Objev Petera Fabiana možná jednou přepíše učebnice

„Pro takové objevy musíte mít jednak štěstí, ale hlavně musíte být připravený a schopný je vidět. A já jsem i díky Ph. D. tréninku u Zbyňka Kozmíka a půlroku stráveném jako postdoktorand v laboratoři Roberta Černého na Přírodovědecké fakultě UK byl,“‎ říká Peter Fabian, prvoautor vědecké studie, která vyšla v jednom z nejprestižnějších vědeckých časopisů Science. Aktuálně působí na americké University of Southern California (USC) v Los Angeles a spolu s kolegy se mu podařilo odhalit evoluční původ adenohypofýzy u modelového organismu rybiček (zebrafish, Danio rerio).

Hlava embrya zebrafish (pohled zepředu) zobrazená pomocí konfokální mikroskopie, kde jsou červeně označené buňky endodermu. 

Jaký je to pocit být prvoautorem na článku v Science?

Je to paráda, splněný sen. Je to veliká prestiž, nejen pro mě, ale i pro všechny další členy týmu. A nejvtipnější na tom je, že se jedná o můj vedlejší projekt, na kterém jsem dělal ve volných chvílích a o víkendech.

Jak tento objev vznikl?

Vlastně „náhodou“‎, respektive souhrou několika zásadních okolností. U Roberta Černého jsem se jako postdoktorand během půl roku naučil mnoho technik, ale především znalostí o endodermu (vnitřní zárodečný list vznikající během embryogeneze - poz. redakce). Pak jsem odešel do Ameriky a začal se věnovat jiným tématům z vývojové biologie. Na USC mají skvělý genetický nástroj – speciální značení endodermu v modelovém organismu (zebrafish), kdy zkoumám, jak spolu interaguje ektoderm (vnější) a endoderm (vnitřní zárodečný list). A při tom jsem náhodou objevil že v adenohypofýze jsou přítomné i buňky endodermálního původu, a to byl ten WOW moment! Tam se mi propojily předchozí znalosti a nové možnosti zobrazení. Pamatuji si, jak jsem jsem si jedno celé sobotní odpoledne o tom psal a pak i volal s doktorem Černým. Můj americký vedoucí, profesor Crump, tomu zpočátku vůbec nechtěl věřit – ve všech učebnicích vývojové biologie se dočtete, že adenohypofýza obratlovců je tvořena ektodermem. Ale já jsem pozoroval i buňky endodermu…

Co bylo pak?
Musel jsem přesvědčit i sám sebe – být si jistý, že je to skutečně tak a nejedná se například jen o nespecifické značení. Potvrdil jsem to třemi nezávislými technikami a především videem – kdy už nemusíte nic vysvětlovat ani nikoho přesvědčovat, protože to vidí i laik (video naleznete na konci článku – pozn. redakce).

Co tento objev znamená?

Přepsali jsem základní biologické znalosti o tom, jak vzniká adenohypofýza u ryb. Ukázali jsme, že o této žláze s vnitřní sekrecí o velikosti hrášku zdaleka nevíme vše, přitom je velmi důležitá – řídí a synchronizuje naše dlouhodobé hormonální cykly – růst, dospívání, menstruační cyklus, produkci mateřského mléka. Když to přeženu, touto studií jsme zaznamenali možnou památku po evoluci adenohypofýzy.  Kopinatec, zástupce strunatců,  je asi nejvíce podobný našim dávným předkům, a tak se očekávalo, že jeho „adenohypofýza“‎ - drobná žláza, která je homologická adenohypofýze obratlovců - bude podobná té naší, ale „adenohypofýza“‎ kopinatců je čistě z endodermu. Naopak my lidé, obratlovci, máme podle současného poznání adenohypofýzu z ektodermu. Je tam tento evoluční skok. A my teď ukazujeme - pozor ryba to má jinak, její adenohypofýzu tvoří buňky ektodermu i endodermu, které jsou náhodně distribuované v celé adenohypofýze. A možná to tak máme i my lidé a jen jsme to přehlédli. 

 
Vývoj embrya kopinatce, zebrafish a člověka. „Adenohypofýza“ kopinatce je tvořena pouze endodermem (žlutě), u člověka je naopak adenohypofýza tvořena pouze ektodermem (modře), zobrazena je i endodermální Seesselova výchlipka (žlutě), která je dle současného poznání považována za nefunkční evoluční pozůstatek – podobně jako například mužské bradavky. U zebrafish (uprostřed) se na vzniku adenohypofýzy podílí ektoderm (modře) i endoderm (žlutě). Zdroj: Upraveno dle Science.

Jakou roli hraje, zda je adenohypofýza tvořená ektodermem nebo endodermem?

V současné době to pro běžný život nemá žádné dopady – jedná se o základní výzkum. Zatím nevíme, zda by to tak mohlo být třeba i u lidí a jaké to může mít důsledky. Ale čistě teoreticky: ektoderm a endoderm je jiný typ tkáně a mohlo by to mít i klinické důsledky, například na pochopení nejrůznějších anomálií či nádorových onemocnění. Do budoucna by to mohlo přinést i něco převratného – stačí se podívat na řadu podobných výzkumů z minulosti – jen díky takovým „na první pohled nezajímavým“‎ výsledkům základního výzkumu máme techniku CRISPR nebo třeba umíme léčit spavou nemoc.

Takže jednou můžete přepsat učebnice?

Nevím, možná (se smíchem krčí rameny). Je to vlastně potvrzení dávných diskuzí a schémat. Již perokresby z konce 19. století naznačovaly, že by se na vývoji adenohypofýzy mohly podílet i další zárodečné struktury, jenomže tyto nákresy jsou v mnohém mylné a definitivní důkaz stále chyběl. Náš výzkum teď tuto domněnku jednoznačně potvrdil a nejnovějšími technikami posunul dále.

Jak tento výzkum probíhal v laboratoři?

Hlavní technikou byla konfokální mikroskopie – ve studii používáme 1,5denní embrya rybiček zebrafish, což je ideální modelový organismus – embrya se vyvíjí mimo matku a jsou transparentní – můžeme tak pod mikroskopem přímo pozorovat, co se děje v živém organismu během vývoje.

Druhou metodou, kterou jsme používali je single-cell RNA sequencing, která nám umožňuje určit, které konkrétní geny jsou v jednotlivých buňkách exprimovány a v jakém množství. To nám odhalilo druhé největší překvapení studie – endoderm dává vzniknout mnoha různým typům buněk v adenohypofýze – záleží na konkrétních signálech.

Samotný objev trval přibližně rok, další rok zabralo další ověřování a kontrolní experimenty a devět měsíců trvalo, než publikace vyšla, protože do toho vstoupil koronavirus a nemohli jsme do laboratoře.

Budete na tomto projektu dále pokračovat?

Momentálně ne, dokončuji jiné projekty, ale rád bych se tomu věnoval v budoucnu v rámci vlastní laboratoře. Zůstává tam řada nezodpovězených otázek – jak to vzniká, co je tím evolučním signálem, který dává povel, aby adenohypofýza vyšších obratlovců vznikala z ektodermu. Zajímalo by mě, jak je to například u myši – zda se na vzniku adenohypofýzy nepodílí také endoderm. Nejvíce by mě to samozřejmě zajímalo přímo u člověka, ale takové pokusy dělat nelze.

Když publikace v Science je váš „vedlejší projekt“‎ – o čem je váš hlavní výzkum?

Věnuji se kraniofaciální biologii – vývoji obličeje – jak se na počátku stejné buňky mezenchymu specializují a jak vznikají různé tkáně a struktury – kosti, chrupavky, vazy.

Kolik toho už víme, respektive ještě nevíme?

Víme toho dost, ale nevíme zdaleka vše, co bychom měli – stále nám chybí podstatné dílky skládačky. Například stále nevíme, jaké všechny typy buněk máme na obličeji. Známe ty základní, ale neznáme ty přechodové, například fibroblast like cells, ani všechny podtypy. Nás zajímá, jak se jednotlivé buňky vyvíjí, snažíme se pochopit diferenciační kaskádu, což je zásadní například pro regenerativní medicínu. Když pochopíme, jak to funguje, budeme moci lépe léčit zranění.

V budoucnu si tak budeme moci vypěstovat „náhradní buňky“‎?

Není to moje téma, ale ano, myslím, že určitě, ale bude to ještě dlouhá cesta, která přinese mnoho technických i etických otázek. Otvírá to i problematiku přenositelnosti výsledků – že něco funguje u myší nebo i větších savců, například prasat, neznamená, že to bude fungovat i u člověka. Musíme být u těchto výzkumů velmi opatrní a důslední.

Jak jste se dostal k vývojové biologii?

Během magisterského studia jsem v Bratislavě zkoumal jednobuněčné parazity, ale lákalo mě něco nového. I proto jsem odešel na doktorát do Prahy, kde jsem na vlastní oči poprvé viděl, jak z jedné buňky vzniknou dvě, ze dvou čtyři… a to během pár minut až hodin. A tam mě to chytlo a už nepustilo. Je fascinující pozorovat vývoj života.

A v Praze jste také potkal doktora Černého…

Přesně tak, poznali jsme se již během mého doktorátu, potkávali jsme se na konferencích a poté jsem k němu nastoupil na půl roku jako postdoktorand, a to mi změnilo celou kariéru, jakkoli toto slovo nemám rád. Podílel jsem se tam na studii, která vyšla v časopise Nature, získal jsem tam mnoho zkušeností a mnoho jsem se tam od něho naučil – o vědě mluví a přemýšlí jinak, pro mně až „esotericky“‎, a to mě moc baví, je to pro mě velmi stimulační, nutí mě přemýšlet a vidět svět jinak.

Spoluautoři článku v Nature a kolegové z laboratoře. Zleva: Peter Fabian, Jan Stundl a Robert Černý. 

Jak byste doktora Roberta Černého popsal?

Charakterizují ho dredy (směje se) a zápal pro evoluční a vývojovou biologii. Je velmi inteligentní a má hodně načteno – umí si spojit různé věc, na konferenci mluví se správnými lidmi o správných tématech a do týmu si umí vybrat ty nejlepší lidi. Jen tak mohl s tak malou laboratoří publikovat eLife, již dva články v Nature a pomoci s myšlenkou, která dala vzniknout i této publikaci v Science.

A podle čeho jste vybíral svého současného šéfa profesora G. D. Crumpa?

Věděl jsem, že chci pracovat se zebrafish a že chci dělat dobrou vědu a ideálně v tématu vývojová biologie. Hledal jsem dlouho, napsal a zajímal jsem se asi o čtyřicet míst, ale profesor Crump bylo to místo, kam jsem opravdu moc chtěl. Když se řekne endoderm a ryby, napadne vás profesor Crump, je to jedna z největších kapacit celého oboru. Četl jsem jeho články a byl to můj „‎hrdina“‎. Když mě pak pozval na pohovor a zaplatil mi letenku a hotel, začal se mi plnit sen.

Jaké jsou vaše další plány?

To se uvidí, v lednu tu budu končit čtvrtý rok. Podařilo se mi získat přímo snové financování – prestižní grant K99 od National Institute of Health (NIH), který mi teď financuje další dva roky postdoktorandského výzkumu a poté umožňuje založit si i vlastní výzkumný projekt a ucházet se o vedoucí pozice. Ale celé je to složitější – i kvůli rodině zvažujeme návrat do Evropy, třeba Vídeň by byla ideální, ale uvidíme, je to otevřené a nejdříve musím dokončit své aktuální projekty.

V čem se z vaší zkušenosti liší věda v Americe a v Evropě?

Z mé zkušenosti mají studenti a vědci v Americe úplně jinou motivaci a drive‎ – někdy až moc a vzniká z toho až nezdravě kompetitivní prostředí. Za studium se tu platí, tedy si ho i mnohem více váží. Pro výzkum tu mají k dispozici špičkové vybavení a zázemí. A jsou vysoce profesionální – nesetkáte se tu se sexismem nebo nějakými genderovými předsudky. Líbí se mi, že tu podporují kritické myšlení a také mám rád americký mindset – způsob myšlení, že to jde. Obecně si myslím, že se jako Středoevropané podceňujeme. Rád bych studentům a studentkám vzkázal, aby se nebáli hlásit se o dvě příčky výše, než si myslí, že je jejich úroveň. A také pokud vás věda baví, tak ji dělejte a vytrvejte. Vědecké myšlení není vrozený talent, ale vzniká tréninkem a správnými lidmi kolem sebe.