Červen 2021 - Grantová agentura České republiky

Vědci vyvinuli nové plazmové výbojky založené na tenkých keramických substrátech. Sloužit budou třeba k čištění povrchů nebo ke zvyšování produkce osiv

29. 06. 2021

Jako vynikající Grantová agentura ČR ohodnotila výzkum zabývající se vývojem tenkých ohebných keramických substrátů s optimalizovanými elektrickými vlastnostmi pro plazmové zdroje. Pod vedením profesorů Martina Trunce a Mirko Černáka na něm pracoval tým odborníků ze Středoevropského technologického institutu CEITEC VUT a z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Na základní tříletý výzkum by nyní rádi navázali jeho pokračováním.

Prvotní nápad na projekt vznikl při přátelském posezení mladých vědců na zahrádce u piva. „Spekulovali jsme o novém směřování výzkumu keramických materiálů pro generaci bariérových výbojů. Právě tam vznikl základní impuls, který jsme následně sepsali do podoby projektu. Zabralo nám to zhruba rok,“ popisuje cestu k úspěšnému řešení jeden z vedoucích Martin Trunec z CEITEC VUT.

Konkrétně se jednalo o tříletý projekt pod záštitou Grantové agentury ČR s názvem Ohebné keramické substráty s optimalizovanými elektrickými vlastnostmi řešený v letech 2018–2020. Hlavním cílem projektu byl vývoj tenkých ohebných keramických substrátů s optimalizovanými elektrickými vlastnostmi pro plazmové zdroje. „Připravit takové substráty vyžadovalo vyvinout novou metodu přípravy, která umožní z nanometrových částic vytvořit velmi tenké keramické substráty s požadovanými vlastnostmi,“ upřesňuje Martin Trunec.

Výzkumníci rovněž zkoumali materiálové složení keramických substrátů pro dosažení optimálních podmínek pro zapálení a hoření plazmatu. „Při řešení projektu jsme se snažili připravit takový keramický materiál, kterým by svými fyzikálně-chemickými vlastnostmi usnadnil zapálení a udržovaní nízkoteplotního výboje. Právě to je totiž stěžejním prvkem pro průmyslové aplikace,“ říká Mirko Černák z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity, který se se svým týmem věnoval především sestavování plazmových výbojek a jejich testování.

Jak ale známe z každodenního života, ohebnost keramických materiálů není jejich typickou vlastností. „Teoretické výpočty v průběhu výzkumu však ukázaly, že keramické substráty mohou být vysoce flexibilní, pokud má materiál vysokou pevnost a substrát je dostatečně tenký. To jsme následně i experimentálně potvrdili,“ objasňuje Martin Trunec. Ten se svým týmem díky dlouholetým zkušenostem v oblasti pokročilých keramických materiálů zaštítil proces přípravy keramických substrátů.

Vyvinuté plazmové výbojky založené na tenkých keramických substrátech mohou sloužit například jako základní jednotky nových pokročilých zařízení využívaných v průmyslu pro plazmové čištění od anorganických nečistot, pro dezinfekci, přípravu ozonu nebo například v zařízeních zvyšujících klíčivost osiv.

K úspěšnému řešení projektu podle obou vedoucích jednoznačně přispěla spolupráce vědců ze dvou významných brněnských institucí i výrazná angažovanost mladých studentů. „Studenti během řešení projektu zvýšili svou kvalifikaci a týmu zároveň poskytli neustálý tok nových myšlenek a přispěli také při řešení komplikací, které jsme nepředvídali,“ vyzdvihuje Mirko Černák.

Výstupem rozsáhlého projektu je mimo jiné i osm odborných publikací. „Posunovali jsme poznání v oblasti dielektrických bariérových výbojů sloužících ke generaci nízkoteplotního atmosférického plazmatu. S dílčími poznatky nyní dále pracujeme,“ uzavírá Martin Trunec. Výzkumníci už proto podali žádost o navazující projekt a doufají, že během něho budou moci ještě efektivněji prozkoumat a navrhovat keramické substráty zvyšující produkci volných radikálů v nízkoteplotním atmosférickém výboji. Ty by se v budoucnu mohly rovněž využívat například pro sterilizaci povrchů či produkci ozonu.

Endokrinní disruptory negativně ovlivňují stavbu i funkci mužských pohlavních orgánů

23. 06. 2021

V posledních letech dochází ke zhoršení mužského reprodukčního zdraví, což se projevuje zejména snížením mužské plodnosti a nárůstem případů nádorů mužských pohlavních orgánů.

Chemické látky v životním prostředí kolem nás, které narušují hormonální rovnováhu v organismu, tzv. endokrinní disruptory, se zdají být jednou z hlavních příčin těchto vážných zdravotních problémů. Proto je důležité ve větším rozsahu hodnotit tzv. reprodukční toxicitu látek a identifikovat látky působící jako endokrinní disruptory, které mohou narušovat hormonální systém. Jak vybrané endokrinní disruptory ovlivňují negativně stavbu i funkce varlat, a jakými mechanismy by toto mohly způsobovat, zkoumal v projektu podpořeném Grantovou agenturou České republiky tým mladé vědkyně RNDr. Ivy Sovadinové, Ph.D., z výzkumného centra RECETOX na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně.

Mezibuněčná komunikace

Aby mnohobuněčný organismus mohl správně fungovat jako celek, musí všechny buňky ve tkáních a v těle mezi sebou navzájem komunikovat, a tím koordinovat a harmonizovat své chování. Existuje řada způsobů mezibuněčné komunikace, jako je komunikace na dálku prostřednictvím hormonů nebo komunikace přímým dotykem dvou sousedících buněk. „My jsme se zabývali dotykovou komunikací, která probíhá přes proteinové kanálky mezi sousedními buňkami, tzv. mezerovými spoji. Tento způsob komunikace a její rychlá kontrola je totiž velice důležitý při vývoji i funkci mužských pohlavních orgánů včetně varlat. Mezi sebou takto komunikují navzájem například Leydigovy buňky, které jsou zodpovědné za produkci důležitých mužských pohlavních hormonů, jako je testosteron, nebo buňky Sertoliho, které zodpovídají za podporu a výživu zárodečných buněk a spermatogenezi,“ vysvětluje Iva Sovadinová. Narušení normální fyziologické mezibuněčné komunikace působením látek nacházejících se v životním prostředí se pak může podle Ivy Sovadinové projevit jako snížená plodnost nebo nádorové onemocnění. Zejména, pokud k tomuto narušení dojde v citlivých obdobích vývoje, jako je prenatální nebo prepubertální vývoj.

Reakce buněk na chemické látky

Výzkum v laboratoři přinesl Sovadinové řadu překvapivých zjištění. „Bylo to například to, že různé typy testikulárních buněk, přestože používají stejné typy proteinových kanálků mezerových spojů, reagovaly na některé typy environmentálních toxikantů diametrálně odlišně. To ukazuje na komplikovanost vnitrobuněčných signálních a regulačních procesů kontrolujících mezibuněčnou komunikaci, které mohou být buněčně specifické. Velmi specifické a cílené pak může být i působení jednotlivých typů látek. I na základě těchto pozorování, prováděných v relativně ještě jednoduchých in vitro 2D buněčných kulturách, si lze představit celou řadu různých scénářů a mechanismů, kterými mohou chemické látky narušovat vývoj komplexních tkání a jejich funkce,“ uvádí Iva Sovadinová. Na jednu stranu to podle ní představuje další velkou výzvu při hodnocení zdravotní nebezpečnosti a rizik, zejména pomocí alternativních metod cílících na minimalizaci používání laboratorních zvířat. Na druhou stranu jsou to právě takovéto poznatky, které by byly v obdobném rozsahu jen obtížně prozkoumatelné in vivo a které upozorňují na zranitelné klíčové procesy a interakce. Na jejich základě pak mohou být navrhovány nové strategie a postupy pro hodnocení bezpečnosti chemických látek s ohledem na mužskou reprodukci, k čemuž se také snaží skupina Ivy Sovadinové aktivně přispět.

Z české laboratoře až k Eskymákům

Zajímavé bylo podle Ivy Sovadinové také pozorovat účinky směsi endokrinních disruptorů, kterou tým připravil na základě toho, v jakých poměrech a koncentracích se tyto látky našly v tuku tuleně kroužkovaného (Pusa hispida), který je jednou z hlavních složek stravy kanadských Eskymáků Inuitů. Látky, které tato směs obsahovala, se do Kanady nebo Grónska dostávají tzv. dálkovým transportem ze znečištěnějších oblastí. Ukázalo se, že působení této směsi na mezibuněčnou komunikaci v testikulárních buňkách bylo významně silnější než účinky jednotlivých látek. „A jsme opět u těch výzev – jakým způsobem taková působení a interakce účinků různých chemikálií zapracovat do postupů hodnocení bezpečnosti chemických látek,“ říká Iva Sovadinová.

Tým projektu

Povzbudivé výsledky projektu vzbudily ohlas v zahraničí

Projekt Ivy Sovadinové potvrdil, že testikulární mezibuněčná komunikace mezerovými spoji a její stavební bloky, proteiny konexiny jsou vysoce relevantním, ale přehlíženým cílem endokrinních disruptorů. Narušení jejich stavby a funkce v průběhu vývoje může vést ke zdravotním problémům později v životě, včetně snížení plodnosti.

Mezibuněčná komunikace mezerovými spoji může být efektivně využita v moderním toxikologickém a farmakologickém výzkumu a její analýza by se mohla stát cennou komponentou každé biologické studie.

„Naše poznatky mohou napomoci zlepšení testovacích metod, buněčných modelů a testovacích strategií tak, aby byly schopny efektivně a spolehlivě identifikovat látky narušující mužský reprodukční systém a došlo k minimalizaci zdlouhavých, nákladných a eticky problematických experimentů na zvířatech. Usilujeme například o to, aby se námi zdokonalená metoda pro testování mezibuněčné komunikace mohla v budoucnu stát mezinárodně uznávanou součástí strategie pro hodnocení tzv. negenotoxických karcinogenů,“ dodala Iva Sovadinová.

Její tým na základě článku v časopise Scientific Report navázal spolupráci s UiT The Arctic, University of Norway, která bude aplikovat tuto jejich metodu ve svém výzkumu. O spolupráci se přihlásil také italský výzkumný ústav CNR ISPA, zaměřený na bioaktivní látky z mořských bezobratlých živočichů. Probíhá i předběžné posuzovací řízení expertním panelem OECD týkající se možného využití metody v regulační toxikologii.

Iva Sovadinová je v současné době zapojena výzkumného projektu programu Horizon 2020 „OBERON“, v rámci kterého se podílí na vývoji integrované strategie pro hodnocení metabolických účinků endokrinních disruptorů, což by umožnilo identifikovat další látky s podobným dopadem a snížit jejich množství v prostředí. Metabolická disrupce způsobená endokrinními disruptory, totiž přispívá k rozvoji metabolických poruch, jako je obezita, cukrovka nebo chronické onemocnění jater.

RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D., je absolventkou Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v oboru Ekotoxikologie, kde získala i doktorát v oboru Chemie životního prostředí. Během své postdoktorské stáže strávila tři a půl roku na dvou michiganských univerzitách (USA). Od roku 2010 pracuje v centru RECETOX na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. Spolupodílí se na vedení skupiny Buněčná a tkáňová toxikologie. Dlouhodobě se zaměřuje na vývoj a praktické využití buněčných a tkáňových modelů jako plnohodnotné náhrady k testům na zvířatech. Aktuálně se věnuje studiu reprodukčního zdraví a reprodukční toxicity látek. Ráda do svého výzkumu zapojuje české i zahraniční vysokoškolské i středoškolské studenty.

Ptačí společenstva – ukazatel kvality životního prostředí ve městech

10. 06. 2021

Urbanizace na celém světě roste a městské oblasti představují jeden z nejrychleji rostoucích typů využití půdy. Důležitost biologické rozmanitosti pro správnou funkci celého ekosystému a dopady urbanizace na snížení jeho odolnosti již zmínila řada studií. Pro pochopení vlivu konkrétních prvků urbanizace je nutné věnovat pozornost různým typům opatření pro podporu biologické rozmanitosti.

Městská zeleň, Marche, Střední Itálie, foto Federico Morelli

Tým vedený doc. Federicem Morellim řešil standardní projekt GAČR “Vliv urbanizace na různé aspekty diverzity ptáků: vztah složení ptačích společenstev k míře znečištění, vegetaci a hustotě zástavby”. Hlavním cílem projektu bylo zhodnotit dopad různých vlastností městského prostředí na biodiverzitu, přičemž ptáci sloužili jako modelové organismy. Terénní sběr dat v 16 evropských velkoměstech, prostorová analýza a statistické modelování probíhaly od roku 2018 do roku 2020. Díky nim byly získány nové poznatky o možnostech identifikace území s vysokou kvalitou prostředí ve městech.

Emberiza citinella v Polsku, foto C. Korkosz

„Zmapovali jsme místní charakteristiky měst z hlediska způsobu využití půdy, struktury zástavby a typu a množství vegetace v městské zeleni a stanovili úroveň znečištění životního prostředí (např. světelné a hlukové znečištění). Zjistili jsme, že se vzrůstajícím zastoupením některých prvků městské zeleně jako je tráva, keře a stromy v krajině, stoupá i počet druhů ptáků, kteří se zde vyskytují. Rovněž byla odhalena souvislost mezi přítomností trávy, stromů a vodních prvků, jako jsou řeky a městské potoky, s fylogenetickou rozmanitostí ptačích komunit, tedy že s vyšší přítomností zmíněných prvků městské zeleně klesá příbuznost ptačích druhů,“ říká doc. Dr. Frederico Morelli, Ph. D. a dodává: „Naproti tomu všechny hlavní ukazatele vysoké úrovně urbanizace krajiny (např. zástavba, hustota chodců, úroveň světelného znečištění) jsou asociovány s vyšší fylogenetickou příbuzností druhů. Z hlediska fylogeneze jsou si dva druhy příbuznější, čím blíže do minulosti mají společného předka. Komunity charakterizované vysokou fylogenetickou příbuzností mají tendenci být homogennější a jsou potenciálně méně odolné, pokud čelí ekologickému stresu. Je zajímavé, že přítomnost keřů v zahradách a na zelených plochách pomohla zmírnit tento účinek.“

Městská zeleň v Praze 6, foto Federico Morelli

Hlavní význam projektu spočívá v jeho zaměření na velkou prostorovou škálu a v zapojení spolupracovníků z mnoha evropských zemí. Zásadní bylo i zhodnocení nejen taxonomické, nýbrž i funkční a fylogenetické diversity ptačích společenstev a průzkum jejich odezvy na rozličné komponenty městského prostředí, jako jsou různé typy zástavby, zeleně, ale i znečištění a hlukové či světelné zátěže. Výsledky projektu (www.urbanbiodiversity.net) mají ambici pomocí vhledu do odezvy ptačích společenstev na tyto faktory získat cenné informace použitelné v praxi, které by vedly k šetrnějšímu a přírodě bližšímu rozvoji městského prostředí. Podle zjištění projektu vede udržení diversity ptáků na jisté úrovni ke zvýšení odolnosti ekosystémů našich měst.

Passer domesticus italiae, foto Fabio Pruscini

„Naše zjištění naznačují, že udržování přiměřené úrovně ptačí rozmanitosti v městských sídlech může zvýšit potenciální odolnost městských ekosystémů vystavených stresu vyvolanému rychlými a nepřetržitými změnami. V neposlední řadě, jak bylo zdůrazněno v několika předchozích studiích, má ochrana městské biologické rozmanitosti také pozitivní dopad na život občanů,“ říká Morelli.

foto Yanina Benedetti

doc. Dr. Federico Morelli, Ph.D.
Skupina pro výzkum ekologie společenstev a ochrany biodiversity
Česká zemědělská univerzita, Praha

Federico Morelli je kvantitativní ekolog, v současné době pracující jako docent na České zemědělské univerzitě v Praze. Podílel se na několika evropských projektech modelování dopadu využívání půdy a změny klimatu na prostorové rozložení biologické rozmanitosti. Těžištěm jeho výzkumného zájmu je makroekologie, modely distribuce druhů, městská a silniční ekologie, prostorové vzory biologické rozmanitosti a bioindikátory jako nástroj plánování ochrany.

Text: ČZU
Úvodní fotka: Městský rozvoj – La Defense, Paříž, Francie, foto Federico Morelli

Čeští vědci získají finance na společné projekty s vědci z USA

01. 06. 2021

Grantové agentuře České republiky (GA ČR) se podařilo uzavřít dohodu o vysoce prestižní spolupráci s americkou vládní agenturou National Science Foundation (NSF). Jedná se o dosud nejrozsáhlejší spolupráci v oblasti vědy mezi oběma zeměmi. Vědci z ČR a USA budou moci za podpory obou agentur společně zkoumat témata v oblastech umělé inteligence, nanotechnologií nebo věd o plazmatu.

„To, že se nám podařilo dohodnout spolupráci s USA, je ohromný úspěch, protože NSF si velmi pečlivě vybírá, s kým dohody uzavírá. Díky tomu budou čeští vědci moci budovat spolupráci například s univerzitami jako je Harvard, Stanford a dalšími světově uznávanými výzkumnými pracovišti,“ řekl předseda GA ČR prof. RNDr. Jaroslav Koča, DrSc.

„Navázat spolupráci GA ČR a NSF jsme pomáhali přibližně dva roky. Je to nejrozsáhlejší spolupráce v oblasti vědy mezi Českou republikou a Spojenými státy, která kdy byla dohodnuta,“ řekl český velvyslanec v USA Hynek Kmoníček.

Díky spolupráci budou podpořeny výzkumné projekty z oblastí základního výzkumu, které mají v současné době velký potenciál k aplikovanému využití – z oblasti umělé inteligence a nanotechnologií. Návrhy projektů bude možné podávat také z oblasti věd o plazmatu či astronomie a astrofyziky a v některých oblastech společenských věd.

Výzva pro podávání návrhů projektů se otevře ještě letos. O náklady na jednotlivé projekty se budou agentury dělit – českou část projektu bude financovat GA ČR a americkou NSF.

O Grantové agentuře ČR

Grantová agentura ČR jako jediná instituce v ČR poskytuje z veřejných prostředků účelovou podporu výhradně na projekty základního výzkumu – v roce 2021 ve výši přibližně 4,2 mld. Kč. V rámci vyhlášených programů financuje vědecké projekty jak pro erudované vědce a týmy, tak pro mladé a začínající vědecké pracovníky. Každý rok podpoří stovky výzkumných projektů, a to na základě několikastupňového transparentního výběrového procesu.

O National Science Foundation

National Science Foundation (Národní vědecká nadace) je nezávislá vládní agentura v USA odpovědná za podporu základního výzkumu. Založena byla v roce 1950. V roce 2021 hospodaří s cca 8,5 mld. USD, její granty jsou zdrojem pro cca 25% univerzitního základního výzkumu v USA. V rámci vysoce prestižních soutěží podporuje agentura zhruba 11 000 projektů ročně. Financování NSF stálo u zrodu mnoha ve své době revolučních technologií, za dobu své existence podpořila 236 pozdějších držitelů Nobelovy ceny.

Měsíc: Červen 2021

Vědci vyvinuli nové plazmové výbojky založené na tenkých keramických substrátech. Sloužit budou třeba k čištění povrchů nebo ke zvyšování produkce osiv

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Endokrinní disruptory negativně ovlivňují stavbu i funkci mužských pohlavních orgánů

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Ptačí společenstva – ukazatel kvality životního prostředí ve městech

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Informace pro řešitele projektů EXPRO se začátkem řešení v roce 2019

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Čeští vědci získají finance na společné projekty s vědci z USA

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY