Současná medicína má, přes veškerý nesporný pokrok, stále jako dominantní znak empirický, popisný charakter. Možná, že si stále někteří málo uvědomují, jak málo vlastně známe o podstatě nemocí, které diagnostikujeme, léčíme a o kterých učíme. Představíme-li si nemoc jako souvislý řetězec projevů vznikající na molekulární úrovni postupující celou řadou následných kroků, regresivního a kompensačního charakteru na tzv. "organickou" úroveň vnímatelnou stávajícími diagnostickými přístroji až po pokročilou fázi orgánových změn známých z oboru klinická patologie, pak je nutno přiznat, že se pohybujeme stále, znalostmi i způsobem myšlení, na zmíněné "úrovni organické". Myslím, že není osoba angažovaná přímo nebo nepřímo v medicíně, která by si neuvědomovala zásadní význam pojmu molekulární medicína a zároveň nezbytnost tento termín plně v praxi naplnit. Molekulární medicína je cíl, ke kterému spěje veškerý moderní biomedicinský výzkum. Oficiální definice molekulární medicíny neexistuje a není podle mého soudu zásadní důvod ji vytvářet. V nejideálnějším pojetí bude tento pojem zahrnovat znalost všech procesů, které v rámci dané nemoci probíhají a to od nejčasnějších fází přes fáze intermediární až do fáze konečných projevů. Není jistě nutné zdůrazňovat, že základní těžiště těchto poznatků bude na molekulární úrovni, kde nemoc vzniká, a kde je také nejlépe definována. Molekulární medicina však vzniká a bude stále více vznikat v kontextu s rozvojem poznání biologie a to nejen normální lidské tkáně, ale obecně i eukaryotických a prokaryotických organismů, tedy v rámci přírodních věd (life sciences). Důvody by měly vyplynout z následného textu.
Převažující směry lékařského výzkumu šly po dlouhou dobu "proti proudu" shora zmíněného řetězce. Velká část geneticky podmíněných onemocnění bylo tak dlouho na úrovni popisu klinickopatologických a biochemických projevů pokročilého stadia nemoci. Obrovskou akceleraci poznání v této skupině zahájila reversní genetika tzv. vazebnými studiemi, představující spolu s tzv. posičním klonováním, zcela unikátní možnost identifikace genu zodpovědného za studovanou poruchu, jejíž dosavadní výzkum nebyl přes veškerou intelektuální a finanční náročnost přínosný. Takto byl objasněn prvopočátek (defektní gen) dnes už stovek poruch, které byly do té doby vedeny jako nejrůznější neurodegenerativní onemocnění, různé genetické syndromy, lysosomální poruchy neenzymového charakteru a celá řada dalších poruch. Vedle klasických vazebných studií je to mapování kvantitativních znaků (QTL quantitative trait loci) u řady zvířecích modelů a dnes zejména rozsáhlé asociační studie populační, které přinesly cenné poznatky pro identifikaci genetických nosologicky specifických defektních mechanismů.
Jako příklady je možné uvést nedávné publikace z různých oborů. Hallervordenova-Spatzova nemoc je neurodegenerativní onemocnění, charakterizované progresivní neurologickou poruchou (dystonii), způsobenou degenerací neuronů spojenou s deposicí železa v basálních gangliích, v nucleus niger a s některými dalšími změnami. Onemocnění je známo od roku 1922. Jeho dlouhodobý výzkum přinesl některá zajímavá pozorování, která však k objasnění podstaty nepřispěla. Vazebná analysa identifikovala zodpovědný gen, kodující pantotenat kinasu 2, jeden ze 4 isoenzymů prvé fáze biogenese koenzymu A. Skončila tedy éra molekulárně biologické specifikace nemoci a začíná éra cíleného výzkumu sledu mechanismů, kterými se popsaná enzymopatie v buňce propaguje. V pokročilé fázi této éry budeme rozumět proč jsou selektivně postiženy zmíněné oblasti mozku, proč dochází k akumulaci železa, k poruše axonálního toku a jaké jsou další narušené buněčné funkce, případně včetně poznání toho co se děje v klinicky nepostižených orgánech a tkáních. Onemocnění je nyní doporučené označovat jako PKAN (pantothenate kinase asscociated neurodegeneration). Původní eponym byl opuštěn z etických důvodů (zneužití lékařství Dr. Juliem Hallervordenem a Hugo Spatzem v koncentračních táborech za druhé světové války).
Crohnova nemoc je známa jako chronický zánětlivý proces gastrointestinálního traktu, vyvolaný zevními faktory u geneticky predisponovaných jedinců. Onemocnění bylo předmětem velkého počtu studii, ze kterých vyplynula možnost postižení nejrůznějších částí GIT (původní název byl illeitis regionalis). Vazebné studie v postižených rodinách (viz shora) identifikovaly gen lokalisovaný v pericentromerické oblasti chromosomu č. 16, kodující protein NOD2, exprimovaný údajně výhradně v cytosolu monocytů. Tento protein hraje zásadní roli v reakci monocytu na bakteriální lipopolysacharid. Aktivuje nukleární transkripční kaskádu, zahrnující NF- B. Studium mechanismů, zodpovědných za rozvoj střevní chronické infekce jsou nyní předmětem intesivního cíleného výzkumu.
Friedreichova ataxie, další historické dědičně podmíněné neurodegenerativní onemocnění, spojené s hypertrofii srdce, bylo po dlouho dobu podrobované biochemické a klinickopatologické analyse, která přinesla některá zajímavá pozorování jako detailní neuropatologický popis a deposici železa v mitochondriích kardiocytů. Vazebná analýza ukázala nedávno, že za onemocnění jsou zodpovědny mutace v genu kodujícím relativně malý mitochondriální protein, zvaný frataxin (Friedreich ataxia). Většinu mutací představuje nadměrné opakování tripletu GAA (expanse trinukleotidu), což interferuje nejen s funkcí genu na úrovni traskripce, ale i se syntesou proteinu (translace). Onemocnění je nyní klasifikováno jako dědičná, nukleárně podmíněná mitochondriální dysfunkce, jejíž povaha není doposud zcela přesně definována a je předmětem intensivního výzkumu. Protein reguluje pravděpodobně mitochondriální homeostasu železa ve smyslu asemblace nehemových Fe proteinových podjednotek enzymů respiračního řetězce (Fe-S center). Jeho deficit vede k redukci těchto enzymů, k akumulaci železa v mitochondrii, k zvýšené produkci volných radikálů, tím k sekundárním mutacím mtDNA a k dalšímu prohloubení deficitu oxidativně fosforylačního řetězce. Celá řada otázek však zůstává nejasná. Nejasné zůstávají zodpovědné mechanismy a skutečnost, že nedochází k prokazatelnému poškození mitochondrií v kosterním svalstvu.
Je zřejmé, že vymezením geneticky podmíněných poruch ve svých extrémních polohách, tj. defektním genem/genovým produktem na straně jedné a terminálním klinicko patologickým fenotypem" na straně druhé se automaticky odkrývá obrovský volný prostor pro výzkum. Na doplnění "bílých míst" čekají i onemocnění u kterých byla biochemická podstata zčásti nebo úplně definována. U nich minimálně zbývá objasnit mechanismus propagace biochemického defektu buňkou, orgánem a v řadě případů i mechanismus vzniku známého biochemického defektu. Patří sem, mimo jiné, jednotky ze skupiny dědičných metabolických poruch způsobených enzymovými deficity, které byly identifikovány díky analýze akumulovaných metabolitů (např. fenylketonurie, některé lipidosy), defekty enzymových aktivit oxidativně fosforylačního systému (OXFOS) u řady neurodegenerativních a multiorgánových onemocnění. Studie poruch OXFOS vedlo nejen k základnímu definování řady jednotek, ale i k znalosti biologie mtDNA, asemblačních proteinů, ale zároveň dává tušit obrovské množství problémů, které bude nutno objasnit (např. mechanismy poškození buňky při poruše OXFOS) . Předmětem intensivního zájmu se stává i skupina lysosomálních enzymopatii, poruch zdánlivě bezproblémových, vzhledem k dokonalé definici většiny z nich na úrovni molekulárně genetické a biochemické.
Přímo ukázkovým příkladem je Gaucherova nemoc. Historicky jde o jednu z nejdříve rozpoznaných střádacích onemocnění. Gaucherova nemoc je vysvětlená biochemicky (deficit lysosomální glukukocerebrosidasy), definovaná molekulárně geneticky (jsou známy desítky mutací v genu enzymu), takže má všechny nejmodernější atributy nezbytné pro diagnostiku v jakémkoliv stadiu nemoci a samozřejmě i pro identifikaci nosičů. Existuje dokonce i léčba, která má blízko léčbě kausální. Nahrazuje se chybící enzym isolovaným rekombinantním enzymem, podávaným intravenosně. Do značné míry se tím ovlivní viscerální příznaky nemoci. S tímto obdivuhodným pokrokem kontrastuje nemožnost zodpovědět na celou řadu otázek, týkajících se fenotypu nemoci, který je do značné míry odlišný od ostatních lysosomálních enzymopatií. Problémem zůstává otázka co určuje, který z orgánů (mimo slezinu) bude postižen infiltrací Gaucherovými buňkami (někteří pacienti mají devastující infiltraci kostí, jiní mají fatální infiltraci plic, méně často renálních glomerulů); proč u neuronopatické formy degenerují neurony mozku bez, nebo se zcela minimálními známkami střádání, zatímco histiocyty s masivním stupněm střádáním jsou vysoce aktivované; proč nejsou střádáním postiženy i další buněčné typy. Rovněž cílené otázky na závažné detaily mechanismu terapeutického účinku zůstávají nezodpovězeny.
O objasnění zbývajících částí patogenetických řetězců začíná mít zájem nejen akademická veřejnost, ale i farmaceutický průmysl. Důvod je více než jasný. Objevy v obrovských oblastech, "kde jsou doposud lvi" budou mít nejen teoretickou, ale i praktickou důležitost, neboť objasní nejen biochemické, molekulární a buněčné kořeny fenotypu, včetně popisu nových buněčných funkcí, ale ukáží i možnost jejich farmakologického ovlivnění.
Zároveň, díky rozvoji genomiky, bude možno velmi pravděpodobně objasnit individuální rysy nemoci a individuální reaktivitu lidských organismů. Biomedicinský výzkum bude tak mít velký úkol - objasnit fenotyp na molekulární a buněčné úrovni.
Změní se pohled na nemoc, jejíž podstata bude odkryta ve své "molekulární podstatě". Bude to dokonalejší znalost nemoci v interdisciplinárním biologickém přístupu (záměrně nepoužívám historické termíny jako fysiologie, biochemie, patologie), tím i dokonalejší diagnostické přístupy s možností poznání nemoci v preklinickém (molekulárním) stadiu, dokonalou a rozsáhlou prenatální diagnosou, dokonalým systémem diferenciální diagnosy s maximálním využitím lékařské informatiky. Z toho vyplývá i mnohonásobně větší možnost efektivního ovlivnění nemocí jednak dokonalejší prevencí, jednak farmakologickým ovlivněním intermediárních mechanismů v chorobném řetězci, nemluvě o možnosti tkáňového inženýrství.
Bude se to týkat řady nejen geneticky podmíněných monogenních, ale i polygenních nemocí, do kterých patří nemoci velkého výskytu jako hypertense, diabetes, aterosklerosa, obezita. Lze očekávat převratné objevy v oblasti nádorové transformace buňky.
Malá statistika. V současnosti lze odhadnout počet známých enzymopatií (deficitů katalytických proteinů) na cca 250, i když je nutno toto číslo brát jako aproximativní. S ním ovšem ostře kontrastuje počet známých enzymů, který od roku 1954 do posledního uvedeného vydání Enzyme Nomenclature (Academic Press 1992) stoupl ze 712 na 3192 (databáze enzymů BRENDA také udává přibližně 3500 enzymů) a další nárůst do dnešního data je pravděpodobný. Přes to, že určitá, těžko zjistitelná část registrovaných enzymů se může vyskytovat pouze mimo lidské tkáně, dává uvedené číslo tušit, jak velké množství enzymopatií na identifikaci teprve čeká. Představu usnadní objem posledního vydání monografie shrnující encyklopedickým způsobem stav vědomostí o molekulární a biochemické povaze genetických poruch. Prvé vydání v roce 1960 ("Metabolic Basis of Inherited Disease") representovala jedna knížka malého formátu, o 1400 stranách, 46 kapitolách, od stejného počtu autorů. Poslední vydání této monografie (2001) má přes 7000 stránek velkého formátu, hustého tisku. Je čtyřdílné. Do 225 kapitol přispělo přes 500 autorů. Název se změnil na "Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease".
Adjektivum "molecular" odráží široké pole poruch neenzymatických proteinů, které je v současnosti svou početností srovnatelné se skupinou enzymopatií. Při současném tempu genetického výzkumu, katalysovaném výsledky sekvenace lidského genomu, lze očekávat identifikaci genů u všech geneticky podmíněných onemocnění (monogenních i polygenních). Jeli předpoklad desítek tisíc genů, pak lze v blízké budoucnosti očekávat minimálně řádový nárůst definovaných genetických poruch. To znamená poznání obrovského počtu doposud neznámých proteinů, nutnost studovat jejich normální funkce a důsledky jejich dysfunkce - obrovské neznámé pole, jehož velikost je ještě znásobená nutností poznat další reakce buňky na úrovni genomu a proteomu. Domnívám se, že je vhodné si představovat nadcházejicí éru jako éru objasňování mechanismů a éru minulou (ale doposud trvající) jako éru odhalování primárních příčin (etiologií).
Budoucnost nemusí být tak vzdálená. Myslím, že není třeba velké představivosti ke konstatování, že nastane doba, kdy se na molekulární biologii bude pohlížet jako na popisnou málo informativní vědu, jejíž poznatky sice hodně přispěly k poznání v oblasti "life sciences", ale nesplnily očekávané. Lze předpokládat, že ono očekávané bude spadat do oblasti fysiky (biofysiky) nekovalentních interakcí molekul a jejich regulace. Tyto interakce, v současném pohledu zdánlivě spontánně probíhající, např. protein - protein, protein - DNA, glykany - protein atd, atd.), představují zcela odlišnou biologickou existenci biomolekul - jakýsi, zjednodušeně řečeno, protějšek ke světu kovalentních vazeb regulovaném tísící katalytických enzymů, které tyto vazby vytvářejí nebo degradují. Vztah mezi nimi je v současnosti omezen, mimo jiné, na acylace a esterifikace (poslední známé jako fosforylace). To vše jen jako náznak adventu molekulárně fyzikální éry, mám-li použít zavedené terminologie.
Situace však může být významně ovlivněna biotechnologiemi. Myslím, že úměrně poznání eukaryontní molekulární fysiologie, zejména genomu, se bude více a více střetávat stávající darwinovská epocha vývoje (vývoj určován primární spontánní změnou DNA a následným přírodním výběrem) s jeho cíleným ovlivňováním zásahem člověka, což navozuje představu karikatury Lamarckismu.
Tento trend, obracející pozornost k mechanismům propagace následků genetické poruchy bude nesporně velmi náročný. Bude znamenat významné posílení biochemie a molekulární buněčné biologie/patologie, bioinformatiky, návrat k experimentům, práci s intaktními buňkami, zavádění nanotechnologií. Bude metodicky ještě náročnější než doposud. Výhodou bude skutečnost, že se nebude již jako donedávna pracovat v nosologicky nedefinovaném terénu, neboť se bude odvíjet z pevného definovaného bodu, což přímo vnucuje příměr k Archimedovu historickému výroku. Pro universitní patology to bude (a v světě již obecně představuje) zlatý věk moderní molekulární patologie buňky. Výzkum se bude týkat nemocí a jeho ideálním centrem by měly být lékařské fakulty, jakožto hlavní dodavatel témat a zároveň hlavní recipient výsledků. Bude to typicky experimentální laboratorní práce opírající se o mezioborové přístupy, jejichž hranice se na buněčné a molekulární úrovni stírají.
Bude vyžadovat dokonalejší systém lékařského vzdělávání, pregraduálního i postgraduálního (profesního). Zvýší se nároky na znalosti biochemie a molekulární biologie, biologie buňky, na dokonalou lékařskou informatiku a zejména na bioinformatiku. Významně se sníží role klasických předmětů morfologických. Ztráta návaznosti s nimi by však představovala negativní rys. Ruku v ruce s nárůstem vědomostí bude nezbytný dokonalý systém vhodně specialisovaných zdravotnických zařízení. Skoro nezbytný bude přechod od rutinního na biologický způsob myšlení a to i v čistě rutinně zaměřených zdravotnických institucích
Rozvoj medicíny, její možnosti a informační exploze vyžadují nový přístup k lékařskému výzkumu, lékařské praxi i lékařskému studiu. Tyto nároky se nevymykají lidským schopnostem, ale vyžadují příslušné přístupy, znalosti i vybavení. Hlavní problémy, kterým dnes musíme čelit v organizaci lékařského výzkumu a v lékařském universitním školství jsou popsány v následujícím příspěvku.