Mgr. Pavel Plevka, Ph.D.

Laureát Ceny Neuron pro mladé vědce za rok 2016

Pavel Plevka odhaluje slabá místa pikornavirů, které způsobují běžná nachlazení, ale i nebezpečné záněty mozku. Za přínos oboru získal Cenu Neuron pro mladé vědce 2016 a spolu s ní osobní prémii 250 tisíc korun.

Hledá slabá místa pikornavirů

Pavel Plevka zkoumá viry, které způsobují nemoci dolních cest dýchacích, zanícení očí nebo smrtelně nebezpečné záněty mozku. Na svůj projekt obdržel před třemi lety grant od Evropské rady pro výzkum. Nyní převzal Cenu Neuron pro mladé vědce v oboru biologie a spolu s ní prémii 250 tisíc korun.

Zabýváte se tzv. pikornaviry. Jakou mají podobu a co toto slovo znamená?
Virus vypadá jako dutá kulička sestavená z bílkovin. Uvnitř je svinuta jednovláknová ribonukleová kyselina (RNA) kódující geny viru. Jejich přepisem vzniknou komponenty viru, které se sestaví do dceřinných partikulí. Název pikornaviry znamená v překladu do češtiny malé RNA viry.

Kolik druhů těchto virů věda zná?
V současné době více než 300, ale toto číslo pravděpodobně ještě poroste s postupujícím poznáním.

Proč existuje tak velké množství druhů pikornavirů?
Nemoci vyvolané těmito viry nelze léčit, pouze se tlumí jejich příznaky (poznámka autora: například teplota, kašel, bolest hlavy) a spoléhá se na sílu imunitního systému pacienta. Proti virovým chorobám, s nimiž jsme se už jednou vypořádali, máme trvalou nebo alespoň dlouholetou odolnost. Na tuto obranu reagují viry rychlým vývojem nových druhů, aby opět mohly napadnout lidské tělo.

Na co se zaměřil výzkum vašeho týmu?
Studujeme zejména viry, které vyvolávají závažné choroby. Například záněty mozkových blan, které mohou skončit i smrtí pacienta, dále pikornaviry způsobující záněty očí, ochrnutí končetin nebo onemocnění dolních cest dýchacích, což je nebezpečné pro astmatiky. Zajímají nás rovněž dosud nepopsané druhy, protože tak máme větší šanci objevit něco nového.

Jak se pikornaviry šíří mezi lidmi?
Ty, které vyvolávají nachlazení, se přenášejí vzduchem. Viry způsobující zánět mozku nebo průjmy, se šíří fekálně-orálně. Laicky řečeno, když se špinavýma rukama dotýkáme jídla nebo si promneme oči.

Jak pikornaviry v těle působí?
Když se dostanou do kontaktu s buňkou, začíná celá kaskáda akcí. Na povrchu buňky jsou bílkoviny, které plní běžné buněčné funkce. Viry ale některé z těchto bílkovin dokážou zneužít jako „branky“ pro vstup do buňky. Vazba viru na povrch buňky vyvolá signály, na jejichž základě buňka uzavře vir do membránového váčku. To viru vyhovuje. Zatím neznámým způsobem vir proděraví membránový váček, totéž provede ve svém obalu a vypustí RNA do cytoplazmy, to znamená dovnitř buňky.

Co se děje potom?
RNA spustí v cytoplazmě tvorbu virových bílkovin. Jedna z nich zajišťuje přepis genetické informace, další bílkoviny ovlivňují vnitřní prostředí v buňce. Vytvoří se tzv. virové replikační továrny, kde se tvoří kopie virové RNA. Ta se svine, obalí bílkovinným pláštěm – kapsidou, vytvořeným v jiné části továrny a vir je hotový. Když jich je příliš mnoho, buňka se rozpadne a uvolní viry do okolí. Pikornaviry brzy po napadení buňky vypnou veškerou tvorbu buněčných bílkovin a začnou vyrábět jenom svoje virové proteiny. Tato schopnost ovládnout buňku je jednou ze silných stránek pikornavirů.

Imunitní systém člověka je na tyto viry už připravený, nebo jsou pro něho stále neznámé?
Náš imunitní systém většinou funguje velmi dobře na druhy, které způsobují nachlazení. Onemocnění trvá přibližně týden a člověk se uzdraví. Ale pikornaviry vyvolávající zánět mozku se šíří v organismu velmi rychle a imunitní systém na jejich přítomnost nestačí včas zareagovat. Obvykle potřebuje tři až pět dnů, než rozpozná vir a vytvoří protilátky. Navíc imunitní systém funguje také tak, že zabíjí infikované buňky. Jenže tělo nechce likvidovat neurony v mozku, proto je tato nervová centrála chráněna před vlivem naší imunity bariérou a viry se v ní mohou množit.

Každý zánět mozku ale nekončí smrtí pacienta. Co tedy zastaví množení viru, když imunitní systém nemůže kvůli bariéře zasáhnout?
Neurony jsou relativně odolné buňky, které po infekci virem snadno neumírají. Mohou tak využít vnitrobuněčných obranných mechanismů, které brání replikaci virové RNA a syntéze virových bílkovin. Postupně je virus z neuronů odstraněn.

Výzkum probíhá na tkáňových kulturách z lidských buněk. Jaký bude přínos vašich poznatků pro pacienty?
Naším cílem je poznat, jak virus proniká do cytoplazmy, jak se přepisuje virová RNA a jak uvnitř napadené buňky vznikají nové viry. Na této dráze hledáme místa, kde by se dal celý proces zastavit. Například enzym, který kopíruje virovou RNA, normálně v buňce neexistuje. Zjišťujeme, jak zastavit funkci tohoto enzymu. Pokud se nám podaří objevit látky blokující životního cyklu viru, budeme rádi, když naše poznatky využije některá farmaceutická firma.

Jak dlouho trvá jedna série pokusů, při kterých sledujete viry?
Máme skvělé vybavení pro kryo-elektronovou mikroskopii a můžeme pozorovat, jak virus ovlivňuje jednotlivé části buňky. Pikornaviry se v infikované buňce pomnožují rychle, maximálně 20 hodin. Ale měsíce pak vypočítáváme virové struktury a analyzujeme informace získané našimi pokusy.

Pikornaviry zkoumáte třetím rokem. K jakým dílčím výsledkům jste dospěli?
Vyšly nám dvě publiakce a vyřešili jsme strukturu sedmi virů z deseti, které nás zajímají. Počáteční úspěchy zaznamenáváme při analýze dějů v infikovaných buňkách.

Grant udělený Evropskou radou pro výzkum vám za tři roky končí. Už přemýšlíte o dalších plánech?
Výhledově se chceme zaměřit na vir klíšťové encefalitidy. Trochu budeme pracovat s virem zika a také s endemickými viry, které v tropech vyvolávají onemocnění ohrožující život.

Kam virologie směřuje?
Existují dvě cesty. Tou první je podávání vakcín, což je velmi úspěšné. Jenže pikornavirů je více než 300 druhů a proti všem samozřejmě nelze člověka naočkovat. Další možností jsou léky, ale onemocnění nastupuje velmi rychle a medikament se musí nasadit co nejdříve. To je jeden z důvodů, proč je k dispozici málo léků. Jejich vývoj závisí na získávání dalších poznatků v laboratořích základního výzkumu.

Text: Josef Matyáš

Zdůvodnění nominace – prof. Libor Grubhoffer, garant pro obor biologie:

„Nenajdeme v naší zemi mnoho talentů v biologických vědách, jakým je právě Mgr. Pavel Plevka, Ph.D. Životním příběhem představuje bez nadsázky ideální případ cílevědomé cesty talentovaného studenta za poznáním v otevřeném světě bez hranic, o kterém se nám ještě docela nedávno ani nesnilo. Naštěstí to nedávno už je vlastně docela dávno, celé čtvrtstoletí, ale co je to čtvrtstoletí v lidském životě, v životě člověka, který se rozhodl odhalovat tajemství přírody a který se upsal poznávání zákonitosti tvorby krystalových struktur virových částic. Pavel Plevka učinil definitivní rozhodnutí vydat se v badatelském životě právě tímto směrem při studiu molekulární biologie a virologie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Z Viničné 5 jej cesta vedla do Švédska na Universitu v Uppsale. Tam se zcela ponořil do problematiky strukturní virologie a bioinformatiky, strávil zde pro jeho další směřování velmi významných pět let a získal doktorát. S nabytými zkušenostmi z oblasti strukturní virologie bakteriofágů měl otevřené dveře k postdoktorálnímu pobytu v laboratoři profesora M. G. Rossmanna na Purdue University v USA. Zde mohl Pavel Plevka dále rozvíjet badatelský talent při studiu strukturních a molekulárně biologických otázek formování virových častic či jejich nukleokapsid s ikosaedrální symetrii, jakož i molekulární mechanismy replikace virionů z pohledu strukturní biologie. Během doktorského studia a zejména v průběhu postdoktorálního pobytu se autorsky či spoluautorsky podílel na úctyhodném počtu publikací původních výsledků v nejrenomovanějších časopisech. Jenom ve stručnosti, prvoautorský článek v Science, čtyři práce v PNAS, šest původních sdělení v Journal of Virology a další publikace ve Virology, Journal of Molecular Biology, Acta Crystalographica, Protein Science a několika dalších. během svého postdoktorálního pobytu se dostal k celému širokému spektru virů, nicméně životní volbou se pro Pavla Plevku stal enterovirs 71, lidký patogen ze skupiny pikornavirů, který zejména u dětí dokáže být původcem nebezpečné encefalitidy. Ne nadarmo je tento virus blízkým příbuzným pikornaviru dnes již naštěstí prakticky vymýcené dětské obrny. Pavel Plevka získal během svého tříletého pobytu u profesora Rossmana skvělé ostruhy pro úspěšné působení v nejlepších světových laboratořích, přesto se rozhodl pro návrat domů. Do brněnského CEITECu nechtěl přijít s prázdnou, požádal o startovací grant u Evropské výzkumné rady a uspěl, a to mu otevřelo další životní příležitost v podobě založení vlastní výzkumné skupiny strukturní virologie v CEITEC a při Masarykově univerzitě v Brně. Dr. Markus Dettenhofer, výkonný ředitel CEITEC, oceňuje nejenom kvalitní publikace Pavla Plevky či zmíněný grant ERS, ale zejména jeho lidské kvality a badatelskou vyzrálost, jež se zřetelně promítají do nadšení, píle a zvídavosti studentů v jeho výzkumné skupině. Svého času československá virologie zastávala významné místo v oblasti pikornavirů dětské obrny, v Dr. Pavlu Plevkovi a jeho badatelské práci má naše virologie zcela jistě mimořádně zdatného pokračovatele.“

Napsali o něm: