Držitel Fulbrightova stipendia Martin Toul: Proteinové inženýrství mě doslova nadchlo

Jaká byla Vaše cesta k oboru biochemie?

Abych byl upřímný, biologie mě ze začátku úplně nebavila. Ale díky starší sestře mě už asi od druhé třídy zajímala chemie, učil jsem se názvy prvků, vyplňoval jejich značky v křížovkách a těšil jsem se, až ji budeme mít jako předmět. A potom jsem se úspěšně účastnil nejrůznějších olympiád, nejen chemických, ale i matematických a fyzikálních. Chemie však vždycky vedla, takže již na přelomu základní a střední školy jsem měl jasno v tom, že bych ji rád studoval i na vysoké. Biologie přišla spíš z praktického hlediska, protože vidím větší potenciál v propojení věd s živou přírodou. A je pravda, že zatímco mě nikdy příliš nezajímala biologie například z hlediska sledování anatomických znaků jednotlivých živočichů, jejich zařazení do systému apod., v perspektivě mikrosvěta, kdy pracuji na úrovni biomolekul, DNA a proteinů, jsem se našel.

Co Vás vedlo k výběru právě Přírodovědecké fakulty MU?

Líbil se mi Univerzitní kampus Bohunice. Bodem pro byla i dopravní dostupnost, neboť pocházím z malé vesničky na Boskovicku. Dále jsem věděl, že určitě nezaostává za ostatními přírodovědeckými fakultami u nás. Teď zpětně jsem za svůj výběr moc rád, zvlášť když vidím, jak dobře tu funguje výzkum, máme napojení na CEITEC. Řekl bych, že v oblasti výzkumu často i překračujeme ostatní univerzity.

Jaká je možnost zapojení studentů do praktického výzkumu?

Pokud jde obecně o možnosti, tak těch je na Přírodovědecké fakultě MU opravdu moc a je to jenom o tom, co si člověk najde. Obzvlášť Brňáci se mohou věnovat SOČkám[1]. My máme u nás ve výzkumu celou řadu středoškoláků, kteří se věnují opravdu zajímavému bádání, o kterém se mně osobně v té době ani nesnilo.

Co se pak týče studia na vysoké, tak každý musí povinně absolvovat laborky. Kdo chce, tak může začít s výzkumem na bakalářskou práci již od prvního ročníku. Na některých oborech není laboratorní práce podmínkou, ale třeba na biochemii je praktická část bakalářské práce běžná. Já osobně jsem se dostal k výzkumu až na konci druháku, a to právě kvůli bakalářské práci. V té době mě nejvíce lákala organická chemie, a proto jsem se začal na našem Ústavu organické chemie věnovat organické syntéze. Asi po půl roce jsem ale zjistil, že tyto chemické reakce mě baví spíše jen navrhovat na papíře, zatímco samotná laboratorní práce byla pro mne osobně v této oblasti příliš monotónní, a tak jsem se začal rozhlížet jinde.

A začal jste pracovat v prestižních Loschmidtových laboratořích proteinového inženýrství při Ústavu experimentální biologie Přírodovědecké fakulty MU. Jak složitá cesta tam vedla?

Je paradoxní, že já osobně jsem si jejich prestiž v té době ani neuvědomoval. Vzpomněl jsem si, že jsme měli přednášku s prof. Damborským, který nám představoval, čím se v Loschmidtových laboratořích zabývají. A mne téma proteinového inženýrství vyloženě nadchlo. Proto jsem napsal e-mail s tím, že bych u nich rád pracoval, načež jsem byl požádán, abych jim zaslal stručný životopis a motivační dopis v angličtině. Následně si mě pozvali na osobní pohovor, kde jsem se setkal s vedoucími různých týmů. Na základě osobního setkání si v laboratoři přímo vytipovali, čemu bych se mohl věnovat, a rovnou mi i vybrali projekt, který odpovídal mému profilu.

Dnes zpětně hodnotím, že není úplně snadné se sem dostat, ale moc se mi líbí, že se dbá nejen na znalosti a motivaci studentů, ale také na to, aby člověk zapadl do kolektivu a vznikalo dobře fungující pohodové pracovní prostředí. Mám pocit, že všichni sdílíme podobné nadšení nejen pro vědu, ale i co se volného času a společných zájmů týče. Taková práce pak přináší nejen větší radost, ale je i mnohem efektivnější.

Čím obecně se v Loschmidtových laboratořích zabýváte?

V Loschmidtových laboratořích se věnujeme proteinovému inženýrství, což znamená, že protein (neboli bílkovinu) cíleně upravujeme tak, aby vykazoval vylepšené vlastnosti, ať už je to jeho vyšší aktivita nebo delší stabilita, případně ho zbavujeme některých nežádoucích vedlejších účinků. V praxi se takové proteiny dají využít třeba jako léčiva, pro odstraňování odpadu a škodlivin z prostředí nebo třeba pro bioprodukci komerčně důležitých chemikálií, vitamínů a dalších látek.

Čím konkrétně se zabýváte Vy?

Já se pak specificky zabývám detailní tranzitní kinetikou, jež tyto proteiny studuje dopodrobna. Oproti klasické kinetice, kterou se zabývá většina jiných „proteinových“ výzkumných skupin, studuji reakci enzymů v krátkém čase – v řádu mikro a milisekund. V tomto časovém okně se nachází nejvíce informací o mechanizmu chování enzymů, takže nám taková data dodávají mnohem více informací o tom, jak přesně enzymy fungují na molekulární úrovni. A pokud známe mechanizmus, pak i víme, jak enzymy upravovat, protože přesně víme, v čem tkví jejich největší slabina. Díky tomu jsou úpravy enzymů opravdu cílené a nikoli „naslepo“, jako tomu je často v případě klasického přístupu. To má význam jak v základním výzkumu, tak i ve výzkumu aplikovaném.

Já se konkrétně tak trošku dotýkám obou těchto oblastí. Zabývám se totiž luciferázou, tedy enzymem, který produkuje světlo, a má tak obrovský význam všude tam, kde chceme nějaký jinak „neviditelný“ biologický proces pozorovat pomocí světelného signálu (třeba i v klinice), zároveň má tento protein ale i velice netypickou evoluční historii, takže nám může pomoci lépe pochopit, jak se moderní specializované biomolekuly vyvinuly ze svých prapředků. Kromě toho dále pracuji i s tkáňovým aktivátorem plazminogenu, což je klinicky schválené léčivo, které napomáhá rozpouštět krevní sraženiny. Používá se na léčbu infarktu nebo mozkové mrtvice, ale bohužel ne vždy funguje podle představ. My se zabýváme tím, jak toto léčivo upravit tak, aby byla léčba efektivnější a minimalizovaly se negativní vedlejší účinky.

Dokončil jste druhý ročník doktorského studia. Kolik času Vám zabere studium a kolik výzkum?

V této fázi studia už trávím většinu času v laboratoři, za semestr mám tak jednu až dvě zkoušky. Plus je část studia podmíněna i výukou mladších studentů, takže přímo v Loschmidtových laboratořích pomáhám s vedením praktických cvičení z bioinformatiky a molekulární biotechnologie. Navíc u nás funguje systém mentoringu směrem k mladším kolegům, takže například studenty v rámci SOČ zaučujeme my doktorandi. Obecně asi trávím v práci o něco více času, ale myslím si, že k vědě a touze po poznání to tak trochu patří, takže dokud mě tento výzkum naplňuje, jsem zcela spokojen.

Využil jste již možnosti studia nebo pracovní stáže v zahraničí?

V prvním ročníku v navazujícím magisterském studiu jsem byl ve Švédsku, kam jsem chtěl vyjet v rámci Erasmu, protože se mi Švédsko líbilo jako země a lákala mě švédská kultura. Ale protože jsem již působil v Loschmidtových laboratořích, tak jsme se dohodli, že by bylo fajn můj pobyt spojit i s něčím užitečným. Dohodli jsme se proto s naší spřátelenou vědeckou skupinou ve Švédsku, že k nim mohu na stáž, kterou jsem se studiem v zahraničí spojil.

Na druhé stáži jsem byl loni na podzim v Thajsku, kam jsem se dostal tak trochu náhodou, když nejprve přijela jejich výzkumná skupina k nám, abychom jim předali naše zkušenosti. Během toho jsme ale zjistili, že pracujeme na podobných projektech a že bych mohl využít jejich know-how a přístrojového vybavení ohledně kinetik.

Co pro Vás bylo na zahraničních stážích doposud nejpřínosnější?

Ve Švédsku mě obohatil i styl výuky, který byl skvěle nastavený v tom smyslu, že nutil studenty více přemýšlet než „biflovat“. Příkladem mohou být zkoušky typu: „Každá odpověď v tomto testu je správná, pokud si ji správně zdůvodníte.“ V práci jsem si mohl vyzkoušet jiný způsob práce v laboratoři, jinou organizaci laboratoře, trochu jinou metodologii i způsob, jak získávat a předávat data. Člověk prostě zjistí, že to může fungovat jinak, může si z každého způsobu vytáhnout to dobré a snažit se to tady u nás implementovat, a tím i zlepšovat chod laboratoře. U nás jsou těmto změnám a zlepšením velmi otevření.

Získal jste prestižní Fulbrightovo stipendium, k čemuž Vám ze srdce gratuluji. Kvůli situaci s pandemií onemocnění COVID-19 byla Vaše cesta bohužel o rok posunuta, ale naštěstí ne zrušena, takže Vás čeká stáž v texaském Austinu. Chtěl jste se vždy podívat do USA?

Z cestovatelského hlediska mě USA a Amerika jako kontinent vždycky lákala, protože je tam úplně jiná mentalita lidí a plno zajímavých míst. Pokud jde ale o tento specifický pobyt, tak hlavní motivací bylo strávit čas v laboratoři jednoho z největších expertů na tranzitní kinetiku na světě, kterým je profesor Kenneth A. Johnson a který působí právě na univerzitě v Austinu. Jde mi totiž hlavně o to, abych se od něho něco naučil a získané know-how zase přenesl do naší výzkumné skupiny. A vlastně se tím i uzavře jakýsi cyklus, kdy jsem nejprve sbíral data tady u nás, pak jiná data v Thajsku a teď je potřeba to velké množství dat správně interpretovat a doplnit ten poslední kousek do celé skládačky. Proto je nyní ten správný čas odjet do USA a s pomocí profesora Johnsona tato data podrobně zanalyzovat. Možnost cestovat a poznávat kulturu USA už je pak jen třešnička na dortu, jak perfektně spojit práci i s osobními zájmy.

Jak náročná byla cesta k získání Fulbrightova stipendia? Jak dlouho dopředu jste musel o stipendium žádat a jak probíhala výběrová kola?

Já jsem se původně snažil stihnout uzávěrku na konci září 2019, proto jsem vše řešil již o loňských prázdninách. Bohužel ale v té době nebylo nikde zmíněno, že výběrová kola budou už v říjnu, kdy jsem byl v Thajsku, takže jsem se jich nemohl účastnit. Podařilo se mi ale domluvit, že moji přihlášku posunuli do uzávěrky na konci února, přičemž obě dvě tyto uzávěrky směřovaly k výběru uchazečů na další akademický rok, tedy na 2020/2021.

Na začátku léta jsme tedy začali řešit u nás v laboratoři, že bych o stipendium mohl požádat, a začal jsem zjišťovat, co vše je potřeba. Dokonce jsem i jednou volal do jejich kanceláře, což určitě doporučuji, protože se zde snaží vždy ve všem vyhovět a zodpovědět všechny nejasnosti. Začal jsem si tedy zajišťovat administrativní dokumenty, jako jsou výpisy známek či kopie diplomů, nejdůležitější a časově nejnáročnější však byly dva hlavní dokumenty – ten první se týkal mého osobního přístupu k vědě a vlastně důvodu, proč chci odjet zrovna na univerzitu v Austinu, a ten druhý se týkal popisu projektu, se kterým tam chci jet. Nakonec jsem si musel opatřit tři doporučující dopisy – jeden byl od profesorů Zbyňka Prokopa a Jiřího Damborského, mých mentorů z Loschmidtových laboratoří, druhý od vedoucího mého výzkumu ve Švédsku a třetí od profesora Roberta Mikulíka z ICRC, který zaštiťuje výzkum mozkové mrtvice.

Na základě všech těchto dokumentů probíhal výběr kandidátů a musím říct, že jsem byl potěšen, že na rozdíl od jiných výběrových řízení toto nebylo až tak byrokratické, ale přišlo mi, že šlo o uvažování „selským rozumem“. Komise se nesnažila vyřadit přihlášky jen proto, že někdo použil ve formuláři jinou velikost písma, ale opravdu bylo vidět, že si nad dokumenty sedla, celé si je pročetla a zamyslela se nad tím, zda má projekt význam a zda je člověk dostatečně motivovaný. Nejvhodnější kandidáty si pak pozvali do druhého kola na osobní pohovor do Prahy a bylo vidět, že každý člen komise přesně věděl, o čem můj projekt je, což mě potěšilo. Asi do dvou týdnů jsem pak věděl finální výsledek.

Co byste vzkázal dalším studentům, kteří o Fulbrightově stipendiu uvažují, ale zdá se jim nedosažitelné?

Ať to určitě vyzkouší, protože to stojí za to. Výběrové řízení určitě není o nějakém škatulkování ani o zkoušení, takže se nemusejí bát, že by neměli šanci stipendium získat. Komise chce hlavně vidět zájem a nadšení, takže pokud máte cíl a myslíte si, že zahraniční cesta dává smysl, pak šanci určitě máte. Hlavní je se nebát a jít do toho.

Jaké máte plány do budoucna?

Rád bych zůstal ve vědě. Po doktorátu se chci ucházet o nějakou postdoktorandskou pozici opět v zahraničí, protože sám vidím, že zahraniční stáže jsou přínosné. Člověk si totiž myslí, že věda se musí dělat všude stejně, ale pak najednou vidí, že existuje i jiný pohled. Nicméně nechtěl bych žít v zahraničí celý život, takže za takových pět, deset let bych byl určitě rád zase zpět v České republice, klidně na akademické půdě některé z univerzit. Ale kdo ví, třeba se dostanu k nějaké biotechnologické firmě.

Děkuji Vám za rozhovor a přeji mnoho úspěchů v osobním životě i dalším vědeckém bádání.