admin_gacr, Author at Grantová agentura České republiky

Hledají houby, které ani nevidí – podle jejich DNA

18. 05. 2023

Lidé obvykle chodí hledat houby do lesa a berou si k tomu nůž a košík. Tomáš Větrovský z Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR hledá houby v laboratoři a potřebuje k tomu sekvenátor pro analýzu DNA. Výsledkem jeho práce je celosvětová databáze hub a také nové poznatky o jejich životním prostředí i o tom, že klimatické změny nepříznivě ovlivňují zejména ty houby, které jsou pro lidi užitečné. Za svůj výzkum byl v roce 2022 nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.

„Houby jsem měl vždycky rád a bavilo mě je sbírat už jako malého,“ vypráví Tomáš Větrovský. „A fascinovaly mě i při studiu na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Mají netradiční tvary, vyvíjejí se v neobvyklých životních cyklech a způsob jejich rozmnožování je velice komplikovaný,“ popisuje. „Věnoval jsem jim už svou bakalářskou práci a zabývám se jimi dodnes.“

Doktor Větrovský samozřejmě nemyslí jenom houby, které lidé sbírají v lese, tedy ty s nožičkou a kloboukem. Do této široké kategorie totiž patří také třeba mikroskopické organismy, jako například jednobuněčné kvasinky. Naopak se mezi houby neřadí pórovité mořské houby, které patří mezi živočichy.

Databáze pro celý svět

Houby hledá doktor Větrovský se svými kolegy laboratorním rozborem DNA ze vzorků zeminy odebrané na vybraných místech v terénu. Ve veškeré DNA nalezené v půdě zjišťují výzkumníci genetické sekvence (markery) typické právě pro houby. Díky tomu určí, které z hub se na daném místě vyskytují, aniž by je vůbec museli vidět.

Výzkumníci pracovali se vzorky půdy, které zčásti nasbírali sami, většinu údajů však tvoří již publikovaná data od jiných autorů. Těmto datům umožnili něco jako druhý život, protože po publikování článků jsou sekvenační data archivována v úložištích bez možnosti dalšího přímého využití.

Získané údaje porovnali s referenčními databázemi, aby lépe určili, co našli. Souřadnice míst sběru vzorků zaznamenávali díky satelitní navigaci GPS. Takto vznikla mezinárodní databáze společenstev hub, kterou výzkumníci představili vědecké komunitě v odborném periodiku Scientific Data. Nové údaje se do ní stále přidávají, používají ji odborníci z celého světa a je veřejně přístupná na internetu.

Houbařům databáze však při sběru hub nepomůže, neboť zaznamenává pouze místa, kde se určité houby vyskytují, nikoliv kde zrovna rostou. Zato pro vědce představuje cenného pomocníka jako zdroj informací pro další výzkumy.

Databáze zachycuje stav na všech kontinentech kromě Antarktidy, i když třeba Evropa je z praktických důvodů zastoupena více než Afrika, kam výzkumníci zavítají méně často. Data o výskytu hub jsou z dalších zdrojů doplněna údaji o obvyklých dešťových srážkách a teplotách na daném místě, poznatky o kyselosti či zásaditosti tamní půdy, o obsahu fosforu, vápníku, draslíku a dalších živin, i o tom, s jakými jinými rostlinami tam houby souběžně žijí.

Ekonomicky prospěšným houbám změny klimatu nesvědčí

„Z databáze například vidíme, jak jsou houby v oblastech svého výskytu provázány s určitým profilem teplot a srážek,“ popisuje řešitel projektu doktor Větrovský. „Z toho se dá poznat, jestli případná změna klimatických podmínek ovlivní její růst, případně jej úplně znemožní.“

Některé houby, kupříkladu sněti nebo rzi, se označují jako patogenní, protože ničí jiné rostliny. Další houby však naopak žijí se svým okolím v symbióze. Podhoubí takových hub je propojeno s kořenovými systémy stromů, které jim předávají cukry, a houby jim na oplátku dodávají různé anorganické látky, například fosfor nebo dusík.

Data doktora Větrovského bohužel naznačují, že patogenní houby jsou odolnější, dokážou obsadit místa s mnohem širším záběrem vlhkostních a teplotních profilů. Zato symbiotické houby, které jsou ekonomicky přínosnější po lidskou společnost, jsou na změny teploty a vlhkosti mnohem citlivější, a klimatické změny je proto mohou ohrozit.

Výzkum v Ekvádoru, doktor Větrovský první zleva (Mikrobiologický ústav Akademie věd ČR a Česká zemědělská univerzita v Praze)

Přes šest milionů druhů – většinou neznámých

Odborná literatura popisuje asi 50 000 druhů hub, které lze na Zemi nalézt. Další druhy, zejména ty miniaturní, ještě nikdo nepopsal, ale genetické stopy v půdě zanechávají. „Z našich rozborů odhadujeme, že na Zemi může být asi 6,28 milionu druhů hub,“ říká Tomáš Větrovský.

Překvapivé je jejich rozložení. V biologii obecně platí poznatek, že nejvíce rostlinných i živočišných druhů žije v tropech a čím dále od rovníku, tím více se biodiverzita (druhová rozmanitost) snižuje. Kupodivu, u hub se to nepotvrzuje.

„Z našich dat spíše vidíme větší diverzitu hub ve vyšších zeměpisných šířkách, tedy dále od rovníku,“ konstatuje doktor Větrovský. „Tento fenomén stojí za další prozkoumání. Jedno vysvětlení je, že tropické oblasti ještě nejsou dobře prozkoumány, ale to výskyt našich genetických markerů nepotvrzuje. Jiným vysvětlením může být to, že v mírném zeměpisném pásmu jsou houby primárními zpracovateli odumřelé rostlinné hmoty. Kdežto v tropech jsou i další, konkurenční organismy, třeba termiti, takže houby nedostaly tolik příležitostí k rozvoji,“ zamýšlí se.

Své poznatky Tomáš Větrovský spolu s kolegy publikoval v řadě uznávaných vědeckých periodicích včetně Nature Communications.

Mgr. Tomáš Větrovský, Ph.D., pracuje v Mikrobiologickém ústavu Akademie věd ČR v Praze a je předním expertem v oblasti bioinformatiky. Vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy v Praze. Pracuje pomocí metod masivního paralelního sekvenování DNA a zaměřuje se na ekologii mikroorganismů a jejich interakci s rostlinami a živočichy. Od roku 2017 stojí v čele projektu, jehož výsledkem byla největší globální analýza výskytu hub a analýza klimatických faktorů, které ji ovlivňují. Dvakrát pobýval na stáži na Iowské státní univerzitě v USA. Je autorem nebo spoluautorem 60 publikací v impaktovaných časopisech, z toho čtyřikrát byly jím publikované články označeny za 1 % nejlepších článků z daného oboru za posledních deset let. V roce 2019 získal prestižní Prémii Otto Wichterleho udělovanou Akademií věd ČR.

Název projektu nominovaného na Cenu předsedy Grantové agentury ČR: Společenstva hub v prostředí: využití nových molekulárních markerů a metaanalýz pro výzkum ekologie a biogeografie hub

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Revoluční metoda českých vědců odhalila strukturu chromozomu

VÍCE INFORMACÍ

Opomíjené životní strategie: minulost pomáhá pochopit současnost

VÍCE INFORMACÍ

Domestikace hrachu: Jakou roli hrála semena?

VÍCE INFORMACÍ

Náhled do tajemství dat

12. 05. 2023

Výsledkem výzkumů – ať už medicínských, technických či třeba meteorologických – bývá ohromné množství vzájemně propojených dat. Poznat, co významného z nich vyplývá, může být docela dobrodružství, dokazuje Stanislav Nagy z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze. Za nové poznání statistických metod byl v loňském roce nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.

Když Stanislav Nagy vysvětluje podstatu své práce laikům, začíná jednoduchým příkladem. Chceme zjistit, jaká je obvyklá výška dětí v určitém věku.

„Základní postup je, že změřím výšku dejme tomu dvaceti stejně starých dětí, z naměřených hodnot vypočítám průměr a mám představu, jak jsou tyto děti obvykle vysoké,“ říká doktor Nagy. „Jenomže co když jsem udělal při jednom měření chybu a zapsal jsem místo 140 centimetrů 1400 centimetrů? Pak mi z počítače vyskočí průměr nesmyslně vysoký a pozorování znehodnotí.“

Statistikové proto používají veličinu zvanou medián. Získané hodnoty seřadí od nejnižší po nejvyšší a mediánem je pak číslo, které leží uprostřed. Neboli před mediánem i za ním je stejné množství pozorování. Medián v tomto případě bude zřejmě kolem 140 cm a „ulétnutý“ záznam výsledek neovlivní.

Mnoharozměrný datový prostor

To je jednoduché. Ale co když jedno pozorování zahrnuje dva údaje? „Dejme tomu u lékaře máme děti stejného věku a u každého změříme výšku a hmotnost,“ říká doktor Nagy. „Získáme ke každému pozorování dvě hodnoty, můžeme je zanést do dvourozměrného grafu a tady už je větší problém najít medián, tedy bod, kolem něhož jsou pozorování rozptýlená, abychom měli představu, jaká kombinace výšky a hmotnosti je v této věkové skupině obvyklá.“

Když se přidají další měření (třeba ještě krevní tlak, srdeční tep, hladina cukru v krvi…), získají pozorovatelé hodnoty, které se dají zanést jako body zobrazitelné v mnoharozměrných prostorech. Ty si sice dokáže představit málokdo, ale matematika s nimi běžně pracuje.

Až na „drobnost“. Neumí v nich dobře najít právě medián. A to je docela problém. V našem hypotetickém případě jej potřebujeme proto, abychom úplně jednoduše určili, že dítě, jehož naměřené hodnoty se nacházejí poblíž mediánu, prochází zřejmě obvyklým vývojem. Zato dítě, jehož hodnoty se zobrazí daleko od mediánu, může mít poruchu vývoje nebo nějakou chorobu, a je proto nutné věnovat mu lékařskou pozornost.

Nečekané souvislosti

Velké vědecké experimenty přinášejí obrovské množství údajů, při jejichž analýze by se medián hodil. Proto matematičtí statistikové navrhli řadu postupů, jak medián v mnoharozměrné sadě dat určit.

Pro potřeby tohoto textu stačí napsat, že statistika při stanovení blízkosti k mediánu používá od roku 1975 termín „hloubka“. Je to funkce, která určuje, jestli má naměřený bod k mediánu blízko, nebo je vzdálený. Bohužel se však postupy určení hloubky od sebe liší, a tak statistici docházejí k různým výsledkům.

Existuje však i jiný obor matematiky, zvaný konvexní geometrie. „Někdy před šesti lety jsem si všiml, že v tomto oboru existuje obdobný problém, jako je ve statistice hledání mediánu a příslušné hloubky. Ale geometrie jej řeší už od roku 1822,“ popisuje doktor Nagy. V tomto případě se studovaný problém nazývá „popis plovoucího tělesa“ a týká se vlastností objektu volně plovoucího v kapalině.

To, čemu statistici říkají „hloubka“, se v konvexní geometrii nazývá „plovoucí těleso“, je jinak definováno, má úplně jiné použití, ale doktor Nagy si všiml, že obě pojetí se sobě velice podobají. Spolu s kolegy se tedy v rámci projektu financovaného Grantovou agenturou ČR pustil do propojování poznatků z obou matematických oborů. To, že si všiml jejich podobnosti, se ukázalo jako výborný tah.

„Mohli jsme použít poznatky osvědčené v konvexní geometrii k tomu, abychom vyřešili některé těžké problémy ze statistiky,“ raduje se Stanislav Nagy. „Vyvrátili jsme při tom spoustu chybných závěrů z minulosti.“ Nové výsledky zaznamenali v šestnácti odborných publikacích.

Happyend jen částečný

Čekal je však ještě největší úkol. Zjistit, jestli se postup používaný v konvexní geometrii při popisu plovoucího tělesa dá využít při řešení úkolů v matematické statistice úplně pokaždé.

„Pokud by se ukázalo, že postupy jsou zcela rovnocenné, bylo by to vynikající. Mohli bychom neomezeně propojit obě disciplíny a přineslo by to užitek matematikům i spoustě odborníků z jiných věd,“ vysvětluje doktor Nagy, proč byl jeho další výzkum tak důležitý.

Ověřování věnoval několik let. Výsledek přinesl určité zklamání. „Obě funkce jsou zcela stejné jen za určitých podmínek. V těch jsme oba matematické obory určitě posunuli dál a z toho mám opravdu radost,“ konstatuje a hned dodává: „Ale pořád je tam co objevovat. Matematika má hodně záhad, tahle je mezi nimi, ale my ji jednou vysvětlíme.“

Mgr. Stanislav Nagy, Ph.D., pracuje na katedře pravděpodobnosti a matematické statistiky Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze. Na téže vzdělávací instituci vystudoval matematiku, doktorát získal v roce 2016 na Katolické univerzitě v Leuvenu v Belgii v oboru matematika a tentýž rok na Univerzitě Karlově v oboru pravděpodobnost a matematická statistika. Je autorem a spoluautorem více než třiceti odborných článků. Ve svém výzkumu kombinuje přístupy ze statistiky a pravděpodobnosti s příbuznými metodami geometrie, analýzy nebo strojového učení. V dubnu 2022 se stal laureátem ceny České matematické společnosti.

Název projektu nominovaného na Cenu předsedy Grantové agentury ČR: Geometrické aspekty matematické statistiky

Drsná škola pro bílé krvinky

03. 05. 2023

Významnou součástí imunitního systému je druh bílých krvinek zvaných T-lymfocyty. Pomáhají v organizmu k vytvoření obranné reakce a k ničení cizorodých či nemocných buněk. A „učí“ se to v brzlíku. Tento proces zkoumá Dominik Filipp z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR, jehož projekt byl v loňském roce nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.

T-lymfocyty mají zvláštní schopnost likvidovat pozměněné buňky vlastního těla, například buňky nádorové nebo napadené viry. Pomáhají také jiným buňkám imunitního systému při obraně našeho těla před patogeny, čímž zastavují a léčí případná onemocnění. Zajímavostí je, že to neumějí od svého vzniku, ale postupně se to „učí“.

Tyto krvinky vznikají v kostní dřeni a odtud putují do brzlíku, kde dozrávají. Od prvního písmena latinského názvu tohoto orgánu, thymus, byl také odvozen jejich název T-lymfocyty. Brzlík je malý orgán mezi hrudní kostí a plícemi. Největší je v dětství; u desetiletého dítěte váží asi 50 gramů. Pak se zmenšuje, až nakonec prakticky splyne s tukovou tkání. V tu dobu už také není tolik potřebný. T-lymfocyty, jež se přímo podílely na odstranění nějakého patogenu, se totiž poté proměnily v tzv. paměťové buňky, které jsou pro případ potřeby skladovány i po léta v různých částech imunitního systému po těle.

Tajemný brzlík

„V devadesátých letech jsem byl na stáži v imunologické laboratoři v kanadském Torontu,“ vzpomíná Dominik Filipp. „Tehdy jsem se zabýval hlavně genetikou. Všimli jsme si tam, že v brzlíku se zapínají do činnosti některé geny, které jinak pracují jen ve střevě a udržují pod kontrolou střevní bakterie. To ale tehdy nedávalo žádný smysl – proč by v brzlíku měly pracovat stejné geny jako ve střevě? Vždyť v brzlíku nebyly k ničemu zapotřebí! Zaujalo mě to. Brzlík mi dodnes připadá jako tajemný orgán, láká mě, takže se od té doby dění v něm věnuji.“

Výzkumy ve světě pokračovaly a ukázalo se, že brzlík není jenom místem, kde dozrávají obranářské T-lymfocyty. Ony tam také, s velkou nadsázkou řečeno, „chodí do školy“ a „učí se“, proti čemu mají bojovat. A doktoru Filippovi se podařilo v rámci grantu od Grantové agentury ČR popsat jeden z principů, jak toto „učení“ probíhá. Poznatky publikovala uznávaná vědecká periodika eLife a Nature Communications.

Zjednodušme složité procesy na prosté vysvětlení. Krvinka T-lymfocyt ničí nechtěné buňky v organizmu poté, co se k nim připojí na specifické místo skrze své povrchové čidlo, kterému říkáme receptor. Na konci receptoru je totiž prohlubeň, do níž musí specifická molekula z části patogenu přesně zapadnout. Receptory na různých T-lymfocytech jsou odlišné, a podobně i molekuly na patogenech. Každá tato bílá krvinka se proto připojí k jinému patogenu.

Mikroskopický obrázek „školícího střediska“ v brzlíku. Školící epitelová buňka (zelená a červená po okrajích, modrá ve středu) je obklopená třemi vyvíjejícími se T-lymfocyty (pouze modré buňky). [Ústav molekulární genetiky Akademie věd ČR]

Problémem je, že receptory na T-lymfocytech jsou tak různorodé, že mohou rozpoznat a připojit se na molekuly vlastního těla, a tak zničit své vlastní buňky, které tyto molekuly produkují. Tento nechtěný proces se nazývá autoimunita, a ta je často spojována s těžkými zdravotními potížemi.

Tomu by měl zabránit právě brzlík. Do něj z kostní dřeně putují nehotové T-lymfocyty, které svůj receptor vytvoří a otestují právě v brzlíku. V brzlíku se pro ně vytvářejí kopie téměř všech molekul vlastního těla, tedy bílkovin, které jsou produkovány i velice specializovanými buňkami a orgány, například v oku, mozku, pokožce nebo i výše zmíněném střevě. V brzlíku pomáhají trénovat T-lymfocyty.

Pokud T-lymfocyt v brzlíku rozezná skrze svůj receptor bílkovinu vlastního těla, je ihned zničen a eliminován, protože imunitní systém takový T-lymfocyt nepotřebuje. Teprve ten T-lymfocyt, který na nic vlastního nezaútočí, je z brzlíku vypuštěn do běžného krevního oběhu, protože tam bude vyhledávat částice cizorodé, kterých se tělo potřebuje zbavit. Doktor Filipp s kolegy popsali, jak konkrétně mechanismus vytváření „školicích“ bílkovin a jejich prezentace T-lymfocytům skrze několik různých typů „školicích“ buněk v brzlíku funguje.

„Mimochodem, to přirovnání brzlíku ke škole je sice odpovídající, ale do takové školy bychom opravdu chodit nechtěli. On totiž brzlík taky připomíná jatka. Asi 95 procent T-lymfocytů, které se do něj dostanou, nesplní požadavky a je okamžitě zničeno,“ popisuje doktor Filipp.

Vliv na autoimunitní onemocnění

Ani v lidském organismu nic nefunguje stoprocentně. Takže i z brzlíku se někdy do těla dostávají T-lymfocyty, které nefungují správně a napadají buňky vlastního těla. V důsledku toho vznikají záněty střev nebo se rozvíjí cukrovka 1. typu, protože „zmatené“ T-lymfocyty zničí buňky produkující inzulin ve slinivce břišní, a mohou se objevit i mnohá další autoimunitní onemocnění. Jejich vznik bývá často důsledkem nějakého zánětu, který přispěje ke špatné aktivitě T-lymfocytů.

Dominik Filipp a jeho kolegové využívají myši, u nichž vyřazují z funkce různé geny, aby poznali, jaký vliv to má na jejich brzlík. Přispívají tak k poznání, jak nemoci vznikají. A přibližují vědu k době, kdy proti autoimunitním onemocněním dokážeme najít vhodné léky.

„Děláme základní výzkum a jsme teprve na začátku. Ale dokážu si teoreticky představit, že jednou půjde využít naše poznatky o brzlíku k léčení lidí,“ zamýšlí se doktor Filipp. „Jednou z možností by mohlo být dopravit – nějakou injekcí, anebo dokonce jen spolknutou tabletou – do brzlíku látky, které v něm zabezpečí fungování těch mechanismů, které kontrolují eliminaci nesprávně fungujících T-lymfocytů, jež tělu škodí. Doufám, že se něco takového i díky našim poznatkům podaří.“

RNDr. Dominik Filipp, CSc., pracuje v Laboratoři imunobiologie v Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR v Praze a zabývá se molekulárními a buněčnými mechanismy imunitních reakcí. Přednáší na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Komenského v Bratislavě. Několik let pracoval v Marseille a v Torontu.

Název projektu nominovaného na Cenu předsedy Grantové agentury ČR: Úloha signalizace receptorů rodiny Toll v mechanizmech centrální tolerance

Zajímavé poznatky ze života „skákajících genů“

20. 04. 2023

Dědičná informace uložená v DNA (genom) není u většiny organizmů tvořena pouze geny. Většinu genomu tvoří záhadná „temná hmota“ představovaná opakujícími se úseky DNA neboli repeticemi. Hlavními repeticemi jsou tzv. transpozony (často označované jako skákající geny) a tandemově uspořádané repetice neboli satelity. Repetice nejsou v genomu uspořádány rovnoměrně, ale často se shlukují v oblasti centromer nebo na koncích chromozomů. Bylo otázkou, zda toto hromadění repetic v určitých oblastech genomu je důsledek jejich náhodného včleňování a následného zachování procesem selekce, anebo jsou naopak repetice pouze do určitých míst chromozomů cíleně včleňovány, například do centromer.

V rámci projektu, podpořeného Grantovou agenturou ČR (GA ČR), tým docenta Kejnovského ukázal, že transpozony nejsou včleňovány do genomu náhodně, ale jsou přednostně včleňovány do jiných transpozonů (tzv. „nesting“), a to dokonce do sobě podobných transpozonů. Tato místa přednostního včleňování dokázali v rámci výzkumu nalézt. Příkladem takového místa jsou palindromatické sekvence DNA, místa, která se čtou v obou směrech stejně¹ (příkladem palindromu je například věta „jelenovi pivo nelej“ nebo „kobyla má malý bok“). Přednostní včleňování do již existujících transpozonů dává z evolučního hlediska smysl, neboť právě v těchto místech transpozony genomu nejméně škodí.

V rámci projektu řešitel a jeho tým vytvořili program „TE Greedy Nester“ určený pro hledání LTR retrotranspozonů, tedy transpozonů, které se šíří v genomech duplikativně prostřednictvím molekul RNA.² Jejich program si, na rozdíl od konkurenčních programů, poradí i s obřími genomy zamořenými transpozony, jako je genom kukuřice, tvořený až z 80 % transpozony.

U transpozonů je důležité také správné určení jejich evolučního stáří. Vědecký tým zjistil, že klasická metoda určování věku LTR retrotranspozonů založená na divergenci dlouhých koncových repetic (LTR, jsou při včlenění shodné) není přesná v důsledku genové konverze. Proto navrhl vylepšenou metodu určování stáří těchto transpozonů, která proces genové konverze zohledňuje.³

Řešitelský tým dokázal také zjistit, že transpozony velmi často obsahují motivy, které ochotně tvoří čtyřvláknovou DNA, pro jejíž hledání vytvořili nový software.⁴ DNA se totiž vyskytuje nejen v ikonické podobě známé dvoušroubovice, ale také jako struktura třívláknová (triplex), nebo dokonce čtyřvláknová (kvadruplex). Bylo prokázáno, že kvadruplex má regulační roli a funguje jako přepínač různých molekulárních procesů v buňce. Ve spolupráci se skupinou prof. Kateryny Makove z PennState University v USA vědci zjistili, že kvadruplexové motivy zpomalují, nebo dokonce zastavují prodlužování DNA při sekvenování DNA moderní metodou PacBio.⁵ Navíc odhalili, že v místech kvadruplexových motivů se nachází nejvíce mutací DNA, jak ve zdravých, tak zejména v nádorových buňkách. Rovněž zjistili, že kvadruplexy inhibují skákání Ty1 elementů u kvasinky.⁶

Transpozony patří mezi nejdynamičtější složky genomu. Při řešení projektu se tedy řešitelé zamýšleli nad otázkou, proč jsou některé složky evolučně dynamičtější než jiné. Odpovědí je jejich publikace⁷ prezentující hypotézu, že příčinou vyšší evoluční dynamiky některých genomových elementů je jejich větší náchylnost k migraci či pohybu po buňce i mezi buňkami. Největší mobilitu vykazují právě transpozony, tandemové repetice a promiskuitní DNA (tj. DNA migrující mezi buněčnými organelami chloroplasty/mitochondriemi a jádrem).

Všechny uvedené a během výzkumu zkoumané složky genomu jsou pak významnými hráči fungování genomu a buňky. Poskytují genomům variabilitu, která je předpokladem evoluce a adaptace a kterou člověk také odpradávna využívá při šlechtění kulturních plodin.

Pohyb evolučně nejdynamičtějších složek genomu po buňce. EccDNA – extrachromozomální cirkulární DNA, TE RNA – přepis transpozonu. DNA je modře, RNA je červeně (autor obrázku Pavel Jedlička).

Výstupem projektu je také několik odborných článků:

¹ Jedlička et al 2019, Mobile DNA

² Lexa et al 2020, Bioinformatics

³ Jedlička et al 2020, Front Plant Sci

⁴ Labudová et al 2020, Bioinformatics

⁵ Guiblet et al 2018, Genome Research

⁶ Tokan et al 2018, BMC Genomics; Tokan et al 2021, Biology

⁷ Kejnovsky and Jedlička 2022, BioEssays

Autor článku: doc. RNDr. Eduard Kejnovský, CSc.

Nové česko-německé výzkumné projekty

13. 04. 2023

Grantová agentura České republiky (GA ČR) a německá Deutsche Forschunggemeinschaft (DFG) budou financovat tři nové výzkumné projekty v rámci iniciativy WEAVE. Projekty jsou tříleté a výzkumníci z obou zemí je začnou řešit ještě v letošním roce. Pro hodnocení projektů byl použit princip Lead Agency, kdy návrhy projektů hodnotí pouze jedna z agentur a druhá hodnocení přejímá. V tomto případě vystupovala GA ČR jako Lead Agency. Náklady na výzkum hradí vždy ta agentura, z jejíž země řešitelé pocházejí.

První projekt se zaměří na diagnostiku plazmatu ve vesmíru (Měsíc, Mars), a to kombinovaným využitím experimentálních a teoretických technik. Čeští řešitelé z CEITEC – Středoevropského technologického institutu a Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR společně s německými vědci z Bundesanstalt für Materialforschung und – prüfung (BAM) získají díky projektu řadu dat s budoucím aplikačním potenciálem pro kosmické mise.

Registrační číslo	Navrhovatel	Název	Uchazeč
23-05186K	doc. Ing. Pavel Pořízka Ph.D.	Výzkum laserem buzeného plazmatu v simulovaných podmínkách vybraných vesmírných těles	Vysoké učení technické v Brně, Středoevropský technologický institut

Druhý z podpořených projektů se bude věnovat studiu starší doby železné, kdy docházelo k rozmachu obchodu. Projekt se zaměří na oblast halštatské kultury a její kontakt s řecko-etruským světem a Středomořím. Hlavní zkoumanou otázkou je, jak v této době fungoval směnný systém a co v tomto systému sloužilo jako protihodnota za dovážené zboží. Čeští vědci z Archeologického ústavu AV ČR a Filozofické fakulty Univerzity Palackého v Olomouci se společně se svými německými kolegy z Friedrich-Alexander-Universität-Erlangen-Nürnberg domnívají, že významnou roli by mohl hrát jantar.

Registrační číslo	Navrhovatel	Název	Uchazeč
23-07284K	PhDr. Miloslav Chytráček Ph.D.	Jantarové stezky starší doby železné ve střední Evropě	Archeologický ústav AV ČR, Praha, v.v.i.

Poslední z nově podpořených projektů si klade za cíl zjistit, jak se někteří obratlovci mohou nepohlavně rozmnožovat. Projekt by měl objasnit vazbu mezi typem pohlavní determinace a evolucí „asexuality“. Tento pohled by měl poskytnout vhled do problematiky, jak pohlavnost přetrvává a proč je důležitá pro většinu eukaryot. Projekt českých vědců z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR a Biotechnologického ústavu AV ČR a jejich německých kolegů z Leibniz Institute of freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) se s ohledem na stanovené téma zaměří na čtyři druhy kříženců anuranu (žáby) a ryby a porovná rozdíly v jejich rozmnožování ve srovnání s pohlavním rozmnožováním.

Registrační číslo

Navrhovatel

Název

Uchazeč

23-07028K

Ph.D. Dmytro Didukh

Porušení pravidel: modifikované způsoby sexuální reprodukce u obratlovců

Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, v.v.i.

Oznámení o výsledcích společné výzvy k podávání česko-německých projektů hodnocených na principu LA v základním výzkumu (PDF)

Iniciativa WEAVE, díky níž tento a další mezinárodní projekty mohou být podpořeny, vznikla před třemi lety a do roku 2025 propojí celkem 12 evropských agentur podporujících základní výzkum.

Podpořené projekty od roku 2023

Česko-švýcarský tým bude zkoumat skepticismus k novým technologiím

05. 04. 2023

Nový mezinárodní projekt se začne řešit ještě v letošním roce, a to díky spolupráci mezi Grantovou agenturou ČR (GA ČR) a švýcarskou Swiss National Science Foundation (SNSF).

Nedůvěra v nové technologie nás provází snad již od počátků věků — ať už šlo o parní stroj, či v poslední době často skloňovanou umělou inteligenci. O příčinách skepse a obav z nových technologií toho však víme jen velmi málo. Zaplnit tuto znalostní mezeru si dal za úkol nově podpořený projekt doktora Christiana Ochsnera z Národohospodářského ústavu AV ČR a jeho švýcarského protějšku. Jedná se o tříletý projekt, který bude zkoumat příčiny a důsledky skepticismu k novým technologiím, konkrétně bude výzkum situován na území švýcarského Grisonska v letech 1900–1940.

Projekt financovaný GA ČR a SNSF – GA ČR partnerská

Reg. č.	Navrhovatel	Instituce	Název projektu
23-09092L	Christian Ochsner, Ph.D.	Národohospodářský ústav AV ČR, v.v.i.	Moderní doba bez nás! Determinanty a důsledky technologického skepticismu; Grisonsko 1900-1940

Oznámení o výsledcích společné výzvy k podávání švýcarsko-českých projektů hodnocených na principu LA v základním výzkumu (pdf)

Spolupráce se švýcarskou stranou probíhá díky iniciativě WEAVE, jejímž je GA ČR zakládajícím členem a která má za cíl propojit do roku 2025 celkem 12 evropských agentur a umožňovat spolupráci vědeckých týmů až ze tří zemí.

Návrh projektu byl hodnocen na principu Lead Agency, kdy návrh hodnotí pouze jedna z agentur a druhá od ní hodnocení přebírá. GA ČR v tomto případě vystupovala jako partnerská agentura a hodnocení převzala od švýcarských kolegů.

Každá z agentur hradí tu část nákladů, která připadá na vědce z jejího území.

Projekty podpořené od roku 2023

Po stopách vírů

04. 04. 2023

Obr. 1 Motivací projektu bylo hledání vírů v proudící kapalině či vzduchu (obrázek je ilustrační a neobsahuje data z projektu).

Detekce vírů, zřídel a dalších singularit v proudící kapalině či plynu je v centru pozornosti inženýrů i matematiků po dlouhá desetiletí. Jejich výskyt může ukazovat na špatné aerodynamické vlastnosti obtékaného objektu nebo na překážky bránící hladkému transportu kapaliny. Prof. Jan Flusser z Ústavu teorie informace a automatizace AV ČR se svým týmem v rámci projektu podpořeném Grantovou agenturou České republiky vyvinul originální metodu detekce těchto jevů.

Proudění kapaliny či vzduchu v nějakém prostředí, obtékání kolem daných objektů, se tradičně studuje pomocí matematického modelu daného tzv. Navier-Stokesovými diferenciálními rovnicemi. Na vstupu modelu definujeme okrajové podmínky (to znamená třeba tvar obtékaného objektu), na výstupu pak dostáváme řešení popisující vektor rychlosti v každém bodě. V něm lze singularity detekovat metodami matematické analýzy. Tento přístup má dva základní nedostatky. Jednak je velmi výpočetně i teoreticky náročný (ne nadarmo je otázka obecné řešitelnosti Navier-Stokesových rovnic jedním ze slavných „Millennium Problems“) a jednak ho nelze použít na reálná data, kde např. studujeme objekt v aerodynamickém tunelu a vektory rychlosti proudění měříme na diskrétní síti bodů přímo.

„Problém mi jako nevyřešený prvně ukázali někdy v roce 2016 kolegové z univerzity z Lipska, kteří pracovali na projektu pro jednu německou automobilku, a přestože šlo o oblast, kterou jsem se nikdy předtím nezabýval, zaujalo mne to. Napadlo mne zcela vynechat jakýkoliv model proudění, vyhnout se Navier-Stokesovým rovnicím a zapojit naopak metody umělé inteligence pro analýzu dat, s kterými máme bohaté zkušenosti,“ vzpomíná profesor Flusser.

Hlavní myšlenka

Zjednodušeně si můžeme ideu prof. Flussera představit takto: máme databázi struktur, které chceme v proudění hledat. Ta bývá manuálně vybrána z nějakých vzorových dat a nemusí být tvořena jen víry, metoda funguje pro jakékoliv regulární i singulární struktury. Na této databázi se metoda „naučí“, jak vypadá to, co hledáme, a následně pak prozkoumává data z aktuálního proudění (viz Obr. 2).

Obr. 2. Znázornění hlavní myšlenky metody. Vzorový objekt z trénovací databáze (nahoře) je srovnáván se všemi lokalitami zkoumaného vektorového pole (dole). Srovnávání probíhá pomocí originálně navrženého matematického popisu. Dosažení vysoké podobnosti se považuje za nalezení výskytu struktury (převzato z hlavní publikace projektu – viz níže).

To vypadá jednoduše, hlavní výzvou ovšem je, jakými charakteristikami data reprezentovat. Trénovací databáze je vždy omezená, nelze očekávat, že v ní budou všechny možné víry. Teprve když se povede najít charakteristiky, které nebudou záviset na konkrétní velikosti a tvaru víru, bude metoda fungovat efektivně. A právě nalezení takových charakteristik pro popis struktur ve vektorových polích bylo hlavním cílem projektu.

Výsledky

Na Obr. 3 a 4 vidíme ukázky detekce vírů v proudění kolem překážky a na satelitním snímku, mapujícím globální světový vítr.

Obr. 3. Detekce vírů v tzv. Kármánově vírové stezce, která vzniká při proudění kolem oblých těles, jako jsou křídla, karoserie nebo komíny (převzato z hlavní publikace projektu – viz níže).

Obr. 4. Detekce vírů na snímku globálního větru z meteorologické družice NOAA (převzato z hlavní publikace projektu – viz níže).

„Jsem velmi rád, že GA ČR tento projekt podpořila. Vzhledem k tomu, že proudění kapalin až dosud leželo mimo oblast našeho hlavního zájmu, je pravděpodobné, že bez grantových financí bychom se tímto výzkumem nezabývali,“ ohlíží se za úspěšným projektem prof. Flusser. „Navíc zde vidíme potenciál pro zobecnění na tenzorová data, která se vyskytují v nových zobrazovacích metodách v medicíně.“

Hlavní publikace z projektu

Kostkova J., Suk T., Flusser J.: „Affine Invariants of Vector Fields“, IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., vol. 43, No. 4, pp. 1140-1155, 2021

Prof. Ing. Jan Flusser, DrSc.

vystudoval Fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou ČVUT v Praze, obor matematické inženýrství (1985). V roce 1990 získal vědeckou hodnost CSc. v oboru výpočetní technika a v roce 2001 vědeckou hodnost DrSc. v oboru technická kybernetika. Profesorem v oboru Aplikovaná matematika na ČVUT byl jmenován v r. 2004. Od roku 1985 pracuje v Ústavu teorie informace a automatizace AV ČR (ÚTIA). Byl vedoucím oddělení Zpracování obrazové informace (1995–2007), ředitelem ÚTIA (2007–2017) a od r. 2017 je zástupcem ředitele pro výzkum. Pedagogicky působí na FJFI ČVUT a na MFF UK.

Prof. Flusser se zabývá digitálním zpracováním obrazu, rozpoznáváním objektů a relevantními oblastmi umělé inteligence a matematiky. Je autorem či spoluautorem více než 200 původních vědeckých prací, mezi něž patří i známé monografie Moments and Moment Invariants in Pattern Recognition (Wiley, 2009; překlad do čínštiny 2014) a 2D and 3D Image Analysis by Moments (Wiley, 2016). Náleží k nejvíce citovaným českým matematikům. Je držitelem řady českých i zahraničních vědeckých ocenění, mimo jiné Ceny předsedy GA ČR (2007), Ceny AV ČR (2007), Elsevier Scopus Award (2010), Felberovy medaile (2015) a Akademické Prémie (2017).

Foto: Adela Leinweberova

GA ČR podpoří dalších deset mezinárodních projektů

27. 03. 2023

Dalších deset mezinárodních projektů se ve spolupráci se zahraničními agenturami začne řešit ještě v letošním roce. Návrhy projektů byly hodnoceny na principu Lead Agency, kdy návrh hodnotí jedna ze zúčastněných agentur a druhá, případně i třetí, od ní hodnocení přebírá. Konkrétně se jedná o pět česko-rakouských projektů, tři česko-německé projekty, dva trilaterální projekty, oba česko-slovinsko-rakouské. Náklady vždy hradí ta agentura, z jejíž země vědci pocházejí.

Projekty financované GA ČR a FWF – GA ČR LEAD

23-06542K	Ing. Bc. Jitka Peterková Ph.D.	Studium hygroakumulačního efektu materiálů na přírodní bázi a jejich vlivu na vlhkostní stabilitu vnitřního prostředí budov	Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně
23-05908K	RNDr. Ivan Řehoř Ph.D.	Mikrostroje na bázi hydrogelů pro stimulaci a biosenzorové monitorování kultur buněk na čipu	Fakulta chemicko-inženýrská, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
23-05142K	doc. RNDr. Jiří Kvaček CSc.	Pozdně křídová flóra z jižních Čech	Národní muzeum
23-06433K	Mgr. Lenka Waschková Císařová Ph.D.	Emoce v politické žurnalistice: pohled napříč zeměmi	Fakulta sociálních studií, Masarykova univerzita
23-08007K	Dr. Thomas Loy	Židovský trojúhelník: propojení a rozdělení perských Židů v 19. a 20. století	Orientální ústav AV ČR, v.v.i.

Projekt financovaný GA ČR, FWF a ARRS – GA ČR LEAD

23-07883K

Mária Vargha MA MA Ph.D.

Náboženská politika – Imperium Christianum a jeho prostý lid (REPLICO)

Filozofická fakulta, Univerzita Karlova

Oznámení o výsledcích společné výzvy k podávání česko-rakouských projektů hodnocených na principu LA v základním výzkumu (pdf)

Projekty financované GA ČR a DFG – GA ČR LEAD

23-07040K	doc. RNDr. Vlastislav Dohnal, Ph.D.	Naučené indexy pro podobností hledání	Masarykova univerzita, Fakulta informatiky
23-07490K	prof. RNDr. Tomáš Fischer, Ph.D.	MUSE: vmísťování magmatu a zemětřesné roje	Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta
23-04902K	Mgr. Jan Rückl, Ph.D.	Koncepty biblického Izraele: počátky, vývoj, manifestace	Univerzita Karlova, Evangelická teologická fakulta

Oznámení o výsledcích společné výzvy k podávání česko-německých projektů hodnocených na principu LA v základním výzkumu (pdf)

Projekt financovaný GA ČR, ARRS a FWF – GA ČR partnerská

22-04602L

Ing. Tomáš Zikmund, PhD.

Vysoké učení technické v Brně, Středoevropský technologický institut

Vliv mikroplastů na modelové organismy a jejich osud v životním prostředí za použití zobrazovacích a spektroskopických technik

Oznámení o výsledcích společné výzvy k podávání slovinsko-českých projektů hodnocených na principu LA v základním výzkumu (pdf)

Výsledky rozhodnutí o podpoře dalších česko-německých projektů (GA ČR v roli Lead) budou oznámeny v dalších týdnech.

Spolupráce s těmito, ale i dalšími agenturami probíhá díky iniciativě WEAVE, jejímž je GA ČR zakládajícím členem a která si klade za cíl propojit celkem 12 evropských agentur podporujících základní výzkum do roku 2025.

Projekty podpořené od roku 2023

Autor: admin_gacr

Hledají houby, které ani nevidí – podle jejich DNA

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Náhled do tajemství dat

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Drsná škola pro bílé krvinky

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Zajímavé poznatky ze života „skákajících genů“

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Nové česko-německé výzkumné projekty

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Belgická a ukrajinská agentura hledají zahraniční experty do panelů

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výběrové řízení: Referent sekce grantové podpory

Výběrové řízení bylo ukončeno

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Česko-švýcarský tým bude zkoumat skepticismus k novým technologiím

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Po stopách vírů

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

GA ČR podpoří dalších deset mezinárodních projektů

Projekty financované GA ČR a FWF – GA ČR LEAD

Projekt financovaný GA ČR, FWF a ARRS – GA ČR LEAD

Projekty financované GA ČR a DFG – GA ČR LEAD

Projekt financovaný GA ČR, ARRS a FWF – GA ČR partnerská

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY