Karel Půbal, mj. absolvent workshopů a Letní školy NÚVR, se stal jedním z letošních laureátů České hlavičky, ocenění pro talentované středoškoláky, které je mladší sestrou prestižních vědeckých cen Česká hlava. Získal cenu Přírodovědecké fakulty MU – GENUS „Příroda kolem nás“. Po absolvování zdravotnického lycea SZŠ v Berouně nyní pokračuje ve studiu na VŠCHT v Praze.
Své zkušenosti s výzkumem jste sbíral také na workshopech a na Letní škole NÚVR. Jak na tyto akce vzpomínáte a co vám daly?
Workshopy i akce jako Letní škola NÚVR nebo letní škola na VŠCHT jsou podle mě skvělé v tom, že si člověk může na vlastní kůži vyzkoušet různá odvětví vědy – od těch běžnějších laboratorních postupů až po bioinformatiku, práci se sekvenátorem nebo s buněčnými kulturami. Co si ale studenti často neuvědomí, je fakt, že si odnášejí cenné kontakty, které lze následně využít při žádostech o vědecké stáže na pracovištích, která během těchto akcí navštívili.
Výzkumu jste se ale už na střední škole věnoval i prakticky. Pracoval jste v laboratořích VŠCHT a máte za sebou dokonce i první publikace. Kdy vás věda začala přitahovat a co vás na ní nejvíce fascinuje?
Přírodní obory mě lákaly víc než ty humanitní už od dětství. Zlom přišel ve třetím ročníku na střední škole, kdy si moje učitelka chemie a fyziky si všimla, že k řešení problémů přistupuji jinak a rozhodla se mě podpořit. Věděla, že mě baví i informatika, a tak mě propojila se svým bývalým spolužákem, který dnes působí na VŠCHT jako profesor v oblasti bioinformatiky. Díky němu jsem se dostal k práci v tomto oboru. Na samotném výzkumu mě nejvíc zajímá právě jeho přesah – to, jak se dá propojit informatika, biologie a biochemie do jednoho smysluplného celku.
Vaše oceněná práce nese název „Počítačový design umělých proteinů a jejich příprava“ a souvisí mimo jiné s otázkami počátků života na Zemi. Můžete nám přiblížit, co jste zkoumal, jakou hypotézu jste chtěl ověřit a k jakým výsledkům jste dospěl?
Začalo to úplně banální otázkou. Bavil jsem se s panem profesorem a zeptal jsem se, z kolika aminokyselin jsou vlastně proteiny složené. Dnešní život jich používá dvacet, ale na rané Zemi jich podle všeho bylo k dispozici jenom asi deset. Tak mě napadlo – kolik typů aminokyselin vlastně minimálně potřebujete, abyste postavili funkční protein? A na této otázce je založen celý výzkum.
Nejdřív jsme prohledali databázi víc než 250 milionů známých proteinů a zjistili, že proteiny z takhle omezené abecedy jsou v přírodě naprosto výjimečné – a žádný z nich není klasický globulární protein. Dnešní příroda jich používá všech dvacet. Takže pokud jsme to chtěli zjistit, museli jsme si takový protein navrhnout sami.
Na to jsme použili umělou inteligenci. Vygenerovali jsme návrh proteinu pro všech 1013 možných kombinací těch deseti „raných“ aminokyselin, od dvoupísmenné abecedy až po desetipísmennou. Nejslibnější kandidáty jsme pak vyrobili v bakteriích a změřili v laboratoři.
Výsledky naznačují, že stabilní protein lze vytvořit i s poměrně omezenou sadou aminokyselin. Neznamená to samozřejmě, že jsme rekonstruovali první proteiny, které skutečně vznikly na Zemi. Ukázali jsme ale, že taková možnost je za určitých podmínek uskutečnitelná, což může přispět k lepšímu pochopení některých scénářů vzniku života.
Jaké praktické využití by mohl mít počítačový design proteinů v medicíně?
Menší sada použitých aminokyselin omezuje chemickou rozmanitost povrchu proteinu. Takové proteiny by proto mohly být pro protilátky méně nápadné. Pokud by se tento předpoklad potvrdil, mohlo by to pomoci omezit nežádoucí imunitní reakce – jeden z problémů, který dosud komplikuje vývoj jinak slibných proteinových terapií.
Chtěl byste se této problematice věnovat i nadále, nebo už se vám v hlavě rodí další výzkumná témata?
Určitě bych u toho tématu chtěl ještě nějakou dobu zůstat. Baví mě myšlenka redukované aminokyselinové abecedy a její využití např. v medicíně. Mám už i nápady, které s touto oblastí nesouvisí.
Věnujete studiu a výzkumu všechen svůj čas? Nebo máte stejně jako vaši vrstevníci i nějaké jiné, „běžné“ koníčky?
Od dětství jsem aktivně i závodně sportoval a bylo období, kdy jsem si myslel, že půjdu tímto směrem. Teď je času míň, ale i tak si chodím zahrát tenis, a když to vyjde, rád si jdu zalézt na stěnu nebo jedeme na hory.
A na závěr – máte nějaký svůj velký vědecký sen či cíl?
Chtěl bych, aby mě výzkum i nadále bavil, abych měl možnost zabývat se zajímavými otázkami a přicházet s vlastními nápady. Myslím, že s nástupem umělé inteligence už nejde tolik o to, kolik informací si člověk dokáže zapamatovat, ale spíš o to, jaké otázky si umí položit. Člověk si podle mě musí zachovat zvídavost malého dítěte, které se neustále ptá „proč?“.
