Nová stipendijní profesura pro nanofysiologii: Po stopách buněčného řádu

Díky nejmodernější, vysoce rozlišující mikroskopii lze dokonce vidět cytoskelet (zeleně) nervové buňky mouchy a kontaktní místa (červeně) s jinými buňkami. (Foto: Prof. Jan Pielage)

Profesor Sandro Keller, proděkan katedry biologie

Co přesně na nanoúrovni v buňkách probíhá, je pro výzkum zatím stále záhadou. Jak jsou uspořádány struktury, například membrány a enzymové komplexy, v buňce? Odkud buňka ví, kde je vpředu, vzadu, dole a nahoře? Jak vznikají prostorově a časově sladěné struktury? Na tyto otázky má odpovědět profesura nadace pro nanofysiologii na Technické univerzitě Kaiserslautern (TUK). V prvních pěti letech ji bude podporovat Nadace Carl-Zeiss částkou milion eur. Cílem je lépe pochopit vzory v buňkách na molekulární úrovni, a tím i najít příčiny nemocí, například nervových onemocnění.

Objevují se například skvrny na srsti leopardů a žiraf nebo pruhy u zebry – jak takové vzory vznikají během embryonálního vývoje, je dnes již dobře prozkoumáno. „Geny, které se čtou pouze v určitých buňkách a jen v určitém čase vývoje, hrají v tom důležitou roli,“ říká profesor Dr. Sandro Keller, prodekán biologického oddělení na TUK, kde bude nová profesura sídlit.

Podobné procesy probíhají také na molekulární úrovni – v oblasti, která není lidským okem přímo viditelná. Jak je důležité, aby zde také docházelo k takovému řádu, ukazuje například přenos informací u nervů. Prostorově a časově přesně koordinované uspořádání synapsí na nervových buňkách je klíčové pro správné zpracování informací mezi nimi.

Také cytoskelet, kostra buněk, která řídí pohybové a transportní procesy, podléhá přesnému uspořádání. Obecně jsou buňky vysoce složitými útvary, v nichž jsou například mitochondrie, energetické továrny buněk, nebo proteinové komplexy na membránách uspořádány do určitých vzorů. „Co přesně na molekulární úrovni probíhá, jak buňky vytvářejí tento řád a udržují jej funkční po měsících či letech, a zároveň jej přizpůsobují měnícím se podmínkám, zatím není detailně pochopeno,“ dodává Keller.

Professura, financovaná Nadací Carl-Zeiss, se bude v budoucnu věnovat těmto otázkám. Při tom budou využívány mimo jiné vysoce rozlišovací mikroskopy, které umožní pohled do nanokosmu. „S běžnými světelnými mikroskopy můžeme nahlédnout pouze do přibližně třetiny mikrometru uvnitř buněk,“ říká Keller. „Ale pro nanorozměr je tato technika nevhodná.“

Na to jsou potřeba nové mikroskopické techniky, které v současnosti revolucionalizují biologický výzkum, a díky nové profesuře se nyní budou moci také na TUK používat. Aby bylo možné zpracovat velké množství dat a obrázků digitálně, je plánována úzká spolupráce s matematickými a informatickými odděleními a s Fraunhoferovým institutem pro technicko-ekonomickou matematiku ITWM.

Výsledky nejen pomohou pochopit základní buněčné procesy, ale také najít molekulární příčiny nemocí, například nervových onemocnění nebo vývojových poruch. Nová profesura pro nanofysiologii by měla být obsazena v roce 2018 a dále posílit výzkumný směr membránové a systémové biologie na TUK.

Profesor Dr. Arnd Poetzsch-Heffter, viceprezident pro výzkum a technologie, má z nové profesury radost: „Tím můžeme jednak posílit výzkumný směr o důležité tématické oblasti a také rozšířit interdisciplinární spolupráci mezi jednotlivými odděleními TUK a s Fraunhoferovým institutem ITWM. Gratuluji všem zúčastněným k tomuto úspěchu.“

Theresia Bauer, předsedkyně správní rady Nadace Carl-Zeiss, vysvětluje rozhodnutí o podpoře: „Podporou profesury umožňuje Nadace Carl-Zeiss Technické univerzitě Kaiserslautern dále rozvíjet její již dnes silný výzkumný směr membránové a systémové biologie. To doplňuje naši již probíhající podporu centra lipidomiky a vychází ze zásady nadace, že při podpoře se řídí akademickými silnými stránkami žadatelů a jejich strategickým zaměřením.“