Rozhovory
Docent Karel Sedlář o bioinformatice na VUT, výzkumu nemodelových bakterií a průmyslu.
Když se řekne Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, většina lidí si představí elektroniku, obvody, komunikační systémy nebo programování. Jen málokoho by napadlo, že na stejném pracovišti vzniká výzkum zaměřený na mikroorganismy, genetickou regulaci nebo bioplasty. Přesně na tomto průsečíku techniky, biologie, informatiky a chemie se pohybuje doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D., vedoucí laboratoře bioinformatiky a systémové biologie na VUT v Brně. Jeho výzkum ukazuje, jak se dnešní věda vzdaluje tradičnímu dělení na jednotlivé obory a stále více stojí na spolupráci různých disciplín. V rozhovoru se věnujeme také tomu, jaký vliv na něj má byrokracie, proč si vybral Německo na část svých studií a výzkumu, jaké to je být garantem studijního programu nebo jak dlouho trvá reakreditační proces programu.
Kompletní audioverzi povídání s doc. Mgr. Ing. Karel Sedlářem, Ph.D. můžete poslouchat jako podcasty na YouTube, Spotify nebo platformách Podcasty.cz a České podcasty. Níže najdete textovou verzi výběru toho nejzajímavějšího.
Výzkum pana docenta Sedláře stojí z velké části na spolupráci nebo mezioborovosti. A právě ta je ostatně motivem, který se prolíná celou jeho kariérou. Ačkoliv je absolventem VUT, během studia současně absolvoval aplikovanou informatiku na Masarykově univerzitě. Dnes s nadsázkou říká, že je „mikrobiolog amatér“ i „chemik amatér“, protože jeho práce zasahuje do oblastí, které by si člověk s fakultou elektrotechniky na první pohled vůbec nespojil. Přesto podle něj dává toto propojení dokonalý smysl.
„Bioinformatik musí umět od všeho trochu. V jedné chvíli pracujete s biologickými daty, potom programujete, následně analyzujete chemické procesy a do toho přemýšlíte nad matematickými modely. Ta šíře je podle mě obrovská výhoda,“ vysvětluje Karel Sedlář.
Jedním z důvodů, proč může biologický výzkum vznikat právě na technické fakultě, je samotný způsob, jakým dnes vědci získávají genetické informace. Moderní sekvenační technologie totiž často stojí na fyzikálních principech a práci se signálem.
Sedlář jako příklad uvádí platformu Oxford Nanopore, která patří mezi nejmodernější technologie sekvenování DNA. Místo klasického „čtení genetického textu“ využívá měření extrémně malých elektrických proudů, které se mění podle toho, jak molekula DNA prochází nanopórem. Zpracování takových dat má k elektrotechnice a informatice mnohem blíže, než by se na první pohled mohlo zdát.
Podobně je tomu i u systémové biologie, která tvoří jeden z pilířů jeho výzkumu. Ta se snaží biologické procesy popisovat stejně jako technické systémy. Geny, regulační prvky a proteiny zde fungují do určité míry podobně jako součástky v elektronickém obvodu.
„Když se podíváte na biologický systém, zjistíte, že se v mnohém podobá systému elektronickému. Má svoje vstupy, výstupy, regulační smyčky a zpětné vazby. Právě proto je systémová biologie z velké části technický obor, přestože má v názvu biologii,“ říká host našeho podcastu.
Hlavní výzkumnou oblastí Sedlářovy skupiny jsou bakterie s průmyslovým potenciálem. Ne mikroorganismy způsobující nemoci, ale druhy, které dokážou produkovat látky využitelné v energetice, chemickém průmyslu nebo při výrobě nových materiálů.
Právě díky této orientaci se dostal k bakteriím produkujícím butanol, vodík nebo polyhydroxyalkanoáty, skupinu biopolymerů, o kterých se stále více mluví jako o možné alternativě k současným plastům vyráběným z ropy.
Sedláře fascinuje především možnost skutečné biologické recyklace. „Představa je taková, že bakterie vytvoří polymer, ten se použije třeba na výrobu lahve nebo jiného výrobku. Po skončení životnosti se ale nevyhodí. Vrátí se zpátky bakteriím, které ho rozeberou na základní stavební jednotky a z nich vytvoří úplně nový materiál stejné kvality. Ne recyklovaný materiál horší kvality, ale skutečně nový polymer,“ popisuje svou dlouhodobou vizi.
Zároveň však otevřeně dodává, že podobné aplikace jsou stále vzdálenou budoucností. Úkolem jeho laboratoře není stavět průmyslové technologie, ale pochopit biologické mechanismy, které za těmito procesy stojí: „Tohle je pořád základní výzkum. Mě osobně baví zjišťovat, jak to funguje. Jakmile budeme rozumět principům, může přijít někdo další a postavit na tom technologii.“
Jedním z největších problémů současné mikrobiologie je podle Sedláře skutečnost, že obrovskou část mikroorganismů stále neumíme kultivovat v laboratorních podmínkách.
Odhady naznačují, že věda zná jen zlomek bakteriální diverzity. Většinu druhů sice dokážeme identifikovat pomocí DNA získané přímo z prostředí, ale nejsme schopni je vypěstovat jako samostatné kultury. Bez toho je navíc velmi obtížné popsat jejich vlastnosti nebo studovat jejich využití.
Právě proto se jeho laboratoř zaměřuje na vývoj modulárních bioreaktorů, které by měly pomoci najít ideální podmínky pro růst dosud nezkoumaných bakterií. Současně by měly umožnit cíleně mikroorganismy stresovat a sledovat, jak reagují.
„Ty nejzajímavější látky bakterie zpravidla neprodukují v ideálních podmínkách. Produkují je tehdy, když jsou pod určitým stresem. Naším cílem je najít hranici, kdy je ještě nezabijeme, ale už je přimějeme produkovat látky s vysokou přidanou hodnotou,“ komentuje v podcastu pan docent Sedlář.
Právě tyto sekundární metabolity mohou představovat nové zdroje léčiv, bioplastů nebo dalších chemických látek využitelných v průmyslu.
Důležitou součástí Sedlářova výzkumu není jen experimentální práce, ale také vývoj vlastních bioinformatických nástrojů.
Jedním z nejvýznamnějších výstupů posledních let je software Augusta, kdy byl vedoucím doktorandky Jany Musilové, která studovala v Brně. Právě ta je hlavní autorkou zmíněného nástroje. Software umožňuje rekonstruovat genové regulační sítě na základě RNA-seq dat a je zaměřen zejména na nemodelové organismy.
To je důležité právě proto, že většina dostupných bioinformatických metod byla původně vyvíjena pro několik málo nejlépe prozkoumaných organismů. Sedlářův tým se však pohybuje v prostředí, kde podobné nástroje často selhávají: „Zjistili jsme, že mnoho bakterií se chová úplně jinak, než bychom podle literatury očekávali. Často mají odlišnou regulaci genů, jiné mechanismy adaptace nebo odlišnou reakci na stres, než se v pramenech uvádí. Proto jsme potřebovali nástroje vytvořené přímo pro ně.“
Zajímavou část rozhovoru tvořil i pohled na současné vědecké prostředí v Brně. Sedlář považuje město za výjimečné právě množstvím mezioborových spoluprací mezi univerzitami, výzkumnými centry a nemocnicemi.
Podle něj navíc česká věda prochází pozitivní změnou. Zatímco dříve si jednotlivé skupiny své know-how spíše chránily, dnes je mnohem běžnější sdílení dat, společné projekty a mezinárodní spolupráce.
„Myslím si, že právě mezioborová spolupráce přináší nejlepší výsledky. Každý z nás problém vidíme trochu jinak, a právě díky rozdílným pohledům vznikají nové nápady, na které by člověk sám nepřišel,“ komentuje pan docent Sedlář vývoj tuzemské mezioborové spolupráce.
Paralelně se svým výzkumem Sedlář vede laboratoř čítající více než deset doktorandů, postdoktorandů a výzkumných pracovníků. Současně garantuje magisterský studijní program Biomedicínské inženýrství a bioinformatika na VUT v Brně.
S úsměvem přiznává, že na některé části akademického života si nezvykne nikdy. Především na narůstající administrativu. „Když si dnes chci koupit i relativně běžné laboratorní vybavení, projde to několika schvalovacími procesy a několikrát to podepisuji. Ta byrokracie je obrovská a dlouhodobě narůstá. Na druhou stranu musím přiznat, že v Bavorsku (působení také na na Ludwig Maxmilian Universität München, pozn. red.) jsou některé procesy ještě složitější než u nás.“
Přesto zůstává optimistou. Největší radost mu podle vlastních slov dělá práce s mladými lidmi a možnost sledovat jejich profesní růst. „Nejvíc mě baví individuální práce se studenty. Když vidíte, jak někdo během několika let vyroste ve skutečného vědce, je to jedna z nejlepších částí téhle práce,“ dodává náš host na závěr.
Celou epizodu podcastu P-LAB CAST naleznete na YouTube, Spotify nebo platformách Podcasty.cz a České podcasty.
Autor: Vojtěch Pres, Lucie Kuchtová
