Holocén neboli doba poledová je období, během kterého do přírodních procesů významnou měrou vstoupil také člověk. Na jeho začátkuse však příroda dynamicky vyvíjela vlivem klimatických změn, které nastaly po skončení poslední doby ledové.
Výměnu druhů formovalo kromě ústupu chladnomilných prvků zejména šíření těch teplomilných z různě vzdálených refugií, tedy míst, kde přečkaly dobu ledovou. To platí pro podstatnou část druhů našeho klimatického pásu. A právě holocennímu vývoji evropské bioty mírného pásu se věnoval projekt financovaný GA ČR prof. RNDr. Michala Horsáka, Ph.D., z brněnské Masarykovy univerzity, podle kterého studium těchto procesů umožňuje pochopit i současnou podobu naší živé přírody, tedy to, nakolik je ovlivněna přírodními procesy a nakolik lidskými vlivy v průběhu posledních osmi tisíc let.
Hledači pokladů
Velkou výzvou každého paleoekologického výzkumu, tedy studia vztahů mezi organismy a prostředím v minulosti, je nalezení vhodného záznamu vývoje. „Jsme na tom podobně jako Indiana Jones, hledači pokladů. Rosettskou desku pro nás představuje nalezení souvislého sledu sedimentů, který se plynule a pravidelně ukládal po dobu posledních 10–15 tisíc let, tedy právě po odeznění doby ledové,“ vysvětluje profesor Horsák. Podle něho pak lze v takovém záznamu číst jako v Alexandrijské knihovně – slovy jsou zachovalé schránky drobných plžů, semena a pyl rostlin, mikroskopické schránky krytenek (jednobuněčných eukaryot), ale také chemické vlastnosti sedimentu, jako jsou změny zastoupení prvků nebo jejich izotopů.
„Pomocí radiokarbonové metody jsme schopni hloubku sedimentu napojit na absolutní časovou osu. V tom může být někdy problém. Metoda je instrumentálně relativně jednoduchá, ale finančně nákladná a také skýtající mnohá úskalí. V určitém typu prostředí může docházet k výraznému zkreslení stáří, datovaného například pomocí ulit plžů, a na to je třeba dát velký pozor. Takovou komplikaci jsme řešili i v jedné z našich studií. Podařilo se nám ji zdárně překonat a výsledek stál za tu námahu,“ poodhaluje Michal Horsák práci na projektu, do kterého se zapojil tým vysoce motivovaných a schopných výzkumníků nejen z Masarykovy univerzity, ale i Univerzity Karlovy a také vědečtí kolegové ze zahraničí.
„Po vědecké stránce mě osobně překvapilo zjištění, jak moc bylo šíření lesních plžů z glaciálních refugií směrem na západ Evropy řízeno klimatem. Dříve jsem se klonil spíše k hypotéze, že současný úbytek lesní malakofauny [vysv. ed.: fauny měkkýšů] směrem na západ je podmíněn zejména holocenním působením člověka,“ říká profesor Horsák.
Poznání minulosti je klíčem k představě o budoucnosti
Tříletý projekt vědeckého týmu pod vedením profesora Horsáka přinesl okolo 35 vědeckých publikací, mnohé vyšly v prestižních oborových časopisech. Každá z nich má originální a zobecnitelné výsledky. Hlavní praktické uplatnění najdou zejména v ochraně přírody. „Naše výsledky jsou využitelné pro odhady dopadu budoucích klimatických změn i lidské činnosti na biodiverzitu a dynamiku ekosystémů,“ uvádí profesor Michal Horsák.
Jedna ze studií jeho týmu odhalila historický původ reliktních společenstev celoevropsky silně ohrožených travertinových mokřadů. Ty se za posledních tisíc let utvářely pod vlivem lidského hospodaření mnohem víc, než se myslelo. To jim vtisklo určitou paměť.
„Naše výsledky dokládají nutnost pravidelného ochranářského managementu, jako prostředku pro budoucí udržení tohoto přírodního, ale i kulturního dědictví.“
Nedocenitelnou hodnotu má právě ohromný archiv informací ukrytých v sedimentu těchto lokalit. „My jsme do něj sice nahlédli, ale rozvíjející se metody v budoucnu pravděpodobně umožní přečtení kvalitativně nových informací. Zničení takových archivů by byla nevratná ztráta,“ dodává prof. RNDr. Michal Horsák, Ph.D.
Michal Horsák (*1975) vystudoval zoologii na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. V Ústavu botaniky a zoologie téže fakulty se věnuje zejména výzkumu kontinentálních měkkýšů mírného pásu, ekologii společenstev a kvartérní paleoekologii.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) společně s polskou agenturou Narodowe Centrum Nauki (NCN) od 1. října 2021 podpoří 14 tříletých polsko-českých projektů. Tyto projekty byly vybrány metodou Lead Agency, která spočívá v tom, že návrhy projektů prochází hodnoticím procesem pouze u jedné z agentur a druhá výsledky hodnocení přejímá. V roli Lead Agency byla v tomto případě NCN. Již dříve byly oznámeny podpořené česko-polské projekty hodnocené GA ČR.
Projekty doporučené k financování*
Reg. č.
Navrhovatel
Instituce
Název projektu
Doba řešení
21-44862L
Dr.rer.nat. Lukáš Palatinus
Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Trojrozměrná elektronová difrakce se potkává s kvantovou krystalografií
3 roky
21-42225L
Mgr. Helena Fulková, Ph.D.
Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.
Genomická stabilita v savčích oocytech a somatických buňkách
3 roky
21-45227L
prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc.
Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně
Holistický přístup k procesu absorpce v rotačním loži (RPB) s využitím 3D CFD, vizualizačních experimentů a experimentů přenosu hmoty
3 roky
21-44843L
Mgr. Ing. Jan Cimbálník, Ph.D.
Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně
Záznam a modulace vysokofrekvenční neurofyziologické aktivity při kódování a obnovení lidské paměti.
3 roky
21-45648L
Ing. David Kubička, Ph.D., MBA
Fakulta technologie ochrany prostředí, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Vliv vlastností katalyzátoru na hydrogenační přeměny kyslíkatých látek získaných z cukrů
3 roky
21-43070L
Ing. Petr Lepcio, Ph.D.
Středoevropský technologický institut, Vysoké učení technické v Brně
Výzva k podávání polsko-českých projektů byla vyhlášena na základě iniciativy Central European Science Partnership (CEUS), která byla v letošním roce nahrazena iniciativou Weave. Díky ní se do roku 2025 propojí 12 evropských agentur podporujících základních výzkum. Vědci nově budou moci podávat i trilaterální projekty.
* Grantová agentura České republiky si vyhrazuje právo poskytnutí podpory na některé výše uvedené grantové projekty ze zákonných důvodů omezit nebo podporu na některé tyto grantové projekty neposkytnout.
Se zármutkem oznamujeme, že v pátek 2. července 2021 nenadále skonal ve věku nedožitých 66 let úřadující předseda Grantové agentury České republiky prof. RNDr. Jaroslav Koča, DrSc.
Profesor Jaroslav Koča byl členem předsednictva GA ČR od roku 2016 a v prosinci 2020 se stal jejím předsedou. V této roli přispěl nejen k současné internacionalizaci GA ČR, ale také k tvorbě nových druhů grantů zaměřených na vědce v různé fázi kariéry.
Profesor Jaroslav Koča byl mezinárodně uznávaným odborníkem v oboru organická chemie. Titul profesor získal v roce 1995 na Masarykově univerzitě v Brně. V průběhu své vědecké kariéry publikoval více než 200 původních vědeckých prací v mezinárodních časopisech a vedl více než 40 doktorských studentů a postdoků. Působil na řadě zahraničních pracovišť, dlouhodobě například v Norsku, Francii a USA. Během svého života zastával několik pozic v managementu vědy – významnou měrou se zasloužil o rozvoj CEITEC, kde v období 2015-2020 zastával pozici vědeckého ředitele.
Odchodem Jaroslava Koči česká věda přichází nejen o významného vědce, ale také o člověka, který svou pracovitostí a osobním přístupem dokázal budovat v České republice vědecké prostředí na světové úrovni.
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.
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.
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
Formuláře průběžných odborných zpráv pro soutěž EXPRO 2019 budou zveřejněny k vyplnění společně s dílčími zprávami za třetí rok řešení začátkem roku 2022. Přesné termíny zpřístupnění formulářů a odevzdání průběžných odborných zpráv budou včas zveřejněny na webu GA ČR.
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.
Eukaryotické organismy, mezi něž řadíme i lidi, jsou velmi složitou soustavou tvořenou eukaryotickými buňkami, která je v neustálém dynamickém kontaktu s vnějším prostředím – musí na něj reagovat a zároveň si zachovat svou vnitřní integritu. Existuje řada regulačních a komunikačních mechanismů, které chod celé této soustavy zajišťují, a jedním z těchto mechanismů je působení elektrického pole.
Tento fakt si při svých pokusech s elektřinou uvědomil již v 18. století Luigi Galvani. Od této doby lidé dokázali popsat a pochopit obrovský význam vlivu elektrického pole na jednotlivé buňky a v důsledku toho i na lidskou fyziologii. To dalo vzniknout celé řadě přístrojů a technik, které elektrické pole využívají. Můžeme vzpomenout například kardiostimulátor, elektroencefalograf (EEG) či elektrokardiograf (EKG).
V této oblasti je jednou z klíčových otázek dneška, jak přesně elektrické pole chování buněk ovlivňuje a jaké elektricky vodivé materiály je v biomedicíně možné využít. Klasické elektrické vodiče, tedy kovy, vynikají vysokou vodivostí, ale jejich použití v biomedicíně má své limity, jelikož je jejich vodivost založená výhradně na toku elektronů. Rovněž jejich mechanické vlastnosti jsou značně vzdálené vlastnostem řady tkání. Buňky a tkáně naopak využívají k elektrické komunikaci ionty, což může při kontaktu mezi klasickým vodičem a tkání působit problémy.
„Tyto limity mohou být částečně odstraněny pomocí elektricky vodivých polymerů. I když jsou elektricky vodivé polymery známy již po desetiletí, a jejich potenciálnímu využití v oblasti biomedicíny bylo věnováno hodně úsilí, zůstává v souvislosti s jejich využitím v biomedicíně řada otázek stále nezodpovězených. Odpovědi na tyto otázky by přitom mohly významně přispět k nalezení způsobů efektivní regenerace tkání skrze tkáňové inženýrství či léčby a diagnostiky některých onemocnění,“ vysvětluje prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D., z Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, jehož projekt Biomimetické materiály na bázi vodivých polymerů finančně podpořila Grantová agentura České republiky.
Na Univerzitě Tomáše Bati ve Zlíně začal jeho tým vodivé polymery systematicky studovat v roce 2010. „Naši kolegové z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR s nimi pracují již mnohem déle. Obě pracoviště tedy měla v době podání projektu řadu zkušeností s tím, jak variabilními materiály elektricky vodivé polymery jsou a jak krásná práce s nimi může být,“ říká profesor Humpolíček.
V rámci přípravy projektu se tým Petra Humpolíčka rozhodl využít dosavadních zkušeností a posunout znalosti dále ve směru přípravy materiálů, které budou kombinovat elektrickou vodivost s vysokou biokompatibilitou, tedy jít cestou přípravy komplexních kompozitů. A právě díky podpoře GA ČR se mohl tým řešení tohoto problému intenzivně věnovat.
Největší výzva: příprava vodivých trojrozměrných materiálů
Výzkum biomateriálů je interdisciplinární vědní obor. Jednou z prvních velkých výzev bylo vytvoření mezioborového týmu, který si bude rozumět nejen profesně, ale i lidsky. Po odborné stránce pak velkou výzvu představovalo nalezení způsobu přípravy elektricky vodivých a zároveň trojrozměrných materiálů. Samotné vodivé polymery je možné připravit v různých podobách, jako jsou tenké filmy o síle několika set nanometrů, prášky se zrny v řádech desítek mikrometrů nebo koloidní disperze. Nejsou však schopny vytvořit robustní materiál, který můžete uchopit do ruky a snadno zpracovávat do potřebných tvarů. „Jednou z věcí, která se díky podpoře GAČR podařila, bylo právě vyřešení tohoto problému, a to skrze přípravu unikátních kryogelů, které jsou nejen vodivé, ale i elastické a porézní a jsou tedy svými vlastnostmi blízké struktuře mnoha tkání,“ uvádí profesor Humpolíček. Příprava elektricky vodivého materiálu, který vyvolává cílenou odezvu buněk, byla pak další výzvou, se kterou se tým potýkal. Při řešení tohoto úkolu vědci využili několika různých přístupů a zapojili do řešení i několik spolupracujících zahraničních pracovišť, například z Finska, Itálie či Slovinska. Z testovaných postupů se pak nejslibněji jevila příprava kompozitů z vodivých koloidních disperzí s komponenty mezibuněčné hmoty využitými jako stabilizátory. Materiály založené na tomto principu totiž vykazují dostatečnou elektrickou vodivost a zároveň užitečné biologické vlastnosti.
Našemu týmu se jako prvnímu podařilo připravit několik nových kompozitních materiálů s unikátními vlastnostmi. Popsali jsme i nové způsoby přípravy biokompatibilních a zároveň elektricky vodivých materiálů na bázi stabilních koloidních disperzí.
Spolupráce vědců na mezinárodní úrovni
Ve vědecké literatuře se po dlouhou dobu tradovalo, že dva často studované elektricky vodivé polymery, polyanilin a polypyrrol, se významně liší z hlediska základních biologických vlastností. V rámci řešení projektu náš tým provedl srovnávací studii, do které se zapojilo několik laboratoří. Jedním z výsledků pak bylo zjištění, že tyto vodivé polymery se z hlediska cytotoxicity, i některých dalších znaků biokompatibility, jako jsou například vybrané znaky embryotoxicity, ve skutečnosti téměř neliší. Ve vztahu k biokompatibilitě je klíčová spíše forma přípravy polymerů a jejich následné úpravy než samotný polymer. Dalším příjemným překvapením pak byla variabilita kompozitů, které lze z vodivých polymerů připravit. Toto zjištění nám ukázalo další cestu do budoucna, která umožní vlastnosti finálních materiálů lépe řídit.
Tým Ústavu makromolekulární chemie AV ČR
„Samotný projekt byl koncipován jako tříletý. Vytvoření znalostní a zkušenostní báze, nezbytné k jeho řešení, je však dlouhodobou záležitostí. Dr. Jaroslav Stejskal, který vedl spoluřešitelský tým na Ústavu makromolekulární chemie, pracuje s vodivými polymery po desetiletí. Právě jeho zkušenosti stály v roce 2010 u zrodu naší spolupráce. Po mnoho let jsme pak schopnost spolupráce, výměny ‚know how‘ a zkušeností rozšiřovali a prohlubovali. Jsem přesvědčený, že v oblasti elektricky vodivých polymerů a jejich biologických vlastností se naše týmy dostaly na vysokou mezinárodní úroveň, což se odráží i v ohlasech na naše publikované práce a v rozrůstajícím počtu spolupracujících týmů po celém světě,“ říká prof. Ing. Petr Humpolíček. Na projektu pracovaly dva týmy, a to výzkumná skupina Biomateriály z Centra polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně a oddělení Vodivých polymerů z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR. Kromě zkušených akademiků a výzkumníků se na řešení podílela také řada studentů.
Výsledky projektu tým publikoval v prestižních a zároveň úzce zaměřených oborových časopisech. Díky tomu si práce našly rychle své čtenáře. Počet citací publikací vzniklých v letech 2017–2019 se již nyní pohybuje ve stovkách. „Z mého pohledu jsou však důležitější ohlasy ve formě nových kontaktů a spoluprací, které se podařilo ustanovit díky prezentaci výsledků na mezinárodních konferencích. Počet zahraničních pracovišť, se kterými aktivně spolupracujeme, např. formou studentských stáží, se i díky řešení tohoto projektu významně rozšířil,“ uvádí Petr Humpolíček.
Naděje pro budoucnost
Pochopení komplexních vztahů mezi materiály a živými organismy je klíčové pro rozvoj společensky významných odvětví, mezi které bezesporu patří i tkáňové inženýrství. Celosvětově se výzkum v této oblasti zaměřuje nejen na možnost přípravy tkáňových náhrad, ale také na jejich schopnost cíleně interagovat s živými subjekty. Cílem těchto snah je umožnit individualizovaný přístup k pacientům. Nezbytným předpokladem pro splnění tohoto cíle je pak pochopení vztahů mezi materiály reagujícími na vnější stimuly a živými organismy. V rámci projektu byly jako možné responsivní složky studovány elektricky vodivé polymery a výsledky projektu prokázaly možnosti využití jejich různých forem. Řešitelský tým například jako první systematicky popsal vzájemné rozdíly mezi vybranými vodivými polymery a definoval oblasti jejich možného využití s ohledem na chování v biologických systémech.
„Projekty GAČR jsou ze své podstaty zaměřeny na základní výzkum, ale věřím, že některé naše výsledky v budoucnu přispějí k praktickým aplikacím v oblasti biomedicíny,“ dodává prof. Humpolíček.
Prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D., je vedoucím výzkumné skupiny Biomateriály na Centru polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Tým se zabývá výzkumem a vývojem biomateriálů, především pak s ohledem na stanovení jejich interakcí s eukaryotickými organismy. Specializuje se na elektricky vodivé polymery, koloidní systémy a chytré kompozitní materiály. Jeho tým spolupracuje s řadou prestižních pracovišť v zahraničí, a to nejen v oblasti řešení konkrétních problémů, ale také skrze dlouhodobé studentské stáže.
Na úvodní fotce vidíte tým Univerzity Tomáš Bati ve Zlíně.
Snaha minimalizovat výskyt chyb v počítačových programech je velmi aktuální téma, jak v komerční, tak v akademické sféře. Chyby, které se nepodaří najít a odstranit před jejich reálným nasazením, přitom mohou způsobit velké ekonomické ztráty, a dokonce i ztráty na lidských životech – příkladem mohou být dvě havárie letadla Boeing 737 MAX v letech 2018 a 2019, kde chyba v počítačovém systému způsobila špatnou ovladatelnost stroje a jeho pád.
Zájem o automatizované techniky odhalování chyb proto roste ve všech sférách průmyslu, což stimuluje intenzivní vývoj nových metod a nástrojů pro hledání chyb. „Verifikace a hledání chyb v pokročilém softwaru“ bylo i tématem projektu vědců pod vedením prof. Ing. Tomáše Vojnara, Ph.D., z Fakulty informačních technologií Vysokého učení technického v Brně a doc. RNDr. Jana Kofroně, Ph.D., z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Projekt byl financován Grantovou agenturou České republiky.
„Automatické hledání chyb v programech je velmi těžký problém a v úplné obecnosti lze říci, že víme, že nemůže existovat automatický nástroj, který by v libovolném programu našel všechny chyby. V některých programech je hledat a případně nalézt chyby snazší, v jiných je to velmi těžké, a typicky se to odvíjí od složitosti a velikosti analyzovaného programu. Naším cílem je v tomto směru zejména (i když nejen) první zmíněný aspekt, tedy umožnit analyzování složitějších programů, než jaké bylo možné analyzovat doposud,“ vysvětluje profesor Tomáš Vojnar.
Záhadné chyby v programech
Vědci se ve svém projektu zabývali například analýzou a verifikací paralelních programů, které jsou v současné době velmi populární. Udržet „na uzdě“ řadu současně běžících výpočtů však není snadné a vznikají při tom „záhadné“ chyby, kdy program většinou běží správně a pak neočekávaně selže. „Najít takové chyby, respektive garantovat jejich absenci v reálných programech představuje jeden ze zvláště obtížných problémů pro automatickou verifikaci,“ říká profesor Tomáš Vojnar.
Další oblastí, kterou se vědci zabývali, byly programy s tzv. dynamickými datovými strukturami vázanými ukazateli. „V tomto případě je zapotřebí efektivně pracovat s nekonečnými množinami složitých grafových struktur neomezené velikosti. Pro takové a další podobné problémy, jako např. automatická analýza výkonnosti programů, bylo zapotřebí navrhnout nejen vhodné formální nástroje z oblastí automatů či logik, umožňující modelovat chování analyzovaných programů, ale také efektivní algoritmy pro práci s takovými modely. Tyto algoritmy následně prototypově implementovat a ověřit na vhodných případových studiích,“ uvádí doc. Jan Kofroň.
Při řešení projektu si výzkumníci mimo jiné „vlastnoručně“ ověřili, že velmi jednoduché techniky jsou mnohdy efektivnější než přístupy výrazně složitější. „V našem případě se to projevilo například u použití poměrně jednoduchých úprav formulí jedné z logik používaných při verifikaci před jejich dalším zpracováním,“ vysvětlil Vojnar.
Metody automatizovaného hledání chyb se zdokonalují, ale vyhráno není
V průběhu projektu se vědcům podařilo vyvinout a implementovat metody, které skutečně přispěly k rozšíření skupiny programů, které je možné analyzovat. Tyto metody byly implementovány v prototypech softwarových nástrojů, které je možno experimentálně nasadit i v praxi.
„Některé z našich metod vyvinutých v projektu byly implementovány v dynamickém analyzátoru ANaConDA určeném pro odhalování chyb v paralelních programech. Při experimentálním nasazení v jedné velké nadnárodní společnosti zabývající se vývojem vestavěných zařízení pak pomohly nalézt reálné chyby, o jejichž existenci společnost tušila, ale měla problém je konkrétně identifikovat,“ uvedl jako příklad z praxe profesor Tomáš Vojnar. Podle něj to ovšem neznamená, že by tímto byl problém hledání chyb v programech vyřešen. Výzkum v této oblasti nadále pokračuje a dochází k dalšímu vývoji a vylepšování existujících metod.
Projekt prof. Tomáše Vojnara a doc. Jana Kofroně byl řešen po dobu tří let a podílelo se na něm 12 výzkumných pracovníků ze dvou spolupracujících týmů (FIT VUT a MFF UK) a asi 20 studentů, převážně doktorských studijních programů. „Pro studenty je účast na projektu cennou zkušeností, kdy si mohou vyzkoušet vývoj prakticky použitelných prototypů, stejně jako vývoj nových, prakticky motivovaných metod analýzy programů,“ říká Jan Kofroň.
Publikace výsledků projektu získaly několik ocenění. Například článek o výše zmíněném nástroji ANaConDA, jehož hlavním vývojářem je Ing. Jan Fiedor, Ph.D., z projektového týmu z FIT VUT, získal cenu za nejlepší článek o nástroji na prestižní konferenci ISSTA 2018 (27th ACM SIGSOFT International Symposium on Software Testing and Analysis). Ocenění za nejlepší článek získali vědci také na významné konferenci CADE 2019 (27th International Conference on Automated Deduction), na kterém se významně podíleli Ing. Vojtěch Havlena, Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. a Mgr. Lukáš Holík, Ph.D. rovněž z projektového týmu z FIT VUT.
Prof. Ing. Tomáš Vojnar, Ph.D. Profesor Tomáš Vojnar působí na Fakultě informačních technologií Vysokého učení technického v Brně (FIT VUT), kde absolvoval inženýrské i doktorské studium a aktuálně zde působí jako proděkan pro vědu a výzkum. Po dokončení doktorského studia pobýval dva roky v laboratoři LIAFA (nyní IRIF) na Université Paris Diderot v Paříži. Zabývá se metodami automatizované statické i dynamické analýzy a verifikace, formální analýzy a verifikace a také souvisejícími aspekty teorie jazyků, automatů a logik. Na FIT VUT založil skupinu zabývající se automatizovanou analýzou a verifikací, jejíž členové pravidelně publikují na řadě špičkových mezinárodních konferencí a spolupracují s výzkumníky z řady zemí světa (např. Německo, Rakousko, Švédsko, Velká Británie, Tchaj-wan, USA či Francie).
Doc. RNDr. Jan Kofroň, Ph.D. Docent Jan Kofroň je členem Katedry distribuovaných a spolehlivých systémů na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Po absolvování doktorského studia strávil sedm měsíců v Německu ve Forschungzentrum Informatik Karlsruhe. Se svou skupinou se věnuje výzkumu a vývoji v oblasti metod pro symbolickou verifikaci software. Se členy skupiny pravidelně publikuje na mezinárodních konferencích a v impaktovaných časopisech a spolupracuje se zahraničními výzkumnými pracovišti.
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.
Michal Horsák (*1975) vystudoval zoologii na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. V Ústavu botaniky a zoologie téže fakulty se věnuje zejména výzkumu kontinentálních měkkýšů mírného pásu, ekologii společenstev a kvartérní paleoekologii.
Tým projektu
Městská zeleň, Marche, Střední Itálie, foto Federico Morelli
Emberiza citinella v Polsku, foto C. Korkosz
Městská zeleň v Praze 6, foto Federico Morelli
Passer domesticus italiae, foto Fabio Pruscini
foto Yanina Benedetti
Tým Ústavu makromolekulární chemie AV ČR
Prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D., je vedoucím výzkumné skupiny Biomateriály na Centru polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Tým se zabývá výzkumem a vývojem biomateriálů, především pak s ohledem na stanovení jejich interakcí s eukaryotickými organismy. Specializuje se na elektricky vodivé polymery, koloidní systémy a chytré kompozitní materiály. Jeho tým spolupracuje s řadou prestižních pracovišť v zahraničí, a to nejen v oblasti řešení konkrétních problémů, ale také skrze dlouhodobé studentské stáže.
Prof. Ing. Tomáš Vojnar, Ph.D.
Doc. RNDr. Jan Kofroň, Ph.D.