Článek
Letošní Nobelova cena za fyziologii a lékařství byla udělena za objev „bezpečnostních hlídek“ našeho imunitního systému – buněk, které brání tělu útočit samo na sebe. Jde o poznání, které má potenciál v budoucnu zásadně změnit léčbu autoimunitních onemocnění. Příběh tohoto objevu je fascinující a plný zvratů, přičemž jedna z jeho klíčových kapitol se začala psát i v poválečném Československu.
Když Nobelův výbor ve Stockholmu v pondělí oznámil jména laureátů ceny za fyziologii a lékařství, zazněla jména tří vědců: Američanů Mary E. Brunkowové a Freda Ramsdella a Japonce Šimona Sakagučiho. Ocenění získali za průlomové objevy týkající se takzvané periferní imunitní tolerance. To je mechanismus, který brání našemu imunitnímu systému, aby se obrátil proti nám samým – tedy alespoň většinou brání, jak ještě uvidíme.
Nejde o objev, který by okamžitě přinesl do ordinací nový lék. Jeho význam je fundamentální: trojice vědců popsala a vysvětlila funkci specifického typu bílých krvinek, takzvaných regulačních T-lymfocytů. Tyto buňky fungují v těle jako neustále hlídkující stráž, která uklidňuje ostatní, příliš horlivé imunitní buňky a drží je na uzdě. Právě jejich selhání vede k tomu, že tělo začne válčit samo se sebou, což je podstata celé řady takzvaných autoimunitních onemocnění.
Potenciál objevu je obrovský. Porozumění funkci těchto buněčných „mírotvorců“ otevírá dveře k úplně novým způsobům léčby. V současnosti probíhá po celém světě více než 200 klinických studií, které se snaží principů objevených letošními laureáty využít.
Cílem je buď posílit činnost těchto buněk v případech, kdy je imunita přehnaně aktivní – tedy u autoimunitních chorob nebo při potlačování odhojovací reakce po transplantacích orgánů. Anebo naopak jejich činnost utlumit, což se zkouší v léčbě rakoviny. Nádorové buňky totiž „mírotvorce“ (tzv. regulační T-buňky) zneužívají jako jakýsi živý štít, který je chrání před zničením ze strany imunitního systému.
Příběh tohoto zásadního objevu je však spletitý a nečekaně se dotýká i historie české vědy. Abychom mu porozuměli, musíme se vrátit do minulosti. Kam přesně, to je do jisté míry na libovůli vašeho autora: a ten se rozhodl pro návrat do dob, kdy české vědě vládla ideologie.
Ze špatného konce
V poválečném Československu do vědy mocensky vstoupila politika. Biologie byla jednou z těch nejvíce zasažených, protože i v našich končinách se prosazoval lysenkismus – pavědecká doktrína importovaná ze Sovětského svazu. Ta – v příkrém rozporu s moderní genetikou – hlásala, že vlastnosti organismů nejsou dány geny, ale že je lze libovolně a rychle měnit vnějšími vlivy. A co více, že takto vyvolané změny se pak dědí.
Právě v této atmosféře se mladý a začínající vědec Milan Hašek rozhodl lysenkovské teze experimentálně ověřit. Pokus, který provedl, nebyl technicky rozhodně snadný: propojil krevní oběhy dvou kuřecích zárodků ještě ve vejcích. Vytvořil takzvanou embryonální parabiózu – v podstatě umělá siamská dvojčata spojená cévním systémem. Předpokládal, že vzájemná výměna krve a v ní obsažených látek by podle lysenkovské teorie mohla vést ke změně dědičných vlastností. Byla to práce vyžadující nesmírnou trpělivost a také 24hodinové služby – se spojenými vejci se muselo každé dvě hodiny otáčet, aby se zárodky nepřichytily ke skořápce a neuhynuly (podrobnější popis například v časopise Živa).
Výsledek byl nečekaný a s původní myšlenkou „vegetativní hybridizace“ neměl nic společného. Kuřata, která se z propojených vajec vylíhla, byla geneticky stále stejná. Ukázalo se však něco jiného: zvířata v dospělosti navzájem tolerovala kožní štěpy a netvořila protilátky proti krvinkám svého embryonálního partnera. Jejich imunitní systémy se během společného vývoje naučily toho druhého nepovažovat za cizího.
Hašek, aniž to zprvu tušil, v roce 1953 nezávisle objevil, popsal a také potvrdil jev, který britský vědec Peter Medawar nazval „získaná imunologická tolerance“. Haškova práce publikovaná zprvu jen česky a se zcela pochybeným vysvětlením na základně Lysenkovy „doktríny“, by možná zapadla, nebýt náhodné návštěvy britských vědců, kteří si všimli souvislosti s Medawarovými pokusy a propojili pražské a londýnské pracoviště.
Medawar za tento objev o sedm let později obdržel Nobelovu cenu. Český vědec se tak dostal v podstatě na „dosah“ nobelovky. Ovšem nedosáhl - a to zřejmě i kvůli tomu, že svůj výsledek vysvětloval (alespoň původně) lysenkovsky.
Přesto byla pro české vědce konfrontace se světovou vědou užitečná a osvobozující. Hašek se stal jedním ze zakladatelů mezinárodně uznávané „pražské imunologické školy“, jejíž přínos ostatně zmiňují i podkladové materiály k letošní Nobelově ceně. Je to jeden z řady dokladů, že i experiment založený na zcela falešných předpokladech může vést k průlomovému objevu.
Hledání „modrých přileb“
Objev Milana Haška, stejně jako práce Petera Medawara, otevřel zcela nové pole výzkumu. Ukázalo se, že imunitní systém není jen neměnně naprogramovaný stroj na ničení cizorodých vetřelců, ale že se dokáže učit, co ignorovat. Tato schopnost, nazvaná imunologická tolerance, je pro naše přežití naprosto klíčová.
Náš imunitní arzenál je totiž nesmírně mocný a bez vnitřních „mírotvorců“ by se snadno mohl obrátit proti nám samým. Důkazem jsou desítky autoimunitních onemocnění, od cukrovky 1. typu přes roztroušenou sklerózu až po artritidu, která postihují miliony lidí po celém světě. Všechna mají společného jmenovatele: imunitní systém z nějakého důvodu přestane poznávat vlastní buňky a začne je likvidovat.
Naše tělo si proto vyvinulo hned několik pojistek, jak takovému sebezničujícímu chování předejít. Tou hlavní je takzvaná „centrální tolerance“. Odehrává se primárně v nevelkém orgánu za hrudní kostí, v brzlíku. Funguje jako jakési cvičiště a zároveň popraviště pro klíčové buňky imunity, T-buňky. Mladé, nezralé imunitní buňky se v brzlíku učí rozeznávat fragmenty vlastních tělních proteinů. Ty, které na ně reagují příliš silně a mohly by v budoucnu napadat vlastní tkáně, jsou zničeny a odstraněny.
Tento systém „kontroly kvality“ není dokonalý. Část potenciálně nebezpečných buněk kontrole v brzlíku unikne a dostane se do krevního oběhu. A právě zde, na „periferii“, nastupuje druhá, neméně důležitá linie obrany: periferní tolerance. Ta spoléhá na existenci specializovaných buněk, které aktivně hlídkují v tkáních a tlumí aktivitu případných buřičů. A právě objev a popis těchto buněčných hlídek je podstatou letošní Nobelovy ceny.
To, o čem se nemluví
Je přitom vlastně překvapivé, že k objevu, a tedy i udělení ceny došlo tak „pozdě“. V 70. letech se zdálo, že objev „mírotvorných“ buněk je na spadnutí. Vědci je tehdy pojmenovali supresorové T-buňky a jejich výzkum zažíval obrovský rozmach. Vzniklo přes tisíc odborných prací, na kterých se podíleli nejlepší světoví imunologové, včetně několika laureátů Nobelovy ceny.
Jenže pak přišel šok. S nástupem přesnějších metod molekulární biologie se na začátku 80. let ukázalo, že gen I-J, který měl být pro funkci těchto buněk naprosto klíčový a jehož polohu už věda pevně předpokládala (měl se nacházet se na 17. myším chromozomu), ve skutečnosti vůbec neexistuje.
Celá impozantní vědecká stavba, postavená na stovkách experimentů, se zhroutila jako domeček z karet. Byl z toho trapný omyl, na který bylo lepší zapomenout: „Počet vědeckých prací věnovaných tlumivým T-buňkám klesl téměř na nulu a výraz ‚supresorová T-buňka‘ se stal ve slušné imunologické společnosti tabu,“ popsal následující období český imunolog Václav Hořejší v článku pro časopis Vesmír.
Zdálo se, že myšlenka specifických tlumivých buněk je nadobro mrtvá. Někteří vědci se však odmítli vzdát – a byl to právě letošní laureát Šimon Sakaguči. Ten byl přesvědčený, že navzdory fiasku s neexistujícím genem I-J musí nějaký mechanismus aktivního útlumu imunity existovat.
Inspirovaly ho starší pokusy, které ukazovaly, že myši, kterým byl krátce po narození odstraněn brzlík, paradoxně netrpěly slabou imunitou, ale naopak se u nich rozvinula masivní a smrtelná autoimunitní reakce. Sakaguči správně usoudil, že brzlík musí kromě „zabijáckých“ buněk produkovat i buňky s opačnou, ochrannou funkcí, a právě ty u myší po operaci chyběly.
Trvalo mu více než deset let usilovné a pečlivé práce, než se mu podařilo zdiskreditovanou myšlenku postavit na nové nohy. V roce 1995 publikoval přelomovou studii, ve které dokázal, že za „mírotvorci“ je podskupina T-buněk, kterou lze bezpečně poznat podle dvou molekul na jejich povrchu (CD4 a CD25).
Tímto objevem vrátil myšlenku tlumivých buněk zpět na scénu, tentokrát však podepřen pevnými důkazy a novým jménem: regulační T-lymfocyty. Záhada jejich vzniku a přesného fungování však stále čekala na rozluštění. Klíč k němu se paradoxně neskrýval v laboratořích zkoumajících toleranci, ale u podivného kmene nemocných myší.
Šupinaté myši
Tento podivný kmen myší, známý jako „scurfy“ (tedy „strupovitý“ či „šupinatý“), se poprvé objevil jako nečekaná genetická odchylka v laboratořích v americkém Oak Ridge ve 40. letech minulého století. Vědci si všimli, že někteří samečci se rodí s vážnými zdravotními problémy: měli zanícenou, šupinatou kůži, extrémně zvětšené lymfatické uzliny a slezinu a žili jen několik týdnů. Brzy se ukázalo, že příčinou je autoimunitní reakce: jejich T-buňky ve velkém napadaly a ničily vlastní orgány.
V 90. letech, kdy už byly molekulárně-genetické nástroje mnohem pokročilejší, se právě na tyto myši zaměřili vědci Mary E. Brunkowová a Fred Ramsdell. Pracovali tehdy v biotechnologické firmě a uvědomili si, že pokud by dokázali najít jediný gen, jehož poškození spouští takto masivní selhání imunity, mohli by odhalit klíčový mechanismus zodpovědný za vznik autoimunitních chorob.
Pustili se tak do úkolu, který se v té době podobal hledání jehly v obrovské hromadě sena. Po letech systematické a nesmírně titěrné práce se jim podařilo oblast na chromozomu X zúžit na úsek DNA o délce asi 500 000 párů bází, který obsahoval zhruba 20 genů. Postupně porovnávali jeden gen po druhém u zdravých a nemocných myší. Až u dvacátého, posledního z nich, našli, co hledali: drobnou mutaci, která vedla k vytvoření nefunkční bílkoviny.
Tento dosud neznámý gen pojmenovali Foxp3. Téměř okamžitě se jim podařilo prokázat i jeho přímou souvislost se vzácným lidským onemocněním, syndromem IPEX, které postihuje novorozené chlapce a má projevy nápadně podobné těm u „šupinatých“ myší. Ukázalo se, že i tito pacienti mají mutaci v lidské verzi téhož genu.
V tu chvíli do sebe všechny dílky skládačky zapadly. Tým Šimona Sakagučiho vzápětí prokázal, že gen Foxp3 je aktivní právě a pouze v jím objevených „mírotvorných“ T-buňkách a je pro jejich vznik a funkci naprosto nepostradatelný. Bylo jasno. Absence jediného genu, Foxp3, vede k absenci jediného typu buněk – ale stačila k tomu, aby se celý imunitní systém vymkl kontrole a způsobil v těle myší i lidí naprostou zkázu.
Objev nabídl nový, elegantní princip, jak zasahovat do fungování imunity. V případech, kdy je imunita přehnaně aktivní a poškozuje tělo, jako je tomu u autoimunitních chorob nebo při riziku odhojení transplantovaného orgánu, se vědci snaží funkci těchto buněk posílit. Zkouší se například postup, při kterém se pacientovi odeberou jeho vlastní regulační T-buňky, v laboratoři se namnoží a poté se ve velkém množství vrátí zpět do jeho těla. Cílem je v podstatě posílit přirozené „mírotvorné“ mechanismy těla a obnovit v imunitním systému rovnováhu.
Zcela opačný přístup se naopak zkouší v léčbě nádorových onemocnění. Ukázalo se totiž, že nádory dokážou tyto regulační buňky přilákat do svého okolí a zneužít je jako jakýsi živý štít, který je chrání před imunitními buňkami schopnými nádor zničit. Imunitní systém by sice rakovinné buňky často dokázal rozpoznat a odstranit, ale regulační T-buňky v okolí nádoru mu v tom aktivně brání. Vědci se proto snaží najít způsoby, jak tuto ochrannou hradbu z regulačních T-buněk dočasně rozebrat a umožnit tak imunitě, aby na nádor plně zaútočila.
Žádný z těchto postupů sice ještě není běžnou součástí léčby, ale představují nesmírně dynamickou a nadějnou oblast výzkumu, která by bez práce letošních laureátů Nobelovy ceny nebyla vůbec myslitelná.
Příběh letošní Nobelovy ceny také ukazuje, jak složitě věda funguje. Není to přímá cesta od hypotézy k objevu, ale spíše klikatá stezka plná omylů, náhod a lidské vytrvalosti. Milan Hašek se na základě mylné, politicky vnucené ideologie dopracoval k zásadnímu objevu a ukázal, že poctivý experiment je tím nejlepším korektivem jakýchkoliv předem daných „pravd“.
Skandál se „supresorovými buňkami“ v 80. letech zase ukázal, že ani chytří lidé (vědecká komunita) není imunní vůči skupinovému myšlení i bez politických tlaků. I ty největší kapacity v oboru se mohou mýlit.
Ovšem věda není sbírkou faktů do učebnic, ale nástrojem na opravu omylů a oddělování nepravdivých příběhů od pravdivých. A tak na konci řady omylů a chyb stojí objev, který může objektivně v dohledné době zlepšit život a zdraví milionů.
