Daniel Bím z Ústavu fyzikální chemie VŠCHT v Praze plánuje v rámci projektu JUNIOR STAR přijít na způsob, jak využít světlo a elektrické napětí jako efektivní nástroje pro řízení chemických reakcí. Cílem je nalézt šetrnější a efektivnější způsoby syntézy důležitých látek – od materiálů po léčiva. Jeho práce se zaměřuje na tzv. niklové komplexy, sloučeniny, které by v budoucnu mohly sloužit jako vhodnější alternativy ke vzácným a toxickým kovům, které se dnes v průmyslu běžně používají jako katalyzátory chemických reakcí.
Niklové komplexy
Niklové komplexy jsou sloučeniny, ve kterých je atom niklu vázán na organické molekuly zvané ligandy. Tyto komplexy fungují jako katalyzátory – umožňují nebo urychlují chemické reakce, které by jinak probíhaly velmi pomalu nebo by neprobíhaly vůbec. Jednou z výhod niklu je, že může existovat v různých oxidačních stavech, což mu dává široké spektrum katalytických možností. Zajímavé dále je, že tyto oxidační stavy lze řídit pomocí světla nebo elektrického potenciálu, což umožňuje přesné řízení jeho reaktivity.
Výzkum Daniela Bíma kombinuje chemii s fyzikálními principy, díky čemuž může katalytické procesy zkoumat z různých perspektiv. Tento přístup dává výsledkům jeho práce příslib širokého aplikačního potenciálu, a to nejen v oblasti chemie, ale i v energetických a environmentálních technologiích. „Cílem je pochopit, jak přesně tyto katalyzátory fungují a jak úpravy ligandů mohou ovlivnit reaktivitu niklu. Tento přístup nám umožní navrhnout efektivnější a cílenější katalyzátory chemických reakcí,“ představuje cíle svého projektu Daniel Bím. Tyto poznatky mohou přispět k vývoji nových metod syntézy organických látek, které by díky využití světla a elektrického napětí byly šetrnější k životnímu prostředí a mohly by nahradit často velmi drahé a v mnoha případech i toxické kovy používané dnes.
Uplatnění výsledků
Lepší pochopení mechanismů fungování niklových katalyzátorů by mohlo vést k jejich optimalizaci pro konkrétní reakce. „Rádi bychom objevili nové směry, kde tradiční katalyzátory nejsou účinné,“ dodává Daniel Bím. Díky možnosti řídit katalytické procesy pomocí světla nebo elektrického potenciálu se otevírají nové možnosti pro udržitelné metody syntézy organických látek. Výzkum tak může mít zásadní význam například pro farmaceutický průmysl, ale i pro další oblasti výroby materiálů a chemikálií, kde existuje poptávka po nových metodách syntézy.
Neexistují špatné nápady
Důležitá je pro řešitele práce s mladými vědci – aktivně se věnuje mentoringu a zapojuje studenty do výzkumu. „Snažím se vytvořit prostředí, kde se studenti nebojí experimentovat a učit se z chyb. Ve vědě totiž neexistují špatné nápady – jen ty, které je třeba otestovat. Chci studenty povzbudit, aby se nebáli přicházet se svými vlastními nápady a diskutovat o nich,“ vysvětluje. Tento přístup je nejen součástí jeho vědecké praxe, ale také jeho přesvědčení o důležitosti interdisciplinarity ve výzkumu.
Ing. Daniel Bím, Ph.D.
Daniel Bím působí na Ústavu fyzikální chemie VŠCHT v Praze, kde díky grantu JUNIOR STAR založil vlastní výzkumnou skupinu. Na svém projektu aktivně spolupracuje s odborníky z dalších předních českých výzkumných institucí, například z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Jeho odborné vazby však sahají i za hranice České republiky – cenné kontakty navázal během své postdoktorské stáže v Kalifornii. Tyto kontakty mu umožňují přístup ke špičkovým technologiím a metodám, které rozšiřují možnosti jeho výzkumu.
Historici Jiří Suk, Kristina Andělová a Tomáš Zahradníček z Ústavu pro soudobé dějiny AV ČR se ve svém nedávném výzkumu zaměřili na český levicový exil v letech 1968–1989. Výsledky tříletého projektu, podpořeného Grantovou agenturou ČR (GA ČR), který byl nominován na Cenu předsedy GA ČR, představili v knize Pro nás dějiny nekončí. Politická práce a myšlení českého levicového exilu (1968–1989).
Badatelský tým usiloval nejen o objasnění dílčích otázek spojených s občansko-politickou opozicí v disentu a exilu po srpnu 1968, ale také o obecnější pohled na roli a význam české nezávislé politické levice v druhé polovině 20. století, na její různá ideologická východiska, opoziční strategie, informační okruhy a transnacionální vazby. V delším časovém horizontu se zabýval jejím zrodem, formováním v evropských kontextech, možnostmi i limity vzájemné spolupráce a jejím vlivem a významem v době hroucení komunistických diktatur na sklonku 80. let 20. století.
„Klíčovou motivací práce byla snaha objasnit spletitý myšlenkový a institucionální vývoj české demokratické levice v éře komunistické totalitní diktatury a vytvořit tak předpoklady pro zkoumání levicové politiky a myšlení po roce 1989,“ dodává vedoucí týmu Jiří Suk.
Historici se soustředili na tři synchronně pojednávané klíčové iniciativy demokratického levicového exilu – Československou sociální demokracii vydávající v západním Německu čtvrtletník Právo lidu, reformně komunistickou skupinu vydávající v Římě dvouměsíčník Listy a západoberlínskou radikálně socialistickou skupinu kolem čtvrtletníku Informační materiály. Zkoumali je s ohledem na základní vývojové mezníky – pražské jaro 1968, Chartu 77 a politiku lidských práv, pravicový obrat na počátku 80. let 20. století v USA a Evropě, sovětskou perestrojku a pád komunistických diktatur v roce 1989.
Kniha Pro nás dějiny nekončí. Politická práce a myšlení českého levicového exilu (1968–1989)
Sociální demokracie – ve jménu antikomunismu
Sociální demokracie byla tradiční politickou stranou působící od poslední čtvrtiny devatenáctého století. Podílela se na vládách v první (1918–1938) a třetí republice (1945–1948). Její násilné sloučení s KSČ v červnu 1948, poúnorová exilová vlna, neúspěšný pokus o obnovu v době pražského jara 1968 a další odchody do exilu – to vše vytvářelo zvláštní podmínky pro udržení sociálnědemokratického směru v povědomí a v navigaci směrem k obnovení plnohodnotné politické plurality na levici.
Zatímco doma existovala „spící strana“, již tvořili bývalí a v podmínkách samovlády KSČ neaktivní členové strany se silnou sociálnědemokratickou identitou a pamětí, v exilové organizaci probíhalo názorové štěpení a generační výměna. S tím se pojila otázka, koho vlastně strana reprezentuje po únoru 1948, po srpnu 1968, po Chartě 77 a na sklonku osmdesátých let – zda domácí spící stranu, nezávislé socialisty před Chartou a po ní, případně zda je otevřeným prostorem pro každého včetně reformních komunistů, u nichž čas otupil ambici udržet si vůdčí pozici v předpokládané reformě socialismu.
Antikomunistická hodnotová orientace jako základní skupinová identita nadřazená politickému pragmatismu vyústila v to, že exilová sociálnědemokratická strana nakonec nesehrála klíčovou roli v bleskovém obnovení činnosti Československé strany sociálně demokratické v listopadu 1989 a následujících měsících. Ukázalo se, že sociálnědemokratický prostor lákal více politických proudů a osobností, než se zdálo v podmínkách nesvobody.
Skupina Listy – ve jménu eurokomunismu
Skupina Listy, složená z prominentních osobností reformního komunismu a pražského jara 1968, nejprve usilovala být mluvčím „strany vyloučených“, tedy těch členů KSČ, kteří na přelomu šedesátých a sedmdesátých let odmítli pookupační konsolidaci. Pokusila se udržet reformní komunismus v kurzu dvojím úsilím směřovaným domů i k potenciálním spojencům v Evropě. V diplomatické, politologické a publicistické aktivitě se v exilu stala skupina kolem Jiřího Pelikána a Zdeňka Mlynáře více než zdatnou konkurencí etablovaným antikomunisticky orientovaným sociálním demokratům. Určitou naději vkládala do eurokomunismu a Číny jako možných protiváh sovětského imperialismu.
Poměrně výrazná změna nastala s Chartou 77 a generálním obratem k lidským právům bez ohledu na politický a ideologický profil domácích opozičních proudů. Po roce 1985 skupina přirozeně znovu kladla větší důraz na reformně-komunistickou politiku. Od generálního tajemníka Ústředního výboru Komunistické strany Sovětského svazu (ÚV KSSS) Michaila Gorbačova se však nedočkala uznání pražského jara 1968 jako legitimního předchůdce moskevské perestrojky. Podobně jako v případě sociální demokracie bylo vyústění dvacetileté politické práce skupiny Listy dosti překvapivé a málokým očekávané. Nenaplnil se totiž předpoklad, s nímž počítali i pravicově orientovaní disidenti, že přechod od totalitarismu k demokracii bude řízený a postupný a že v něm sehrají zásadní roli dějinami poučené reformně-komunistické elity podporované spřízněným exilem. V radikálně proměněné atmosféře na konci osmdesátých let, kdy KSSS a středoevropské komunistické strany doslova utekly od praporů, sehrála politika pražského jara a na ni navazující socialistická opozice v exilu pouze symbolickou roli.
Skupina Informační materiály – ve jménu socialistické samosprávy
Skupinu Informační materiály vytvořili studenti spjatí s Hnutím revoluční mládeže, jež se v letech 1968–1969 nejrozhodněji postavilo proti obnovování pořádku v Československu. Skupina navazovala na západní novou levici, především na proud spjatý se 4. internacionálou, k níž se historicky vázala první systematická kritika stalinismu z pera sovětského revolucionáře v exilu Lva Trockého. Tato kritika spočívala v podrobné analýze byrokratické degenerace revolučního přetváření světa a uznávala říjnovou revoluci 1917 jako zásadní historický mezník na cestě lidstva k osvobození v socialismu a komunismu v pojetí dělnické samosprávy. Pod vlivem liberálně levicového eurokomunismu, nepolitické politiky lidských práv a pravicového obratu počátkem 80. let 20. století tento směr slábl a stával se intelektuální exkluzivitou v názorovém tříbení radikálně levicové kritiky v přechodu k postmoderní a postindustriální konzumní společnosti.
Časopis Informační materiály zanikl na počátku osmdesátých let. S určitou přestávkou na něj navázalo české vydání Inprekoru (orgánu 4. internacionály), který už ovšem nebyl personálně spjat s původní skupinou Infomat, jež se rozpadla. Myšlenkově však na Informační materiály navazoval. Co tedy zbývalo v druhé polovině osmdesátých let z radikálně socialistického programu? Zásadní kritika východního socialismu i západního kapitalismu jako slepých cest pozdní modernizace a hledání alternativy v přímé demokracii a výrobní a politické samosprávě, které se měly stát (ale nestaly) pilíři demokratické revoluce 1989.
Studie o levicovém exilu se dočká anglického vydání
Kniha o levicové opozici vyvolala v českém prostředí zájem a diskusi a byla oceněna v několika recenzích. V současné době je připravováno její vydání v anglickém jazyce. České vydání je možné objednat na stránkách Ústavu pro soudobé dějiny AV ČR nebo v nakladatelství Argo.
Badatelský a autorský tým. Zleva PhDr. Jiří Suk, Ph.D., DSc., Mgr. Kristina Andělová, Ph.D. a Mgr. Tomáš Zahradníček, Ph.D.
Vědci z CEITECu Masarykovy univerzity pod vedením Dalibora Blažka popsali novou roli enzymu CDK11 při zpracování RNA. Zjistili, že jeho blokace narušuje úpravu RNA v buňkách. Objev přináší potenciál pro vývoj nových protinádorových léčiv. Výsledky publikoval časopis Nature.
Přehlížený enzym v hlavní roli
Cyklin-dependentní kinázy (CDK) jsou důležité pro regulaci buněčného cyklu, což je proces kontrolující růst a dělení buněk. Byly objeveny již před 35 lety a jejich význam při regulaci buněčného cyklu v roce 2001 potvrdilo udělení Nobelovy ceny. Hrají také klíčovou roli při přepisu genetické informace do RNA, tedy v mezikroku pro tvorbu proteinů v buňkách. Inhibitory blokující CDK byly v posledních letech schváleny pro léčbu rakoviny a u dalších nyní probíhají klinické testy.
Projekt vedený Daliborem Blažkem se zaměřil na studium jednoho z přehlížených členů této skupiny, konkrétně kinázy CDK11, a jejího inhibitoru OTS964. Ten jako úplně první inhibitor CDK11 identifikovali v roce 2019 američtí vědci. Původně se předpokládalo, že tento inhibitor, který na myším modelu vykázal protinádorovou aktivitu, blokuje úplně jiný enzym, ale nakonec se ukázalo, že se zaměřuje právě na CDK11. Objev umožnil detailně studovat funkci CDK11 v buňce a zjistit, jak přesně OTS964 funguje.
Od sestřihu RNA k výzkumu nových terapeutických možností
Molekulárně-biologická laboratoř, v jejímž čele Blažek stojí, studuje CDK11 už více než 12 let. Již při prvních experimentech bylo zřejmé, že tento enzym má v buňkách důležitou roli, ale chyběly nástroje a metody k jeho podrobnému studiu. Po letech práce a získávání předběžných dat se v roce 2016 Blažkovi podařilo získat první grant od GA ČR.
Díky tomu vědci zjistili, že CDK11 hraje klíčovou roli při přepisu specifických genů, které produkují takzvané histony – proteiny obalující DNA. Výzkum Blažkova týmu tak ukazuje novou důležitou funkci enzymu CDK11. Nová znalost může vědcům pomoci nejen lépe pochopit, jak buňky regulují svou genetickou informaci, ale zároveň poskytnout i nové nástroje a efektivní přístupy pro boj s rakovinou a dalšími nemocemi.
Další výzkum, na kterém se vedle Blažkovy skupiny podílely i týmy dalších vědců, ukázal, že CDK11 hraje hlavní roli v sestřihu RNA. V rámci tohoto procesu se z nově vytvořené RNA odstraní nepotřebné části, aby mohla být použita pro výrobu funkčních proteinů. CDK11 je součástí komplexu proteinů, který tento sestřih reguluje.
Když je CDK11 blokována inhibitorem OTS964, proces sestřihu se zastaví. To může mít významný dopad na rakovinné buňky, jejichž množení silně závisí právě na sestřihu RNA. U OTS964 byla již dříve zdokumentována protinádorová aktivita v modelovém organismu, proto má tento objev značný aplikační potenciál. Objev navíc definuje další funkci v buňce, která je regulovaná skupinou lidských CDK.
Finance od GA ČR pomohly výsledkům výzkumu do Nature
Identifikace buněčné funkce CDK11 a charakterizace OTS964 Blažkovým týmem byly publikovány v prestižním časopise Nature (2022). Cesta k tomuto úspěchu však nebyla jednoduchá a velkou roli sehrálo několikaleté financování výzkumu ze strany GA ČR. Na počáteční financování v roce 2016 navázal v roce 2020 další grant a výsledky výzkumu vzbudily velký zájem nejen v akademických kruzích, ale i v biotechnologickém sektoru.
Tento úspěch byl výsledkem spolupráce mnoha odborníků z různých oborů – chemiků Kamila Parucha (Přírodovědecká fakulta MU) a Stefana Knappa (Univerzita Johanna Wolfganga Goetheho, Frankfurt), bioinformatiků Caroline Friedel (LMU, Mnichov) a Igora Ruize de los Mozos (Navarrská univerzita, Pamplona) a molekulárních biologů Jerneje Uleho (Crickův ústav, Londýn) a Zbyňka Zdráhala (CEITEC MU). Právě multidisciplinární přístup byl pro úspěch tohoto komplexního projektu klíčový.
Výzkum byl v minulém roce oceněn Cenou předsedy GA ČR.
Vstřebatelné stehy, které se v těle samy rozpustí, jsou již ve zdravotnictví standardem. Pacientům i zdravotnickému personálu šetří čas a zároveň snižují náklady na léčbu. Řešitel projektu JUNIOR STAR Karel Tesař z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT se snaží, aby v budoucnu byly běžné i vstřebatelné implantáty pro operativní léčbu zlomenin, vyrobené například z hořčíku.
„Většina lidí ví, že se hořčík používá jako doplněk stravy, například při náchylnosti na křeče. To značí, že se jedná o pro tělo přirozený prvek, který mu nijak nevadí. Pokud tedy pro vstřebatelné stehy a dráty stahující a stabilizující zlomeniny kostí využijeme právě dráty z kovového hořčíku, dostáváme nové inovativní řešení,“ představuje myšlenku svého výzkumu řešitel projektu.
Proč nezůstat u polymerů?
Polymery, z nichž se vyrábí vstřebatelné stehy, lze přirovnat k papírovému brčku. To po pár hodinách v tekutině změkne a ztratí tvar. Kosti však potřebují pevnou oporu, která vydrží plnit svou funkci týdny až měsíce. Právě hořčíkové implantáty jsou schopné přenášet vysoké síly, i když se postupně rozkládají.
Jde tak o kompromis mezi pevností oceli využívané v tradičních implantátech a materiálem, který je pro tělo přirozený. Vstřebatelné implantáty navíc omezují riziko vzniku přecitlivělosti, tedy „alergie“ na kovy.
I pouhá koroze hořčíku v demineralizované vodě může vytvářet vrstvy korozních produktů, které lze následně využít pro změnu interakce implantátu s okolní tkání.
Hlavní výzvy projektu
Rozkladem hořčíku v těle mohou vznikat vodíkové bubliny. Vodík jako takový sice přispívá k procesu hojení, tyto bubliny se však někdy uzavírají a vytvářejí kapsy. „V okolí takovéto vodíkové bubliny dochází k intenzivnější korozi. Zároveň je znemožněn přístup buněk, což hojení zpomaluje,“ uvádí jednu z výzev projektu Karel Tesař. „Lokalizovaná koroze navíc může způsobit selhání celého implantátu,“ dodává.
Další výzvou je rozdílná rychlost rozpouštění v laboratorním prostředí (in vitro) a v prostředí živého těla (in vivo). „Buňky a mezibuněčná hmota v živém prostředí mohou zpomalovat transport částic způsobujících korozi. Náš projekt se snaží co nejvíce přiblížit laboratorní podmínky těm v živém těle, aby bylo možné pro vývoj nových slitin méně používat pokusná zvířata,“ konstatuje Karel Tesař.
V neposlední řadě budou vědci zkoumat, jestli by jako prevence koroze mohlo sloužit pokrytí implantátu polymerní vrstvou, která by navíc obsahovala antibiotika.
Budoucí použití
„Doufáme, že v budoucnu naše tenké dráty z hořčíku najdou uplatnění při rekonstrukční chirurgii ruky nebo při svazování hrudní kosti po operacích srdce. Minidlahy a šrouby lze využít například pro vstřebatelnou fixaci kostí. Zásadní výhodou by bylo použití těchto vstřebatelných implantátů u dětských pacientů, kde je každá další anestezie rizikem a rychlý růst kostí nahrává vstřebatelným řešením oproti těm permanentním,“ uvádí možné využití výsledků svého projektu JUNIOR STAR Karel Tesař.
Ing. Karel Tesař, Ph.D.
Karel Tesař působí na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze, kterou sám absolvoval. Na této fakultě díky projektu JUNIOR STAR založil výzkumnou skupinu s názvem InGrid – Interdisciplinary Group for Resorbable Implant Development. Spolupracuje také s Fyzikálním ústavem AV ČR, kde dochází například k výrobě a testování tenkých hořčíkových drátů.
Grantová agentura ČR (GA ČR) ve spolupráci s německou agenturou Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) podpoří nový tříletý projekt, na kterém se budou podílet vědci z obou zemí – za českou stranu to bude výzkumný tým z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.
Návrh projektu byl hodnocen formou Lead Agency, kdy návrh projektu hodnotí pouze jedna ze zapojených agentur a druhá, partnerská, od ní hodnocení přebírá. GA ČR u tohoto projektu vystupovala jako partnerská agentura. Každá agentura financuje tu část výzkumu, kterou provádí vědci z institucí na jejím území.
Německo-český projekt (DFG – GA ČR)
Reg. č.
Navrhovatel
Název projektu
Uchazeč
Doba řešení
25-18668L
doc. Mgr. Alice Exnerová, Ph.D.
Evolutionary drivers of variation in sequestered defenses and warning coloration in a community of Milkweed bugs
Spolupráce s partnerskou agenturou z Německa, ale i s agenturami z dalších zemí, probíhá díky iniciativě WEAVE. Jejím cílem je odstranit bariéry mezinárodní vědecké spolupráce a propojit 12 evropských agentur podporujících základní výzkum. Další projekty hodnocené formou Lead Agency, v nichž GA ČR figuruje jako partnerská agentura, budou postupně oznamovány v průběhu celého roku.
Výzkumný tým vedený prof. Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR zjistil, že během procesu, kdy se kapalina mění z nekovu na vodivý kov, vzniká ještě jeden, zatím nepopsaný jev. Jedná se o fázi, kdy se systém spontánně velmi rychle přepíná mezi kovem a nekovem, aniž by vydržel v jednom z těchto stavů delší čas. Úplně novou teorii podpírají pokročilé výpočty molekulárního modelování. Studie vzniklá ve spolupráci s Oxfordskou univerzitou, Matematicko-fyzikální fakultou UK a Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR za podpory Grantové agentury ČR zaujala významný vědecký časopis Nature Communications.
Pavel Jungwirth a jeho kolegové se věnují přechodu látek z nekovového do kovového stavu systematicky a řadu let. Vycházejí přitom z předpokladu, že mezi kovy nepatří jen materiály s pevným skupenstvím, ale také některé kapaliny. Jejich model, kdy přidávali alkalický kov, lithium, sodík nebo draslík, do kapalného amoniaku, až se z modrého elektrolytu stal zlatý kovový roztok, zaujal před pěti lety další metu vědeckého světa, časopis Science.
Z alkalického kovu se uvolňují elektrony a čím víc jich v roztoku je, tím víc se propojují, až vznikne tzv. vodivostní pás, tedy kov. Vědci z ÚOCHB vyvinuli metodiku, díky níž dokázali přerod nekovu v kov v kapalině nejen spočítat, ale také experimentálně ověřit na synchrotronovém urychlovači částic metodou fotoelektronové spektroskopie. Tento objev jim nyní umožnil, aby pomocí pokročilých výpočtů molekulové dynamiky přišli s novou hypotézou, a sice že neexistuje pouze nekov, nebo kov, ale také fáze, v níž se systém velmi rychle, během desítek femtosekund, přepíná mezi oběma stavy.
„Zatím nikomu nedošlo, že se systém může převracet mezi kovem a nekovem na velmi rychlé časové škále. Tímhle způsobem zatím nikdo nepřemýšlel. Jedná se o nový fyzikální jev a my věříme, že naše (teoretické) závěry jsou dostatečně přesné,“ upozorňuje prof. Jungwirth.
Obr.: Přechod mezi modrým elektrolytem a zlatým kovem v roztocích lithia v kapalném amoniaku. Počítačové simulace předpovídají, že při určitých koncentracích se systém velmi rychle sám přepíná tam a zpět mezi elektrolytem s nízkou vodivostí (modře) a kovem s vysokou vodivostí (zlatě).
Nyní se vědci snaží dokázat správnost svých výpočtů pomocí experimentu. Hledají pracoviště, které zvládne velmi rychlé přepínání mezi nekovem a kovem změřit.
„Nebude to jednoduché, protože přepínání se děje velmi rychle, v řádech miliontin miliontiny vteřiny, nebo v ještě kratší době. Musíme se ptát, jak tento neobvyklý proces během pokusu pozorovat. Využít se pokusíme ultrarychlé lasery, jimiž disponují i některé laboratoře u nás v ústavu,“ vysvětluje první autor studie doktorand Marco Vitek.
Jestli se Jungwirthově týmu a jejich spolupracovníkům podaří výpočty experimentálně potvrdit, obohatí jejich zjištění vědu na pomezí fyziky a chemie o znalost nového fyzikálního jevu, který v učebnicích zatím chybí.
Studie: Vitek, M.; Igor Rončević; Marsalek, O.; Schewe, H. C.; Jungwirth, P. Rapid Flipping between Electrolyte and Metallic States in Ammonia Solutions of Alkali Metals. Nat. Commun.2025, 16 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59071-z
Stříhání a spojování RNA je klíčový proces pro tvorbu bílkovin v našich buňkách. Vědci z Ústavu molekulární genetiky AV ČR odhalili nové bílkoviny, které pomáhají správně poskládat složitý sestřihový komplex – v rolích kadeřníka, dohazovače a Sisyfa. Výzkum podpořený GA ČR tak výrazně posunul znalosti o molekulárních principech mRNA sestřihu.
Jak buňka stříhá a šije RNA
Lidské geny obsahují informace o tom, jaké bílkoviny buňky potřebují a kdy si je mají vyrobit. Před více jak 40 lety bylo zjištěno, že informace pro výrobu bílkovin není v našich genech uložena kontinuálně, ale je přerušována dlouhými úseky DNA, které pro výrobu bílkovin nejsou potřeba. Před syntézou bílkovin je tedy nutné tyto sekvence vyjmout a úseky, které kódují informaci pro přípravu bílkovin, spojit. Proces spojování se neděje na úrovni DNA, ta zůstává netknutá, ale až po přepisu genetické informace do RNA.
V molekule RNA jsou nekódující sekvence identifikovány, z RNA vyjmuty a zbylá část řetězce RNA je poté spojena dohromady. Tomuto procesu se říká mRNA sestřih (mRNA – messenger nebo také mediátorová RNA) a musí probíhat s ohromnou přesností. Pokud by se rozpoznání nekódující sekvence posunulo, byť jen o jediné písmenko genetické abecedy, došlo by ke znehodnocení informace a tato chybná mRNA by nemohla sloužit jako návod pro výrobu bílkoviny.
Tento mRNA sestřih je realizován obrovským tzv. sestřihovým komplexem. Jedná se v podstatě o molekulární nůžky spojené se šicím strojem. Po nalezení rozhraní mezi kódujícím a nekódujícím úsekem molekulární nůžky mRNA nastřihnou a vyjmou nepotřebný kousek RNA a šicí stroj volné konce zase spojí dohromady.
Sestřihový komplex se skládá z 200 různých součástek a je jedním z největších a nejsložitějších molekulárních strojků, které se v našich buňkách nacházejí. Navíc se tento komplex neskládá jen z bílkovin, jak bývá u enzymů katalyzujících různé reakce zvykem. V sestřihovém komplexu se nacházejí i krátké RNA, tzv. snRNA, které jsou klíčové pro navedení nůžek na správné místo a které asistují i při následném sešití volných konců. Složit takto sofistikovaný komplex není nic jednoduchého, a tak není překvapivé, že mnohé mutace v jeho komponentech vedou k defektům v RNA sestřihu, což má za následek různé dědičné poruchy.
RNA u kadeřníka
Kadeřník, dohazovač a Sisyfos v buňce
Laboratoř biologie RNA vedená Davidem Staňkem zkoumá, jak buňky sestřihový komplex skládají a jak zajišťují, aby při jeho formování nedocházelo k chybám. Díky projektu financovanému Grantovou agenturou České republiky (GA ČR) popsali funkci tří bílkovin, které napomáhají správnému skládání a recyklaci sestřihového komplexu.
Čeští výzkumníci ukázali, že bílkovina Gemin3 je vlastně takový kadeřník, který snRNA „češe“, aby se na ně mohly správně navázat bílkoviny tvořící sestřihový komplex. Pokud je snRNA „rozcuchaná“, její partnerské bílkoviny se na ni nenavážou, což vede k chybám v RNA sestřihu a k odumírání motorických neuronů, které svými nervovými vlákny spojují míchu se svaly.
Vědci se dále soustředili na bílkovinu TSSC4 a zjistili, že pomáhá jednotlivým dílkům sestřihového komplexu najít v chaotickém prostředí buněčného jádra vhodné partnery a správně se s nimi spárovat. V podstatě se jedná o molekulární obdobu Kecala z Prodané nevěsty. Zajímavostí je, že mutace v této bílkovině jsou spojeny s nižší tělesnou výškou, ale není vůbec jasné, proč tomu tak je.
Komplikací, kterým musí naše buňky při mRNA sestřihu čelit, je však více. Sestřihový komplex není stabilní, a kdykoliv na mRNA udělá jeden šev, rozpadne se a buňky ho musí recyklovat a znovu složit. Doslova sisyfovská práce. Při té buňkám asistuje bílkovina SART3, která se na použitý sestřihový komplex váže a pomáhá ho dostat zpět do formy.
Autor článku David Staněk (dole uprostřed) a Laboratoř biologie RNA, Ústav molekulární genetiky AV ČR
Grantová agentura ČR (GA ČR) ve spolupráci s německou Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) a polskou Narodowe Centrum Nauki (NCN) podpoří nový trilaterální projekt. Za českou stranu na něm budou pracovat vědci z Mikrobiologického ústavu AV ČR.
Návrh tříletého projektu byl zhodnocen formou Lead Agency, kdy návrhy vědeckých projektů hodnotí pouze jedna ze zapojených agentur a ostatní od ní hodnocení přebírají. GA ČR u tohoto projektu vystupovala jako hodnoticí agentura. Každá agentura financuje tu část výzkumu, kterou provádí vědci z institucí na jejím území.
Česko-německo-polský projekt (GA ČR – DFG – NCN)
Registrační číslo
Navrhovatel
Název
Uchazeč
Doba trvání
Oborová komise
25-17184K
Cristian Villena Alemany, PhD
Eutrophication and AAP bacteria: changes in the contribution of AAP bacteria to microbial dynamics and carbon cycle in response to trophic status
Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
3 roky
OK5 – zemědělské a biologicko-environmentální vědy
Jedná se o poslední projekt podpořený v rámci výzvy vyhlášené 9. února 2024, u kterého GA ČR zastávala roli hodnoticí agentury. Další Lead Agency projekty, u kterých je GA ČR partnerskou agenturou, jsou oznamovány v průběhu celého roku.
Spolupráce s německou a polskou stranou, ale i s agenturami z dalších zemí, probíhá díky iniciativě WEAVE. Jejím cílem je odstranit bariéry mezinárodní vědecké spolupráce a propojit 12 evropských agentur podporujících základní výzkum.
Mozková příhoda patří k nejčastějším příčinám úmrtí a invalidity. Je způsobena krevními sraženinami blokujícími přívod krve do mozku. Stávající léčba spoléhá na lék zvaný altepláza, který sraženiny rozpouští. Tento lék však zdaleka není dokonalý. David Bednář z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity se proto díky grantu JUNIOR STAR zaměřil na zkoumání nových možností, jak by v budoucnu mohla vypadat účinnější léčba.
„Altepláza,“ zmiňuje řešitel projektu David Bednář, „je běžný enzym přítomný v lidském těle. Problém je, že není dostatečně efektivní při rozpouštění velkých sraženin v mozku. Navícmůže vyvolat i vážné vedlejší účinky způsobené krvácením.“ Další komplikací je pak i časové omezení jeho podání: terapeutické okno je pouhé čtyři hodiny od vzniku příznaků. „Pokud se pacient nedostane do této doby k lékaři, negativní účinky léku převáží nad těmi pozitivními a lék mu již nelze podat,“ vysvětluje vědec problémy aktuálně používaného léku.
Bednářův tým, který je součástí Loschmidtových laboratoří, kde probíhá mezioborový výzkum v oblasti proteinového inženýrství a syntetické biologie, zvolil unikátní strategii. „Náš výzkum má dvě nezávislé větve. První se zaměřuje na vylepšení stávající alteplázy, aby byla bezpečnější a efektivnější. Druhá větev se věnuje cenově dostupnější stafylokináze,“ upřesňuje David Bednář.
Nový druh léku
Stafylokináza je bakteriální protein, který je levnější na výrobu než altepláza. Jelikož se však oproti altepláze v těle přirozeně nevyskytuje, vytváří si proti ní tělo protilátky. Vědci se proto snaží snížit její imunogenicitu, tedy reakci imunitního systému na tento protein, a zároveň usilují o zlepšení efektivity rozpouštění krevních sraženin.
Projekt se opírá o spolupráci v rámci konsorcia Stroke Brno. To slučuje odborníky z různých oblastí s jediným cílem: zlepšit diagnózu a léčbu mozkové mrtvice. „Díky širokému spektru odborníků v našem týmu, od bioinformatiků a specialistů na umělou inteligenci až po strukturní biology a experty na enzymovou kinetiku, můžeme kombinovat počítačové simulace, laboratorní experimenty i veterinární testování,“ vyzdvihuje týmovou spolupráci Bednář a dodává, že má okolo sebe úžasné vědce a studenty s obrovským zájmem o výzkum, se kterými je radost pracovat. Cenná je také expertíza profesora Mikulíka přinášející přímé zkušenosti z klinické praxe léčby mozkové mrtvice.
Projekt už přinesl první pozitivní výsledky. „Podařilo se nám objevit variantu nového potenciálního léku, který by mohl být výrazně bezpečnější než nyní používaná altepláza,“ sdílí Bednář.
Grant JUNIOR STAR přináší řešiteli a jeho týmu nejen dlouhodobé financování, ale i stabilitu potřebnou pro špičkový výzkum. „Pětiletá podpora je pro nás velkou výhodou. Můžeme se plně soustředit na výzkum, aniž bychom museli neustále žádat o další granty,“ uvedl Bednář, kterého k výzkumu přivedla i osobní zkušenost – jeho dědeček byl jednou z obětí této zákeřné nemoci. Vědec věří, že se mu podaří přispět k vývoji nových, účinnějších metod léčby a pomůže tak ochránit další generace pacientů.
doc. Mgr. David Bednář, Ph.D.
David Bednář je docentem v Loschmidtových laboratořích Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity, kde v roce 2017 získal také titul Ph.D. Své odborné znalosti rozšířil během výzkumných stáží na Rutgers University (USA), University of North Carolina (USA) a Adam Mickiewicz University (Polsko). Je také autorem více než 80 publikací a držitelem několika mezinárodních patentů v oblasti stabilizace proteinů. Jeho výzkum se zaměřuje na aplikace molekulárního modelování a bioinformatiky v enzymologii a medicíně. Tyto znalosti dále přenáší do uživatelsky přívětivých webových serverů a databází pro analýzu a návrh proteinů, které ročně využívá více než 100 000 uživatelů.
V aplikaci pro podávání a správu grantových projektů (GRIS) byly zveřejněny protokoly hodnocení dílčích a závěrečných zpráv pro Standardní projekty, Mezinárodní (bilaterální) projekty, POSTDOC INDIVIDUAL FELLOWSHIP a Lead agency projekty (CEUS/WEAVE). Hodnocení najdete v detailu projektu v záložce „Progress Reports, Final Reports“ na řádku dílčí/závěrečné zprávy za rok 2024 (2024 Progress/Final Report ) ve sloupci „Protocol (Public)“.
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.
Mgr. et Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D.
RNA u kadeřníka
