Hnedý tuk sa vyvinul, aby nás chránil pred chladom. Fyziológ skúma, ako ho aktivovať, aby pálil bežné tuky

V rozhovore sa dočítate aj o tom:

• ktorý hormón signalizuje mozgu sýtosť;
• ako sa v tuku tvorí teplo;
• ako hnedý tuk spaľuje biely tuk;
• aké zložky stravy hnedý tuk aktivujú;
• prečo ho niektoré lieky proti cholesterolu utlmujú;
• ako sa robí veda vo Švajčiarsku a ako na Slovensku.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award – oceneniu, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku. 

Tuk je pre niektorých ľudí najväčším orgánom v tele. Koľko približne ho má v tele človek so zdravou váhou a koľko osoba s obezitou?

U zdravého mladého muža by to malo byť 10 až 20 percent a u zdravej mladej ženy 20 až 30 percent celkovej váhy. Vekom sa postupne množstvo telesného tuku zvyšuje a u seniorov môže byť toto číslo až o päť percent vyššie. Dôležité však nie je len množstvo tuku, ale aj to, kde v tele sa nachádza. Ak sa ukladá pod kožou, hovoríme o zdravom ukladaní tuku, ale ak sa ukladá v brušnej dutine, vedie to k rozvoju chronických ochorení, ako cukrovka, stukovatenie pečene či srdcovo-cievne ochorenia.

To hovoríme o tuku, ktorý obaľuje orgány?

Áno, jeho sekrečné produkty sa dostávajú priamo do krvi a pôsobia na našu pečeň. Preto majú veľmi negatívny efekt na metabolizmus.

Tuk nie je len zásobáreň energie, ale aj biologicky aktívny orgán. Čo všetko sa v ňom deje?

Pôvodne sme si mysleli, že tuk je len pasívna zásobáreň energie. Ale v roku 1994 bol objavený hormón, ktorý tukové tkanivo produkuje – leptín. Ten informuje náš mozog o stave energetických zásob v organizme. Ak máme veľa tuku, máme aj veľa leptínu a naopak. Hladiny leptínu odrážajú aj náš krátkodobý nutričný stav. Keď sa najeme, z nášho tukového tkaniva sa uvoľní viac leptínu a v mozgu nám navodí pocit sýtosti.

Tukové tkanivo produkuje aj množstvo iných hormónov, ktoré majú v tele rôzne účinky, napríklad regulujú zápal. Ďalšou dôležitou úlohou tukového tkaniva je aj produkcia tepla. Práve tým sa vo výskume zaoberám.

Ako sa v tuku tvorí teplo?

Pôvodne sme si mysleli, že jediným mechanizmom, ako naše tukové tkanivo dokáže produkovať teplo, je takzvané mitochondriálne odpojenie, ktoré zabezpečuje odpájací proteín jedna. Keď však vyradíme tento proteín u myší, vidíme, že ak im znižujeme teplotu v klietke o dva stupne denne, tak sa takisto dokážu adaptovať na chlad.

To znamená, že musia existovať ďalšie mechanizmy tvorby tepla. Môj výskum naznačuje, že ním môže byť aj aktivácia substrátových cyklov v hnedom tukovom tkanive. Zdá sa, že práve tento mechanizmus môže byť u človeka kľúčový.

Čím sa líši hnedý tuk od klasického, bieleho?

Hlavnou úlohou bieleho tukového tkaniva je uskladňovať energiu v podobe tukových kvapôčok pre ostatné tkanivá. Hnedé tukové tkanivo dokáže túto uskladnenú energiu využívať na tvorbu tepla. Biele a hnedé tukové bunky sa líšia funkciou aj stavbou. Zatiaľ čo biele tukové bunky sú vyplnené jednou veľkou tukovou kvapôčkou, ktorá zatláča všetky organely na perifériu bunky, v hnedých tukových bunkách je množstvo drobných tukových kvapôčok. To bunke umožňuje mobilizovať energiu rýchlejšie. Hnedé tukové bunky majú aj vlastné nervové zakončenie, vďaka čomu dokážu veľmi rýchlo reagovať na chlad.

Najdôležitejším rozdielom je množstvo mitochondrií. Biele tukové bunky ich majú málo, hnedé veľmi veľa. Tieto mitochondrie dokážu spaľovať veľké množstvo tuku a zároveň dodávajú bunkám aj ich hnedú farbu.

Na to, že hnedé tukové tkanivo majú aj ľudia, sa prišlo pomerne nedávno. Aký je v tele zdravý pomer medzi bielym a hnedým tukom?

Na to, že aj v dospelosti máme hnedé tukové tkanivo, sa prišlo v roku 2009 vďaka novým technológiám – pozitrónovej emisnej tomografii a počítačovej tomografii. Vedci vtedy zistili, že ľudia vystavení chladu majú aktívny hnedý tuk najmä v oblasti krku, po bokoch chrbtice a v oblasti kľúčnych kostí.

Je ho relatívne málo, rádovo môže ísť o približne 50 gramov na celé telo. Ale je metabolicky aktívny, približne tak, ako sval v pohybe. Vďaka tomu môže mať aj malé množstvo hnedého tuku veľmi dobrý vplyv na naše metabolické zdravie.

Preto sa označuje aj ako zdravý tuk?

Áno. Dokáže spaľovať veľké množstvo tuku a veľké množstvo cukru. Tým pádom chráni ostatné tkanivá v našom tele pred ukladaním prebytočnej energie do tukov. Tuk uložený v pečeni, svale alebo v pankrease totiž narúša ich prirodzené funkcie, čo vedie k rozvoju metabolických porúch.

Ak na vplyv metabolizmu tukov vplýva chlad, majú ho ľudia, ktorí žijú v chladných oblastiach alebo otužilci rýchlejší?

Áno. Hnedý tuk sa vyvinul, aby nás pred chladom chránil. Preto je chlad hlavným regulátorom jeho aktivity. Keď chceme v klinických štúdiách aktivovať hnedý tuk u dobrovoľníkov, navlečieme im chladiacu vestu a necháme v nej cirkulovať vodu, ktorá má 18-19 stupňov Celzia. Tým navodíme netriaškovú tvorbu tepla a vidíme, že aktivita hnedého tukového tkaniva sa zvyšuje. Iní vedci používajú napríklad plávanie vo vode s teplotou 14 stupňov. Aj to, keď sa denne vystavíme na dve hodiny teplote približne 19 stupňov Celzia, má vplyv na hnedé tukové tkanivo.

Existujú takisto štúdie, kde sa ukázalo, že ľudia žijúci na severe Grónska majú viac hnedého tuku ako my. Žijeme v termoneutrálnych podmienkach, a preto nevyužívame jeho prirodzenú funkciu, ktorou je tvorba tepla. V dospelosti je u nás hnedé tukové tkanivo väčšinou neaktívne a funguje ako biely tuk. Energiu ukladá a nespaľuje.

Vieme si hnedý tuk svojvoľne zaktivizovať prechádzkou v zime alebo studenou sprchou?

Pravidelné vystavovanie sa chladu aktivitu hnedého tuku zvyšuje. Rovnako aj niektoré zložky stravy. Napríklad polyfenoly, ktoré sú v červenom víne, kapsaicín v čili papričkách či mentol.

Čiže ak pizzu, tak diavolu s červeným vínom a v zime na terase reštaurácie?

Áno, to znie dobre.

Ako vplýva na aktivitu hnedého tkaniva šport? Platí, že keď som fyzicky aktívna, je aj tukové tkanivo aktívnejšie?

Pohybová aktivita má významný vplyv na distribúciu tuku v tele. Keď cvičíme a sme aktívni, spaľuje sa tuk uložený v našej brušnej dutine. To má veľmi dobrý vplyv na naše zdravie. Neexistuje však jednoznačný dôkaz, že by cvičenie ovplyvňovalo množstvo alebo aktivitu nášho hnedého tuku.

Keď sa nad tým logicky zamyslíme, pri cvičení sa produkuje veľké množstvo tepla. Preto nie je potrebné, aby hnedé tukové tkanivo produkovalo ďalšie teplo. Takisto je dôležité, aby hnedé tukové tkanivo neodčerpávalo energiu, ktorá je potrebná pre prácu svalov.

Má hnedé tukové tkanivo každý človek?

Podľa publikovaných štúdií by ho mal mať každý. Líši sa množstvo. Častejšie ho nájdeme u mladých a chudých ľudí. S vekom a zvyšovaním telesnej hmotnosti, naopak, ubúda a znižuje sa aj jeho aktivita. Ale keď sme dobrovoľníkov v štúdii vystavili chladu či farmakologickým stimulom, tak sa im množstvo hnedého tuku i jeho aktivita zvýšili.

Z výsledkov vášho výskumu vyplýva, že lieky na vysoký cholesterol u človeka aktivitu hnedého tuku znižujú. Prečo?

Toto bol hlavný projekt, na ktorom som pracoval vo Švajčiarsku. Skúmali sme úlohu dráhy, ktorá syntetizuje cholesterol pri regulácii metabolizmu tuku. Jedným z nástrojov, ktoré sme pri tom využívali, boli statíny. Tie sa používajú aj na znižovanie cholesterolu v krvi, keďže blokujú dráhu, ktorá ho v pečeni produkuje. Lenže okrem cholesterolu produkuje aj lipidy, ktoré menia veľmi špecifickú skupinu proteínov dôležitú pre správne fungovanie nášho tukového tkaniva. Vplyvom statínov sa znižuje aj aktivita hnedého tuku.

Dá sa to nejako zmierniť?

Existujú rôzne typy statínov, ktoré produkujú rozličné firmy. Niektoré pôsobia špecificky v pečeni, kde znižujú tvorbu cholesterolu a majú minimum nežiaducich účinkov v ostatných tkanivách. Iné statíny sú menej špecifické a pôsobia aj v ostatných tkanivách, preto majú nežiaducich účinkov trochu viac. U myší sa nám tieto efekty podarilo zmierniť podávaním geranylgeraniolu. V súčasnosti spolupracujem aj na možnosti, ako kombinovať molekuly statínu s molekulami geranylgeraniolu v ideálnom pomere. Tak, aby sme odstránili nežiaduce účinky, ale zachovali efekt, ktorým statíny znižujú cholesterol.

Minulý rok ste v časopise Nature Metabolism publikovali objav toho, ako bunka dokáže vo svojom vnútri regulovať hladinu mastných kyselín. Čo to znamená pre naše zdravie?

Znamená to, že ak máme v bunke veľa mastných kyselín, zníži sa štiepenie tukových kvapôčok. Tým pádom sa v bunkách zvýši ukladanie tuku. To je dobré pre tukové tkanivo, ale zlé pre pečeň. V štúdii sme zároveň dokázali, že ak pomocou antioxidantov zablokujeme tento mechanizmus, dokážeme ukladanie tukov v pečeni znížiť.

Prečo ste sa vlastne rozhodli venovať tuku?

Pretože dnes okrem pandémie covid-19 v tichosti čelíme aj pandémii obezity. Až štvrtina dospelej populácie vyspelých krajín je obézna a ďalšia tretina trpí nadváhou. Celosvetovo má obezitu miliarda ľudí. Keďže obezita je definovaná ako nadmerné nahromadenie tukového tkaniva v tele, aj jej liečba musí smerovať k zlepšeniu fungovania tukového tkaniva.

Kde sa budú dať vaše výsledky prakticky použiť v boji proti obezite?

Od výsledkov nášho výskumu až po prax je ešte veľmi dlhá cesta. My sa snažíme objavovať mechanizmy, pretože chceme do detailov pochopiť, ako v bunke funguje metabolizmus lipidov. Jedine vtedy budeme môcť navrhnúť nové možnosti terapie obezity, cukrovky, či stukovatenej pečene.

Publikovali ste v prestížnych vedeckých časopisoch ako Nature, Nature Medicine a Cell Metabolism, čo to pre vedca a jeho prácu znamená?

Je to sčasti o prestíži, ale najmä o dosahu výsledkov, ktoré publikujeme. Z prestížneho časopisu sa oveľa rýchlejšie dostanú do povedomia ostatných vedcov či verejnosti.

To zvyšuje pravdepodobnosť, že na náš výskum niekto v dohľadnej dobe nadviaže a posunie hranice poznania. Je to dôležité aj pri získavaní grantov a nadväzovaní spoluprác. Napríklad pri žiadosti o prestížne ERC granty je nepísanou podmienkou, že žiadateľ musí mať aspoň jednu publikáciu v prestížnom vedeckom časopise, aby mohol uspieť.

Práve o tento grant sa plánujete uchádzať. Čo chcete skúmať, ak by ste ho dostali?

O ERC grant sa plánujem uchádzať s výskumom hnedého tukového tkaniva a alternatívnych mechanizmov tvorby tepla. V predchádzajúcej práci som ukázal, že ďalším mechanizmom tvorby tepla v tele môžu byť takzvané substrátové cykly. Preto chcem dokázať ich existenciu a využiť ich potenciál na liečbu obezity či pridružených zdravotných ochorení.

Slovensko patrí v rámci žiadania o ERC granty k neúspešným krajinám. Vy ste už v minulosti o tento grant žiadali, no nezískali ste ho. Čo vám posudzovatelia vyčítali a prečo je náročné ERC grant získať?

ERC granty sú určené pre špičkových výskumníkov na podporu excelentnej vedy v Európe. Na Slovensku je doposiaľ jediným úspešným žiadateľom doktor Ján Tkáč z Chemického ústavu SAV. Myslím si, že hlavným dôvodom dlhodobého neúspechu Slovenska v získavaní ERC grantov je financovanie slovenskej vedy a chýbajúca infraštruktúra. Ja som mal síce veľmi dobré hodnotenie žiadosti, ale grant mi tesne ušiel. Jeden z hodnotiteľov kritizoval najmä absenciu predbežných dát, ktoré by podporovali existenciu už spomenutých substrátových cyklov.

Z nadačného fondu Nadácie ESET ste získali na prípravu ďalšej žiadosti vyše stotisíc eur. Čo je na žiadosti o grant také drahé?

O ERC granty je veľký záujem, takže tie projekty musia byť dokonalé. Musia mať veľmi presne definované hypotézy, ciele a obsahovať predbežné dáta, ktoré aspoň nejakým spôsobom podporujú žiadateľovu hypotézu. V mojom prípade to znamená, že musím poskytnúť dôkaz o existencii substrátových cyklov. Preto plánujem financie od nadácie ESET použiť na prvú podrobnú metabolomickú analýzu buniek ľudského a myšieho hnedého tukového tkaniva.

Sú pri takýchto podmienkach znevýhodnení vedci z krajín, ktoré dávajú do vedy málo peňazí?

Určite. „ERC starting granty“ sú určené najmä pre začínajúcich vedcov. No na Slovensku neexistuje žiadna schéma, ktorá by ich podporila, najmä, keď sa vrátia zo zahraničia a chcú robiť kvalitnú vedu doma. Preto tam nie je priestor na získanie predbežných dát a projekty majú tým pádom nízku kvalitu. Ďalším problémom je, že slovenskí vedci sa o tieto prestížne granty málo pokúšajú, pretože to vopred považujú za prehraný boj.

Poskytujú iné krajiny svojim vedcom pri takýchto žiadostiach nejakú pomoc?

Naši kolegovia v Česku majú oveľa lepšie podmienky, viac financií aj lepšie prístrojové vybavenie. Minulý rok aj vďaka tomu získali až osem ERC grantov, čo je úžasný úspech. Vo Švajčiarsku má až 80 percent úspešných uchádzačov predchádzajúce financovanie zo Švajčiarskeho národného programu pre podporu vedy. Takže majú možnosť urobiť potrebné analýzy a zvýšiť svoje šance.

Aké možnosti vo výskume by vám získanie ERC grantu otvorilo?

Tieto granty slúžia na podporu excelentnej vedy, takže umožňujú nielen zakúpenie drahých prístrojov, ale aj vytvorenie adekvátnych podmienok na výskum pre celý výskumný tím. To je približne 7 až 12 vedcov. Na takýto veľký grant je potom ľahšie prilákať talenty a odborníkov zo zahraničia, prípadne osloviť špičkové laboratóriá.

Na Slovensko ste sa vrátili pred pár mesiacmi, po rokoch strávených vo Švajčiarsku. Prečo ste sa rozhodli vrátiť?

Do zahraničia som odchádzal s tým, že sa chcem naučiť, ako sa robí špičková veda v zahraničí, a potom sa vrátiť na Slovensko, kde svoje skúsenosti odovzdám mladším kolegom. Mojou motiváciou je, samozrejme, aj rodina, keďže žije na Slovensku. To, že je čas na návrat domov, sme si s manželkou výrazne uvedomili, keď sa nám v zahraničí narodil syn.

V čom sú najväčšie rozdiely medzi robením vedy na Slovensku a vo Švajčiarsku?

Je to v prvom rade o peniazoch. V podmienkach so skvelou infraštruktúrou, kde fungujú výborne vybavené špecializované pracoviská, s kvalifikovaným personálom dokážete urobiť akúkoľvek analýzu. Naša top vedecká inštitúcia, Slovenská akadémia vied, hospodári ročne s rozpočtom 80 až 90 miliónov eur. Švajčiarsky technologický inštitút, ktorý je síce najlepšou, ale len jednou z mnohých výskumných inštitúcií v krajine, hospodári s rozpočtom približne 1,9 miliardy švajčiarskych frankov (cca 1,8 miliardy eur, pozn.red.). To je neporovnateľné. Na Slovensku sa snažíme vyťažiť z minima maximum. Vo Švajčiarsku je dostupné maximum a už je len potrebné pretaviť to do vedeckého úspechu.

Takže keď máte dobrý nápad, peniaze nie sú problém?

Minimálne v laboratóriu, kde som bol ja, neboli problémom vôbec.

Prečo potrebuje mať každá krajina konkurencieschopnú vedu? Nemôžeme sa viezť na poznatkoch, ktoré vyskúmajú bohatšie krajiny?

Veda neustále posúva hranice nášho poznania, čo zvyšuje kvalitu nášho života a aj našu životnú úroveň. Každá civilizovaná a moderná krajina preto musí prispievať k svetovému výskumu, aby sme sa ako ľudstvo posúvali ďalej a naše poznanie neustále napredovalo. Je to mravčia robota, v rámci ktorej každý prispeje svojím dielikom k niečomu veľkému. A to nakoniec pomôže všetkým.