Válka s geny

26. 6. 2002

Claire Fraserová přináší zbraň proti mikrobům pro 21. století

Za čtyři roky, po které Claire M. Fraserová řídí The Institute for Genomic Research (Ústav pro výzkum genomů, TIGR), se jí spolu s kolegy podařilo rozluštit a analyzovat geny bakterií, které jsou původci sněti slezinné, lymské boreliózy, příjice, tuberkulózy, cholery, meningitidy, zápalu plic, vředových onemocnění a mnoha dalších chorob. Díky tomu se TIGR stal jednou z předních firem v oblasti mikrobiální genomiky, oboru, jenž se má stát východiskem pro léčbu a prevenci nemocí v 21. století. „Pokud jde o mapování mikrobiální DNA, světovou jedničkou je i nadále TIGR,” uvádí Julian Parkhill, vedoucí oddělení pro sekvenování mikrobiální DNA anglického Wellcome Trust Sanger Institute, který sídlí v Cambridgi a je další přední institucí v oboru.
Za všechno mluví čísla. Vědci po celém světě zatím zmapovali a zveřejnili stavbu genů zhruba 65 mikroorganismů. Z toho téměř polovinu rozluštil TIGR, který sídlí ve městě Rockville ve státě Maryland, co by kamenem dohodil od Washingtonu. Dalších dvacet sekvencí zveřejnil tento ústav na své internetové stránce a na čtyřiceti v současnosti pracuje.
Fraserová se dočkala zájmu veřejnosti již několikrát, naposledy v květnu, když oznámila, že TIGR dešifroval genetickou informaci kmene antraxových bakterií, které vloni na podzim posloužily při jedné z teroristických epizod. Do obecného povědomí však Fraserová zdaleka nevešla tolik jako její manžel, J. Craig Venter, který před deseti lety TIGR založil. V roce 1998 odešel do Celera Genomics Group, aby tam vedl projekt na zmapování lidského genomu, čímž se stal jedním z nejviditelnějších vědců 90. let. Řízení ústavu po něm převzala Fraserová.
Výzkumný program zaměřila na mikroby, především na ty, které jsou původci chorob. Jejich studium je zcela nezbytné pro vývoj nových léčiv. V současnosti téměř veškerý farmaceutický výzkum vychází z objevů minulého století, jak říká Richard A. Young, profesor biologie na Whitehead Institute a Massachusetts Institute of Technology v Cambridgi ve státě Massachusetts. „Když máte v ruce kompletně zmapovaný genetický kód, můžete k řešení téměř každého biologického problému zvolit zcela nový přístup. TIGR a další pracoviště svými výsledky pokládají základy pro budoucí výzkum.”
TIGR si získal své přední postavení díky důkladnému výzkumu. Investuje velké částky jednak do technologií na extrakci a čištění DNA, jednak do programového vybavení na analýzu výsledků ze specializovaných strojů. „Kvalita sekvencí DNA, které získáte na tomto zařízení, zcela závisí na tom, jak kvalitně DNA připravíte,” říká Fraserová. „A proto stroje, které používá TIGR, produkují delší a čistší sekvence než stroje konkurence - a navíc při nižších nákladech,“ dodává.
Od okamžiku, kdy nová šéfka ústav převzala, se jeho velikost téměř zdvojnásobila. Počet zaměstnanců vzrostl ze 170 na 325, mimo jiné i o třicet pracovníků s titulem PhD. Roční rozpočet (převážná část příjmů pochází z grantů od agentury National Institutes of Health (NIH), ministerstva energetiky USA a od agentury National Science Foundation) letos dosahuje zhruba 50 milionů dolarů, což je o 24 milionů víc než v roce 1998.
Uznání ze strany veřejnosti na sebe nechalo čekat poměrně dlouho. Ne tak uznání ve vědeckých kruzích. Fraserová publikovala 130 studií a zasedá v řadě vědeckých výborů, odborných komisí NIH a redakčních rad. Je jednou z mála žen, které šéfují významnému výzkumnému ústavu. To se za celý život podaří jen málokterému vědeckému pracovníkovi - a to je Fraserové teprve 46 let.
Fraserová se narodila v Bostonu v rodině ředitele střední školy a učitelky základní školy. Vyrůstala na bostonském předměstí Saugus. Kvůli zájmu o přírodní vědy, který projevovala už od dětství, si na střední škole připadala jako vyděděnec. To se však změnilo, když začala studovat biologii na Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) v Troy ve státě New York. „Měla neuvěřitelnou paměť a nadšení pro vědu a výzkum,” prozrazuje Barry Martinelli, bývalý hokejista v dresu vysokoškolského mužstva RPI a někdejší přítel Claire Fraserové. „Šla na hokejový zápas, potom na večírek, a pak se hned zase pustila do učení a vydržela to 48 hodin v kuse. Vědci jsou většinou hodně škrobení. Ona je ale jiná,” říká Martinelli, dnes vedoucí pracovník katedry tělesné výchovy na University of Western Ontario v městě London v Ontariu.
Na RPI se Fraserová opravdu nadchla pro výzkum. K doktorandskému studiu farmakologie se pak přihlásila na University at Buffalo. Tam se seznámila s Venterem, který na univerzitě působil. Roku 1981 se vzali a spolupracovali spolu na výzkumu takzvaných receptorů spřažených s G-proteinem, které se účastní mnoha biologických procesů. V roce 1985 přešli do NIH v Bethesdě ve státě Maryland. Venter se pustil do studia genomů a Fraserová pokračovala v práci na receptorech. V roce 1992 Venter z NIH odešel a založil TIGR. Fraserová přijala místo zástupkyně prezidenta a vedoucí výzkumu genomu mikroorganismů.
První úspěch zaznamenal TIGR roku 1995, kdy kompletně zmapoval genetickou sekvenci bakterie Haemophilus influenzae, která u dětí způsobuje ušní infekce a meningitidu. Byl to přelomový okamžik: vědcům se poprvé podařilo úplně rozluštit genetickou informaci přirozeně žijícího organismu.
Mnozí předpovídali, že projekt skončí nezdarem. Ústav zkoušel novou a rychlejší metodu dekódování genů, mezi odborníky zvanou shotgun sequencing. Metoda spočívá v tom, že genom se roztrhá na spoustu malých kousků, které se dekódují už poměrně snadno, a vše se poté opět musí poskládat dohromady. Tento postup sice usnadnil problém sekvenování, současně ale nastolil nelehkou otázku, jak jednotlivé úseky znovu sestavit. Odpověď na ni nakonec přinesl revoluční počítačový program vyvinutý Grangerem Suttonem, který do ústavu přešel z Bell Laboratories. Dešifrování hemofila bylo podle Ventera „experimentem, který změnil svět” a povzbudilo ho, aby metodu aplikoval i na lidský genom.
Fraserová pokračovala dekódováním genů dalších mikrobů a došla k objevnému zjištění. Genom téměř všech zkoumaných mikroorganismů obsahoval velké množství neznámých genů: představovaly zhruba jednu třetinu. „To byl největší šok,” říká. „V tu chvíli jsme se vzdali přesvědčení, že jakmile budeme mít všechny geny, budeme vědět, jak určitá věc funguje.” TIGR a další pracoviště se nyní u těchto nově objevených genů snaží zjistit jejich funkce.
Výzkum ústavu TIGR zatím vedl jen k několika praktickým aplikacím - na to je ještě příliš brzy - ale jeden příklad ukazuje možný směr: V rámci jednoho z mála projektů hrazených ze soukromých zdrojů uzavřeli vědci z biotechnologické společnosti Chiron s ústavem TIGR smlouvu o spolupráci při dešifrování genomu bakterie Neisseria meningitidis, která vyvolává meningitidu. Na základě analýzy genomu Chiron nyní vyvíjí nové vakcíny proti této nemoci.
Fraserová není zastánkyní formálního prostředí a přísné hierarchie. Organizační struktura ústavu je převážně horizontální. „Nejsou u nás žádné zdi, žádné bariéry mezi jednotlivými odděleními,” říká. „Pracujeme podobně jako v průmyslu, kde se pro řešení konkrétních problémů sestavují týmy. A když je úkol dokončen, tým se rozpustí a sestaví se týmy nové.”
Za tento přístup může být vděčný například Samir Kaul. Když do ústavu přišel, aby zde pracoval na sekvenování huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana), rostliny, která se hojně využívá v zemědělském výzkumu, měl pouze magisterský diplom v oboru biologie. Přestože neměl titul PhD, záhy byl povýšen na vedoucího projektu. „Dokážou odhalit talent a rozvíjet ho,” říká Kaul, který později z ústavu TIGR odešel na Harvard Business School a nedávno začal pracovat u jedné bostonské investiční firmy v oblasti rizikového kapitálu. „Často jsem pracoval dlouho přesčas. Člověku to nedá, protože ji nechce zklamat.”
Jedna z pozoruhodných vlastností Claire Fraserové spočívá v tom, že dokáže pracovníky motivovat k maximálnímu výkonu, aniž by jim slibovala akciové opce, prémie nebo provize z prodeje. TIGR je nezisková organizace. Protože téměř všechny finance na jeho provoz přicházejí od vlády, výsledky výzkumu jsou volně k dispozici komukoliv, kdo má přístup na internet.
Práce Claire Fraserové zabrala velké množství času, který by mohla využít jinak, mimo pracovní život. Venter má jedno dítě z předchozího manželství, s Fraserovou však žádné dítě nemají. O rozptýlení však zcela připravena není. Kancelář spolu s ní obývají tři pudli - Shadow, Cricket a Marley - které každé ráno a večer nakládá do svého Range Roveru. Místo svých diplomů má v kanceláři zarámečkovaná osvědčení, že její psi absolvovali výcvik poslušnosti. V posledním půlroce dohlíží na rekonstrukci statku z 19. století, který si s Venterem pořídila v okresu Montgomery ve státě Maryland. „Vážně si to užívám. Jen je mi líto, že sama nemůžu udělat víc té práce samotné. Otec byl úžasný kutil a já myslím, že jsem to od něj pochytila.”
Před několika lety začala Fraserová malovat. Uvažovala také, že všeho nechá a půjde znovu studovat. „Ráda bych se znovu naučila fyziku,” říká. Nebo možná chemické inženýrství, dodává. Anebo nanotechnologii, nebo design interiérů, nebo krajinnou architekturu. Jinými slovy, Fraserová patří do oné nepříliš velké skupiny zvídavých lidí, kteří se zajímají o svět v celé jeho šíři a o to, jak vše funguje. A právě tato vlastnost možná ze všeho nejlépe vysvětluje její úspěch. TIGR a jeho skok Pod vedením Fraserové se The Institute for Genomic Research stal vůdčí institucí na poli mikrobiální genomiky, která má být ve 21. století východiskem pro biologický výzkum. TIGR rozluštil téměř polovinu ze všech 65 dosud zmapovaných genomů mikroorganismů.

1998 24 Treponema pallidum - vyvolává příjici

1999 31 Huseníček rolní (Arabidopsis thaliana). TIGR byl členem mezinárodního konsorcia, které zmapovalo genom této rostliny, jež má rozhodující význam pro studium potravinářských plodin a dalších rostlin.

2000 31 Vibrio cholerae - vyvolává choleru. Chlamydia trachomatis - vyvolává chlamydiovou infekci, v USA nejrozšířenější sexuálně přenosnou nemoc.

2001 32 Listeria monocytogenes - vyvolává listeriózu. Organismus se někdy přenáší například v párcích, lunchmeatu a některých druzích měkkého sýra.

Streptococcus pneumoniae - vyvolává zápal plic a meningitidu

2002 50 Kmen sněti slezinné použitý loni v říjnu jako prostředek biologického terorismu v Boca Raton na Floridě.

Claire M. Fraserová NAROZENA: 5. listopadu 1955 v Bostonu
VZDĚLÁNÍ: Bakalářský titul v oboru biologie, Rensselaer Polytechnic Institute, 1977; PhD, University at Buffalo, 1981
SOUČASNÁ POZICE: Prezidentka The Institute for Genomic Research, světové jedničky v dekódování genetické informace choroboplodných mikroorganismů ZAČÁTEK KARIÉRY: Studovala receptory na povrchu buněk, na které působí řada léků na předpis, ale i morfium a další narkotika. Na pole genomiky vstoupila v polovině 90. let.
VĚRNÍ SPOLEČNÍCI: Její tři pudlové, Shadow, Cricket a Marley, kteří ji den co den doprovázejí do kanceláře PO PRACOVNÍ DOBĚ: Práce na rekonstrukci statku z 19. století. Nedávno začala malovat.
RODINA: Manžel J. Craig Venter, bývalý prezident společnosti Celera Genomics a nyní šéf nadace J. Craig Venter Science Foundation