Aktivity Evropského fóra strategie výzkumných infrastruktur (ESFRI – European Strategy Forum on Research Infrastructures) v oblasti biolékařských a biologických věd jsou v současném stavu pokryty šesti projekty. Jedním z nich je Integrovaná infrastruktura pro strukturní biologii – INSTRUCT (Integrated Infrastructure for Structural Biology). Iniciátorem a koordinátorem projektu INSTRUCT je prof. David I. Stuart z Oxfordské univerzity a Centra lidské genetiky Wellcome Trust.
Podpora zásadních zařízení a vybavení pro výzkum v Evropě by měla být realizována v nejbližších desetiletích v projektech ESFRI, které byly původně iniciovány především fyzikálními obory. V Evropě se výzkum v oblasti strukturní biologie doposud odehrával zejména v rámci individuálních institucí jednotlivých zemí, ať již za národní nebo evropské podpory. Přitom zřízení a podpora např. velkých zdrojů synchrotronového záření (synchrotronů) byla a je v posledních dvou desetiletích výborným příkladem výzkumné infrastruktury, která umožnila rozvoj různých vědních oborů. Mezi nimi také strukturní biologie, jež využívá synchrotronu především jako stabilního zdroje monochromatického rentgenového záření definovaných vlastností pro difrakční experimenty.
Strukturní biologie se snaží objasnit základní principy funkce živých systémů s využitím informací o jednorozměrné až třírozměrné struktuře biologických molekul a systémů. Experimentální techniky využívané při tomto studiu zahrnují rentgenovou a neutronovou difrakci, nukleární magnetickou rezonanci (NMR), elektronovou mikroskopii (EM), výpočetní metody a počítačové modelování společně s celou řadou charakterizačních technik, jako jsou hmotnostní spektrometrie, techniky světelného rozptylu, kalorimetrické metody, metody vedoucí k optimalizaci prostředí pro daný molekulární systém a jiné.
3D struktura chemosensorického proteinu CSP-1 bource morušového určená pomocí NMR spektroskopie. Tento protein o molekulové hmotnosti 12,5 kDa patří do třídy bílkovin vázajících molekuly, které slouží k přenosu signálů u hmyzu. Hydrofóbní kavity indikující možná vazebná místa chemosensorických molekul jsou vybarveny modře.
Metody určení třírozměrné struktury biologických molekul pomocí rentgenové difrakční analýzy a nukleární magnetické rezonance zaznamenaly v přibližně posledních 20 letech rozmach, který vedl společně s aktivitami strukturně-genomických center k exponenciálnímu nárůstu počtu deponovaných struktur v databázi PDB (viz Protein Data Bank, wwPDB, http://www.wwpdb.org/). Využití 3D souřadnic proteinů, nukleových kyselin a jejich komplexů při studiu složitých biologických a biochemických procesů a návrhu nových léčiv tak již zdaleka není výjimkou. Mnoho tisíc třídimenziálních struktur biologických látek umožnilo objasnit základní principy skládání proteinového řetězce, katalytické funkce a inhibice enzymů, principy funkce antibiotik, odhalit základy transkripce a translace genetické informace, stavby a funkce virů, principy regulace buněčných procesů a pochopit řadu dalších komplikovaných procesů.
Struktura enzymu β-galaktosidázy z antarktické bakterie Arthrobacter sp. C2-2 určená pomocí rentgenové difrakce (dva na sebe kolmé pohledy). Enzym štěpí mléčný cukr i za relativně nízkých teplot. Struktura s přibližně 54 000 nevodíkových atomů ukázala orientaci aktivních míst do vnitřní dutiny komplexu. Aminokyseliny aktivního místa jsou reprezentovány černými kuličkami, jednotlivé proteinové řetězce hexameru jsou odlišeny barevně.
Projekt INSTRUCT je zaměřen na účinné zajištění výzkumné infrastruktury v evropském výzkumném prostoru právě v oblasti strukturních studií biologických látek. Koordinátor projektu prof. David I. Stuart je zároveň koordinátorem evropského projektu SPINE2-Complexes, iniciativy spojující 18 evropských partnerů v úsilí o strukturní charakterizaci komplexů biologických makromolekul, které hrají zásadní roli v oblasti lidského zdraví. Právě tento projekt, navazující na předchozí projekt SPinE (Structural Proteomics in Europe), inspiroval návrh na celoevropskou podporu zásadního vybavení a technik, které jsou nezbytné pro rozvoj efektivnějšího strukturně-biologického výzkumu.
V letech 2008–2010 během přípravné fáze INSTRUCT, která je financována Evropskou komisí, budou definovány potřeby a vypracovány principy, podle nichž bude možné na evropské úrovni tyto potřeby naplnit. V případě úspěšné realizace této části projektu bude následovat několikaletá konstrukční fáze, tj. období budování infrastruktury, a poté operační fáze, v níž bude nutno zajistit přístup k centrálnímu vybavení INSTRUCT. Současná organizační struktura zahrnuje 13 partnerských a 77 asociovaných pracovišť. Projekt podporuje 29 vědeckých institucí 18 evropských zemí. Pro evaluaci současného stavu a formulaci budoucích požadavků na podobu budovaných infrastruktur vzniklo 20 pracovních skupin. Podrobnosti o projektu jsou zveřejněny na http://www.instruct-fp7.eu/.
Ve dnech 16.–17. října 2008 se bude v rámci přípravné fáze projektu konat otevřené setkání INSTRUCT Open meeting v Martinsriedu u Mnichova, které umožní širší vědecké veřejnosti vstoupit do diskuze o potřebách centrálních zařízení a služeb v oboru strukturní biologie pro následující desetiletí.
Česká republika se oficiálně připojila k aktivitám INSTRUCT v červnu tohoto roku a jejími zástupci jsou prof. Vladimír Sklenář v oblasti NMR a technik a dr. Jan Dohnálek v oblasti rentgenové difrakce, charakterizačních a výpočetních technologií. Ti mohou být kontaktováni s konstruktivními připomínkami nebo nároky na připravovaný projekt.
Dne 3. října 2008 se pod záštitou Biotechnologického ústavu AV ČR uskuteční v přednáškovém sále Ústavu molekulární genetiky AV ČR seminář na téma INSTRUCT – strukturní biologie v Evropě, na němž mimo jiné vystoupí prof. David I. Stuart. Na seminář je zvána široká vědecká veřejnost stejně jako uživatelé klíčových technik oboru a odborníci v souvisejících oblastech výzkumu.
JAN DOHNÁLEK,
Biotechnologický ústav AV ČR, v. v. i.,
a Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i.,
VLADIMÍR SKLENÁŘ,
Národní centrum pro výzkum biomolekul PF Masarykovy univerzity
English
