Je třeba vyvíjet nová antibiotika, protože rezistence bakterií vůči dostupným antibiotikům roste a rezistentní bakterie jsou již nyní zodpovědné za více než 700 000 úmrtí ročně, přičemž se předpokládá, že v roce 2050 dosáhne 10 milionů. Jedním ze slibných kandidátů na nová antibiotika jsou antimikrobiální peptidy. Dalšímu vývoji těchto peptidů však brání chybějící vztah mezi sekvencí peptidu a jeho antimikrobiální aktivitou. Pomocí počítačových simulací určíme klíčové vlastnosti/motivy sekvence peptidu, které jsou zodpovědné za narušení bakteriálních membrán. Na základě získaných poznatků navrhneme experimentálně ověřené nové antimikrobiální peptidy. Poskytnuté peptidy by mohly být výchozími hity pro optimalizaci a vývoj nových antimikrobiálních sloučenin. Hlavní řešitel Robert Vácha použil počítačové simulace k určení molekulárního mechanismu účinku antimikrobiálních peptidů magainin 2 a PGLa.

Jedním z přístupů k dosažení funkčního vyléčení HBV je cílení na rozhraní mezi virovými a buněčnými proteiny nebo HBV cccDNA. Cílem je identifikovat hostitelské proteiny ovlivňující virovou replikaci a vybrat nové cílové kandidáty pro možný terapeutický zásah. Mezi virové cíle vhodné pro preklinické zkoumání patří HBV core protein HBc. K identifikaci nových proteinů interagujících s HBc a cccDNA použijeme techniku proteomiky závislou na biotinylaci v blízkosti (BioID2). Budou navrženy a ověřeny in vitro vysoce výkonné screeningové testy k identifikaci malých sloučenin ovlivňujících příslušné interakce protein-protein. Dále se zaměříme na ověření, zda námi objevené malé molekuly modulující dráhu NRF1 (NFE2L1) zodpovědnou za syntézu proteazomu a expresi proteinů tepelného šoku ovlivňují replikaci HBV. Hlavní řešitelka Klára Grantz Šašková je odbornicí na objevování léčiv zaměřených na virové proteiny (HIV proteáza, kapsida) a lidské proteiny (DDI2, modulátory NRF1) se zkušenostmi v translačním výzkumu (objevování nových LNP).

Očekává se, že úmrtnost spojená s rezistencí na antimikrobiální léčiva dosáhne do roku 2050 10 milionů úmrtí ročně. Hlavním cílem tohoto projektu je proto vyvinout nové (pre)klinické kandidáty na antimikrobiální látky s aktivitou proti (myko)bakteriím rezistentním vůči léčivům. Nejprve bude provedeno objasnění vztahů mezi strukturou a aktivitou a toxicitou několika unikátních vlastních strukturních typů potenciálních antimikrobiálních sloučenin s aktivitou proti (myko)bakteriálním kmenům rezistentním vůči léčivům a budou vyhodnoceny mechanismy účinku nejúčinnějších sloučenin. Na základě získaných výsledků a in silico predikce bude proveden návrh a syntéza nových analogů s lepší aktivitou a ADMETox profilem. Nakonec budou vyhodnoceny jejich farmakokinetické vlastnosti a schopnost řešit (myko)bakteriální infekce pomocí in vivo modelů (myko)bakteriálních infekcí. Hlavní řešitel Jaroslav Roh má velké zkušenosti v oblasti medicinální chemie antimykobakteriálních sloučenin, zejména ve skupině inhibitorů DprE1 a proléčiv aktivovaných Ddn.

Infekce SARS-CoV-2 měla mimořádný dopad na lidstvo a upozornila vědeckou komunitu na nedostatek účinné léčby. Budeme studovat modulaci aktivity RNA-dependentní RNA polymerázy SARS-CoV-2, která je nezbytná pro replikaci viru. Pomocí molekulárního modelování jsme předběžně vybrali předpokládaná vazebná místa pro alosterické modulátory aktivity polymerázy. K testování nových alosterických nenukleosidových inhibitorů použijeme kombinaci molekulárního dokování, komerčních knihoven a syntézy organických sloučenin. Budeme charakterizovat a ověřovat vazebnou kapacitu sloučenin na rekombinantní komplex polymerázy a hodnotit jejich inhibiční aktivitu. Abychom určili použitelnost alosterických inhibitorů v kombinované terapii, změříme jejich schopnost zvýšit účinnost stávajících inhibitorů vázajících se na aktivní místo, jako je například Remdesivir. Hlavní řešitelka Michaela Rumlová je odbornicí na vývoj biochemických testů zaměřených na screening antivirových látek.

Rezistence vůči antibiotikům se stala jedním z hlavních problémů současného zdravotnictví. Běžnými mechanismy bakteriální rezistence jsou eflux antibiotik; změněná membránová propustnost snižující příjem antibiotika; inaktivace antibiotika enzymatickou modifikací nebo mutace cílového místa. Plánujeme hledat inhibitory transmembránových efluxních pump, které jsou hlavní příčinou bakteriální rezistence. Pomocí qPCR určíme mechanismy rezistence na antibiotika u klinických izolátů. Hledání nových inhibitorů efluxních pump bude založeno mimo jiné na syntetických derivátech známých inhibitorů a přírodních látkách izolovaných z léčivých rostlin. Naším cílem je ověřit schopnost identifikovaných inhibitorů obnovit citlivost k antibiotikům u bakteriálních kmenů rezistentních k lékům. Hlavní řešitelka Michaela Rumlová je odborníkem na mikrobiologii zaměřenou na životní cyklus retrovirů, antimikrobiální terapii včetně fototerapie a inhibici biofilmu.

Navzdory úspěchu antibiotik mikrobiální infekce v nemocnicích narůstají. Současné diagnostické metody mají zásadní omezení ve specifičnosti a/nebo citlivosti. Molekulární zobrazování má potenciál pro specifickou a citlivou detekci infekcí. Systém získávání železa založený na sideroforech představuje jeden z mála zásadních rozdílů mezi mikrobiálními a savčími buňkami. Siderofory jsou nízkomolekulární chelátory specifické pro železo vylučované bakteriemi nebo houbami. Mikroorganismy mají speciální transportéry pro příjem sideroforů. Siderofory lze značit radioaktivně, nahrazují železo bez ztráty bioaktivity a umožňují molekulární zobrazování mikrobiálních infekcí. Naším cílem je otevřít nové diagnostické zobrazovací strategie pro mikrobiální infekce se zvýšenou citlivostí a specifičností, které by mohly poskytnout základ pro novou třídu diagnostik infekčních onemocnění. Hlavní řešitel Miloš Petřík je odborníkem v oblasti nukleární medicíny a molekulárního zobrazování zaměřeným na vývoj nových radiotrackerů pro zobrazování infekcí.

Rostoucí výskyt bakterií rezistentních vůči antibakteriálním lékům otevírá možnost nové neantibiotické éry, ve které nebudou k dispozici antibiotika k léčbě infekcí způsobených multirezistentními (MDR) bakteriemi. Zvyšující se rezistence bakterií vůči antibiotikům představuje závažný problém nejen v humánní, ale i ve veterinární medicíně, který bývá označován za globální hrozbu. Hlavním cílem tohoto úkolu je analyzovat vývoj AMR na fenotypové a genotypové úrovni, zhodnotit vliv selekčního tlaku antibiotik na AMR a definovat opatření k zachování účinnosti antibakteriálních látek. Konkrétní cíle lze charakterizovat následovně: (1) detekce MDR bakterií, včetně fenotypové a genotypové analýzy rozsahu rezistence, (2) vývoj primerů pro PCR amplifikační test pro identifikaci nejrozšířenějších genů, které propůjčují rezistenci vůči β-laktamům, vankomycinu a polymyxinu, (3) zavedení vhodných opatření pro kontrolu infekcí s cílem zabránit dalšímu šíření AMR. Hlavní řešitel Milan Kolář má silné zkušenosti s analýzou AMR a hodnocením vlivu aplikace antibiotik na AMR.

Zrychlující se vznik rezistence bakterií vůči současným antibiotikům představuje rostoucí hrozbu pro veřejné zdraví, a to následně vede k naléhavé potřebě nových účinných antimikrobiálních sloučenin. Slibnou cestou k řešení problémů bakteriální rezistence jsou lipofosfonoxiny (LPPO) a nanočástice stříbra (AgNPs). Řešením v této oblasti bude testování antimikrobiálního účinku nových látek, jako jsou LPPO a AgNPs, pomocí následujících metodik: (1) stanovení hodnot MIC a MBC, (2) stanovení antimikrobiální aktivity v přítomnosti 4% BSA, (3), hodnocení baktericidního účinku v čase (kill-time assay), (4) test zabíjení perzistentů, (5) testování možné selekce rezistentních bakteriálních buněk na nové látky. Hlavní řešitel Milan Kolář má bohaté zkušenosti s komplexním testováním antimikrobiálního účinku nových látek.

Antibiotické stewardship lze definovat jako soubor opatření vedoucích k racionální antibiotické terapii založené na vhodném výběru antibakteriálních látek, vhodné délce jejich podávání a vhodné cestě podání. Potřeba zavedení antibiotického stewardshipu vyplývá z pravděpodobné perspektivy ztráty účinnosti antibiotik, a tím i jejich schopnosti léčit bakteriální infekce. Tyto činnosti lze popsat následovně: (1) analýza cest šíření multirezistentních bakterií pomocí moderních molekulárních metod, (2) poskytování antibiotické poradenské služby klinickým lékařům a rozhodování o podávání antibiotik na základě mikrobiologických výsledků a znalosti rezistence bakteriálních patogenů u pacientů s bakteriálními infekcemi, (3) hodnocení klinické účinnosti antibiotik v příslušných epidemiologických jednotkách a v případě potřeby zavedení nezbytných regulačních opatření. Hlavní řešitel Milan Kolář má rozsáhlé zkušenosti s kompletní implementací systému Antibiotic stewardship, včetně detekce bakteriálních patogenů a antibiotické léčby bakteriálních infekcí.

Viry s pandemickým potenciálem představují hrozbu pro naši globalizovanou společnost. Hlavním cílem tohoto projektu je navrhnout a připravit nové inhibitory virů ze skupin, které mají pandemický potenciál, např. patogenů z čeledí Coronaviridae, Flaviviridae a Paramyxoviridae, které způsobily vážné problémy v současnosti i nedávné minulosti. Projekt bude zejména využívat přístupy k objevování léčiv založené na struktuře k identifikaci nových inhibitorů zaměřených na virové metyltransferázy (MTázy). Naším cílem je prokázat, že tyto sloučeniny mohou účinně zasahovat do životního cyklu těchto virů in vitro a in vivo, a dodat sloučeniny, které budou moci v blízké budoucnosti vstoupit do klinických studií na lidech. Hlavní řešitel Radim Nencka je odborníkem na medicinální chemii antivirových sloučenin. V poslední době využívá strukturní přístupy k identifikaci nových inhibitorů MTázy SARS-CoV-2.

Chřipka je závažné infekční onemocnění, které představujé vážnou hrozbu pro veřejné zdraví. Je třeba naléhavě vyvíjet nové léky proti chřipce účinné proti rezistentním virovým variantám a různým virovým subtypům. V tomto projektu plánujeme studovat nové inhibitory endonukleasy a vazby čepičky, zároveň i peptidové inhibitory protein-proteinové interakce mezi podjednotkami virové polymerasy. Vzhledem k funkční a předpokládané strukturní podobnosti mezi polymerasou viru chřipky a L-proteinem viru horečky údolí Rift (RVFV), plánujeme využít naše předchozí zkušenosti při vývoji nových inhibitorů endonukleasové a polymerasové aktivity u RVFV. Tento projekt tak umožní vývoj účinných inhibujících sloučenin proti těmto významným patogenům. Hlavní řešitel Milan Kožíšek se zaměřuje na výzkum inhibitorů chřipky a HIV.

Virové proteázy jsou klíčové enzymy při zrání virionů, které přispívají k virové patogenezi. Cílení na virové proteázy představuje životaschopnou strategii protivirové terapie. Tento výzkumný cíl se zaměřuje především na proteázy virů HIV, SARS-CoV-2, Zika a Dengue. Podrobné pochopení regulačních kroků během auto aktivace těchto enzymů, jejich role při zrání virionů a patogenezi stále chybí. Plánujeme kombinovat biologické, chemické a biofyzikální přístupy ke studiu aktivace proteáz, regulace zrání, intra a jejich interakcí s nízkomolekulárními ligandy nebo jinými virovými a hostitelskými proteiny. Hlavní řešitel Milan Kožíšek má zkušenosti z výzkumu retrovirů a viru chřipky.

Uchycení a vstup viru do hostitelské buňky jako počáteční kroky pro založení nové infekce jsou atraktivními cíli pro intervenci. Mnoho virů využívá k počátečnímu přichycení k buňkám hojné adhezní molekuly, jako je proteoglykan heparan sulfátu na povrchu. Plánujeme charakterizovat a zaměřit se na tuto interakci pomocí sulfátových nanočástic, které napodobují heparan sulfát. Naše výsledky rozšíří poznatky o využití heparan sulfátu koronaviry pro přichycení k buňkám a charakterizují hostitelské komplexy podílejícíc se na vstupu koronavirů. Dále mohou vést k vývoji nanočástic napodobujících heparan sulfát s virucidní aktivitou a jejich použití jako preventivního opatření k omezení infekce koronaviry. Hlavní řešitel Jan Weber se vedle svého zájmu o hledání nových antivirových sloučenin zabývá také hledáním nanočástic a nanomateriálů s antivirovou a virucidní aktivitou.

Bakteriální onemocnění rezistentní vůči v současnosti dostupným lékům patří k nejzávažnějším problémům, kterým naše společnost v současnosti čelí. Hlavním cílem tohoto projektu je navrhnout, syntetizovat a vyhodnotit nové antimikrobiální sloučeniny cílené na membrány. Naším cílem je vyvinout nové, účinné a bezpečné antimikrobiální látky, vůči nimž si bakterie budou obtížně vytvářet rezistenci. Navíc, protože cílem těchto molekul bude bakteriální buněčná membrána, očekáváme také aktivitu proti dormantním bakteriím a perzistentním bakteriím. Hlavní řešitel Dominik Rejman je odborníkem na organickou a medicinální chemii. Vyvinul několik generací membránově cílených antimikrobiálních sloučenin označovaných jako lipofosfonoxiny.

K překonání narůstajícího problému s rezistencí vůči antibiotikům je třeba dobře pochopit mechanismy rezistence vůči stávajícím antibiotikům a také objevit nové antibakteriální sloučeniny zaměřené na nové molekulární cíle. Cílem tohoto projektu je vyvinout nové molekulární nástroje, které pomohou a) studovat a pochopit mechanismus rezistence (např. vůči rifampicinu) a b) odhalit a studovat nové potenciální cíle pro budoucí antibiotika (např. metabolismus nukleotidů nebo přísnou reakci bakterií). Hlavní řešitel Dominik Rejman je odborníkem na organickou a medicinální chemii, zejména na chemii složek nukleových kyselin. Vyvinul několik účinných inhibitorů enzymů metabolizujících nukleotidy a také nové molekulární nástroje pro studium biologických procesů.

Naléhavá potřeba nových antimikrobiálních látek proti kmenům, které jsou rezistentní vůči v současnosti používané antimikrobiální léčbě. Jedním z přístupů je modifikace stávajících přírodních antibiotických skeletů k překonání existujících mechanismů rezistence. S využitím našich odborných znalostí molekulárních principů biosyntézy linkomycinu a celeticetinu budou navrženy nové hybridní deriváty linkosamidů s cílem dosáhnout účinnějších a bezpečnějších antibiotik, pokud je porovnáme s makrolidy a linkosamidy, které jsou v současnosti dostupné na trhu (klaritromycin, azitromycin, klindamycin). Vylepšené linkosamidy mohou poskytnout řešení pro obtížně léčitelné multirezistentní a pandrug rezistentní infekce způsobené patogeny, jako je methicilin-rezistentní S. aureus (MRSA) nebo vankomycin-rezistentní enterokoky (VRE), a mají potenciál překonat riziko pseudomembránové kolitidy. Hlavní řešitel Jiří Janata je odborníkem na biosyntézu bakteriálních přírodních produktů, včetně antibiotik. Jeho tým využil vlastní odborné znalosti k návrhu vylepšených hybridních antibiotik, která jsou v současné době preklinicky testována.

Bakteriální onemocnění rezistentní vůči v současnosti dostupným lékům již způsobují na celém světě nejméně 700 000 úmrtí ročně, včetně 230 000 úmrtí na multirezistentní tuberkulózu. Svět již pociťuje ekonomické a zdravotní důsledky, protože klíčové léky přestávají být účinné. Velmi atraktivním cílem pro vývoj antibakteriálních sloučenin je cytoplazmatická membrána, protože je možné navrhnout a připravit sloučeniny, které selektivně napadají bakteriální, ale nikoli eukaryotickou membránu. V rámci tohoto výzkumného cíle budeme charakterizovat vlastnosti a mechanistické fungování nových sloučenin (vyvinutých Dr. D. Rejmanem) zaměřených na bakteriální membránu a také sloučenin s necílovým způsobem účinku. Tento výzkum pomůže vyvinout nové antibakteriální sloučeniny. Hlavní řešitel Libor Krásný je odborníkem na bakteriální fyziologii, rezistenci vůči antibiotikům, genovou expresi na úrovni transkripce a její regulaci.

Hledání účinných antivirotik patří ke globálním výzkumným prioritám. V současné době je k dispozici pouze několik nízkomolekulárních antivirotik pro léčbu virových infekcí. S využitím již zavedených platforem budeme provádět screening knihoven známých nebo nově syntetizovaných chemických sloučenin z hlediska jejich antivirové aktivity proti panelu RNA a DNA virů, včetně flavivirů, koronavirů, rhabdovirů a herpesvirů, s cílem identifikovat nová antivirotika účinná proti těmto lékařsky významným virům. Hitové sloučeniny budou podrobněji charakterizovány. Antivirové vlastnosti budou testovány in vitro i in vivo na zvířecích modelech. Budeme také vytvářet mutanty virů odolné vůči lékům, abychom odhalili mechanismy podílející se na úniku virů a mechanismy účinku antivirotik. Hlavní řešitel Daniel Růžek má bohaté zkušenosti s testováním potenciálních antivirotik v podmínkách in vitro a in vivo.