Vidět poprvé strukturu naší molekuly bylo to největší „wow“, říká Vladimír Šindelář 

Váš projekt Chirální bambusurily (2018−2020) získal letos Cenu předsedy GA ČR. Gratulujeme. Co GA ČR na Vašem projektu ocenila?  
Podle mě byl náš projekt takto rozpoznán, protože se věnuje zajímavému tématu s možností aplikací, a díky kvalitním publikacím: 11 článkům, některé v prestižních časopisech, a kapitole v knize.  

Kolik let už se tématu bambusurilů věnujete? 
První článek byl uveřejněn začátkem roku 2010, čili je to 11 let. A když k tomu připočteme léta výzkumu a vývoje, která tomu předcházela, jde zhruba o 15 let.  

Co za vznikem této zajímavé sloučeniny stálo? 
V určité fázi výzkumu jsme zjistili, že máme sloučeninu, která je nová, doposud neznámá a v přírodě se nevyskytuje. Byli jsme první, kdo tuto molekulu připravil, rozeznal a popsal její vlastnosti. A proto jsme měli i právo ji pojmenovat.  

Proč tedy jméno „bambusuril“? 
Skládá se ze dvou částí.  Ta první „bambus“ vystihuje tvar tohoto makrocyklu. Jak vidíte na obrázku níže, je specificky prohnutý jako jeden článek bambusového stvolu. Ta druhá „uril“, odkazuje na močovinu, z níž jsou složeny stavební dílky bamburilu nazývající se glykolurily. Druhým důvodem pro zvolený název byla příbuznost nového makrocyklu s již známou sloučeninou cucurbiturilem (od „cucurbitaceae“ = česky„tykvovité“). Oba makrocykly mají totiž stejnou stavební jednotku – glykoluril. I v našem případě jsme se při tvorbě názvu chtěli nechat inspirovat přírodou. 

Jaké byly významné momenty ve vývoji bambusurilu? 

Než jsme jeho objev publikovali, museli jsme sloučeninu patentově ochránit, to jsme tedy udělali už v roce 2009. Pak, byly další výzvy, které nás vedly někam dál. První bambusuril nebyl rozpustný ve vodě. Vodorozpustnost je ale vlastnost důležitá pro možné aplikace bambusurilu, jako jsou např. monitorování aniontů nebo použití v medicíně. V roce 2015 se nám podařilo publikovat bambusuril rozpustný ve vodě. Dalším krokem v použití bambusurilu bylo udělat tzv. chirální bambusuril, a proto jsme projekt napsali.  

V čem jsou ještě bambusurily zajímavé z hlediska dalších aplikací? 
Bambusuril má několik unikátních vlastností. Na obrázku níže vidíte, jak je v černé struktuře modelu bambusurilu je vázán oranžový míček, který znázorňuje aniont. Zjednodušeně se dá říci, že když dáte bambusuril coby bílý prášek do vody, kde se rozpustí, a přidáme i kuchyňskou sůl, tedy chlorid sodný, tak chloridový aniont „zaleze“ dovnitř dutiny bambusurilu jako ten oranžový míček na modelu. Navíc aniont není v molekule vázán pevně, jde o nekovalentní interakce, takže sám aniont si najde bambusuril a pak se z něj může vyvázat. A to má řadu uplatnění. Bambusuril díky tomu může odstraňovat různé anionty z roztoku, a tak se může být použit k čištění odpadních vod nebo odsolování vody.  

Jinou oblastí uplatnění bambusurilů může být transport aniontů v lidském těle. Zde máme buňky, ty mají buněčnou stěnu a přes ni proudí mimo jiné i anionty. To proudění je umožněno díky kanálům v podobě proteinů a jiných přírodních látek. Ale někdy je tento transport znemožněn, což se projeví formou onemocnění. Třeba u cystické fibrózy je problém, že transportéry jsou nefunkční a chloridové anionty přes buněčnou stěnu nemohou dobře procházet. Řešením může spočívat ve vývoji umělého transportéru, kterým může být např. bambusuril. Ten by se ukotvil do buněčné stěny a výměna aniontů by začala opět fungovat. To je velmi konkrétní věc. Náš výzkum je ovšem základní, čili mi primárně vyvíjíme nové látky a popisujeme jejich vlastnosti, ale dovedeme si představit, že postupnými kroky se můžeme dostat ke konkrétním aplikacím bambusurilů.

Další možné uplatnění je v monitorování aniontů, když chceme vědět, zda je v prostředí (např. potravině) nějaký toxický aniont, anebo v případě organismu zvýšená koncentrace aniontu, který indikuje nějakou nemoc. Rychlé monitorování takových aniontů přímo na místě je velmi žádané, takže i tímto směrem se výzkum bambusurilů ubírá.  

Souvisí tyto cíle i s Vaším působením v RECETOX? 
Určitě. V RECETOX jsme částí výzkumné skupiny Chemické nástroje pro diagnostiku a terapii, kde k výzkumným cílům centra přispíváme vývojem bambusurilů, které bude možné využít k monitorování toxických aniontů a k diagnostice onemocnění.  

Co znamená pojem „chirální“? A v čem by taková forma bambusurilu byla zajímavá pro aplikace? 
V přírodě je řada tzv. chirálních látek. Jedná se od dvojice takřka identických látek, nazývaných enantiomery, které jsou vzájemně svým zrcadlovým obrazem, ale při jejich překrytí je nelze ztotožnit. Je to velice podobné pravé a levé ruce, když je máte dlaněmi obě směrem k sobě. 

Takto se v přírodě vyskytuje řada látek. Ale jen jeden z těchto dvou tzv. enantiomerů může být biologicky aktivní. Třeba ibuprofen: jeden enantiomer je léčivo, ale druhý ne. Čili je prospěšné tyto látky rozdělovat nebo jen detekovat jejich přítomnost a zastoupení. To je ale dost obtížné běžnými metodami. My jsme se rozhodli vytvořit bambusuril chirální, který by byl, řekněme, jako šnečí ulita, do které by se zasunul enantiomer, jež je orientován ve směru a tvaru této ulity. Potom by chirální bambusuril plnil funkci rozpoznávače jen toho jednoho, žádoucího, enantiomeru. 

Jaké cíle jste si kladli v oceněném projektu Chirální bambusurily? 
Jedním z hlavních cílů projektu bylo zjistit, zda jde chirální bambusuril připravit. A pokud to jde, zkoumat jeho vlastnosti. Zda, když ho dáme do směsi dvou enantiomerů, bude preferovaně vázat ve své dutině jeden z nich. Ukázalo se, že syntéza funguje a bambusuril je schopen selektivně vázat jen jeden ze dvou enantiomerů. Dále jsme testovali způsoby, jak pomocí bambusurilů a s využitím spektrálních metod rozpoznat, o jaký enantiomer se jedná, případně, jaký je poměr enantiomerů ve studovaném roztoku. To se nám však v rámci projektu dosáhnout nepodařilo.  

Kde by mohly být chirální bambusurily uplatněny? 
Určitě je zajímavá schopnost chirálních bambusurilů vázat určitý enantiomer. Jak jsem už zmínil, ve farmaceutickém průmyslu je často využíván jen jeden enantiomer ze dvou. K rozdělování enantiomerů se používá tzv. chirální chromatografie. Principem je, že máme trubici (kolonu) naplněnou látkou schopnou rozdílně interagovat s každým z dvojice enantiomerů. A takovou látkou by mohly být právě bambusurily. Když bude procházet roztok obou enantiomerů kolonou, bambusuril bude vázat jen jeden, jehož tok tím bude zpomalen. Z kolony tak bude vycházet nejprve jedna forma a pak ta druhá.   

Jaký je ohlas vědecké obce na vytvoření a vývoj bambusurilu? 
To, že jsme jako první připravili takovou sloučeninu, která má navíc zajímavý aplikační potenciál, bylo pro naši výzkumnou skupinu velkým štěstím. Sloučenina je nyní celosvětově rozpoznána především v rámci komunity supramolekulárních chemiků. My se snažíme tuto látku více a více zviditelňovat tím, že ukazujeme zajímavé vlastnosti naznačující její možné aplikace. Je zkrátka hezké mít vlastní sloučeninu.  

Jaké byly první momenty, kdy Vám došlo, že se povedlo připravit zajímavou sloučeninu? 
Za tím je celá historie. Já jsem přišel na MU koncem roku 2005, po svém postdoktorském působení v zahraničí. Založil jsem skupinu, která v roce 2006 měla prvního bakalářského studenta Jana Švece. Tomu jsem dal za úkol vytvořit látku, která by vedla ke stavebnímu bloku pro bambusuril. Ne že bychom měli v hlavě přímo bambusuril, ale něco na ten způsob. Jemu se během bakalářského studia látku připravit nepodařilo a věnoval se jinému projektu. K projektu se vrátil až když nastoupil do doktorského studia, a to už připravil nejen ten stavební blok ale pak i celou sloučeninu. Bylo to v létě, já odjížděl s manželkou na dovolenou. Řekl jsem mu, ať zkusí reakci, která by vedla k žádané soudkovité molekule. A když jsem se vrátil, hlásil mi, že „to“ připravil. Pak jsme analyzovali, co „to“ opravdu je. Byli jsme si jisti, že jde o nějakou formu soudkové molekuly, ale nevěděli jsme, jak úplně vypadá. Až po analýze na rentgenové difraktometrii jsme viděli obrázek molekuly a věděli jsme, že je to ono.  

Jak jste prožíval ten moment, kdy jste si poprvé řekl: to je ono, to jsme chtěli vytvořit, povedlo se to? 
Asi největší „wow “ jsem zažil v momentě, kdy jsem konečně poprvé viděl krystalovou strukturu bambusurilu. Až tehdy totiž člověku opravdu dojde, že se podařilo připravit něco mimořádného. Na tento moment jsme čekali docela dlouho, pár měsíců, protože do přístroje rentgenové difraktometrie potřebujete mít krystal, ale nám ta látka nechtěla krystalizovat. Když se to povedlo a strukturu molekuly jsme viděli, bylo to opravdu vzrušující.  

V kontextu vytvoření bambusurilu hovoříte o „náhodě“. O co jde? 
Zejména ve vědeckém světě se často používá pojem „serendipity“, který znamená šťastná náhoda či neočekávaný objev. Takových objevů je popsáno velké množství a bambusuril je jedním z nich. V našem případě jsme měli za cíl připravit molekulu soudkového tvaru, ale nepředpokládali jsme, že výsledný tvar bude takový, jaký nakonec vzniknul. Důležité je, že i když se nejednalo o cílenou sloučeninu, byly jsme schopni rozpoznat, že se jedná o něco zajímavého, nakonec mnohem zajímavějšího, než o čem jsme původně uvažovali.   

Jakých výsledků v rámci projektu si nejvíce vážíte?  
Z publikací napsaných v době projektu si cením nejvíce článku v Chemistry A European Journal (2018). V něm jsme ukázali, že syntéza chirálního bambusurilu je možná. Hodně si cením také publikace v časopise Chem (2019), která vznikla ve spolupráci s doktorkou Hennie Valkenier z Universite libre de Bruxelles, a kde jsme se zabývali bambusurily jako transportéry aniontů skrze buněčnou stěnu. Jako poslední můžu uvést publikaci týkajících se molekulárních strojů publikovanou v Angewandte Chemie (2019). 

Zapojení studentů do výzkumu má fakulta jako prioritu. Vnímají studenti, jak jsou projekty pro vědce důležité? 
Hodně záleží na pracovišti a taky zda jde o studenta pracujícího na bakalářské, magisterské nebo doktorské práci. V bakalářském studiu se student rozhlíží, a že je za jeho činností ve výzkumu nějaký projekt, pro něj není tak viditelné. Má povědomí, že je součástí projektu, ale s administrativou a dalšími součástmi projektu nepřijde do styku. Už v průběhu magisterské práce to může být dost odlišné. Například existují projekty pro magisterské studenty, které poskytuje Masarykova univerzita, takový třeba řeší jedna má diplomantka. Doktorští studenti již mohou naplno ocenit přínos projektových peněz. Jednak jsou součástí řešitelských týmů, kde může být doktorand zaměstnán z projektových peněz na částečný úvazek. Také mají možnost se ucházet sami o granty jako je např. Ph.D. Talent vypisovaný v rámci Jihomoravského kraje.  

Jak od práce relaxujete? 
Svou práci mám velmi rád, ale někdy je dobré se od ní oprostit úplně. To je trochu komplikované, když existují všechna ta elektronická zařízení, které umožnují nepřetržité spojení s prací. Takže ideální je jet s rodinou někam pod stan a mrknout na maily jednou za den nebo i jednou za pár dní, což už je úspěch. Také chodím hrát beach volejbal, squash, jezdím na kole.  

 

Děkuji Vám za rozhovor. 
Zuzana Jayasundera