Jak přimět molekuly, aby se rozpoznávaly

Ceny za nejlepší výzkumné práce českých studentů v lékařství, farmacii a chemii, které udělilo Francouzské velvyslanectví v České republice, předával letos člověk z nejpovolanějších – laureát Nobelovy ceny za chemii Jean-Marie Lehn, profesor Université Louis Pasteur ve Štrasburku a College de France v Paříži. Při své návštěvě v České republice byl také jmenován čestným doktorem chemie na Masarykově univerzitě v Brně.

Jean-Marie Lehn získal r. 1987 Nobelovu cenu spolu s Donaldem J. Cramem a Charlesem J. Pedersenem za vývoj a využití molekul s vysoce selektivními, strukturně specifickými interakcemi, zjednodušeně řečeno molekul, které se vzájemně „rozpoznají“ a „vyberou si“, s jakými dalšími molekulami vytvoří komplexní struktury. Schopnost molekul rozpoznávat jedna druhou a vytvářet přesně definované komplexy tvoří základ řady biologických procesů: takovým způsobem se navazují signální sloučeniny k receptorům, protilátky k antigenům a podobně. Zmínění vědci zkoumali strukturu, chemické a fyzikální vlastnosti těchto složitých komplexů i faktory, které jsou určující pro vzájemné rozpoznávání molekul. Jejich bádání přispěla například k poznání transportu iontů skrze biologické membrány, D. J. Cram a J.-M. Lehn syntetizovali molekuly napodobující důležité biologické procesy včetně působení enzymů. Položili tak základy novému oboru – supramolekulární chemii – a dále ji rozvíjeli.

Jana Olivová: Pane profesore, dostal jste Nobelovu cenu za objev a vývoj syntetických makrocyklických látek se selektivními vlastnostmi pro vazbu iontů a molekul, tzv. crownů. Proč jsou molekuly se strukturně specifickými interakcemi a s vysokou selektivitou tak zajímavé a proč obor supramolekulární chemie nabyl takového významu a rozsahu?

J.-M. Lehn: Základní zajímavý proces nyní označujeme jako molekulární rozpoznávání. Význam je následující: molekuly spolu mohou vzájemně interagovat, například se spolu vysoce selektivním způsobem vázat. Slovem „selektivní“ se míní, že některé molekuly se mohou vázat silně, jiné slabě. Ty, které se vážou silně, samozřejmě vyhrávají, jsou to nejstabilnější systémy. Na jednu stranu jsme se zajímali především o samu podstatu uvedeného jevu: chtěli jsme přijít na to, jak přimět molekuly, aby se vzájemně rozpoznávaly, a zjistit, jak to dělají. Na druhou stanu bylo pro nás důležité, že biologické molekuly, tedy molekuly tvořící živé organizmy, spolu všechny vzájemně interagují, a to velmi specifickým, selektivním způsobem (což je asi jeden z důvodů, proč se tato oblast tak rozvinula). Například léčivo proti určité konkrétní nemoci je molekula, která se váže velmi specificky na daný biologický cíl. Pochopitelně kdybychom užili lék – farmaceutickou sloučeninu, jež by se dostala do všech míst těla a všude se vázala – nebylo by to k ničemu. Požaduje se, aby se vázala na konkrétní místo. A právě to je molekulární rozpoznávání. Pochopit, jak k němu dochází, je proto velmi důležité pro tvorbu léků. Podobně to probíhá, když se jedna buňka navazuje na jinou: V těle máme například „buňky-zabíječe“. Ty se pohybují naším organizmem a snaží se najít, co je v nepořádku, například nádorové, pozměněné buňky. Na ně se navážou a zlikvidují je. Nebo další příklad: Když jste očkováni, váš organizmus vytvoří protilátky proti antigenům, jež jsou charakteristické pro dané bakterie, které pak potlačuje. Jinými slovy – všechny biologické procesy nějak souvisejí s molekulárním rozpoznáváním. Naše práce byla zaměřena především na pochopení jeho chemických základů.

J. O.: Látky, molekuly a procesy, které zkoumáte a o nichž jste se zmiňoval, mohou najít široké využití v různých oblastech vědy, v medicíně, ale i při ochraně životního prostředí. Ve své přednášce v Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR jste také hovořil o dalších fázích rozvoje chemie – o tzv. dynamické či samoorganizující chemii. Co se tím míní? Navazuje to nějakým způsobem na supramolekulární chemii?

J.-M. Lehn: Ano, jistě. Dá se říci, že jde o přímý důsledek či rozšíření nebo nástavbu našich dřívějších bádání. Tento velmi obecný proces, zvaný samoorganizace, mě zajímal stále více – a zajímá také většinu lidí, s nimiž jsem hovořil. Teprve když pochopíte, jak se molekuly mohou specificky navazovat jedna na druhou, dostanete nějaké pořadí, nějaký řád. Dovolte mi, abych to vysvětlil: jestliže máte A, B a C, kde A dává přednost B před C, už v tom je řád. Něco už vytvořilo určitou preferenci, nějaké rozpoznávání. Jde o počátek určitého řádu. Zcela nezávislé A, B a C ještě není řád, ale pokud se A pojí s B, a nikoli s C, určitý řád už to je. Jde o samoorganizaci, samozřejmě na té nejtriviálnější, nejjednodušší úrovni. Teď mi dovolte vyjádřit se téměř filozoficky: přinejmenším se můžeme domnívat, že to souvisí se způsobem, jakým se vesmír vyvíjel od svého počátku – velkého třesku – až k živým a myslícím organizmům, jako jsme my. Patrně nejsme sami, pravděpodobně jich je na jiných planetách v širém vesmíru mnoho, to je však jiná otázka. Jak se to stalo? Jak je možné, že se v průběhu času stávala hmota čím dál složitější, a vedlo to až ke vzniku takového organizmu? Nechci tím říci, že je to řízené. Nemám tím na mysli, že v tom byl záměr, prostě se přihodilo, že A–B je lepší než A–C, a tak se A a B spojují. Teď musíte přidat D nebo E či F. Pokud je ABCF lepší než ACDE atd., dostáváte řád o trochu větší. Celkově tedy můžete pozorovat pokračující narůstání složitosti hmoty, která se postupně vyvíjela směrem k stále komplikovanějším a komplikovanějším entitám. A to je samoorganizace. Nyní jde o to, že sice můžeme tento proces nazvat slovem samoorganizace, ale nevíme, co skutečně znamená. Ovšem chemie může – a já myslím, že musí – přispět svým dílem (z hlediska struktury a organizace hmoty dokonce tím nejdůležitějším) k pochopení toho, jak se hmota stávala postupně stále složitější až do bodu, kdy mohou existovat tak složité objekty jako myslící organizmy. To je tedy celkový pohled – teď ovšem v této fázi ještě nejsme, jsme od ní dost daleko. Snažíme se zatím poznat, jak se části molekul či malé molekuly spojují a jak vytvářejí složité struktury. Jednou z cest jak toho dosáhnout je podívat se nejprve na to, co příroda už vytvořila. My jako lidské bytosti, živé organizmy, jsme samozřejmě samoorganizovaní. Nicméně existují jednodušší živé organizmy než člověk, je možné studovat způsob, jakým se organizují. Na druhé straně my také můžeme zkonstruovat systémy, v nichž záměrně vytvoříme dané stavební kameny, dáme je dohromady, necháme je interagovat – a pokusíme se vyzkoumat, jak to probíhá. V tom případě jde o studium procesu samoorganizace z chemického hlediska.

J. O.: Mohl byste blíže popsat, jaký máte ve svém oboru hlavní cíl pro nejbližší budoucnost?

J.-M. Lehn: Před chvílí jste se zmínila o dynamické chemii. Jak si jistě uvědomujete, k samoorganizaci může docházet pouze v případě, že se systém může vrátit zpět. Pokud systém znehybní – proběhne jedním směrem, a pak v té pozici ustrne – nemá už na výběr. Má možná štěstí a je organizovaný, pokud je ale organizovaný špatně, už se nemůže vrátit zpátky. Je tedy velice důležité prozkoumat dynamiku, všechny možnosti. Jednou z hlavních linií našeho výzkumu je nyní myšlenka, že supramolekulární entity jsou nestálé, nestabilní, dynamické – mohou disociovat a znovu se spojovat – a když rekombinují, mohou být jiné než na začátku. Mohou reagovat na faktory v okolním prostředí; například se může sledovaná entita změnit přidáním nebo nečekaným výskytem nové látky, jíž se přizpůsobí. Stačí když se například prostředí stane kyselejším nebo když se přidá voda. K změně může vést přidání další látky. To je jeden aspekt. Tuto vlastnost supramolekulárních systémů, tuto nestabilnost, se ale také pokoušíme přenést do molekul tím, že do nich zavedeme vazby, které se mohou rozštěpit a přetvořit. Jedním z našich hlavních zájmů v současné době je proto zdůrazňovat v rámci obecné roviny samoorganizace její dynamickou část.

J. O.: V roce 2001, na sympoziu k 100. výročí Nobelovy ceny míru, vyslovilo 100 laureátů Nobelovy ceny – včetně vás – varování před největšími nebezpečími, která hrozí světovému míru v příštích letech. Konstatovali jste mimo jiné, že je třeba usilovat o společný, jednotný postup proti globálnímu oteplování a proti šíření zbraní ve světě. Tím by se vytvořily základní prvky stability na cestě k širší sociální spravedlnosti, která jediná dává naději na mír. Zdůrazněna byla i nebezpečí, jež mohou plynout z legitimních požadavků nemajetných a vykořeněných obyvatel tohoto světa. Mohou vědci něco udělat pro to, aby k zmíněným nebezpečím obrátili pozornost veřejnosti a politiků?

J.-M. Lehn: Měli jsme zcela zjevně na mysli skutečnost, že dominující mocnosti pracují pro sebe a zapomínají na druhé. A v tom je nebezpečí vládnoucích mocností. Chudí lidé nepředstavují nebezpečí, těm je třeba pomáhat. Měli bychom se o ně starat, snažit se dát jim vzdělání. Jsem přesvědčen, že do budoucna a pro celé lidstvo je vzdělávání prvořadou záležitostí. Vzdělávání dětí i těch, kteří už dětmi nejsou. Do tohoto pojmu zahrnuji i něco, co považuji za krajně důležité – totiž učit lidi racionálnímu myšlení. Vzdělání je slovo s mnoha významy a používalo se k účelům, které nemusí nezbytně zahrnovat to, co skutečně považujeme za vzdělání. Můžete někoho vzdělávat naprosto špatným způsobem: směrem k dominujícímu postavení, k přesvědčení, že vaši lidé jsou ti dobří a ostatní jsou ti špatní. Pro mne vzdělání znamená racionální přístup k životu či schopnost myslet a vyhodnocovat, nebrat věci jako samozřejmost. Osobně si nemyslím, že přesvědčení je správným výchozím bodem. Vždy bychom si měli klást otázky, proč se děje toto, proč tamto, zpochybňovat věci, které jsou uznané, a vždy mít bedlivě na paměti nutnost zakládat své úvahy na racionálním hodnocení, nikoli pouze na předepsané či tradiční, anebo neuvážené reakci.

Otázky kladla a rozhovor zpracovala redaktorka Českého rozhlasu Jana Olivová.