Enteroviry, jako jsou coxsackieviry a rhinoviry, způsobují ročně miliardy lidských infekcí, včetně infekcí horních a dolních cest dýchacích, gastroenteritidy, nemoci rukou, nohou a úst a život ohrožující encefalitidy. Navzdory společenskému a ekonomickému dopadu těchto onemocnění jsou naše znalosti replikačního cyklu enterovirů neúplné. K charakterizaci replikace enterovirů in situ bude použita kryoelektronová mikroskopie a tomografie. Budeme studovat přenos genomu enteroviru do cytoplazmy buňky, organizaci „replikačních továren“ enterovirů, principy sbalování kapsid enterovirů a vbalování genomů. Výsledky přispějí ke znalostem mechanismu replikace enterovirů a pomohou identifikovat nové cíle pro budoucí antienterovirové terapie. Hlavní řešitel Pavel Plevka je odborníkem pro biologii enterovirů a řešení jejich struktur a replikačních meziproduktů pomocí rentgenové krystalografie a kryoelektronové mikroskopie.

Staphylococcus aureus, rezistentní vůči antibiotikům způsobuje řadu onemocnění, od kožních infekcí po pneumonie, meningitidy, sepse a infekce spojené s implantáty, je WHO uznán jako patogen, pro který je naléhavě zapotřebí nových terapeutik. Fágová terapie je slibným alternativním přístupem k léčbě biofilmů S. aureus. Pro analýzu dynamiky propagace fága Herelleviridae phi812 v biofilmu S. aureus, komunitní imunity proti fágové infekci a replikace fága v infikovaných buňkách bude použita korelační světelná a elektronová mikroskopie. Výsledky přispějí k pochopení dosud nepopsaných interakcí fágů a bakterií a mohou umožnit vývoj účinnější fágové terapie pro léčbu infekcí způsobených kmeny S. aureus rezistentními vůči antibiotikům. Hlavní řešitel Pavel Plevka použil kryoelektronovou mikroskopii k popisu struktury a mechanismů přenosu genomu fága phi812 a dalších fágů, které infikují patogenní bakterie.

Membrány bakterií a eukaryotických buněk mají velmi odlišné složení lipidů, čehož bylo využito pro selektivní cílení peptidů narušujících membrány, které působí jako antimikrobiální peptidy nebo toxiny. Chybí však sekvenční motivy peptidů odpovědných za adsorpci a narušení membrán se specifickým lipidovým složením. Pomocí počítačových simulací a vývoje nových modelů určíme nové membránově selektivní peptidy, u nichž bude experimentálně ověřena jejich membránová afinita a selektivita. Získané poznatky a sekvenční motivy by mohly být využity při vývoji nových peptidů s potenciálním využitím jako terapeutika, senzory nebo biomarkery bakterií. Hlavní řešitel Robert Vácha použil počítačové simulace ke stanovení interakcí mezi proteiny a membránami se specifickým složením lipidů, včetně proteinu DivIVA, řady antibakteriálních peptidů a toxinu candidalysinu.

Molekulární detaily virové infekce zůstávají neobjasněné kvůli experimentálním problémům při zachycování přechodných struktur. Tyto detaily jsou však výhodné pro návrh nových antivirových sloučenin. Budeme vyvíjet nové biofyzikální modely rozpoznávání a pohybu virů na povrchu hostitele, pronikání virů do buněčných membrán a jejich fúze, uvolňování genomu z virových kapsid do cytoplazmy a využívání hostitelských mechanismů pro replikaci virů. Modely budou založeny a ověřeny na dostupných experimentálních údajích. Získané výsledky přinesou molekulární porozumění procesům, které se podílejí na infekci a replikaci virů, což může umožnit vývoj systémů pro návrh léčiv a nových terapeutik. Hlavní řešitel Robert Vácha vyvinul zjednodušený model virů, který ukazuje, jak se virus může dostat přes buněčnou membránu a následně uvolnit svůj genom.

Spojení transkripce s translací, typické pro bakteriální buňky, je důležité pro toxicitu patogenních bakterií, jako jsou Escherichia coli nebo Pseudomonas aeruginosa. Mechanismy iniciace a řízení transkripce a translace však zůstávají nejasné. Spřažené komplexy transkripce-translace a jejich struktury budou charakterizovány a vizualizovány pomocí kryoEM. Časově rozlišené kryo-EM studie budou použity k zachycení přechodných interakčních meziproduktů bakteriální RNA polymerázy a ribozomu. Výsledky získané z těchto analýz zlepší současné chápání genové regulace v bakteriálních buňkách a přispějí k návrhu inovativních antimikrobiálních látek. Hlavní řešitel Gabriel Demo je odborníkem na spřaženou transkripci a translaci u bakterií a určování spřažených komplexních meziproduktů pomocí časově rozlišené kryoelektronové mikroskopie.

Schopnost mnoha virů s jednořetězcovou RNA (např. Togaviridae) a některých dvouřetězcových DNA (např. Poxviridae nebo Asfarviridae) replikovat se v cytoplazmě infikovaných eukaryotických buněk naznačuje, že virová transkripce je přímo spřažena s hostitelskou translací. Strukturální důkazy však stále chybí. Kryoelektronová mikroskopie bude použita ke zkoumání propojení transkripce a translace virů v eukaryotických buňkách a k vizualizaci uspořádání ribozomů in vitro a in situ ve vztahu k virovým RNA polymerázám a buněčné architektury propojených systémů v infikovaných buňkách. Podrobné strukturní informace přinesou poznatky o mechanismech virové patogeneze a budou mít klinické důsledky pro vývoj specifických antivirotik. Hlavní řešitel Gabriel Demo, odborník na kryoelektronovou mikroskopii a eukaryotickou translaci, využije získané poznatky k určení struktur spojených ribozomů 80S a virové RNA polymerázy.

Rod Treponema zahrnuje několik druhů a poddruhů patogenních pro člověka a zvířata, včetně původce syfilis – T. pallidum subspecies pallidum. Přestože treponemové infekce jsou jednou z nejrozšířenějších infekcí postihujících miliony lidí na celém světě, je o těchto patogenech známo jen málo. Nedávno zavedený in vitro kultivační systém otevírá nové možnosti ve výzkumu treponemálních bakterií. Tento projekt přinese i) poznatky o patogenitě, invazivitě a perzistenci treponemových infekcí, ii) identifikaci důležitých biologických funkcí známých genetických rozdílů mezi různými kmeny treponemových patogenů a iii) lepší pochopení evoluce a infekčních strategií treponemových patogenů. Pochopení treponemové infekce by mohlo umožnit vývoj nových diagnostických nástrojů a návrh funkčních vakcín proti syfilis. Hlavní řešitel David Šmajs je odborníkem na treponemovou genomiku a epidemiologii. V poslední době využívá ke studiu treponem in vitro kultivační systém.

Escherichia coli je komenzál trávicího traktu člověka, ale také jeden z nejvýznamnějších lidských patogenů. I když se u několika vysoce adaptovaných kmenů E. coli vyvinula schopnost způsobovat široké spektrum onemocnění, většina kmenů E. coli jsou komenzální bakterie s důležitou úlohou v lidském zdraví. Zapojení do různých patologických stavů však omezuje širší uplatnění prospěšných kmenů E. coli v humánní medicíně. Výsledky získané v rámci tohoto projektu poskytnou poznatky o různých vlastnostech komenzálních kmenů E. coli ex vivo, které jsou obecně málo známé. Dále budou identifikovány odpovídající genetické markery pro negativní i prospěšné aktivity E. coli s potenciálním využitím v humánní medicíně. Hlavní řešitel David Šmajs se zaměřuje na ekologickou roli Escherichia coli v patologických stavech a také na terapeutický potenciál E. coli v humánní a veterinární medicíně.

Viry, které infikují bakterie (bakteriofágy), mají klíčový vliv na život bakteriálních patogenů a mohou, jak zhoršit, tak zmírnit závažnost onemocnění. Lytické fágy by při použití v boji proti bakteriálním patogenům mohly vyřešit současnou krizi antimikrobiální rezistence, kdy chemické léky při léčbě selhávají. Výsledky umožní pochopit, jaký vliv mají lytické fágy na rezidentní sifágy a genomové ostrovy patogenity, které často zvyšují virulenci a zprostředkovávají horizontální přenos genů; jaké mají synergické účinky s antibiotiky; jaké jsou interakce s eukaryotickými buňkami; a jaká následná bezpečnostní pravidla je třeba zavést do Evropského lékopisu pro racionální využití aplikací bakteriofágů a vývoj léčiv. Hlavní řešitel Roman Pantůček má dlouhodobé zkušenosti s molekulární biologií stafylokokových bakteriofágů, horizontálním přenosem genů zprostředkovaným fágy, fágovou terapií a genomikou a evoluční biologií stafylokoků.

Lidské tělo obsahuje přibližně 1013 virových částic. Společenstva virů jsou velmi různorodá a mohou mít škodlivý nebo příznivý vliv na zdraví hostitele a rozvoj onemocnění. Zaměříme se na složení mikrobiomu/viru v ústní dutině pacientů s karcinomy spojenými s lidským papilomavirem a budeme analyzovat roli dalších eukaryotických virů a fágů ve fitness hostitele a rozvoji rakoviny. Pomocí nemetagenomických přístupů popíšeme viry schopné replikace a budeme charakterizovat jejich dopad na imunitní systém hostitele. Pochopení interakcí celého viromu s lidskými papilomaviry může odhalit rizikové faktory pro přetrvávající infekci těmito onkogenními viry a rozvoj rakoviny. Hlavní řešitelka Ruth Tachezy a její tým mají zkušenosti s molekulární detekcí a epidemiologií lidských papilomavirů a s identifikací a charakterizací viromů.

Onkogenní viry jsou zodpovědné za přibližně 10 % zhoubných nádorů na celém světě. Progrese těchto nádorů často končí smrtí pacienta. Vývoj nádorů vyvolaných viry je obvykle doprovázen stimulací antivirové/protinádorové imunity, ale progresi nádorů mohou nakonec umožnit mechanismy imunitního úniku. V této studii budeme analyzovat imunitní charakteristiky nádorů indukovaných lidskými papilomaviry s cílem odhalit nové terapeutické cíle a biomarkery specifické pro různé dráhy karcinogeneze (exprese integrované DNA-E6/E7 versus exprese epizomální DNA-E2/E4/E5). Identifikace potenciálních mechanismů rezistence na léčbu a predikce biomarkerů může přispět ke zvýšení účinnosti terapie. Hlavní řešitelka Ruth Tachezy je odbornicí na analýzu nádorů spojených s lidskými papilomaviry, včetně detekce integrace virové DNA a genové exprese.

Rychlé šíření multirezistentních bakterií vede k obtížně léčitelným infekcím a vyšší úmrtnosti. Sledování vzniku nových epidemických linií nozokomiálních patogenů a nových determinantů antimikrobiální rezistence ve zdravotnických zařízeních má proto klíčový význam. Kromě bakteriálních patogenů budou spolu se sledováním SARS-CoV-2 studovány i virové nozokomiální a virové vrozené infekce, jako jsou cytomegaloviry nebo adenoviry. Pochopení faktorů, které způsobují vznik antimikrobiální rezistence u těchto nozokomiálních patogenů, dynamiky kolonizace pacienta a následné infekce umožní zdravotníkům se vypořádat s nozokomiálními patogeny. Srovnávací studie na genomické a fenotypové úrovni v současnosti cirkulujících epidemických a neepidemických linií nám umožní identifikovat markery spojené s šířením ve zdravotnickém prostředí a/nebo špatným výsledkem léčby pacientů. Hlavní řešitel Pavel Dřevínek je odborníkem na antimikrobiální rezistenci se zaměřením na patogeny spojené se zdravotní péčí a chronické respirační infekce u pacientů s cystickou fibrózou.

Etiologie mnoha lidských onemocnění je mnohostranná a podílí se na ní mikrobiální expozice v interakci s dalšími složkami expozomů. Virom zahrnuje nejen lidské viry a viry obratlovců, ale také obrovskou masu bakteriofágů, jejichž přímé či nepřímé interakce s lidským hostitelem se nyní začínají zkoumat. Projekt pomůže objasnit strukturu a interakce lidského viromu sledované longitudinálně v průběhu několika chorobných stavů, se zvláštním důrazem na choroby v dětském věku. Virom bude posuzován v kontextu dalších expozičních znaků a jeho poruchy budou zkoumány z hlediska příčinné souvislosti nebo vlivu na průběh onemocnění. Hlavní řešitel Pavel Dřevínek je odborníkem na studia viromu, bakteriomu a parazitomu primárně neinfekčních onemocnění člověka.

Léčba chronické hepatitidy B analogy nukleot(s)ide inhibuje tvorbu nových infekčních virových částic, ale neeliminuje stabilní kovalentně uzavřenou cirkulární DNA (cccDNA) v hepatocytech. Léčbu pegylovaným interferonem α (IFN-α) lze považovat za alternativní terapii. Monoterapie IFN-α však vede k funkčnímu vyléčení u méně než 8 % chronicky infikovaných osob. Budeme zkoumat mechanismus úniku HBV v hepatocytech infikovaných HBV, vzájemné působení mezi jadernými tělísky promyelocytární leukemie a HBV v jádře a interakce HBV core proteinu s proteiny hostitele. Budeme studovat mechanismy úniku HBV vrozené a adaptované imunity pro objevení nových antivirových terapeutických cílů. Hlavní řešitelka Klára Grantz Šašková se zaměřuje na charakterizaci interakce virových a buněčných proteinů na strukturální, biochemické a funkční úrovni s cílem vybrat nové cílové kandidáty pro terapeutické zásahy.

Infekce DNA viry, které se replikují v jádře, vyvolávají obrovské změny v jaderných strukturách. Ve znalostech interakcí virů s jadernými složkami však existuje mnoho mezer. Proteiny spojené s komplexem SMC5/6 a PML mohou buď přímo, nebo nepřímo modifikovat virový chromatin, a tím mohou ovlivňovat transkripci a/nebo replikaci virového genomu. Interakce těchto proteinů s virovými minichromozomy a jejich funkční význam budou studovány na lidských BK a myších polyomavirech. Další částí výzkumu bude hledání nových buněčných partnerů multifunkčního virového regulačního proteinu – LT antigenu. Naše studie přinese nové poznatky k pochopení jaderné fáze DNA virů. Hlavní řešitelka Sandra Huerfano je odbornicí na biologii polyomavirů se silným zázemím v technikách molekulární biologie.

RNA adenosin deamináza ADAR1 je zodpovědná za většinu A-to-I RNA editací v lidských buňkách. ADAR1 je indukovatelná virovou infekcí; její funkce je však málo známá a v závislosti na viru se může projevovat jako antivirová a/nebo provirová. Budeme studovat funkční interakce ADAR1 s RNA viry pomocí modelů HCV, TOSV a SARS-CoV-2. Využijeme naše nově vyvinuté metody translatomové analýzy a analýzy A-to-I editomu k mapování a vyhodnocení A-to-I editovaných míst ve virové a buněčné RNA a k objasnění role, kterou ADAR1 hraje v syntéze virových a hostitelských proteinů v průběhu virové infekce. Hlavní řešitel Martin Pospíšek se zabývá analýzou transkriptomu, translatomu a editomu RNA, tvorbou a charakterizací ADAR1 knock-out buněčných linií a analýzou iniciace translace ve virech.

Poxviry jsou významné lidské a zvířecí patogeny a virus variola je řazen mezi nejrizikovější bioteroristické a biologické bojové látky. Přestože byly poxviry po mnoho let v popředí biologického a lékařského výzkumu, naše znalosti jejich biologie jsou neúplné a pro léčbu neštovic byl schválen pouze jeden antivirový lék. Zjistili jsme, že postreplikační poxvirové mRNA nemají na svých 5′ koncích čepičku. Budeme studovat syntézu a translaci těchto neobvyklých poxvirových mRNA s cílem odpovědět na dlouholetou otázku, jak mohou poxviry překonat protivirové mechanismy hostitelské buňky a uzurpovat si aparát syntézy proteinů hostitele pro produkci virových proteinů. Odborné znalosti hlavního řešitele Martina Pospíška zahrnují širokou škálu technik pro analýzu virových a buněčných transkriptomů, translatomů a proteomů. Jeho tým objevil 5′ neuzavřené mRNA u poxvirů.

Přestože fleboviry mají významný dopad na zdraví lidí a zvířat a způsobují vážné ekonomické problémy, informace o jejich biologii a přenosu většinou chybí. Předpokládanými nebo potvrzenými přenašeči většiny flebovirů jsou krev sající písečné mouchy (Diptera: Psychodidae). Díky unikátní sbírce kolonií písečných much budeme studovat: i) vnímavost různých druhů písečných much k flebovirům, ii) různé cesty jejich přenosu, iii) vývoj různých mutant flebovirů u písečných much a iv) interakce virů s dalšími významnými patogeny přenášenými písečnými mouchami, zejména s Leishmania. Získané výsledky by pomohly předvídat vznik nových ohnisek nákazy a také monitorovat a případně kontrolovat přenos flebovirů. Hlavní řešitel Petr Volf je předním odborníkem na biologii flebotomních písečných mušek a na patogeny přenášené písečnými muškami, zejména na leishmanie a fleboviry.

Rostoucí výskyt rezistence vůči antibiotikům představuje celosvětově velkou klinickou výzvu a problém v oblasti veřejného zdraví. Porozumění evoluci rezistentních bakterií na molekulární úrovni je proto velmi potřebné. Celogenomové sekvenování bakteriálních genomů může poskytnout hluboký vhled do evoluce, cest šíření, identifikace rezervoárů a vysoce rizikových skupin populace. Tyto údaje lze využít k návrhu strategie alternativního boje proti rezistenci vůči antibiotikům. Popis společných mobilních genetických elementů šířících geny rezistence k antibiotikům a studium jejich komplexní struktury, plasticity a interakcí mezi plazmidem, genem a hostitelem nám také pomůže nastavit preventivní opatření proti šíření rezistence k antibiotikům. Hlavní řešitel Jaroslav Hrabák se od roku 2005 zabývá molekulární epidemiologií multirezistentních gramnegativních bakterií. Je také členem několika mezinárodních komisí zaměřených na antibiotickou rezistenci (např. ECDC).

Nové techniky používané v mikrobiologické diagnostice, zejména metody založené na hmotnostní spektrometrii a molekulárně genetické metody, způsobily v posledních dvou desetiletích revoluci v diagnostice infekčních onemocnění. Další vývoj funkčních testů a proteomické analýzy bakterií, zejména jejich rezistence vůči antibiotikům, může významně pomoci v diagnostice život ohrožujících onemocnění a zlepšit tak výsledky léčby pacientů. Využití hmotnostní spektrometrie v mikrobiologické diagnostice se obvykle omezuje na taxonomickou identifikaci mikrobů a detekci mechanismů rezistence. Tuto technologii však lze využít k hloubkové analýze, včetně přesné detekce mechanismů rezistence a interakce mezi hostitelem a patogenem. Během projektu budou vyvinuty nové metody pro LC/MS a MALDI-TOF MS. Tyto metody dále zkrátí dobu potřebnou k provedení diagnostiky a pozitivně ovlivní výsledek léčby pacientů, zejména u život ohrožujících infekcí. Hlavní řešitel Jaroslav Hrabák se zaměřuje na vývoj rychlých metod mikrobiologické diagnostiky, zejména s využitím hmotnostní spektrometrie. Je také autorem několika patentů v této oblasti.

Úspěšná replikace virů je do značné míry závislá na vybavení hostitelských buněk. Jednou z tříd proteinů hostitelské buňky, které často využívají viry RNA i DNA, jsou helikázy. Identifikovali jsme RNA helikázu (DHX15), která hraje klíčovou roli při replikaci betaretrovirů. Konečným cílem je pochopit úlohu DHX15 v replikačním cyklu betaretrovirů. Výsledky získané v rámci projektu vysvětlí mechanismus funkční regulace jak RNA helikázy DHX15 hostitelské buňky složkami retroviru, tak retrovirové reverzní transkriptázy buněčnou helikázou DHX15. Poznatky o strukturně-funkčním mechanismu rekrutování helikáz virovými patogeny by také mohly pomoci pochopit úlohu RNA helikáz při protozoálních, bakteriálních a plísňových infekcích. Hlavní řešitelka Michaela Rumlová se zabývá retroviry, zejména HIV-1 a betaretroviry, jejich sbalováním a interakcemi s faktory hostitelské buňky.

Infekce virem klíšťové encefalitidy (TBEV) způsobuje u lidí závažná neurologická onemocnění, na která neexistuje účinná léčba. Jako velmi slibný cíl pro antivirotika nové generace se jeví kapsidový protein (C) TBEV, který je zodpovědný za vbalení virové RNA a sbalování viru. Budeme charakterizovat specifitu vbalování RNA zprostředkovanou TBEV C a hledat předpokládaný specifický signál vbalení RNA. Na základě nedávno vyřešené NMR struktury C-proteinu předpovíme aminokyseliny zodpovědné za dimerizaci C-proteinu a vazbu RNA. Jejich význam bude ověřen analýzou obsahu RNA ve virech nesoucích tyto mutované aminokyseliny. Údaje objasňující mechanismus vbalení RNA během infekce TBEV mohou přispět k vývoji cílené terapie. Hlavní řešitelka Michaela Rumlová má zkušenost s používáním kombinace virologických, molekulárně-biologických, genově-inženýrských, strukturních a biochemických metod.

Virus hepatitidy B (HBV) může vyvolat akutní a chronickou infekci, která potenciálně vede k cirhóze a rozvoji hepatocelulárního karcinomu (HCC). HBV tak představuje pro člověka významný environmentální karcinogen. HBV přetrvává ve formě kovalentně uzavřené cirkulární (ccc) DNA, která je zodpovědná za vznik chronické infekce. Znalosti o regulaci replikace HBV, tvorbě a degradaci cccDNA a vývoji HCC jsou omezené. Kombinace molekulární virologie, biochemie a strukturní biologie bude využita k lepšímu pochopení role virového proteinu HBx v regulaci transkripce a rozvoji chronické hepatitidy B. Navrhujeme identifikovat hostitelské proteiny zapojené do těchto procesů a ověřit jejich funkci. Výsledky mohou vést k identifikaci nových cílů pro lékové intervence. Hlavní řešitelka Iva Pichová se zabývá funkční a strukturní analýzou patogenních proteinů, analýzou životního cyklu HBV pomocí molekulárně biologických a virologických metod.

Tuberkulóza způsobená Mycobacterium tuberculosis (Mtb) je jednou z deseti hlavních příčin úmrtí. Rostoucí počet kmenů Mtb extenzivně rezistentních vůči lékům a rozvoj perzistující infekce komplikuje léčbu. Purinové nukleotidy představují slibné cíle pro vývoj nových typů inhibitorů. Budeme zkoumat regulaci transkripce purinového metabolismu za normálních růstových podmínek, hypoxie a hladovění na živiny, možnou tvorbu komplexu tvořeného de novo purinovými biosyntetickými enzymy, který může usnadnit metabolický tok v modelové Mycobacterium smegmatis spp. Identifikujeme a ověříme esenciální enzymy z purinové biosyntézy a otestujeme knihovnu sloučenin IOCB, abychom získali vedoucí strukturu pro vývoj inhibitoru. Výsledky mohou vést k vývoji nových typů inhibitorů. Hlavní řešitelka Iva Pichová má silné zkušenosti s biochemickou charakterizací metabolických enzymů z Mycobacterium tuberculosis a Mycobacterium smegmatis. Její odborné znalosti zahrnují také molekulární biologii a mikrobiologické metody.

Kromě současné pandemické situace COVID-19 jsou koronaviry podle odhadů zodpovědné také za přibližně 15 % případů běžného nachlazení. Nejsmrtelnější druhy koronavirů vykazovaly úmrtnost přesahující 30 %, což představuje trvalou hrozbu smrtelných pandemií. Formování, funkce a regulace multiproteinových komplexů koronavirů s klíčovými enzymatickými funkcemi zůstávají neúplně pochopeny. Navrhujeme strukturně a funkčně charakterizovat klíčové koronavirové komplexy odpovědné za procesování virové RNA. Výsledky získané v rámci tohoto projektu umožní nahlédnout do mechanismu působení inhibitorů proti enzymům procesujících RNA, zejména metyltransferázám (MTázám) a RNA-dependentní ENA-polymeráze (RdRp). Naše výsledky poskytnou strukturní předlohu pro další vývoj inhibitorů pomocí strukturních metod. Hlavní řešitel Evžen Bouřa je odborníkem na strukturně založený návrh inhibitorů proti koronavirovým enzymům pomocí rentgenové krystalografie.

Flaviviry jsou celosvětově nejrozšířenějšími viry přenášenými členovci a téměř polovina ze 70 identifikovaných členů flavivirů jsou lidské patogeny. Mnohé z těchto virů jsou přenášeny komáry, například virus žluté zimnice, virus západonilské horečky, virus dengue nebo virus Zika. Navzdory obrovskému klinickému dopadu flavivirů není k dispozici žádná specifická antivirová terapie pro člověka, která by léčila infekci některým z flavivirů. Zaměříme se na nejdůležitější a nejkonzervativnější protein zapojený do replikace RNA – protein NS5, který v sobě skrývá jak aktivitu RdRp, tak aktivitu MTázy. Naším cílem je vyřešit struktury více flavivirových proteinů NS5 v komplexu s malými molekulami a posoudit možnost získání univerzálního inhibitoru proti všem flavivirům. Hlavní řešitel Evžen Bouřa se zabývá enzymatickou a biochemickou charakterizací NS5. Vyřešil také několik rentgenových struktur flavivirových enzymů jak apo, tak v komplexu s malou molekulou inhibitoru.

Chronická hepatitida je celoživotní onemocnění jater způsobené infekcí virem hepatitidy B (HBV). Navzdory existenci preventivní vakcíny trpí chronickou hepatitidou, která je spojena se závažnými jaterními stavy od fibrózy a cirhózy až po hepatocelulární karcinom, více než 250 milionů lidí na celém světě. Navrhujeme charakterizovat interaktomovou síť core proteinu HBV (HBc) a identifikovat klíčové buněčné proteiny a dráhy, které jsou nezbytné pro virovou replikaci a perzistenci. Naším cílem je poskytnout podrobné poznatky týkající se: i) klíčových regulačních mechanismů při replikaci HBV; ii) důležitých interaktorů HBc a buněčných drah, které se podílejí na tvorbě nukleokapsidy a intracelulárním transportu, enkapsidaci pgRNA a reverzní transkripci, tvorbě a udržování minichromozomu cccDNA. Výsledky mohou vést k vývoji nových anti-HBV terapií. Hlavní řešitel Jan Weber má dlouholetou zkušenost v molekulární biologii a virologii z akademického i firemního prostředí a zajímá se o charakterizaci nových interakcí mezi HBV a hostitelskou buňkou.

Výskyt třetího koronaviru způsobujícího těžký akutní respirační syndrom během necelých dvou desetiletí proměnil nově se objevující koronaviry v hrozbu veřejného zdraví. Jedním z nejlepších opatření je zablokovat virus dříve, než se začne v buňkách množit, a proto je inhibice uchycení a vstupu viru jasnou volbou. Plánujeme charakterizovat a porovnat proteom neinfikovaných buněk a buněk infikovaných různými koronaviry, včetně SARS-CoV-2, na počátku infekce. Identifikované proteiny budou dále charakterizovány pomocí overexprese, knockdownu zprostředkovaného siRNA a konfokální mikroskopie s cílem objasnit jejich vliv na vstup a replikaci koronavirů. Lepší pochopení vazby koronavirů, jejich vstupu a charakterizace interakcí mezi virem a hostitelem, které lze léčit, může vést k lepší připravenosti v případě budoucích epidemií koronavirů. Hlavní řešitel Jan Weber rozšířil svůj zájem o oblast koronavirů a zaměřil se na objasnění různých mechanismů vstupu SARS-CoV-2 do buněk.

ALV je virus diverzifikovaný koevolucí viru a hostitele do několika podskupin, z nichž každá rozpoznává jiný povrchový buněčný receptor. Tento jedinečný příklad koevoluce poskytuje možnost studovat procesy adaptace viru, rozšiřování hostitelů a heterotransmise (obecně všechny zoonotické viry vznikly v procesu heterotransmise). Tyto poznatky by mohly pomoci při umělém vytváření rezistentních zvířat pomocí technologie editace genů CRISPR/Cas9 u kuřat, přirozeného hostitele ALV. Alely receptorů nesoucí jednoduché záměny kritických aminokyselin ve vazebných doménách viru (např. nedávno připravená rezistence k podskupině ALV-J) jsou dobrým materiálem pro studium únikových mutací viru adaptovaných na nové verze receptorů. Hlavní řešitel Jiří Hejnar je uznávaným odborníkem na retrovirové receptory a používá unikátní technologii editace genů u kuřat. Dokončil již čtyři projekty KO/gene editing u domácích kuřat.

Fúze mezi buňkami během vývoje placenty je rozhodující pro správnou tvorbu její vnější vrstvy zvané syncytiotrofoblast. Fúze mononukleárního cytotrofoblastu a tvorba vícejaderného syncytium je do značné míry závislá na lidských proteinech zvaných syncytin. Syncytin-1 a Syncytin-2 jsou retrovirové obalové glykoproteiny dvou různých lidských endogenních retrovirů. Pomocí našeho originálního heterologního ektopického systému interakce retroviru s receptorem a techniky duální luciferázové buněčné fúze budeme analyzovat podíl syncytinu-1/2 a receptorů hASCT1/2 na fúzi trofoblastu a identifikovat aminokyseliny kritické pro vazbu syncytinu s receptorem. Na podporu funkčních analýz bude provedena strukturní analýza CryoEM. Současně bude studována epigenetická represe syncytinů v neplacentárních tkáních. Tento projekt by mohl vést k identifikaci mutací, které stojí za lidskou idiopatickou neplodností. Pro tento projekt jsou rozhodující odborné znalosti Jiřího Hejnara v oblasti molekulárního modelování interakce viru s receptorem. Nedávno publikované experimentální systémy budou v tomto RO široce využívány.

Antivirové restrikční faktory a faktory závislosti viru jsou bitevním polem dlouhodobé koevoluce viru a hostitele a obousměrný evoluční přístup je nezbytný k charakterizaci virových adaptací na nové hostitelské druhy během procesu heterotransmise a zoonotických událostí, stejně jako změn v příslušných hostitelských genech. Ty budou zahrnovat hledání antivirových aktivit genů, které již byly charakterizovány jako restriktivní vůči HIV-1 u člověka. Toto RO se zaměří na účinky tetherinu kuřat proti ptačím virům (virus ptačí leukózy, virus nemoci Marek, ptačí chřipka, ptačí koronaviry atd.) Kuřecí tetherin bude primárním cílem genetického vyřazení nebo editace genů in vivo pomocí CRISPR/Cas9 s konečným cílem prokázat zvýšenou odolnost vůči nemocem kuřat. Jiří Hejnar se zabývá retroviry a antivirovými restrikčními faktory, epigenetickým umlčováním retrovirů epigenetickými mechanismy a genetickou podstatou antivirové odolnosti.

Podle nedávného informačního přehledu WHO je rezistence vůči antibiotikům v současné době jednou z největších hrozeb pro celosvětové zdraví, potravinovou bezpečnost a rozvoj. Tento projekt bude zkoumat málo charakterizovaný mechanismus rezistence vůči antibiotikům cíleným na ribozom, který je zprostředkován proteiny ABCF, které propůjčují rezistenci několika skupinám klinicky významných antibakteriálních látek, např. makrolidům a linkosamidům. Výsledky projekty mohou posunout znalosti o primární roli antibiotik a příslušných determinant rezistence v přírodním prostředí a mají potenciál vysvětlit evoluční mechanismy vedoucí od buněčné signalizace a regulačních molekul k antimikrobiální rezistenci. Lepší pochopení principů funkce ABCF rezistence vůči antibiotikům (ARE) a evoluce rezistence by mohlo poskytnout strategie pro vývoj nových sloučenin, a dokonce radikálně inovativních terapeutických přístupů k překonání tohoto typu rezistence. Hlavní řešitel Jiří Janata je odborníkem na molekulární mechanismy účinku antibiotik a rezistence. Jeho tým významně přispěl k popisu molekulárního mechanismu proteinů ARE ABCF.

Ústředním enzymem genové exprese je RNA polymeráza (RNAP). Bakterie obsahují jeden typ tohoto enzymu, který může být inhibován rifamyciny. Rezistence vůči rifamycinům vzniká v důsledku mutací v RNAP nebo je zprostředkována jinými proteiny. Nedávno jsme objevili jeden takový protein, HelD, který se váže na RNAP a mění jeho konformaci. To vede k disociaci RNAP od nukleových kyselin a také k uvolnění rifampicinu, pokud je navázán. Navrhovaný výzkum bude charakterizovat mechanické fungování HelD a popisovat regulaci jeho exprese. Tento výzkum odhalí nové informace o tom, jak se bakterie vyrovnávají s antibiotiky, a může vést k novým sloučeninám zaměřeným na transkripční mechanismus. Hlavní řešitel Libor Krásný je odborníkem na bakteriální fyziologii, rezistenci vůči antibiotikům, genovou expresi na úrovni transkripce a její regulaci.

Bakterie jsou ve svém prostředí obklopeny jinými mikroorganismy. Aby přežily, musí neustále bojovat o zdroje. Bacillus subtilis je modelová bakterie s průmyslovým významem. Je vybavena arzenálem zbraní, toxinů, které udržují na uzdě nebo likvidují nepřátele. Tyto toxiny mají potenciální medicínský význam. Nedávno jsme u této bakterie identifikovali přítomnost dosud neznámých toxinů. Cílem je (i) identifikovat gen(y), který(é) je(jsou) nutný(é) pro produkci toxinu; (ii) purifikovat toxin(y); a (iii) definovat mechanismus(y) účinku tohoto toxinu(ů) proti různým druhům bakterií. Souhrnně lze říci, že tento výzkumný cíl umožní identifikovat nové toxiny kódované bakteriemi vhodné pro budoucí použití jako antibakteriální látky. Hlavní řešitel Libor Krásný je odborníkem na bakteriální fyziologii, rezistenci vůči antibiotikům, genovou expresi na úrovni transkripce a její regulaci.

Protilátky mohou během virové infekce často hrát dvojí roli (ochrannou versus posilující onemocnění). V této práci budeme zkoumat protilátkové zesílení infekce virem klíšťové encefalitidy zprostředkované jednotlivými monoklonálními protilátkami a polyklonálními séry z velké kohorty klinických vzorků. Charakterizací lidských protilátek indukovaných virem během přirozené infekce na molekulární úrovni chceme získat nové poznatky o patogenezi onemocnění flavivirovou encefalitidou s důležitými klinickými důsledky. Hlavní řešitel Daniel Růžek je odborníkem na výzkum patogeneze virových infekcí se zvláštním zaměřením na arbovirová a další nově se objevující virová onemocnění.

Viry patří k nejčastěji identifikovaným příčinám meningitidy a encefalitidy u lidí, které vedou ke značné dlouhodobé morbiditě. Téměř všechny skupiny virů obsahují členy, které mohou infikovat lidské nervové tkáně. Navzdory medicínskému významu těchto onemocnění jsou biologie neurotropních virů a mechanismy patogeneze virové infekce v centrálním nervovém systému málo známé. Naše studie se zaměří na několik kritických aspektů biologie vybraných neurotropních virů, jako jsou neurotropní flaviviry a/nebo jiné arboviry, a na patogenezi infekcí způsobených těmito původci. Naším cílem je zejména identifikovat důležité determinanty virulence neurotropních virů a odhalit mechanismy virové neuroinvaze do CNS. Hlavní řešitel Daniel Růžek je odborníkem na výzkum patogeneze virových infekcí se zvláštním zaměřením na arbovirová a další nově se objevující virová onemocnění.