OCENĚNÍ ZA PŘÍNOS V OBLASTI LÉKAŘSTVÍ Učí naše těla bojovat proti rakovině Rok 2018 je jistě v řadě ohledů netradiční a kvůli skandálu kolem literární „nobelovky“ do jisté míry také, důležité věci se ovšem nemění. A tak napínavé dny začaly jako obvykle první říjnové pondělí (tentokrát vyšlo na 1. října) udělením ceny za medicínu. Tu získali Američan James Allison a Japonec Tasuko Honjo, jejichž výzkum otevírá nové možnosti v boji s rakovinou. Oba přispěli k současnému boomu léčebné metody, která necílí přímo na nádorové buňky, ale na imunitní buňky našeho těla. Takzvaná imunoterapie v principu není nic složitého ani nového. Základní myšlenka imunoterapie nádorových onemocnění je jednoduchá: lékaři naučí buňky pacientova imunitního systému, aby bojovaly s rakovinou. O něco takového se lékaři pokoušeli už na konci 19. století; například v roce 1891 jistý William Coley vpichoval do nádorů pacientů bakterie v naději, že imunitní systém se proti nim začne bránit a při tom zničí i nádor. Ale tak jednoduché to bohužel nebylo. Klíčové „zbraně“ imunitního systému jsou vůči nádorovým buňkám do značné míry slepé (například i proto, že nádory vytvářejí bílkoviny, které tlumí činnost těchto buněk). Téměř žádný výsledek nepřinesla ani desetiletí vývoje vakcíny proti rakovině. Po dlouhých desetiletích neúspěchů však nyní celá řada odborníků – evidentně včetně členů Nobelova výboru – cítí, že se situace změnila. Do značné míry právě díky letošním nobelistům. Oba se zasloužili významnou měrou o to, že dokážeme ovlivňovat sílu reakce imunitního systému na rakovinu; obrazně řečeno, že ho dokážeme „odbrzdit“. Příliš silná reakce naší obrany na podněty může být často problematická a způsobuje celou řadu zdravotních potíží (různých autoimunitních onemocnění). Ale proti rakovinám se naše tělo naopak nebrání, a i když se ho vědci pokusili naučit nádorové buňky poznat a zasahovat proti nim, „obrana“ nebyla dostatečně účinná. Allison se v 90. letech minulého století věnoval zkoumání bílkoviny CTL A-4, která reguluje imunitní odpověď T-buněk (T-lymfocytů), tedy buněk, které hledají nebezpečné částice a pak je fyzicky ničí. Je to poměrně riskantní způsob obrany, který se snadno může vymknout kontrole. Samotná obrana pak někdy může způsobit větší škody než útočník. V roce 1997 publikoval práci, ve které ukázal, že je možné (tedy alespoň v laboratoři a u myší) vyrobit protilátku, která se naváže právě na bílkovinu CTL A-4 a odstraní tak částečně její zábrany. Nabízela se tak logicky možnost, že správně „naučené“ imunitní buňky by mohly velmi účinně likvidovat i nádory. V následujících letech se ukázalo, že tento systém na rozdíl od mnoha jiných nadějných postupů, které skončily v zapomnění, funguje nejen u myší, ale i lidí a může se začít používat v klinické praxi. Tasuku Honjo pracoval nezávisle na Allisonovi a v 90. letech objevil další imunitní „brzdu“, bílkovinu PD-1. I jeho objev se postupně přesunul do klinické praxe a v posledních letech výrazně mění vyhlídky stávajících i budoucích pacientů s dříve velmi často smrtelnými typy rakoviny, jako je rakovina plic či nádory kůže (melanomy). Všechno samozřejmě není jen růžové. Hrátky s imunitním systémem nejsou bez rizika a například ve zkoušce prvního v US A schváleného přípravku založeného na využití Allisonovým týmem objevené bílkoviny CTL A-4 (přípravek ipilimumab) sedm z 540 účastníků zemřelo v důsledku poruchy imunitního systému. A celých 15 % mělo vážné nebo velmi vážné vedlejší příznaky. (To je větší podíl než těch, kteří se rakoviny zbavili úplně: těch bylo 8 %. Statisticky řečeno ovšem život pacientů prokazatelně prodlužuje.) Ovšem u rakovin, pro které žádnou jinou léčbu v podstatě nemáme, to byl stejně velký úspěch. Navíc existuje reálná šance, že terapie se budou zlepšovat. Vedlejší účinky se pomalu daří odbourávat či alespoň snížit podíl pacientů, které je pociťují.
OCENĚNÍ ZA PŘÍNOS V OBLA STI CHEMIE Evoluce v našich službách V oboru chemie proběhlo rozdělení stejně: cena se dělila napůl, jedna polovina pak ještě na čtvrtiny. Polovinu ceny získala Američanka Frances Arnoldová, po čtvrtině pak její krajan George Smith a Angličan Gregory Winter. Arnoldová je vystudovaná strojní inženýrka, ale především průkopnice v oboru tzv. řízené evoluce, především při vývoji nových či lepších enzymů. Enzymy jsou velká skupina látek, které dokážou zprostředkovat chemické reakce a zvyšovat jejich účinnost. Mají celou řadu využití v chemii či medicíně a jejich vývoj má tedy vysokou prioritu v průmyslu i vědě. Bohužel naše znalosti nejsou takové, abychom dokázali vytvořit nový, účinný enzym „na přání“ podle našich představ. Musíme do značné míry pracovat s tím, co příroda za miliardy let evoluce postupně vytříbila – či spíše museli jsme. Arnoldová, samozřejmě za přispění řady dalších kolegů, na které se v ceně nedostalo, přišla se skutečně fungující a robustní metodou řízení evoluce podle přání člověka. Nezní to možná složitě, ale Arnoldová musela nejen přijít na to, jak evoluci „vnutit“ cíl (v přírodě žádný nemá, v řízené evoluci to může být např. „rychle se navaž na látku X“), ale také najít nástroje, které by dokázaly uskutečnit tento proces v lidských (a ještě lépe průmyslových) časových měřítkách; nikdo z nás nemá čas čekat na výsledek stovky let. Vytvořila tedy metody, jak do struktury dané chemické látky rychle zavádět celou řadu změn, pak změněné struktury rychle „namnožit“ a jejich účinky ověřovat. Již první publikace ovšem ukázaly, že její „náhodná“ metoda poskytuje výsledky, jakých „inteligentní design“ (alespoň při dnešní úrovni znalostí) nedokáže dosáhnout. A nejde jen o zvyšování účinnosti, dnes s pomocí řízené evoluce lze vyrábět enzymy, které umožňují v přírodě jinak nedosažitelných reakcí. Zbylí dva letošní laureáti pracovali na poněkud jiných problémech, a také každý zvlášť. George Smith přišel s metodou, jak přinutit jednoduché viry (bakteriofágy), aby vyráběly látky na přání, a jak je potom doslova za tuto vyrobenou látku poměrně jednoduše „ulovit“ a látku z nich získat. Gregory Winter Smithovu metodu upravil tak, aby ji bylo možné využít v řízené evoluci protilátek. Což možná není až tak zajímavé, ale jen proto, že málokdo z nás si uvědomuje, jak široké využití protilátky vlastně mají. Velkou zásluhu v tom má i Winterův podnikavý duch – ne-li přímo podnikatelský. Dokázal založit a rozběhnout přímo v Cambridgi světově důležitou firmu na výrobu protilátek.
OCENĚNÍ ZA PŘÍNOS V OBLA STI FYZIKY Laserohrátky S malým zpožděním se v úterý 2. října ve Stockholmu otevřely dveře od místnosti, ve které zasedá komise Nobelovy ceny (jak se ukázalo později, bylo to kvůli potížím s telefonním spojením s jedním z laureátů). Zhruba v 11:50 pak komise oznámila, že cena se bude dělit napůl mezi tři nositele. Polovinu ceny získal Američan Arthur Askhin, druhou polovinu si rozdělí Gerard Mourou (Francie) a Donna Stricklandová (Kanada). Cena je poněkud zvláštně rozdělena, protože tři ocenění pracovali na dosti odlišných problémech. Pinzeta ze světla Arthur Ashkin je důležitým (spolu)autorem nástroje, který se dnes ve vědě používá každodenně: optické pinzety. To je v podstatě laserový paprsek, který dokáže udržet velmi malý předmět či předměty (či s nimi pohybovat); dobrým příkladem mohou být složité biologické molekuly nebo viry. Ashkin zveřejnil práci, která zakládá výzkum nástroje až později nazvaného optická pinzeta na samém konci 60. let, v roce 1986 pak vyšel článek kolegů popisující její skutečné využití, u kterého je Ashkin spoluautorem. Mimochodem, další spoluautor této práce, Steven Chu, dostal v roce 1997 Nobelovu cenu za jiný aspekt vývoje „optické pinzety“. V „pinzetě“ tehdy skončily malé částice, Ashkin si ale byl dobře vědom toho, že možnosti se neomezují jen na částice, ale do optické pinzety by bylo možné chytit i podstatně větší cíle. Tedy do určité míry: makroskopické objekty, které můžeme vzít do ruky, se optickou pinzetou uchopit nejspíše nikdy nepodaří. Byly by k tomu zapotřebí lasery s řádově minimálně megawattovými výkony, které by každý objekt rychle zničily. Obecně ovšem zhruba řečeno platí, že každé zmenšení všech rozměrů o řád sníží hmotnost objektu tisícinásobně, a tak se dají najít věci, které jsou „někde mezi“: moc malé do ruky (i pinzety) a přitom výrazně větší než atom. Ashkinovi se v sérii prací podařilo ukázat, že do pinzety je možné chytit viry či bakterie. Proč udáváme tyto příklady? Ashkinovo ocenění vysloveně zmiňuje, že je oceněn za použití optické pinzety „v biologii“. Ale jeho využití i původ jsou poněkud jinde. Různých aplikací jsou tisíce, i když většina z nich je omezena na laboratoře, poměrně daleko od běžného uživatele. Některé z nich jsou pro laika tak trochu jako ze „sci-fi“. Krátké, ale silné Mourou a Stricklandová pracovali společně, ale na jiném problému. Stricklandová byla doktorandkou v Mourouově týmu a v roce 1985 pod jeho vedením dokončila práci, ve které předvedla novou metodu „zesilování“ krátkých laserových pulzů (tzv. chirped pulse amplification). Na pohled to není až tak jednoduché, vznikající pulz se nejprve „natahuje“, zesiluje a pak znovu komprimuje, aby ve výsledky z laseru vycházely extrémně silné a krátké pulzy. Technologie umožnila skokově zvýšit výkon velkých laserových zařízení a pokrok se dodnes nezastavil – stavíme díky ní stále silnější lasery. Jejich pulzy jsou možná extrémně krátké (dnes zhruba femtosekundy, tj. 10–15 s), ale protože jsou „zhuštěné“ do tak krátké doby, jejich účinek na cíl je o to větší. Díky tomu můžeme vytvářet extrémní podmínky, které jinak šly napodobit pouze ve velkých urychlovačích. Protože se čeká, že výkon těchto systémů se bude nadále zvyšovat, optimisté očekávají, že se tak dostaneme až třeba k poznání jevů, které jsou jinak tak „exotické“ a energeticky náročné, že jsme je zatím nemohli pozorovat vůbec. Nechme promluvit jednoho z nobelistů, konkrétně Gerarda Mouroua – nám byste to totiž možná nevěřili. Při návštěvě Prahy v roce 2015 pro Akademický bulletin řekl: „Můžeme [s pomocí další generace amplifikovaných laserů, pozn. red.] vytvořit situaci, kdy v jednom okamžiku z vakua – a vakuum samozřejmě není nicota – kdy tedy z vakua vzniklo a zhmotnilo se světlo. A tento typ výzkumů se budeme snažit dělat s ultrakrátkými a mimořádně intenzivními impulzy světla. Jelikož, jak jsem řekl, vakuum není nicota, vznikají a zanikají tam tzv. virtuální částice, dochází tam k tzv. kvantovým fluktuacím, které nevidíte. Laser vytvářející extrémně silné elektrické pole do vakua ‚nakoukne‘. Můžeme jím takříkajíc rozbít vakuum, abychom pochopili jeho složení.“ Pro nás je zajímavé i to, proč Mourou v Praze vlastně byl: je totiž jedním z iniciátorů projektu sítě evropských laserových pracovišť nazvané ELI (European Light Infrastructure), do které patří i krátkopulzní lasery v miliardovém mezinárodním centru ELI Beamlines v Dolních Břežanech u Prahy, a také spoluautorem tzv. „Bílé knihy ELI “, hlavního koncepčního dokumentu.