Pochopit složitý mechanismus reakce rostlin na tepelný stres či sucho pomohou vědcům výsledky genetického a buněčně-biologického studia regulace YODA signální dráhy pomocí proteinů HSP90, kterou na rostlině huseníček rolní zkoumal tým vědců z katedry biotechnologií Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Výsledky těchto experimentů byly publikovány v prestižních časopisech Molecular Plant, Plant Physiology a Journal of Experimental Botany.
„Tento GA ČR projekt byl zaměřen na studium genetických a funkčních interakcí mezi dvěma proteiny tepelného šoku HSP90.1 a HSP90.2 a signální kaskádou řízenou YODA kinázou. Zároveň jsme studovali, zda proteiny HSP90 ovlivňují funkci této signální dráhy ve vývoji modelové rostliny, kterou byl huseníček rolní,“ uvedl Jozef Šamaj z katedry biotechnologií.
Klíčová úloha signální dráhy YODA byla už dříve popsána ve vývoji průduchů na listech rostlin a embryogenezi, takže projekt se zaměřil na charakterizaci funkčních důsledků interakce proteinů HSP90 a YODA na tyto dva důležité vývojové procesy rostlin a při reakci rostlin na tepelný stres. „Zkoumali jsme genetické a fyzické interakce mezi proteiny HSP90 a kinázou YODA řídící signální kaskádu, pomocí které rostlina dokáže reagovat na vnější podněty,“ podotkl Jozef Šamaj.
Vědci z přírodovědecké fakulty také odhalili, že tepelný stres negativně ovlivňuje vývoj průduchů rostlin. „A to včetně deregulace MITOGENEM-AKTIVOVANÉ KINÁZY 6 a transkripčního faktoru SPEECHLESS, který se spolupodílí na přepisu dědičné informace důležité pro vývoj průduchů. Navíc, interakce mezi HSP90 a YODA je důležitá pro regulaci polarity při embryogenezi. Tyto výsledky byly publikovány v prestižních časopisech Molecular Plant a Plant Physiology. Následný přehledový článek uveřejněný v časopise Journal of Experimental Botany shrnul dosavadní poznatky o biologických funkcích HSP90 proteinů,“ vysvětlil Jozef Šamaj.
prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.
Do projektu se aktivně zapojila jedna post-doktorandka Despina Samakovli a dvě doktorandky Tereza Tichá a Tereza Vavrdová spolu s jejich školiteli. „Doktorandky se naučily metody molekulárního klonování, transformaci a křížení Arabidopsis, genotypizaci a fenotypizaci mutantních linií, selekci potomstva, mikroskopické metody a vyhodnocení dat,“ řekl Jozef Šamaj.
Obě doktorandky posléze zahájily novou vědeckou práci na post-doktorských pozicích v Belgii a Norsku. „Tento projekt významně přispěl při budování jejich vědeckých kariér,“ dodal Jozef Šamaj.
Excelentně hodnocený projekt GA ČR (Genetické a buněčně biologické studium regulace signalizace YODA (MAP3K4) pomocí HSP90 u huseníčku) získala katedra biotechnologií, číslo projektu 17-24500S.
Autor textu: Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého v Olomouci Na úvodní fotce: Vývoj průduchů u huseníčku rolního
Důležitým aspektem oplození u savců je vzájemná komunikace proteinových sítí, které se nacházejí na vajíčku i na spermii. Tyto proteinové komplexy procházejí mnohými změnami a přeskupováním v průběhu pohybu spermie reprodukčním traktem, kdy dochází ke zrání spermie, tzv. maturaci.
Pouze kvalitní spermie je schopna projít těmito klíčovými změnami, které jsou završeny schopností spermie proniknout obaly vajíčka díky tzv. akrozomální reakci. „V rámci projektu jsme studovali chování a dynamiku proteinů právě při maturaci spermií a akrozomální reakci, kdy dochází k fúzi membrán spermie na hlavičce, což vede nejen k řízenému vyloučení enzymů, ale i relokaci mnohých proteinových sítí do místa, kterým spermie s vajíčkem fúzuje,“ uvádí řešitelka projektu financovaného Grantovou agenturou České republiky RNDr. Kateřina Komrsková, Ph.D.
Vzájemná lokalizace α6 and β1 integrinových podjednotek a přítomnost α6β1 heterodimeru v hlavičce spermie myši detekovaná pomocí STED superrezoluční mikroskopie (a,c); proximity ligation assay (b); vizualizace kolokalizace (žluté šipky) pomocí Huygens software založeného na Pearson’s korelační koeficient (d).
Její tým zjistil, že při těchto procesech jsou proteinové sítě, které patří do rodiny tetraspaninů a integrinů, dynamické a chování těchto proteinů je v mnohých aspektech druhově specifické a například u člověka odráží mnohé patologické stavy spermií.
Součástí projektu bylo poskytnutí přehledu o aktivní dynamice proteinových interakčních a strukturních sítí, které se účastní spletitého procesu fúze pohlavních buněk. Vědci projektem zásadně přispěli k definování nových aspektů role tetraspaninů (CD9, CD81, CD151) a nově lokalizovaných integrinových heterodimerů (alpha6/beta4, alpha3/beta1 a alpha6/beta1) na spermii a ukázali jejich nezastupitelnost v procesu oplození.
Na základě těchto objevů je podle dr. Kateřiny Komrskové možné přistoupit k aplikačnímu výzkumu, který by měl pomoci při objasnění a diagnostice neplodnosti člověka a současně přispět ke zvýšení plodnosti chovných hospodářských zvířat – prasat a býků.
„Naše snaha směřovala k výstupům, které mají zásadní přesah do asistované reprodukce, a to nejen v humánním lékařství, ale i veterinární praxi,“ říká dr. Komrsková, vedoucí Laboratoře reprodukční biologie Biotechnologického ústavu Akademie věd. Podle ní bylo největší výzvou získávání dostatečného množství lidského materiálu (spermií a vajíček), které byly poskytovány na základě souhlasu dárců a v souladu s uděleným souhlasem etických komisí.
Lokalizace CD151 a integrinové podjednotky α6 v myších epididymálních spermiích a jejich interakce
„Naše velké díky patří všem dárcům a kolegům z center asistované reprodukce, kteří s námi na projektu spolupracovali,“ oceňuje Kateřina Komrsková.
Do tříletého projektu bylo aktivně zapojeno průměrně pět odborných pracovníků, technický personál a studenti. Projekt přispěl k realizaci a dokončení tří doktorských a pěti diplomových prací, pomohl také směrovat náplň několika bakalářských prací. Současně projekt pomohl s ukotvením vědecké kariéry čtyř postdoktorandů. Důležitá byla i zahraniční spolupráce, do jednotlivých částí řešení projektu bylo zapojeno osm zahraničních pracovišť, které přispívaly svým know-how.
Tým RNDr. Kateřiny Komrskové publikoval o své práci úctyhodných 19 publikací v impaktovaných časopisech, přičemž 18 těchto publikací mělo exkluzivní dedikaci na daný projekt GA ČR.
Publikace přinesly nové cenné mezinárodní spolupráce, které vznikly v průběhu projektu právě v důsledku publikační aktivity. „Tyto spolupráce stále trvají, rozvíjejí se a další přicházejí. Cenné je, že mnohé z těchto spoluprací byly iniciovány zahraniční skupinou, která nás na základě publikací oslovila. S publikacemi souvisí i zvané přednášky na mezinárodních konferencích a prestižních akademických seminářích,“ vyjmenovává následné aktivity RNDr. Kateřina Komrsková, Ph.D., která v současné době pracuje na dalších třech projektech, které se týkají reprodukce a neplodnosti.
RNDr. Kateřina Komrsková, Ph.D.,vede od roku 2015 Laboratoř reprodukční biologie v Biotechnologickém ústavu AV ČR, BIOCEV. Ve své práci se dlouhodobě zabývá funkcí vybraných proteinů gamet a reprodukčních orgánů v procesu oplození. Věnuje se studiu vazebné interakce a fúze spermie a vajíčka, zjištění změn v regulaci spermatogeneze a kvality spermií spojené s patologickou zátěží environmentálních faktorů, infekce a rakoviny. Její výzkum vede k novým možnostem diagnostiky neplodnosti u lidí.
Začátkem léta se v lesích a údolích objevují svatojánské mušky – světlušky (Lamprohiza splendidula). Jejich těla vydávají zelené světlo, kterému říkáme luminiscence. Trochu odborněji bychom mohli říci, že světlušky mají luminiscenční značky. I když jejich světlo je slabé, velmi dobře je vidíme. To je způsobeno okolní tmou, kdy nás neruší žádné jiné záření, tedy není přítomno rušivé pozadí. Stejný princip můžeme použít i při pozorování tak nepatrných objektů, jako jsou molekuly. Právě na něj se ve svém projektu podpořeném GA ČR, který byl hodnocen jako vynikající, zaměřil tým Antonína Hlaváčka z Ústavu analytické chemie AV ČR.
Fluorofory – klasické značky
Některé molekuly – fluorofory – také mohou vydávat luminiscenci, kterou nazýváme fluorescence. Luminiscence molekuly jednoho fluoroforu je velmi slabá, ale při nízkém pozadí je dostatečná dokonce i pro pozorování v optických mikroskopech. Fluorofor můžeme použít jako luminiscenční značku pro molekuly, kterým vlastnost luminiscence chybí. Tímto označováním si vybíráme, které molekuly můžeme pozorovat a které zůstanou skryté. Fluorofory jsou proto velmi významné a v řadě případů umožňují získat vynikající výsledky. Fluorescenci však vykazují i látky, které se běžně vyskytují v živých organismech a přírodních materiálech. Tyto přirozené fluorofory potom zvyšují pozadí a brání úspěšnému experimentu – je to jako bychom hledali svatojánské mušky se svítilnou na čele!
Foton-upkonverzní nanočástice – nová generace značek
Řešením tohoto problému se zabývá i Antonín Hlaváček. Jeho pozornost upoutaly především nanočástice, které vykazují zvláštní typ luminiscence – fotonovou upkonverzi. Fotonová upkonverze je zvláštní jev, kdy nanočástice absorbují neviditelné infračervené záření a vyzařují ho v podobě viditelného světla různých barev. Foton-upkonverzní nanočástice jsou velmi malé krystaly s velikostí přibližně 5-100 nm. „Díky obsahu vybraných lanthanoidů mají schopnost postupně absorbovat několik fotonů s nízkou energií – neviditelné infračervené záření. Nanočástice tak získá dostatek energie pro vyzáření fotonů viditelného světla,“ vysvětluje Antonín Hlaváček.
Velikost některých molekul, jako jsou proteiny, je s velikostí foton-upkonverzních nanočástic srovnatelná, a tak je možné je použít k jejich značkování. Jestliže foton-upkonverzními nanočásticemi označíme molekuly, můžeme je pozorovat a neruší nás žádné jiné zdroje záření na pozadí – jsou jako světlušky za bezměsíčné noci. Díky nízkému pozadí mohou být takto označené molekuly pozorovány dokonce jednotlivě, a to i s poměrně nenáročnou instrumentací. Tímto způsobem označené molekuly se uplatňují například v imunohistochemii, která umožňuje studium mikroskopické struktury živočišných tkání a rostlinných pletiv. Imunohistochemie umožňuje v mikroskopických preparátech specificky označit vybrané molekuly a pozorovat jejich prostorové rozložení. Podobně můžeme měřit i koncentraci molekul v imunochemických detekčních metodách. V tomto případě měříme intenzitu fotonové upkonverze označených molekul, ze které můžeme určit koncentraci stanovované látky.
Kromě zeleně zářících světlušek existují i další světélkující organismy, které vyzařující světlo různých barev. Něčeho podobného se Antonín Hlaváček pokouší dosáhnout ve světě nanočástic a molekul. Zabývá se vývojem foton-upkonvezních nanočástic, které mohou vydávat záření různých barev. Jedná se o takzvané multiplexování, které umožňuje současně pozorovat několik typů molekul.
Optická mikroskopie modrých a zelených foton-upkonverzní nanočástic adsorbovaných na skleněném substrátu. Velikost nanočástic je přibližně 25 nm.
V současné době Antonín Hlaváček využívá multiplexování v mikrofluidních experimentech, kdy s jeho pomocí může označovat (kódovat) mikrokapkové reaktory. To umožňuje provádět velké množství například biochemických experimentů a vyhodnocovat jejich výsledky během zlomků vteřiny. V navazujícím projektu ve spolupráci s Ústavem biochemie Masarykovy univerzity v Brně vyvíjí nové imunochemické metody. S využitím multiplexování s foton-upkonverzními nanočásticemi a automatizace na mikrofluidních čipech může být zlepšena detekce klinicky významných proteinových markerů. „V těchto experimentech je důležité detekovat minimální množství cílových molekul. Proto možnost pozorovaní a počítání jednotlivých molekul nachází skvělé uplatnění“, zamýšlí se doktor Hlaváček závěrem.
Experti fotonové upkonverze na Ústavu analytické chemie AV ČR (zleva Julie Weisová, Antonín Hlaváček a Jana Křivánková). Antonín Hlaváček vystudoval obor biochemie na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. V současnosti se věnuje přípravě nanočástic a vývoji instrumentace pro analytickou chemii. Antonín Hlaváček si velmi váží podpory GA ČR, výborného prostředí na Ústavu analytické chemie AV ČR a vynikajících kolegů, bez kterých by výzkum nebyl možný.
Pátý díl seriálu o vysoce výběrových projektech JUNIOR STAR se zaměří na další čtyři začínající vědce podpořené v letošním roce. Pětileté granty JUNIOR STAR mají za cíl díky nadstandardní podpoře až 25 milionů Kč umožnit excelentním začínajícím badatelům se vědecky osamostatnit, tedy začít se zaměřovat na vlastní výzkumné téma, a případně založit i novou vědeckou skupinu. Od příštího roku začne být řešeno šestnáct nový výzkumných projektů. Vypsání další soutěže JUNIOR STAR je plánováno na únor příštího roku.
OPTIMÁLNÍ NÁVRH V ELEKTROMAGNETISMU ZALOŽENÝ NA LOKÁLNÍ PERTUBACI PŘESNÝCH MODELŮ
doc. Ing. Miloslav Čapek, Ph.D., Fakulta elektrotechnická, České vysoké učení v Praze
„Projekt umožní navrhovat a vyrábět menší a lehčí zařízení, které budou vykazovat lepší parametry, a to za současného snížení časových i materiálových nároků.“
Podpořený projekt se zabývá hledáním optimálních tvarů elektromagnetických zařízení.
„Vše si můžeme představit na příkladu antény ukryté uvnitř každého bezdrátového zařízení, kupříkladu mobilního telefonu. Na takovou anténu klademe neustále se zvyšující množství požadavků; od její velikosti až po její účinnost. Proto je obtížné určit její vhodný tvar – možností je prakticky nekonečně. V praxi se snažíme tuto složitost snížit. Přesto přesahuje cokoliv, co umíme prozatím uchopit nebo spočítat,“ přibližuje předmět výzkumu badatel Miloslav Čapek a dodává: „Rozvoj tvarové optimalizace by pro nás byl naprosto nemyslitelný, kdybychom v předchozích letech nevyvinuli na Českém vysokém učení technickém unikátní elektromagnetické modelovací a výpočetní nástroje. Nechtěli jsme zůstat závislí na komerčních nástrojích. Tím se nám potvrdilo, že kvalitní základní výzkum může v krátké době generovat aplikovatelné výsledky,“ doplňuje vědec.
Projekt JUNIOR STAR si klade za cíl vyvinout efektivní metody tvarové optimalizace, která umožní nalézt nové a netypické tvary, které budou využity v bezdrátových, mikrovlnných a optických zařízeních. Řešitelé projektu spolupracují s nejvýznamnějšími skupinami v oboru a díky multidisciplinárnímu zaměření je možné, že dokonce vznikne také nový obor elektromagnetismu.
STRUKTURNÍ CHARAKTERIZACE INTERAKCÍ MEZI TRANSKRIPCÍ A OPRAVOU DNA
Mgr. Marek Šebesta, Ph.D., Středoevropský technologický institut Masarykovy univerzity (CEITEC)
„Cílem projektu je popsat mechanismus komunikace mezi transkripcí a opravou DNA na molekulární úrovni, přičemž jeho objasnění přispěje k vývoji léčiv, které mohou být využity pro léčbu rakoviny.“
Projekt JUNIOR STAR zkoumá vztah mezi transkripcí, tj. přepisem genetické informace z DNA do RNA pomocí enzymů (RNA polymeráza), a opravou poškozeného DNA. Pokud transkripce poškodí DNA, které předurčuje vývoj a vlastnosti celého organismu, může dojít ke zrodu mutací, jejichž důsledkem může být vznik rakoviny. Právě RNA polymeráza se podílí na opravě jednoho z nejnebezpečnějších typů poškození DNA – dvouvláknového zlomu DNA.
„Snažíme se detailně porozumět doposud málo prozkoumanému fenoménu – jak mezi sebou komunikují transkripce a opravy DNA v buňkách. Proteiny, které jsme vybrali pro výzkum, jsou zmutované u pacientů s rakovinou nebo s neurodegenerativními chorobami. Pomocí nejmodernějších elektronových mikroskopů určujeme 3D struktury těchto proteinů, a zjišťujeme tak, jaký mají mutace vliv na vznik těchto závažných onemocnění. Tyto 3D struktury mohou být následně využity při vývoji léčiv, které by se, cílením na zkoumané proteiny, mohly podílet na léčbě rakoviny,“ přibližuje výzkum vědec Marek Šebesta.
Vědec původem ze Slovenska se začal věnovat vědě již na střední škole. Proto se rozhodl středoškolákům poskytovat podobnou šanci, jako měl on. „Je skvělé, že i díky podpoře Grantové agentury České republiky můžu středoškoláky zapojit do výzkumu, a tím tak přispívat k výchově budoucí generace vědkyň a vědců,“ dodává badatel.
VLIV GLOBÁLNÍCH ZMĚN NA BIOGEOGRAFII HUB A FUNGOVÁNÍ EKOSYSTÉMŮ
Mgr. Petr Kohout, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
„Chceme zjistit, jak moc se jednotlivé druhy hub liší ve své odpovědi na klima a tím pádem, jaké skupiny hub jsou ohroženější z hlediska klimatické změny.”
Projekt JUNIOR STAR Petra Kohouta z Mikrobiologického ústavu AV ČR poskytne bližší pochopení úlohy různých skupin hub v ekosystémových procesech, jako je například rozklad organické hmoty či výživy rostlin. Dále jeho výsledky pomohou přesnější předpovědi dopadu globálních změn na lesy, potažmo agroekosystémy.
„Houby se významně liší v tom, jak získávají živiny skrz své podhoubí. Některé houby se živí rozkladem odumřelé organické hmoty, jiné žijí ve vzájemně prospěšné symbióze s kořeny stromů a jiných rostlin, další parazitují na hostitelských rostlinách či živočiších. V každém ekosystému je poměr mezi těmito skupinami hub jemně balancován a hraje významnou roli v celkové stabilitě místních komunit,“ říká řešitel projektu Petr Kohout a doplňuje: „Změna druhového složení hub pak může ovlivnit řadu ekosystémových procesů, ve kterých hrají houby nezastupitelnou roli, jako je například rozklad organické hmoty a s tím spojené změny v koloběhu uhlíku, příjem živin hostitelskými rostlinami a s tím spojené změny ve vegetaci.“
Petr Kohout studoval doktorát na univerzitě v estonském Tartu a po jeho ukončení se vrátil zpět do České republiky. „Během svého doktorátu jsem pochopil, že špičková věda nemusí nutně záviset na velikosti země či honosnosti názvu vědecké instituce. Věda je především o lidech, dobrých a zajímavých nápadech a o vůli jít si za svým,“ říká.
Jeho projekt JUNIOR STAR bude probíhat nejen na území České republiky, ale v různých zemích světa, například ve Francii, Rakousku, Slovinsku, Norsku, Argentině, Jihoafrické republice, Austrálie apod. Globální rozměr výzkumu pomůže komplexně uchopit vliv hub v ekosystémech. Na řešení projektu bude spolupracovat také s kolegy z Finska, Španělska či Estonska.
ALCHYMIE VŮNÍ. REKONSTRUKCE STAROVĚKÝCH ŘECKO-EGYPTSKÝCH PARFUMÁŘSKÝCH POSTUPŮ: EXPERIMENTÁLNÍ PŘÍSTUP K DĚJINÁM VĚDY
Dr. Sean Coughlin, Filosofický ústav Akademie věd ČR
„Od parfumářů Kleopatřina Egypta po badatele Filosofického ústavu AV ČR. Za pomoci starověké historie a moderní vědy oživujeme nejslavnější parfumářské recepty starověkého Egypta a Řecka.“
Badatel Sean Coughlin se zaměřuje na historické základy a vývoj parfumářství, starověkého umění spojovaného s alchymií a vzdáleného předchůdce dnešní chemie. Se svým týmem v rámci programu JUNIOR STAR zkoumá, jak extrahování, míchání a konzervace rostlinných esencí ovlivnily vědu, lékařství a kulturu Středomoří v antice, od vlády Alexandra Velikého až po vládu Kleopatry VII. (4.–1. stol. př. n. l.). Na základě starověkých receptur dochovaných v egyptských chrámech, řecké literatuře a lékařských textech, a za pomoci archeologických nálezů také replikuje starověké výrobní metody.
„Předchozí výzkum pomohl zjistit, jaké vůně tyto parfémy obsahují: jde například o myrhu, skořici, lilii a terebint. Stále ale nevíme, jak se parfémy vyráběly, protože původní techniky vymizely před více než tisíci lety. S podporou GA ČR jsme sestavili multidisciplinární tým sestávající z historiků vědy, egyptologů, organických chemiků a dalších odborníků z Filosofického ústavu. Naším cílem je využít doklady z prastarých zdrojů i nástroje moderní chemie a tyto ztracené techniky rekonstruovat. O výsledky se chceme dělit s veřejností a pořádat vzdělávací workshopy, kde budou mít lidé příležitost si toto starověké alchymistické umění sami vyzkoušet,“ říká Sean Coughlin, vědec původem z Kanady, který již zaznamenal první úspěch – podílel se na rekonstrukci staroegyptského parfému „Mendesian“ z doby královny Kleopatry VII.
V rámci projektu vznikne slovník staroegyptských, řeckých a latinských parfumerií. K dispozici bude také manuál parfumářských receptů a postupů a tři monografie o výrobě parfémů v kontextu dějin vědy a kultury, které má toto starověké umění představit široké veřejnosti.
Fenoménem dnešní uspěchané doby se stává tzv. technostres. Jeho vliv ještě akcelerovala pandemie COVID-19 a přesun dalších pracovních aktivit do online prostředí. Nejvíce ohroženou je skupina zaměstnanců nad 50 let. Z předběžných výsledků výzkumu Mendelovy univerzity v Brně ze čtyř zemí vyplývá, že až čtvrtina lidí v tomto věku trpí techno zahlceností, složitostí nových technologií, popřípadě tzv. techno invazí – tedy pocitem, že každého z nás lze zastihnout kdykoliv a kdekoliv a od technologií se prostě není možné odříznout.
Vědci MENDELU z výzkumného týmu Smart Society mají k dispozici data od 1300 zaměstnanců a osob samostatně výdělečně činných ve věku mezi 50 a 64 lety. „Téměř 40 % lidí v tomto věku se obává, že technologie, které využívají, usnadňují narušování jejich soukromí a podobně vysokému počtu seniorních zaměstnanců vadí, že údaje z jejich současných technologií můžou být vystopovány i za řadu let,“ uvedla Martina Rašticová, vedoucí Ústavu práva a humanitních věd a vedoucí výzkumného týmu Smart Society PEF MENDELU. Největší míru stresu (46,6 procent) ovšem zaměstnanci prožívají z toho, že jejich využívání technologií může být snadno kontrolováno.
Technostres jako moderní nemoc způsobenou neschopností vyrovnat se s novými počítačovými technologiemi zdravým způsobem už v roce 1984 definoval americký psychoterapeut Craig Brod. Postupně byl technostres popisován jako psychický stres, který vzniká v souvislosti s využíváním technologií, jehož součástí jsou také fyziologické a emocionální projevy.
„Problémy spojené s užíváním technologií se před několika lety proměnily z převážně fyzických, jako je zánět karpálního tunelu, na psychické. Lidé začali trpět psychickými obtížemi. Od nomofóbie, což je strach z bytí bez telefonu, přes syndrom falešného vibrování až po nespavost kvůli častému zírání do obrazovek nebo klasickou závislost na chytrém telefonu,“ uvedl Martin Lakomý, sociolog z výzkumného týmu Smart Society.
Součástí technostresu je dnes běžně například syndrom FOMO. Zkratka pochází z anglického Fear of Missing Out a popisuje strach z toho, že nám něco unikne. Co když zrovna někdo na Twitteru zveřejnil zásadní informaci? Nebo podniká něco zajímavého bez nás? „Studie potvrzují, že díky sociálním sítím a moderním technologiím míváme rovněž pocit nedokonalosti, nespokojenosti a neustále se srovnáváme s ostatními, což může vyústit v úzkosti, deprese až sebevražedné sklony. Ostatně na sociálních sítích jsou nejčastěji prezentovány úspěchy v soukromém i pracovním životě. Hádku, která snímkům předcházela, nebo jiné problémy aktérů, už sociální sítě neprezentují,“ uvedla Rašticová.
Nejčastěji jsou v souvislosti s technostresem popisovány následující stresory. Techno-přetížení, tedy situace, kdy používání počítačů a technologií nutí pracovat lidi více a rychleji. Techno-invaze pak popisuje stresor, který je způsoben přesvědčením, že člověk je vždy vystaven technologii a je možné jej potenciálně zastihnout kdekoli a kdykoli. Lidé také cítí potřebu být neustále připojeni a dříve pravidelný pracovní den se prodlužuje. Lidé vnímají podle vědkyně také velmi citlivě například technologickou složitost. Jsou často vyděšeni z různých aplikací, funkcí a IT žargonu.
Data týkající se technostresu nasbírali u srovnatelné skupiny respondentů v celkem čtyřech středoevropských zemích. Kromě ČR se jedná o Slovensko, Maďarsko a Polsko. V současné době probíhá jejich podrobná analýza, která má nejen popsat situaci ohledně technostresu u skupiny starších zaměstnanců a OSVČ, ale také přinést doporučení a postupy, jak se se stresem vyrovnat na individuální a organizační úrovni. Problematika technostresu je dále řešena také v rámci projektu podpořeného Grantovou agenturou ČR Digitalizace na trhu práce: výzvy, možnosti a nerovnosti pro starší pracující, který vede dr. Martin Lakomý z výzkumného týmu Smart society.
Jak lidé ve starověku získávali, kombinovali a uchovávali rostlinné esence? A jaké vůně z nich vyráběli? Sean Coughlin z Filosofického ústavu AV ČR chce experimentálně rekonstruovat postup přípravy několika starověkých řecko-egyptských parfémů. Na projektu s názvem Alchymie vůní spolupracuje s týmem historiků, egyptologů, filologů a organických chemiků. V příštích pěti letech chtějí každoročně jednu z těchto starověkých vůní oživit. Výzkum byl podpořen Grantovou agenturou České republiky ve vysoce výběrové soutěž JUNIOR STAR.
„Parfumářské umění starověkého Egypta a Řecka se většinou nedochovalo. Víme přibližně, jaké vůně parfémy obsahovaly: myrhu, skořici, kardamom nebo terebint. Mnohem méně ale víme o tom, jak se vyráběly nebo proč se vyráběly právě takto,“ říká Sean Coughlin.
Při studiu starověkých metod přípravy parfémů se opírá o znalosti moderní chemie a o starověké texty. „Hlavním zdrojem našich receptů na přípravu parfémů jsou starořecké lékařské texty, především z farmakologie,“ vysvětluje badatel. „Parfémy samotné byly často považovány spíše za léky a využívaly se na způsob aromaterapie. Vyráběli je většinou stejní obchodníci, kteří vyráběli léky.“
Voňavkářství jako prapředek moderní chemie, na počátku byla žena
Vůbec první zaznamenaný chemický postup pochází z Babylonie v období kolem roku 1200 př. n. l. Jednalo se o výrobu parfému, jehož autorku, ženu jménem Tapputi, lze považovat za první doloženou chemičku v historii. Parfumářství zahrnovalo kromě chemie i znalosti z biologie, botaniky, ale také psychologie či přírodní filozofie.
Šlo o umění transmutace, ne nepodobné alchymii, kdy se olej nebo tuk měly proměnit a přijmout esenci a vůni něčeho jiného. Vůně se využívaly nejen k očistě těla a provonění šatů či vlasů, ale i k léčbě a k magickým rituálům. Měly i důležitou ekonomickou roli. Egyptské parfémy si získaly ohromnou popularitu ve starověkém Řecku a Římě. V Římské říši se dokonce prodávaly knihy s kosmetickými recepty na výrobu parfémů a voňavých mýdel s Kleopatřiným jménem.
Workshopy na výrobu parfémů
Tým Seana Coughlina se kromě samotných postupů výroby soustředí také na to, jak lidé od dob Alexandra Velikého po Kleopatru VII. (4.–1. stol. př. n. l.) těmto postupům rozuměli, jakým způsobem je předávali dál a jak jejich poznání ovlivňovalo tehdejší přírodní filozofii, medicínu, ale i umění a kulturu vůbec.
Kromě rekonstrukce starověkých parfémů, jako byly Stakte, Mendesion, Metopion, Susinum či „kouřový parfém“, bude výsledkem Coughlinova projektu také slovník egyptského, řeckého a latinského parfumářství, manuál receptů a procedur a tři monografie o výrobě parfémů v kontextu dějin vědy a kultury. V plánu je také pořádat workshopy pro širokou veřejnost.
SEAN COUGHLIN Sean Coughlin v současné době působí ve Filosofickém ústavu AV ČR, kde vede výzkumný projekt Alchymie vůní podpořený v rámci soutěže Junior Star Grantové agentury ČR. Předtím pracoval v Collaborative Research Centre SFB 980 Episteme in Bewegung, v Institutu pro klasickou filologii při Humboldt-Universität v Berlíně, v Excellence Cluster Topoi a na University of Western Ontario. Absolvoval stipendijní pobyty v Berlíně a Jeruzalémě. Jeho práce byly vystaveny v muzeu National Geographic ve Washingtonu DC a v berlínském Muzeu dějin lékařství, zaujaly rozhlasovou stanici BBC, deníky Times, Washington Post a la Repubblica. Je jedním z editorů svazku The Concept of Pneuma after Aristotle (Berlin: Edition Topoi, 2020). Věnuje se starořecké filozofii, vědě a medicíně, zejména se zaměřuje na původ a recepci Aristotelovy přírodní vědy a na vztah mezi uměním a přírodou ve starověku.
Vírové struktury, stručněji víry, nás v běžném životě doslova obklopují, i když je zpravidla vůbec nevnímáme. Dokonce i v případě jejich dynamických účinků, které na nás působí, je mnohdy nevnímáme jako víry, pokud nejsou dobře viditelné. Nemůžeme ani vyloučit jejich přítomnost v naší dýchací nebo srdečně-cévní soustavě.
Řada vírů bezprostředně souvisí s vlastní lidskou činností, technikou a technologickými procesy a zařízeními – počínaje víry vznikajícími v úplavu nejrůznějších dopravních prostředků, výškových budov a konstrukcí a konče například procesy míchání a vírovými separátory.
Na příkladu tornáda je vidět, že víry hrají významnou roli při makroskopickém transportu hmoty, hybnosti a energie. Z toho plyne základní motivace k jejich výzkumu. Patří nepochybně k nejcharakterističtějším dynamickým strukturám proudění, proto jsou někdy přirovnávány k jeho „šlachám a svalům”. Víry jsou tedy v proudění tekutin zásadní. Ale co vlastně jsou a jak je definovat?
Vírové struktury vznikající v rámci nestacionárního proudění (zpravidla se jedná o proudění turbulentní nebo přechodové do turbulence) jsou doslova schopny „svého vlastního života”: svého vzniku a růstu, interakce s ostatními strukturami proudění, především s dalšími vírovými strukturami, interakce se stěnou či tělesy a konstrukcemi, a konečně podléhají vlastnímu rozpadu, nemají-li ke svému životu dostatečný přísun energie. Jejich rozměry se pohybují od neuvěřitelných několika ångströmů (10-10 m) v supratekutém héliu do rozměrů spirálních galaxií vyjádřených ve světelných letech.
V souvislosti s vírovými strukturami vzniká celá řada zajímavých otázek, a je tudíž s podivem, že vyčerpávající odpověď, byť intuitivně zřejmá, na tu nejzákladnější otázku „Co je vír?” se hledá již více než tři desítky let. Skutečná exaktní matematicko-fyzikální odpověď, tedy vlastní definice víru, respektive identifikace víru, je stále předmětem živé diskuse v odborné literatuře. Je přitom nesporné, že vzhledem k obrovské rozmanitosti proudění vírového charakteru jsou univerzální a fyzikálně dobře opodstatněné nástroje, tedy identifikační metody a kriteriální veličiny sloužící ke stanovení vírových struktur v proudění, nanejvýš potřebné a užitečné. Výše uvedenou otázkou „Co je vír?” se zabývali v nedávném úspěšném projektu „Pokročilá analýza proudových polí” také vědečtí pracovníci dvou spolupracujících akademických ústavů z AV ČR, Ústavu pro hydrodynamiku (ÚH AV ČR) a Matematického ústavu (MÚ AV ČR), pod vedením dvou původem strojních inženýrů, Ing. Václava Koláře, CSc., (ÚH AV ČR) a Ing. Jakuba Šístka, Ph.D. (MÚ AV ČR)
Prvním vážným problémem vírové identifikace je, že standardní intuitivní míry selhávají. Konkrétně uveďme několik takových typických charakteristik: (1) uzavřené nebo spirální proudnice (popř. trajektorie částic) nejsou bohužel galileovsky invariantní (tj. invariantní vůči rovnoměrné přímočaré translaci pozorovatele), (2) vířivost, tj. galileovsky invariantní průměrná úhlová rychlost elementu tekutiny, není schopna rozlišit mezi smykovým a skutečně rotačním pohybem ve víru, (3) lokální minimum tlaku obecně negarantuje existenci víru. Tyto skutečnosti motivovaly vznik celé řady poněkud sofistikovanějších metod, které můžeme zhruba dělit na kinematické a dynamické (podle výchozího popisu), dále na lokální (postačí znalost dat v daném bodě, např. znalost rychlostního gradientu) a nelokální (k vyhodnocení je nutná znalost informace ve více bodech současně), a konečně na metody regionální (popisující objemovou oblast víru) a metody čárové (popisující centrální osovou křivku víru neboli jeho centrální skeleton sestávající z bodů, kde je vírový pohyb v příčném řezu nejintenzivnější).
Obrázek 1 – Nestlačitelné proudění okolo nakloněné desky s úhlem náběhu 30° pro Reynoldsovo číslo Re=300 a Re=1200, a okolo rotujícího křídla octomilky pro Re=500. Vizualizace vírů pomocí metod (zleva doprava) λ2, Q, průměrné korotace a trojné dekompozice.
Na identifikační metody se klade celá řada obecných požadavků, které zatím žádná metoda nesplňuje jako celek, a proto se také žádná z metod zatím nestala z fyzikálního hlediska jednoznačnou primární volbou. Z praktického hlediska lze některé metody, zejména některé lokální regionální metody, které jsou rychlé na vyhodnocení, považovat za rozšířené a populární. Obecné požadavky na identifikační metody zahrnují:
platnost pro stlačitelné toky a toky s proměnlivou hustotou
stanovení lokální intenzity rotačního pohybu
stanovení orientace otáčení
stanovení integrální síly víru
identifikace osy víru
specifické požadavky na osu víru: existence a jednoznačnost pro každou spojitou oblast víru
stanovení hranice víru (fyzikální kritérium vs. práh kriteriální veličiny)
orbitální kompaktnost (omezená separace hmotných bodů při pohybu ve víru) vs. neomezené axiální napínání víru
popis nelokálních vlastností víru korelačního charakteru
nezávislost identifikačních výsledků na translaci a rotaci referenčního systému
Ukázky identifikace vírů pomocí dvou velmi oblíbených metod a jejich porovnání se dvěma metodami vyvinutými V. Kolářem a J. Šístkem jsou na Obrázku 1. Ukázka společného zobrazení oblastí vírů a jejich pomyslného protipólu, tedy oblastí s výraznou deformací, je na Obrázku 2.
„V projektu Pokročilá analýza proudových polí jsme se mimo jiné zaměřili na kritické zkoumání vlastností nedávno navržené a mimořádně citované metody z roku 2018, definující jistou lokální veličinu v anglosaské literatuře nazývanou vortex vector nebo Rortex, v čínské literatuře zpravidla pod názvem Liutex. Jejím hlavním přínosem je její vektorový charakter. Projekt myšlenkově navazoval na zásadní práce Václava Koláře, kdy okolo roku 2007 navrhl metodu trojné dekompozice tenzoru rychlostního gradientu na část rotační, smykovou a elongační. Tato metoda stále budí značnou pozornost a je základem pro další metody vyvíjené jak v rámci tohoto projektu, tak i na řadě pracovišť ve světě. Rovněž metoda Rortex převzala některé základní rysy z dřívějších metod vyvinutých na Ústavu pro hydrodynamiku a Matematickém ústavu AV ČR,“ uvádí důležité souvislosti Jakub Šístek.
Kritická analýza Rortexu ukázala, že jako vírovou strukturu tato metoda identifikuje i strukturu s neomezeným radiálním či axiálním napínáním. Toto zjištění bylo nejprve publikováno v časopise AIP Advances a následně uvedeno v širších souvislostech v prestižním časopise Physics of Fluids. Bylo zejména poukázáno na důsledky nesplnění orbitální kompaktnosti vedoucí na tzv. „disappearing vortex problem“, tedy problém s nespojitým chováním vírové identifikace.
Obrázek 2 – Zobrazení vírů (vlevo), zón s vysokou mírou deformace (vpravo) a jejich společné duální zobrazení (uprostřed) pro případ interakce Burgersových vírů pro Machovo číslo Ma=0,8.
Pro účely otestování nově vyvinutých identifikačních metod bylo potřeba provést řadu rozsáhlých simulací trojrozměrných úloh proudění. V těchto numerických experimentech se jednalo o řešení základních bilančních rovnic proudění, tedy Navierových-Stokesových rovnic. Za tím účelem tým okolo J. Šístka z MÚ AV ČR vylepšil metody rozkladu oblasti a provedl vysoce paralelní výpočty na počítači Salomon, největším paralelním superpočítači centra IT4Innovations v Ostravě.
V rámci projektu vznikla celá řada publikací včetně dvou monografií o numerických metodách. Projekt pomohl rozvíjet i open-source software. Jedná se především o softwarovou knihovnu Vortex Analysis Library (VALIB), do které byly všechny vyvinuté metody pro identifikaci vírů naprogramovány, a jsou tak k dispozici celosvětové komunitě. Druhým softwarem, který využívá výsledky projektu, je knihovna BDDCML řešící soustavy lineárních rovnic pomocí víceúrovňových metod rozkladu oblasti, a jejíž vývoj probíhá v Matematickém ústavu AV ČR již více než deset let.
Projekt se zabýval i dalšími neméně významnými tématy, například Z. Skalák zkoumal kvalitativní vlastnosti řešení Navierových-Stokesových rovnic a M. Křížek zkoumal geometrické vlastnosti výpočetních sítí využívaných v numerických simulacích.
Václav Kolář je absolventem strojní fakulty ČVUT v Praze a od roku 1979 pracovníkem Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR. V roce 1991 dokončil dlouhodobý postdoktorální pobyt (stipendium Nadace Alexandera von Humboldta, 17 měs.) na technické univerzitě v německém Karlsruhe (Institut für Hydromechanik). Nejprve se zajímal hlavně o laminární a turbulentní smyková proudění, zejména tryskové proudy a úplavy. Opakovaně absolvoval kratší studijní pobyty v Anglii, Indii a Japonsku. Byl řešitelem řady grantových projektů (GA AV ČR a GA ČR). Autorský tým ÚH, ve složení Ing. Václav Kolář, CSc., a doc. RNDr. Zdeněk Skalák, CSc., obdržel cenu Akademie věd ČR za zvláště úspěšné řešení programových a grantových projektů za rok 2008. Od roku 2003 do současnosti je editorem pro mechaniku tekutin v časopise Open Physics (De Gruyter), dříve Central European Journal of Physics. Více než deset let se zabývá analýzou proudových polí, zejména identifikací vírových struktur. U velkých badatelů obdivuje vedle nadání hlavně nezlomnou houževnatost a někdy až neuvěřitelnou odvahu.
Jakub Šístek získal titul Ph.D. na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Od roku 2009 pracuje v Matematickém ústavu AV ČR. Jako postdok také pracoval v USA na University of Colorado Denver a ve Velké Británii na University of Cambridge a University of Manchester. Několik měsíců strávil v superpočítačových centrech v Edinburghu a v Bologni. Za svou doktorskou práci získal v roce 2009 Cenu Prof. Babušky a Cenu Zvoníčkovy nadace a v roce 2013 získal od AV ČR Prémii Otty Wichterleho. Jeho hlavním zájmem jsou algoritmy numerické matematiky šité na míru výkonným paralelním superpočítačům. Tyto metody aplikuje převážně v oblasti proudění tekutin a při analýze proudových polí. Podílel se jako člen týmu na několika mezinárodních a národních projektech a byl spoluřešitelem dvou standardních projektů GA ČR. Je spoluautorem softwarových projektů VALIB, BDDCML a PLASMA. Od roku 2020 se podílí na výuce matematiky na Fakultě informačních technologií ČVUT v Praze. K jeho dalším zájmům patří rodina, sport a cestování.
Granty JUNIOR STAR mají za cíl umožnit excelentním začínajícím badatelům se vědecky osamostatnit, tedy začít se zaměřovat na vlastní výzkumné téma, a případně založit i novou vědeckou skupinu. Soutěž je vysoce výběrová a uspějí v ní jen vědci, kteří nejen předloží kvalitní projekt, ale také již dosáhli významných badatelských úspěchů. Granty mají nadstandardní míru podpory (až 25 milionů Kč) a délku řešení (5 let). Letos začaly být poprvé řešeny projekty vzešlé z této soutěže. Další nadějní vědci získají podporu od příštího roku – vybrané projekty byly oznámeny již na začátku listopadu.
S vybranými projekty, jejichž řešení začalo letos, se můžete seznámit v tomto – již čtvrtém – dílu seriálu o projektech JUNIOR STAR.
MOLEKULÁRNÍ MECHANISMY NAVÁDĚNÍ AXONU
Mgr. Daniel Rozbeský, Ph.D., BIOCEV
„Cílem podpořeného projektu je objasnit fungování mechanismů navádění nervových buněk v mozku člověka, a přinést tak nové důležité poznatky o jejich komunikaci, které mohou pomoci při léčbě závažných nemocí.“
V lidském mozku se nachází téměř 100 miliard nervových buněk, neuronů, které jsou základní nervovou jednotkou tkáně. Můžeme si je představit jako strom – z jeho koruny se rozvětvují četné výběžky, jejichž funkcí je přivádět do neuronu informace v podobě signálů, které vyvolávají nervový vzruch. Část neuronu, kterým se zabývá projekt Daniela Rozbeského, se nazývá axon. Právě axonem se nervový vzruch šíří až na samotný konec neuronu připomínajícího kořeny.
Každý z nás má v mozku 100 biliónů neuronových kontaktů, které definují jeho intelekt, paměť, emoce, řeč, nebo smyslové vnímaní. Daniel Rozbeský se snaží s týmem v BIOCEVU zjistit na úrovni atomů, jak takovéto velké množství kontaktů mezi nervovými buňkami vzniká.
„Zkoumáme, jakým způsobem mění výběžky nervových buněk směr a jak vědí, kdy je potřeba zahnout vlevo nebo vpravo. Molekuly, které studujeme, hrají důležitou roli v některých formách epilepsie, autismu a neurodegenerativních a nádorových onemocnění. Existuje tedy možnost, že by výsledky našeho výzkumného projektu JUNIOR STAR mohly přispět k lepšímu pochopení mechanismů těchto závažných nemocí, a pomoci tak k jejich léčbě,“ říká slovenský biochemik Daniel Rozbeský, kterého téma výzkumu napadlo během jeho sedmiletého postdoktorského pobytu na Oxfordské univerzitě. Po studiu se rozhodl vrátit zpět do České republiky, kde původně studoval na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy, a založit vědeckou skupinu působící v Biotechnologickém a biomedicínském centru Akademie věd a Univerzity Karlovy BIOCEV ve Vestci.
Mgr. Daniel Rozbeský, Ph.D.
HYDRODYNAMICKÉ INTERAKCE PLANET S PROTOPLANETÁRNÍMI DISKY A PŮVOD TĚSNÝCH EXOPLANETÁRNÍCH SOUSTAV
RNDr. Ondřej Chrenko, Ph.D., Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy
„Snažíme se porozumět procesům, které vedly ke zrodu exoplanet nízkých hmotností obíhajících v těsné blízkosti mateřských hvězd.“
Projekt JUNIOR STAR Ondřeje Chrenka se zabývá vznikem planetárních soustav. Planety vznikají v tzv. protoplanetárních discích, což jsou oblaky plynu a prachu ve vesmíru, které rotují kolem vznikající nebo právě zformované hvězdy. Během této vývojové fáze se planety a disk vzájemně gravitačně ovlivňují a planety pak mohou migrovat, tedy přibližovat se ke své mateřské hvězdě nebo se od ní vzdalovat. Samotný průběh migrace planet tedy přímo určuje, jaké bude po rozplynutí disku výsledné uspořádání planetárních oběžných drah. Z protoplanetárního disku vznikla před 4,56 miliardami let rovněž sluneční soustava, ve které se nachází planeta Země.
„Pro výzkum používám simulace na superpočítačích, s jejichž pomocí modeluji proudění a energetické procesy v plynném disku s vnořenými planetami. Mým cílem je popsat fyzikální procesy, které jsou určující pro průběh migrace planet,“ říká astronom Ondřej Chrenko působící na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy a dodává: „Téma výzkumu, kterým se zabývám, nemá na vědeckých institucích v České republice příliš široké zastoupení, takže je potřeba spojit se s velkými zahraničními výzkumnými skupinami věnujícími se dlouhodobě tomuto tématu. Proto si cením toho, že mi grant Junior Star umožní realizovat stáže na zahraničních pracovištích, a rozvíjet tak mezinárodní spolupráci, která nepochybně zvýší kvalitu výsledků projektu.“
Projekt si klade za cíl objasnit původ některých soustav exoplanet, které jsou pozorovány v naší galaxii, zejména se zaměří na početnou skupinu exoplanet nízkých hmotností (tzv. superzemě a minineptuny) obíhajících v těsné blízkosti svých mateřských hvězd. Výsledky výzkumu přispějí k pochopení podmínek, za kterých exoplanety doputovaly na těsné oběžné dráhy v důsledku migrace. Porozumění migraci je důležité rovněž v souvislosti s otázkou, zda na pozorovaných exoplanetách mohly krátce po jejich vzniku panovat podmínky potřebné pro vznik života.
RNDr. Ondřej Chrenko, Ph.D.
LEWISOVY KYSELINY A FRUSTROVANÉ LEWISOVY PÁRY PRO REDUKČNĚ KONDENZAČNÍ REAKCE OXIDU UHLIČITÉHO S AMINY
Mgr. Martin Hulla, Ph.D., Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy
„Projekt hledá možnosti využití oxidu uhličitého s cílem zmírnit nežádoucí dopad chemického průmyslu na životní prostředí, a usiluje tak o rozvoj udržitelné chemie.“
Chemický průmysl, založený na využívání fosilních zdrojů, poškozuje životní prostředí a prohlubuje naši závislost na neobnovitelných zdrojích energie. Podpořený projekt JUNIOR STAR má potenciál tuto závislost snížit. Zkoumá totiž recyklaci chemického odpadu – oxidu uhličitého, který produkuje zejména průmysl a obchod. Oxid uhličitý se uvolňuje do ovzduší při každém spalování, což vede k jeho značnému nárustu v atmosféře, a tím ke změně klimatu. Oxid uhličitý je však možné využít v chemickém průmyslu jako zdraví neškodný zdroj uhlíku, a tím pomoci snížit emise.
Cílem projektu Martina Hully je narušit chemické vazby oxidu uhličitého tak, aby byl dále komerčně využitelný a bylo díky tomu možné nahradit nebezpečné látky v průmyslu.
„Syntetická chemie je trochu jako hra s legem, kde oxid uhličitý představuje kus stavebnice o třech dílech – dva atomy kyslíku a jeden atom uhlíku. Oxid uhličitý je částečně využitelný k přípravě jakékoliv chemikálie obsahující alespoň jeden z těchto tří atomů. My se soustředíme na přípravu látek s primárním využitím ve farmakologickém a agrochemickém průmyslu, kde by oxid uhličitý mohl nahradit řadu velmi jedovatých látek, jako je například formaldehyd. V rámci výzkumu se proto snažíme vyvinout katalyzátory, tedy látky, které by chemické reakce urychlily,“ přibližuje projekt Martin Hulla z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Má za sebou již několik vědeckých úspěchů. V Oxfordu spolupracoval na přeměně bioodpadu na letecké palivo a v Cambridge se podílel na výzkumu ohebných obrazovek do mobilů a televizí, ve Švýcarsku zase na přeměně plastového odpadu na chemické zdroje. Poslední zmiňovaný výzkum měl blízko k předmětu jeho současného projektu JUNIOR STAR – recyklaci oxidu uhličitého.
V roce 1770 proslulý francouzský matematik Joseph-Louis Lagrange dokázal, že každé přirozené číslo lze zapsat jako součet čtyř čtverců. Tedy pro každé přirozené n existují taková celá čísla a, b, c, d, že platí rovnost n= a^2+b^2+c^2+d^2. Takzvaná Lagrangeova věta o čtyřech čtvercích se zapsala do dějin matematiky.
O tři staletí později se kvadratické vzorce staly základem zkoumání vědeckého týmu pod vedením Mgr. Vítězslava Kaly, Ph.D., z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Hlavním tématem projektu financovaného GA ČR bylo zkoumání takzvaných univerzálních kvadratických forem.
„Jde o velmi důležité téma v teorii čísel, které souvisí s celou řadou jiných matematických oblastí, od matematické analýzy až po post-kvantovou kryptografii. A právě proto mě baví se tomuto tématu věnovat. Líbí se mi totiž, jak kombinuje a propojuje složité teorie k řešení zdánlivě jednoduchých otázek,“ komentuje Vítězslav Kala, proč si vybral téma projektu s názvem Kvadratické formy a numerační systémy nad číselnými tělesy.
Cílem tohoto projektu bylo studovat univerzální formy nad číselnými tělesy, což jsou jistá rozšíření celých čísel například o komplexní odmocninu z -1. Jedním z klíčových nástrojů, které k tomu tým použil, byly numerační systémy. „Jeden numerační systém známe a používáme všichni: desítkovou soustavu. Pro mnohé otázky, ať už týkající se již zmíněných číselných těles nebo implementace v počítačích, je ale důležité pracovat s výrazně obecnějšími soustavami, tak jako jsme to dělali v rámci projektu,“ vysvětluje Kala.
V jeho týmu pracovali tři postdoci – Tomáš Hejda a Tomáš Vávra, kteří se věnovali zejména stránce numeračních systémů, a také analytický číselný teoretik Ezru Waxman z USA. „Také mám radost, že se mi povedlo do výzkumu zapojit řadu studentů, jak mé dva doktorandy, tak několik magisterských, ale i bakalářských studentů Matfyzu. V rámci Studentského semináře z teorie čísel dokázali několik pěkných výsledků, které vyšly ve dvou článcích v dobrých zahraničních časopisech,“ zdůrazňuje dr. Kala, jehož projekt byl hodnotiteli Grantové agentury České republiky hodnocen jako vynikající.
„Hlavní výzvou byla matematika jako taková: To, že typicky vůbec není jasné, z které strany se do problému zakousnout, abychom ho vyřešili. A také to, že člověk musí být smířený, že spousta věcí, které zkusí, nakonec vedou do slepé uličky.“
Jedním z klíčových nástrojů, které tým při řešení projektu používal, jsou tzv. kvadratické mříže. Ty přitom slouží jako základ pro post-kvantovou kryptografii, tedy šifrování, které odolá útokům kvantových počítačů. „V rámci práce na projektu jsme získali výborné porozumění těmto mřížím, možná lepší, než nakolik jim rozumí někteří kryptografové z praxe. V nejbližších pár letech se tedy chci věnovat i souvisejícím kryptografickým otázkám, jejichž praktické dopady by pak byly zcela zásadní,“ naznačuje Vítězslav Kala využití některých výsledků projektu v praxi.
Od letošního ledna Mgr. Vítězslav Kala, Ph.D., řeší pětiletý projekt JUNIOR STAR, který je také financovaný Grantovou agenturou České republiky. „V jeho rámci chci výrazně prohloubit dosavadní porozumění univerzálním formám a propojit je s dalšími klíčovými objekty v teorii čísel, jako jsou třídová čísla. Jedná se o velký a ambiciózní projekt. Kdyby se nám to s mými čtyřmi postdoky povedlo, mohlo by to být vskutku přelomové,“ věří Vítězslav Kala.
Mgr. Vítězslav Kala, Ph.D., absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy, následně strávil 4 roky na doktorském studiu v USA na Univerzitě Purdue. Poté působil několik let jako postdok v Bonnu a Göttingenu v Německu, než se v roce 2017 vrátil na Matfyz. Ve svém výzkumu se zaměřuje na teorii čísel a související oblasti algebry a rád do něj zapojuje i studenty. Vedle řešení grantů aktuálně působí v GA ČR také jako místopředseda hodnoticího panelu Matematika a informatika.
Jeseteři žijí na naší planetě již od dob dinosaurů a zachovali si některé archaické a dnes již mezi ostatními obratlovci unikátní znaky. Přestože jsou jeseteři evolučně velmi úspěšní, čelí dnes vyhynutí. V tzv. červené knize ohrožených zvířat je 16 z 27 druhů jeseterů klasifikováno jako kriticky ohrožení.
„Evidentně je na vině člověk, který při honbě za kaviárem vydrancoval většinu jeseteřích populací. Nemalou měrou je na vině rovněž znečištění vodních toků a výstavba přehrad, které brání jeseterům při jejich migracích za reprodukcí. Proto jsme se začali zabývat vývojem metod, které mají za cíl ochranu a genetickou konzervaci jeseterů,“ říká doc. Ing. Martin Pšenička, Ph. D., z Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, který vedl projekt podpořený Grantovou agenturou České republiky s názvem „Jaderný transfer u ryb: šance pro obnovení mizejících druhů jeseterů.”
Oplození somatickou buňkou
Vědci se vydali dvěma směry. Prvním byl klasický jaderný transfer. Podstata metody je jednoduchá. Vezme se buňka ohroženého druhu jesetera, například z ploutve, a injikuje se do vajíčka náhradního blízkého druhu. Vajíčko je tedy „oplozeno“ nikoliv spermií, ale somatickou buňkou. Vajíčko z nějakého důvodu pozná, že je přítomná buňka diploidní (obsahuje kompletní informaci ke vzniku jedince) a genetickou informaci vajíčka vyloučí. Výsledný organismus je klon, který má jadernou genetickou informaci pouze somatické buňky donora. Druhým směrem bylo využití unikátního fenoménu polyspermie u jeseterů, tedy oplození jednoho vajíčka více spermiemi.
Rýhování embya jesetera malého
„Tato vlastnost by mohla být využita k obnově druhu pouze ze spermie a vajíčka náhradního druhu. Zde je nutné si uvědomit, že vajíčka ryb nepřežívají zamražení. Uchování genetického materiálu ve zmraženém stavu lze tedy pouze v podobě spermií či buněk,“ vysvětluje doc Pšenička.
Hlavní výzvou při řešení projektu bylo zvýšení životaschopnosti výsledných klonů. Na jednu stranu je totiž tato metoda u ryb velmi zvýhodněna externím oplozením a vývojem, ovšem na druhou stranu mají klonované ryby obecně velmi malé přežití, a to včetně modelových druhů, jako jsou dánio pruhované, karas obecný nebo medaka japonská. U těchto druhů lze získat okolo 20 % embryí, přičemž nejlepšího výsledku bylo dosaženo při získání cca 2 % dospělců. „V naší práci se nám po řadě optimalizací podařilo získat přes 60 % embryí u různých druhů jeseterů. Bohužel po stadiu blastuly přicházely další velké ztráty,“ říká Martin Pšenička.
Životaschopné hybridy
Velkým překvapením pro vědecký tým bylo zjištění, že po vniknutí více spermií do vajíčka se embrya normálně vyvíjela. Po analýze vzniklých polyspermních embryí vědci zjistili, že jedna spermie splyne s prvojádrem vajíčka a vytvoří zygotu, jedna až tři spermie vytvoří blastomery (embryonální buňky), které se vyvíjí samostatně s genetickou informací pouze od otce a další spermie (až desítky) zanikají. Část buněk nesoucí pouze otcovskou jadernou genetickou informaci se diferencuje do zárodečných buněk, a předává tak (zatím jen teoreticky) genetickou informaci do další generace. „Pokud víme, tak se jedná o unikátní mechanismus oplození. Tento objev nám dal možnost vytvořit první životaschopné hybridy, vzniklé ze tří rodičů různých druhů: jesetera ruského, jesetera sibiřského a jesetera malého. Jeden potomek tak měl jednu matku a dva otce, kde spermie jednoho druhu fúzovala s prvojádrem vajíčka druhého druhu (diploidní linie) a spermie třetího druhu vytvořila samostatnou klonální haploidní linii,“ vysvětluje docent Pšenička.
Jeseter malý
Jesetery lze klonovat
Nejdůležitějším závěrem projektu je, že jesetery lze klonovat, tedy obnovit genomovou informaci jedince z neinvazivně odebrané somatické buňky. Tyto buňky lze bez problémů dlouhodobě uchovávat zamražené v tekutém dusíku.
Rozhodujícím krokem optimalizace jaderného transferu byla zdánlivá maličkost, množství buněk potažmo jader somatických buněk, které byly injikovány do vajíčka. Se zvyšujícím se počtem buněk se zvyšovalo i přežití klonů.
Tuto schopnost vajíčka akceptovat více jader lze přirovnat ke schopnosti akceptovat více spermií – polyspermii.
Centrum výzkumu jeseterů
Ve Francii a Německu vědci pracují na ochraně a obnově jesetera velkého, který byl mimochodem i původním druhem v České republice. Nyní je tento druh, jako řada dalších, na pokraji vyhynutí. Zahraniční vědci dlouhodobě podněcovali myšlenku aplikace jaderného transferu na jesetery. „Kolegové ve Francii mají již dlouholeté zkušenosti s jaderným transferem u karasa obecného, ale na práci s jesetery nemají zázemí. Naše laboratoř s nimi na toto téma navázala spolupráci a domluvili jsme se, že metodu přeneseme na jesetery. Máme ve Vodňanech unikátní sbírku jedenácti druhů jeseterů a mezi nimi i jesetera malého, kterého jsme si zvolili jako modelový druh,“ uvádí doc. Pšenička. Tato ryba dospívá relativně brzy (4-5 let) a jak jeho druhový název napovídá, tak má relativně nízké nároky na prostor. Na Fakultě rybářství a ochrany vod zvládají výtěr této ryby od ledna až do června, což otevřelo možnosti širokého výzkumu. Díky tomu se tým vědců pod vedením doc. Martina Pšeničky dostal do povědomí řady výborných vývojových biologů z celého světa, kteří s ním nyní navazují spolupráci. Fakulta rybářství a ochrany vod se tak stala jakýmsi celosvětovým centrem výzkumu jeseterů.
doc. Ing. Martin Pšenička, Ph.D. se narodil 17. ledna 1981 v Karlových Varech. Vystudoval Střední rybářskou školu v Třeboni a následně Jihočeskou univerzitu v Českých Budějovicích, obor všeobecné zemědělství se specializací rybářství. Studium prohluboval dále na Univerzitě Hokkaido v Japonsku. Od roku 2010 působí jako akademický pracovník na Fakultě rybářství a ochrany vod na Jihočeské univerzitě v Českých Budějovicích a je zde vedoucím Laboratoře zárodečných buněk. Je hlavním pořadatelem významných mezinárodních konferencí a také hostujícím editorem v časopise Journal of Applied Ichthyology, Fish Physiology and Biochemistry a International Journal of Molecular Sciences.
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.
prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.
Lokalizace CD151 a integrinové podjednotky α6 v myších epididymálních spermiích a jejich interakce
SEAN COUGHLIN
Mgr. Vítězslav Kala, Ph.D., absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy, následně strávil 4 roky na doktorském studiu v USA na Univerzitě Purdue. Poté působil několik let jako postdok v Bonnu a Göttingenu v Německu, než se v roce 2017 vrátil na Matfyz. Ve svém výzkumu se zaměřuje na teorii čísel a související oblasti algebry a rád do něj zapojuje i studenty. Vedle řešení grantů aktuálně působí v GA ČR také jako místopředseda hodnoticího panelu Matematika a informatika.
Rýhování embya jesetera malého
Jeseter malý
doc. Ing. Martin Pšenička, Ph.D. se narodil 17. ledna 1981 v Karlových Varech. Vystudoval Střední rybářskou školu v Třeboni a následně Jihočeskou univerzitu v Českých Budějovicích, obor všeobecné zemědělství se specializací rybářství. Studium prohluboval dále na Univerzitě Hokkaido v Japonsku. Od roku 2010 působí jako akademický pracovník na Fakultě rybářství a ochrany vod na Jihočeské univerzitě v Českých Budějovicích a je zde vedoucím Laboratoře zárodečných buněk. Je hlavním pořadatelem významných mezinárodních konferencí a také hostujícím editorem v časopise Journal of Applied Ichthyology, Fish Physiology and Biochemistry a International Journal of Molecular Sciences.