakého procesu môžeme považovať aj časti buniek (bunkové steny, organely, proteíny ako napr. protilátky či enzýmy).

Naši predkovia samozrejme nevedeli, čo spôsobuje kvasenie. Nevedeli, že za chorobami sú bunky alebo vírusy – teda mikroorganizmy. Vedeli ale, že ak na otvorenú ranu dáte ocot, rana sa nezapáli. Vedeli, že ak z kysnutého cesta kúsok odoberiete a zmiešate s novým cestom, tak sa nám nové cesto prekvasí. To, že za týmito javmi stoja mikróby, sme zistili až s rozvojom mikroskopie a pričinením ľudí ako Robert Hooke či Antonie van Leeuwenhoek v 17. storočí. Dôkaz, že na fermentáciu nie je nutná celá bunka, sme získali vtedy, keď sme bunky rozdrvili a napriek tomu došlo ku kvaseniu. Zložky buniek za to zodpovedné boli nazvané fermenty – neskôr enzýmy (z gréckeho ἔνζυμον = vnútri kvasinky).

Enzýmy sú však nenahraditeľné aj v dnešnej diagnostike (a mnohých iných oblastiach). Niektoré krvné vyšetrenia využívajú enzýmy nato, aby klinickí biochemici zistili, koľko máme v krvi nejakej látky, a čo to znamená pre naše zdravie. Celý proces samozrejme chvíľku trvá – spomeňte si na to, keď budete najbližšie čakať pár hodín/dní na výsledky svojich testov. Enzýmy v kombinácii s nanomateriálmi sa intenzívne skúmajú ohľadom produkcie tzv. biobatérií alebo v oblasti senzoriky – napr. pre implantovateľné biosenzory, ktoré dokážu monitorovať hladinu vybranej látky v našom tele, pričom sú poháňané napr. krvnou glukózou a signál prenášajú do nášho smartfónu.

Áno, biotechnológia je úžasne pestrá. Matematika a fyzikálne javy (prestup látky či tepla v obrovských kovových tankoch – tzv. bioreaktoroch, v ktorých sa nepretržite produkujú naše antibiotiká), chémia a biochemické deje (výživa buniek, produkcia a hromadenie nejakého medziproduktu bunkového metabolizmu v našom bioreaktore, ale aj čistenie a izolácia finálneho produktu), dátová a počítačová veda (napr. spracovávanie a štatistické vyhodnocovanie obrovského množstva dát pri klinických skúškach) ale aj patentové právo či ekonomické bilancie procesov – toto všetko by z vás malo spraviť biotechnológa. A ešte niečo navyše – dobrý čuch! Zlaté pravidlo mojich študentských čias, keď som sa učil práci s bioreaktormi, bolo – ak to smrdí, tak v tom niečo rastie. Otázne je, či sa v tejto ešte oblasti máme kam posunúť.

Biotechnológie zasahujú prakticky do všetkých oblastí nášho života. Mikroorganizmy pre nás produkujú jedlo a nápoje, lieky, ale aj ďalšie látky ako napr. rôzne arómy či organické molekuly, ktoré slúžia chemikom na prípravu ďalších látok. Čistia pre nás znečistené životné prostredie, vyťahujú z vody ťažké kovy, alebo v modernej terapii sa dokonca využívajú na liečbu nádorov močového mechúra.


A čo také probiotiká, ktoré nám pomáhajú pri rôznych črevných ťažkostiach? Na mnohé diagnózy tohto typu sa dnes už neodporúčajú antibiotiká – naša črevná mikroflóra si väčšinou s infekciou poradí (s drobnou pomocou, samozrejme). Mikroorganizmy tvoria okolo 1 % našej hmotnosti a počtom buniek vzhľadom na ich menšie rozmery dokonca presahujú počet buniek v našom tele. Žijeme s nimi v rovnováhe a sú to naši pomocníci. Šikovný biotechnológ tomu rozumie a rozumne ich využíva pri svojej práci.

Ak by mala byť ďalším krokom vo vývoji ľudstva kolonizácia vesmíru, vezmeme si ich so sebou – či chceme alebo nie. Sú ako živý náter takmer na všetkom, na čo sa pozriete. A zrejme ich pomoc budeme v budúcnosti potrebovať ešte viac, ako predtým.

A teraz ruku na srdce, kto z vás sa po prečítaní tohto článku necíti byť aspoň trochu biotechnológom?

Tento článok sme Vám mohli priniesť vďaka podpore na Patreone. Aj symbolický príspevok nám pomôže zverejňovať viac kvalitných článkov.
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok







Pridať e-mail