Jako vynikající byl Grantovou agenturou České republiky ohodnocen výzkum zabývající se zlepšením vlastností jemnozrnné pokročilé keramiky při použití studené plazmy. Pod vedením profesora Karla Maci se na něm podílela skupina odborníků z CEITEC VUT i z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Základní tříletý výzkum objevil zcela nové souvislosti a výzkumníci by proto rádi navázali na dosavadní úspěch dalšími projekty.
Ačkoliv od sebe výzkumná skupina Pokročilé keramické materiály z CEITEC VUT a oddělení Aplikované plazmochemie PřF MU sídlí asi pět kilometrů, odborníci z obou týmů se potkali až před pár lety v Trenčíně. „Seznámili jsme se na schůzce mezinárodního projektu na Slovensku a zjistili jsme, že tým z Masarykovy univerzity umí a aplikuje na plasty novou technologii ovlivňování povrchu látek. Napadlo nás, že bychom mohli vyzkoušet, co to udělá s výslednými vlastnostmi keramického produktu. Udělali jsme pár prvotních experimentů, a protože se zdálo, že to funguje, rozhodli jsme se společně podat projekt,“ popsal začátek hlavní koordinátor projektu Karel Maca z CEITEC VUT.
Konkrétně se jednalo o tříletý projekt pod záštitou Grantové agentury ČR s názvem Fyzikální aktivace povrchu keramických částic jako nástroj pro zlepšení vlastností jemnozrnné pokročilé keramiky řešený v letech 2017-2019. Tým z Aplikované plazmochemie nejprve řešil, jak jemné prášky, které jsou nutné k výrobě pokročilé keramiky, dát do kontaktu s výbojovou plazmou. „Následně jsme pak řešili, jak charakterizovat změny, ke kterým na částicích dochází. Nevěděli jsme totiž, co plazma s jemnými prášky udělá. A standardní techniky jako infračervená spektroskopie se v tomto případě ukázaly jako nevhodné. Jako velmi užitečné se však ukázaly termoluminiscence a termální desorpční spektroskopie,“ popsal docent Jozef Ráheľ z Masarykovy univerzity.
Odborníci z CEITEC VUT následně modifikované částice využívali v kombinaci s klasickými i moderními keramickými technologiemi a zkoumali případné přínosy tohoto zatím nevyzkoušeného postupu. Část výzkumu byla pod vedením doktora Daniela Drdlíka věnována experimentům s elektroforetickou depozicí keramických částic. „Ukázalo se, že díky povrchové úpravě částic dokážeme eliminovat některé nutné složky v používaných suspenzích, které mohou být ze své podstaty nevhodné pro životní prostředí. Zjistili jsme také, že elektroforéza může sloužit jako diagnostický nástroj zkoumání míry ovlivnění částic. Byli jsme schopni díky tomu stanovit, kolik částic bylo plazmou opracováno,“ upřesnil zaměření Daniel Drdlík s tím, že toto zjištění může zpětně vést k úpravě designu technologie plazmování.
Další skupina výzkumníků a studentů pod vedením doktora Václava Pouchlého zkoušela, jak se bude keramika chovat během vysokoteplotního výpalu. „Zjistili jsme, že když upravíme povrch částic, materiál se při vypalování chová jinak. Konkrétně při vypálení na běžnou teplotu dosahoval lepších vlastností. Jinými slovy, abychom dosáhli standardních vlastností keramiky, stačilo nám vypalovat na nižší teploty, což je samozřejmě ekonomicky a energeticky výhodné,“ přiblížil Václav Pouchlý.
Výstupem rozsáhlého projektu, do kterého byla zapojena i řada studentů VUT a Masarykovy univerzity, je mimo jiné i deset publikací. Ty byly odbornou komunitou oceněny zejména pro zcela nová zjištění i postupy. „Nejdůležitější, co celý projekt ukázal, je skutečnost, že i malá změna povrchových vlastností dokáže přinést makroskopický efekt. S tímto poznatkem nyní pracujeme dále,“ uzavřel Karel Maca. Výzkumníci už proto podali žádost o navazující projekt a doufají, že budou své poznatky moci rozvinout ještě více.
Na fotce zleva: doc. Jozef Ráheľ, dr. Václav Pouchlý, prof. Karel Maca, dr. Daniel Drdlík
Jeden z projektů hodnocený Grantovou agenturou České republiky stupněm vynikající je projekt Kinetika ukládání vodíku v nových komplexních hydridech typu (Mg-Ni-M-S)-H.
Projekt vedený Jiřím Čermákem z Ústavu fyziky materiálů AV ČR Brno byl koncipován jako příspěvek prohlubující současný stav poznání ve velmi živé vědecké oblasti s mimořádně velkým společenským a aplikačním potenciálem. Jedná se o nalezení způsobu, jak efektivně, bezpečně a levně ukládat a transportovat energii ve formě potenciální chemické energie vodíku. Vyřešení tohoto problému může zásadním způsobem ovlivnit rozvoj tzv. vodíkové energetiky, která bude šetrná k životnímu prostředí a umožní řadu technických aplikací. Výstupem projektu bylo pět velmi kvalitních publikací v renomovaných mezinárodních časopisech a výsledky byly prezentovány na šesti mezinárodních konferencích.
Proč jste se rozhodli věnovat v projektu právě tomuto tématu?
Byla to především velká společenská výzva. I laická veřejnost vnímá zprávy o sestrojení dopravních prostředků a jiných zařízení na „vodíkový pohon“. Zdůrazňují se přitom především ekologická hlediska: odpadním produktem přeměny energie uložené ve vodíku je totiž jen vodní pára. Nezanedbatelné hledisko je také prakticky nevyčerpatelný zdroj vodíku na Zemi, který se vlastně ve „vodíkovém energetickém cyklu“ stále obnovuje. Co se týká dnešního stavu techniky, ve zmíněných zařízeních je vodík uložen buď v tlakových kontejnerech, nebo v kapalné formě. Žádný z obou způsobů uložení není ani bezpečný, ani levný. Náš projekt se zabýval ukládáním vodíku v pevných látkách – v podobě hydridů. Pro laika je obvykle velkým překvapením, že tímto způsobem lze uložit více vodíku, než zabere stejný objem vodíku zkapalněného. Přitom odpadají rizika a řada nevýhod obou dosavadních způsobů ukládání.
Jak byste laické veřejnosti vysvětlili, co bylo jádrem vašeho výzkumu?
Pokud bychom se přidrželi příkladu aplikace vodíkového pohonu v dopravních prostředcích, tak bychom mohli říci, že projekt podstatně přispěl k řešení problému bezpečné a efektivní nádrže na palivo.
Můžete nám více přiblížit, co přesně jste v projektu zkoumali?
Hledali jsme nové materiály, které dokážou pojmout co nejvíce vodíku, a pak jej také snadno uvolnit. To znamená, že jejich pracovní tlak a teplota jsou co nejblíže požadavkům technické praxe. Je známo, že jedním z prvků, které pojmou hodně vodíku je hořčík. Proto jsme se soustředili na komplexní hydridy, jejichž hlavní složkou je právě tento prvek. Zkoumali jsme vhodné způsoby přípravy úložného média a vliv katalýzy vybranými přísadami na sorpční proces. Testovali jsme postupně vliv řady přísad a různých struktur média.
Jak projekt zapadá do vaší profesní koncepce?
Projekt není výsledkem našeho krátkodobého zájmu o tuto problematiku. Ukládáním vodíku v pevných látkách se náš malý tým systematicky zabývá již velmi dlouho. V letech 2007 a 2009 jsme získali podporu GAČR (projekt 106/07/0010 – Difúze vodíku v Mg-Ni slitinách modifikovaných vybranými prvky potlačujícími stabilitu hydridů a projekt 106/09/0814 – Kinetika desorpce vodíku v intermetaliku Mg2Ni-H modifikovaném vybranými intersticiálními elementy). V r. 2009 nám byla udělena Cena AV ČR za kolekci prací nazvanou „Hydrogen storage“ a v r. 2011 jsme dosáhli patentového krytí jedné naší úspěšné slitiny. Výrazným rysem našich profesních aktivit je tedy kontinuita. Ze zkušeností jsme čerpali i při řešení tohoto projektu. Za zmínku také stojí fakt, že jeden z publikačních výstupů projektu byl vyhodnocen mezinárodní výběrovou komisí AIE (Advances In Engineering – viz web „https://advances ENG.com“) jako „článek klíčového významu řadící se k excelentním výsledkům vědy“. Komentář k článku i celý text byl vystaven v sérii AIG, což je prestižní a velmi viditelné místo jak pro akademickou, tak i pro technickou odbornou veřejnost.
Co bylo při řešení v projektu nejnáročnější?
Nejobtížnějším na tomto projektu, ale na celé této problematice je obecně její vázaný mnohaparametrový charakter. Technických požadavků na vlastnosti sorpčního média je celá řada. Významnou je rovněž přijatelná materiálová a výrobní cena. Stručně vyjádřeno, hlavní obtíž spočívá v tom, že zlepšení jednoho z parametrů je dosaženo za cenu zhoršení jiného, nebo hned několika dalších. Například dosažení termodynamicky snadnějšího uvolnění uloženého vodíku je většinou spojeno s nežádoucí redukcí sorpční kapacity. Velkým úspěchem je proto nalezení současného zlepšení alespoň dvou charakteristik sorpčního média.
Bude možné získané poznatky využít v praxi?
Ano. Jde o základní materiálový výzkum, ale v tomto případě silně orientovaný na aplikační požadavky. Je však správné na tomto místě poznamenat, že reálné využití výsledků projektu v praxi je podmíněno zvládnutím dalších článků energetického řetězce (zvýšení účinnosti palivových článků, nalezení ekologicky přijatelné výroby samotného vodíku aj.). To je však mimo rámec tohoto projektu.
Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány?
Hledáme další vhodné slitiny a dosud nevyužité způsoby katalýzy sorpce vodíku. V nejbližší době se chceme zaměřit na sorpční vlastnosti některých vybraných HEA slitin (High Entropy Alloys – mnohakomponentní materiály, vyvinuté původně pro jiné účely, ale s předpokladem perspektivních sorpčních vlastností).
Mohl byste krátce popsat váš řešitelský tým a zázemí?
Jsme malý, ale efektivně fungující čtyřčlenný výzkumný tým. Vedení je věcí RNDr. Jiřího Čermáka, ale na vlastní výzkumné činnosti se podílí všichni členové. Ing. L. Král, PhD. je vynikající expert v oblasti elektronové mikroskopie, doménou Ing. P. Roupcové, PhD. jsou studie metodou XRD. Ing. T. Káňa, PhD. prováděl výpočty ab initio. Všichni členové týmu jsou kmenoví zaměstnanci ÚFM AV ČR Brno, ale kromě vlastní laboratoře využíváme i přístupu na experimentální zařízení CEITEC VUT Brno. Velmi si ceníme účinné podpory Grantové Agentury České republiky. Zvláštní zmínku rádi věnujeme podpoře našeho pracoviště, které vytváří dobré podmínky pro řešení kvalitních projektů základního výzkumu.
Na fotografii zleva: L. Král, T. Káňa, J. Čermák, P. Roupcová
Autor textu: Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i.
Spintronika je rychle se rozvíjející moderní obor materiálového výzkumu, mikroelektroniky a fyziky pevných látek s velkým vědeckým i aplikačním významem. Hraje klíčovou roli v oblasti magnetických pamětí a senzorů. Na prohloubení našich znalostí v této oblasti pracoval v rámci projektu Grantové agentury České republiky „Centrum spintroniky“ v letech 2014–2018 tým více než 20 vědců a studentů pod vedenímprofesora Tomáše Jungwirtha z Fyzikálního ústavu Akademie ČR. Projekt byl velmi úspěšný. Bylo vytvořeno přes 85 publikací uveřejněných v zahraničních vědeckých časopisech s vysokým IF. Deset článků s výsledky projektu mezi lety 2014-2018 je dnes na Web of Science označeno jako „Highly Cited Paper“, tedy do 1 % nejcitovanějších v oboru. V projektu byly získány významnévýsledky v oblasti relativistických spintronických jevů, které byly využity pro vytvoření nového konceptu paměťových součástek založených na antiferomagnetických materiálech.
Pane profesore, můžete na úvod více vysvětlit termín „spintronika“?
Na rozdíl od běžné polovodičové mikroelektroniky, založené na náboji elektronu, využívá spintronika také spin elektronu. Z hlediska praktického využití můžeme najít základy oboru už na konci devatenáctého století, kdy vedle gramofonu byl vynalezen i zvukový záznam na magnetický drát, později pásek nebo disk. Spiny elektronu měly na svědomí ale pouze magnetismus na záznamovém médiu, zatímco k zápisu a čtení zvuku a později dat se používaly elektromagnety (cívky) využívající zase jen proudy nábojů elektronů.
O aplikované spintronice tak většinou hovoříme až v případě, kdy spin elektronu hraje klíčovou roli také při čtení nebo i zápisu informace v paměťovém zařízení. Spintronické součástky pro čtení bývají nazývany magneto-odpory, protože stejně jako záznamové medium jsou konstruovány z magnetických materiálů. První magneto-odpor popsal už lord Kelvin v polovině 19. století, ale cívku pro čtení informace na pevných discích nahradil až v devadesátých letech 20. století.
Tato historická varianta ale byla na přelomu tisíciletí nahrazena nově objeveným tzv. gigantickým magneto-odporem a v té době se taká ujal termín spintronika. Díky gigantickému magneto-odporu, za který byla v roce 2007 udělena Nobelova cena, hrají dodnes pevné disky klíčovou úlohu pro ukládání informací a bez nich by nebyl představitelný exponenciální nárůst množství dat, které dnes máme přes internet k dispozici. I díky spintronice tak dnes nazýváme data díky jejich ekonomickému významu ropou 21. století.
Aplikovaná spintronika ovšem nekončí u pevných disků. Dnes existují i komerční magnetické operační paměti, které kombinují možnost trvalého uložení informace jako u polovodičových „flash“ pamětí s rychlostí polovodičových operačních pamětí. Otevírají se tak nové možnosti integrace a energetické úspornosti v mikrosoučástkách. To jsou zvlášť důležité parametry pro rodící se svět internetu věcí a pro zpracování obrovského množství dat např. pomocí nástrojů umělé inteligence.
Z hlediska základní fyziky bylo pochopení elektronového spinu jedním z prvních významných úspěchů kvantové relativistické fyziky, která se zrodila ve dvacátých a třicátých letech 20. století. Po sto letech ale stále zůstává mnoho otevřených otázek okolo kolektivního chování spinů v krystalech, které způsobuje magnetické chování látek. Stále také přicházíme na nové jevy, které se týkají vzájemného ovlivňování spinu a magnetismu na jedné straně a elektrických proudů nebo optických pulzů na straně druhé. Některé z objevů posledních desetiletí si už hledají cesty ve vývoji nových typů magnetických pamětí, jiné otvírají budoucí možnosti např. v zápise informace ultra-rychlými optickými záblesky nebo ve vývoji součástek pro umělé neuronové sítě.
prof. Tomáš Jungwirth, Ph.D.
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Původní projekt navazoval na dřívější práce našeho týmu, kdy jsme spoluobjevili tzv. spinový Hallův jev. Kvantová relativistická fyzika v něm dává možnost během elektrického proudového pulzu dočasně zmagnetovat libovolný vodič, tedy i takový, který je vyrobený z nemagnetického materiálu. Později se ukázalo, že když je takový spinový Hallův vodič v kontaktu s magnetickým médiem, tak do něj dokáže elektricky zapsat data. Dnes je tento jev podstatou komerčního vývoje nového typu magnetických operačních pamětí s vysoce efektivním způsobem elektrického zápisu. Kromě této oblasti jsme v projektu zkoumali, jak obdobné principy zápisu rozšířit z elektrických pulzů do ultra-krátkých optických záblesků. A nakonec jsme i začali zkoumat, jak obdobné fyzikální jevy využít ke konstrukci magnetických pamětí založených místo feromagnetů na tzv. antiferomagnetech.
Ty se vyskytují mnohem častěji než feromagnety, ale zůstávaly téměř neprobádané a bez praktického využití. Sousední atomy v krystalu totiž mají své magnety orientované opačným směrem (odtud název antiferomagnet), takže navenek se takovéto magnetické uspořádání obtížně detekuje a ovládá. My jsme ukázali, že s pomocí kvantové relativistické fyziky to jde nakonec docela snadno, takže jsme mohli zkonstruovat i demonstrační prototyp antiferomagnetické paměti ovládané z počítače přes běžné USB rozhraní. Jednou z výhod takové paměti je odolnost vůči i velmi silným rušivým magnetickým polím. Další je pak o mnoho řádů vyšší rychlost zápisu a vlastnosti, které se blíží více neuronům v mozku než klasickým digitálním počítačovým součástkám. Tady už ale předbíhám do výsledků navazujícího projektu GAČR-EXPRO, který řešíme od roku 2019.
Laboratoř materiálů
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Výzkum probíhal, a i dále probíhá, ve společné Laboratoři opto-spintroniky Fyzikálního ústavu Akademie věd a Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy s více než dvaceti vědci a studenty a také techniky, kteří pomáhají udržovat v chodu komplikovaná laboratorní vybavení. Ta zahrnují metody od přípravy samotných magnetických materiálů po jednotlivých atomových vrstvách a výroby součástek nanometrových rozměrů až po optické experimenty na časových škálách femtosekund. Důležitou součástí našeho týmu je i teoretická skupina pro výpočty materiálových vlastností a fyzikálních jevů z prvních principů a pro modelování spintronických součástek. Přestože tak „doma“ umíme realizovat celý řetězec prací od teoretické předpovědi až po realizaci experimentální součástky, tak velmi intenzivně spolupracujeme s dalšími skupinami v Česku i v zahraničí. Tyto spolupráce podporují mimo jiné evropské granty (např. dva granty Evropské výzkumné rady) nebo soukromé subjekty jako firma Hitachi nebo Nadační fond Neuron.
Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?
Například oblast výzkumu antiferomagnetických pamětí byla v původním projektu jen okrajová. Výsledky nicméně vysoce předčily naše původní očekávání a obor se dnes již ve světě etabloval jako samostatná rychle se rozvíjející disciplína. To dokládá například pozvání přednést v roce 2018 plenární přednášky na třech nejvýznamnějších mezinárodních kongresech o magnetizmu v Asii, USA a Evropě a pozvání koordinovat přípravu speciálního vydání časopisu Nature Physics v roce 2018 k tématu antiferomagnetické spintroniky za účasti 24 předních světových pracovišť.
Laboratoř optiky
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
Jak jsem zmínil výše spinový Hallův jev, který jsme také v projektu dále studovali, je dnes již ve stádiu komerčního vývoje magnetických pamětí. Naše původní pozorování jevu je ale práce stará již více než patnáct let. Výzkum antiferomagnetické spintroniky je obor, který se teprve rodí, takže je obtížné odhadnout v jakém časovém rámci bychom se mohli dočkat prvních aplikací. Již dnes je ale součástí našeho týmu skupina inženýrů, kteří připravují testovací obvody pro případné budoucí aplikace. Ty by se ale již musely vyvíjet v mikroelektronických firmách, mezi kterými je např. Hitachi naším dlouhodobým partnerem jak ve výzkumu, tak i ve společné ochraně intelektuálního vlastnictví.
Budete zjištěné informace dále rozvíjet?
Výše už jsem naznačil pokračování našeho výzkumu se zaměřením na antiferomagnety v rámci projektu GAČR-EXPRO 2019-2023. Mezinárodní spolupráci v této oblasti pak rozvíjíme za podpory evropského grantu Horizon 2020 Future and Emerging Technologies, který koordinujeme a na kterém se účastní tři ústavy Maxe Plancka z Německa a dále univerzity z Německa a Velké Británie.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
V krátké době nám vyjde článek v Nature Elektronics, kde ukazujeme zápis pomocí nového fyzikálního principu do antiferomagnetické součástky pomocí elektrických pulzů od mikrosekund po nanosekundy a také pomocí ultrakrátkého pulzu generovaného femtosekundovým laserem. Součástka má také zajímavé chování v závislosti na počtu, pořadí a časovém odstupu mezi zapisovacími pulzy, čímž připomíná vlastnosti neuronových sítí spíše než klasických digitálních součástek.
Petr Němec, Vít Novák, Tomáš Jungwirth
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
V poslední době jsem nezaznamenal výpadky systému a obecně mi dnes podávání grantové přihlášky a grantových zpráv připadá obdobné, jako ve standardních zahraničních agenturách.
Poznámka: Na úvodním obrázku vidíte členy týmu Laboratoře materiálů.
Biologické centrum Akademie věd v Českých Budějovicích zaznamenalo celosvětový úspěch. Parazitologové otestovali vakcínu, která vykazuje 100% účinnost vůči všem druhům bakterií rodu Borrelia. K tomu významně přispěly také dva projekty základního výzkumu podpořené Grantovou agenturou ČR. S parazitologem Radkem Šímou jsme se bavili nejen o vývoji a budoucnosti této vakcíny, ale také o promořenosti klíšťat v ČR a jeho práci během pandemie koronaviru. Pracoviště se totiž během jediného víkendu podařilo proměnit v laboratoř testující vzorky na přítomnost COVID-19.
Jak dlouho se lidstvo snaží vyvinout vakcínu proti borelióze? Toto infekční onemocnění přenášené klíšťaty, pokud zůstává neléčeno antibiotiky, postihuje nervovou soustavu, srdce či klouby.
Bakterie rodu Borrelia, které způsobují onemocnění borelióza, byly poprvé popsány počátkem 80. let minulého století v USA. Od té doby směřujeme k tomu, abychom pochopili, jak se borelie přenáší z klíštěte do hostitele. Ten přenos se samozřejmě snažíme zastavit. Jedna vakcína proti borelióze se na trhu již objevila, a to v roce 1998 v USA. Bohužel měla řadu negativních vedlejších účinků a celkově nebyla příliš úspěšná. Po čtyřech letech byla stažena.
Promořenost klíšťat boréliemi je u nás kolem 20 %. Výskyt klíšťat se nějak zásadně nezvyšuje, migrují ale také do vyšších nadmořských poloh.
Aktuálně jsme otestovali vakcínu, která navazuje na dřívější očkovací látku. Působí na všechny druhy borelií. Těch je k dnešnímu dni známých 23. Imunitní systém pozitivně ovlivněný novou vakcínou dokáže velmi rychle a spolehlivě rozpoznat borelie vstupující z klíštěte do hostitele. Specifické protilátky se totiž navážou na povrch borelií a imunitní systém je následně zničí. Nová vakcína byla navíc navržena tak, aby negativní vedlejší účinky byly minimalizovány.
Pro vývoj vakcín je zcela zásadní základní výzkum a v tomto případě také detailní pochopení přenosu borelií z klíštěte do hostitele. V jednom z realizovaných projektů GA ČR jste také zkoumal rozdíly mezi klíšťaty pohybujícími se v Evropě a USA.
Ano. Interakce mezi boreliemi a klíšťaty studuji asi 9 let. V rámci základního výzkumu jsem realizoval dva projekty GA ČR řešící tuto problematiku. Výzkumný projekt, který skončil v roce 2019, byl zaměřen na detailní popis přenosu borelií prostřednictvím evropského druhu klíštěte Ixodes ricinus do svých hostitelů. Zjistili jsme, že způsob přenosu a chování borelií v evropských klíšťatech se liší oproti doposud všeobecně uznávanému modelu platnému pro americká klíšťata. To bylo naprosto zásadní pro další výzkum a výsledky. Díky našim poznatkům můžeme lépe vybírat cíle, proti kterým máme směřovat vakcinační strategie. Naše zjištění jsme shrnuli v obsáhlé publikaci. Tu odborná veřejnost velmi dobře přijala.
Základní výzkum a projekty Grantové agentury ČR zcela zásadně přispěly k aktuálním výsledkům při testování 100% úspěšné vakcíny proti Lymeské borelióze.
O nebezpečnosti klíšťat a onemocněních, která přenášejí, slýcháme poměrně často. Je v posledních letech jejich výskyt větší? A jaká je vlastně promořenost klíšťat boréliemi?
Klíšťata jsou poměrně vděčné mediální téma. Dramatický nárůst určitě nepozorujeme. Zajímavé je, že se šíří do nových oblastí, třeba vyšších nadmořských výšek. To ale souvisí s měnícími se klimatologickými podmínkami.
Každé páté klíště v ČR v sobě nese borelie, promořenost klíšťat v ČR je tedy nějakých 20 %. Po celé republice je i přes drobné výkyvy v řádu procent v tomto ohledu situace obdobná.
Pokud chceme co možná nejvíce eliminovat riziko přenosu infekčních onemocnění přenášených klíšťaty, musíme klíště co nejrychleji najít a vyndat jej. Jakýmkoli způsobem. Tím se riziko opravdu minimalizuje.
Borrelie
Na testování vakcíny spolupracujete s americkou pobočkou farmaceutické společnosti Sanofi, která vakcínu vyvinula. Kdy se můžeme těšit na to, že bude vakcína volně dostupná?
Vakcína byla doposud otestována na myších. Pro to, aby se dostala na trh, bude třeba provést důkladné klinické testování na lidech, dobrovolnících. Zde bude zásadní rozhodnutí farmaceutické firmy, zda další vývoj finančně podpoří. Když bychom uvažovali o testování ve zrychleném režimu, vakcína by mohla být na trhu třeba do pěti let.
Jaké jsou Vaše plány do budoucna, kam směřujete svůj další výzkum?
Rádi bychom navázali na předchozí projekty, díky nimž se nám podařilo zpochybnit některá dlouholetá dogmata týkající se přenosu borelií. Následující výzkum a případný projekt podpořený GA ČR by byl logickým pokračováním projektů předchozích. Chtěli bychom se detailně zaměřit na další aspekty přenosu, popsat je a pokusit se najít slabá místa interakce mezi borelií a klíštětem. Na ta pak můžeme ještě lépe cílit již zmíněnými vakcinačními strategiemi.
Laboratoře základního výzkumu jsme přes víkend s kolegy zvládli přetvořit v diagnostické pracoviště pro testování vzorků na přítomnost COVID-19.
Jak se přizpůsobilo Vaše pracoviště pandemii koronaviru? Ovlivnil nouzový režim výzkum?
Patřili jsme mezi ta pracoviště, která se aktivně zapojila do diagnostiky COVID-19 a přizpůsobila se okamžitě aktuálním potřebám. Od konce března aktivně diagnostiku provádíme, což samozřejmě ovlivnilo naši běžnou práci i výzkum. V poslední době ale najíždíme do normálního režimu. Měl jsem velkou radost z toho, že jsme v podstatě během víkendu dokázali přestavět vědeckou laboratoř na diagnostickou. Tímto děkuji všem kolegům, kteří neváhali a do diagnostické činnosti se bez váhání zapojili.
RNDr. Radek Šíma, Ph.D. vystudoval molekulární biologii a genetiku na Biologické fakultě Jihočeské univerzity a molekulární patologii na Lékařské fakultě Univerzity Karlovy. Na Parazitologickém ústavu Biologického centra AVČR se zabývá studiem klíšťat, zejména ve vztahu k přenášeným patogenům. Vyvíjí laboratorní modely nejčastějších klíšťaty přenášených onemocnění, které jsou následně využívány k testování klíštěcích molekul zahrnutých v přenosu a přežití patogenů. Podílí se na řešení mezinárodních projektů, jejichž cílem je vývoj vakcín proti klíšťatům a jimi přenášeným onemocněním.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) podporuje základní vědecký výzkum v ČR prostřednictvím peněžitých grantů. Vědecké a výzkumné projekty jsou vybírány na základě každoročně vyhlašované veřejné soutěže. Dále GA ČR financuje bilaterální projekty a projekty v evropských mezinárodních programech.
„Měli bychom udržet a rozvíjet úroveň zdravotnictví s aplikovaným i základním výzkumem, a zabezpečit zásoby profylaktických a depistážních prostředků. A měli bychom mít legislativu, která by reagovala flexibilně na společenské důsledky případných příštích epidemií,“ říká imunolog a virolog prof. RNDr. Ivan Hirsch, CSc., z biotechnologického a biomedicínského centra Biocev Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.
V Česku skončila většina koronavirových opatření, život se pomalu vrací do normálu. Celkový počet nakažených nemocí covid-19 přesáhlo v ČR hranici osmi tisíc lidí, zemřelo něco málo přes 300 lidí. Dá se v tuto chvíli říci, že Česko dobře zvládlo epidemii koronaviru SARS- C0V-2?
Ve srovnání s jinými zeměmi zvládlo Česko zdravotní stránku epidemie SARS-CoV-2 dobře. Zemřelo skutečně relativně málo osob a prověřila se robustnost zdravotního systému, který se nepřiblížil ke kolapsu nastavšímu v jiných zemích. Na vyhodnocení dlouhodobějších zdravotních, sociálních a ekonomických důsledků je třeba počkat. Dívám se na epidemii jako na krizový moment, na který většina zemí nebyla připravena. Flagrantní je celosvětově nízký stupeň předzásobenosti ochrannými prostředky a součástmi diagnostických souprav použitelných k detekci různých infekčních chorob.
Média se snažila v průběhu pandemie najít nějakou senzaci. Například se spekulovalo o tom, že Čechy před koronavirem zachránily genetické predispozice. Jaký je váš názor na to, že by měli mít Češi jakousi „genetickou odolnost“?
Rozdíly mezi průběhem epidemie v různých zemích jsou multifaktoriální. Rozdíly lze vysvětlovat různými příčínami. Mezi evidentní rozdíly je možné zařadit včasnou karanténu a disciplinovanost populace, spojenou se sociálním „distancováním“, včetně nošením roušek. Běžné společenské chování české populace je též méně vřelé a kontaktní než u Jihoevropanů. Genetické predispozice nelze vyloučit, a probíhající asociační studie nám poskytnou materál ke studiu. Hypoteticky by mohlo jít na příklad o vliv polymorfismu receptorového proteinu ACE2. Vzhledem k promíšenosti populace žijící na území ČR mi nepřipadá pravděpodobné, že by mohlo jít o významný faktor široce pojaté české „genetické odolnosti“.
Přeci jen vědce genetika v souvislosti s koronavirem zajímá. V Evropě se rozjel projekt sekvencování genomu u osob, které měly závažný průběh onemocnění covid-19 v mladším věku. Co je jeho cílem, jaké výsledky může projekt přinést?
Genetické studie asociace polymorbidit probíhají celosvětově delší dobu, bez ohledu na koronavirovou epidemii. Asociace genetických determinant svázaných se závažným průběhem onemocnění covid-19 v mladším věku je mnohem užší kriterium než genetická odolnost/citlivost celé české populace. Myslím, že tyto studie mohou být mnohem více přínosné. Mohou mít význam jak pro diagnostiku, tak pro terapii onemocnění.
Různé populace mají různé varianty v genu kódujícím protein ACE2. Virus SARS-CoV-2 jej využívá jako „kotvu“ ke vstupu do buňky, především v plicních sklípcích. Může právě tento protein hrát roli při vývoji vakcíny proti novému typu koronaviru?
Téměř všechny vakcíny vyvíjené proti infekci SARS-CoV-2 jsou založeny na zabránění vazby povrchového S antigenu viru s receptorem ACE2. Předpokládaná tvorba neutralizačních protilátek je přitom nasměrována proti povrchovému S antigenu viru, ne proti receptoru ACE2. Struktura ACE2 v tom však určitě hraje roli. Paralelou může být polymorfizmus koreceptoru CCR5 při rozvoji infekce a léčby HIV-1.
Vývoj nové vakcíny stojí stamiliony. Přitom SARS-CoV-2 se už nyní objevuje ve více mutacích. Je vůbec možné vyvinout vakcínu, která si poradí i s mutacemi koronaviru a „vyplatí“ se dávat do vývoje takové peníze?
Vývoj vakcín je vždy riskantní podnik. Profylatkický úspěch není nikdy zaručen, ale v historii moderní medicíny jde o zdaleka nejúčinnější přístup ke kontrole infekčních nemocí. Přes rozsáhlé znalosti, prakticky neomezené finanční zdroje a kumulaci špičkových odborníků nemáme po 40 letech vakcínu proti viru HIV. Vzhledem k nízké znalosti biologie a imunologie infekce SARS-CoV-2 je risk dvojnásobný. Na základě analogií máme však důvody k umírněnému optimizmu. Všechny viry mutují. Viry s RNA genomem obzvláště, a přesto proti nim máme velmi účinné vakcíny (spalničky, příušnice). Funkce některých virových proteinů dává malý evoluční prostor pro uplatnění mutací, které jsou selekčním tlakem eliminovány. Koronavirus nemutuje více než virus chřipky, proti které vakcínu máme.
Bylo podle vás správné rozhodnutí vlády, že se vývojem vakcíny proti koronaviru SARS-CoV-2 mají zabývat i české laboratoře? Mají šanci na úspěch?
Spolupracovat na vývoji vakcíny by české laboratoře měly. Vývoj vakcíny je špičkový vědecko-technologický počin, kterého se musí zúčastnit odborníci mnoha profesí. Česká věda by mohla výrazně přispět například vývojem diagnostik, bez kterých nelze vakcínu ani vyvíjet, ani aplikovat, ani testovat její účinnost. Některé české laboratoře v tom podnikají první kroky. Nemyslím, že by však bylo účelné vyvíjet lokální českou národní vakcínu bez zapojení do větších nadnárodních celků. V rámci veřejného sektoru by bylo nutné investovat do vývoje nutných technologií miliardové částky a neúměrné množství času.
Máme několik měsíců od vypuknutí pandemie, ale podle epidemiologů a virologů se toho stále o novém typu koronaviru ví málo. Čím koronavirus SARS- C0V-2 překvapil vás osobně?
1) Vysokým množstvím bezpříznakových nosičů, z nichž někteří nevyvinou onemocnění nikdy a někteří až po několika dnech, během kterých jsou infekční. Tím se liší od MERS a SARS-2002-3. SARS-CoV-2 je celkově méně patogenní, ale o to více „zákeřný“. 2) S tím souvisí jeho překvapivě vysoká patogennost pro polymorbidní, většinou seniorskou populaci.
Není přeci jen panika kolem koronaviru trochu přehnaná? Například přední český onkolog, profesor Žaloudík, říká, že covid-19 má obří reklamu a upozorňuje, že zatímco v Česku zemřelo s příznaky této nemoci tři stovky lidí, na rakovinu to bylo za stejné období necelých 7 000 lidí. Co si o tom myslíte?
Odpověď souvisí s naším pohledem na minulost a možností předvídat budoucnost. Epidemiologii různých rakovin máme letitě zmapovanou a můžeme docela dobře předvídat, že se v průběhu několika následujících měsíců dramaticky nezmění. U rakovin jde o dlouhodobá chronická onemocnění, u COVID-12 o akutní onemocnění probíhající několik dní až týdnů. U nového viru se dalo předpokládat málo, a mnohé z toho, se ukázalo v průběhu dvou měsíců za nepodložené. Nevyšlo srovnání se SARS-2002-3 ani s MERS. SARS-CoV-2 vykazuje sice menší smrtnost, ale infikovaní jedinci se hůře identifikují a separují od zdravých. Na počátku epidemie nebylo jasné, jak účinná budou karanténní opatření. Rozvoj onemocnění osob infikovaných SARS-CoV-2 vedl v některých zemích ke kolapsu zdravotního systému svou dynamikou nesrovnatelnou s nádorovými onemocněními.
Epidemiologové už nyní upozorňují, že vlna pandemie, kterou jsme nyní prošli, je jen takové „první cvičení“, že přijdou další vlny a pravděpodobně už letos na podzim. Očekáváte také, že se pandemie na podzim vrátí?
To skutečně nevím. Z analogií s jinými repiračními onemocněními existují argumenty pro i proti.
Nemoc covid-19 zabila statisíce lidí po celém světě a zavlekla svět do ekonomické krize. Přesto, může přinést i něco pozitivního – v myšlení a chování lidí, náhledu na životní styl, životní prostředí apod.?
Vedle odpovědi, kterou jste zabudoval do Vaší otázky, a která vzhledem ke společenské paměti lidstva může být krátkodobá, by měla být vybudována „paměť“ dlouhodobá: Měli bychom udržet a rozvíjet úroveň zdravotnictví s aplikovaným i základním výzkumem, a zabezpečit zásoby profylaktických a depistážních prostředků. A měli bychom mít legislativu, která by reagovala flexibilně na společenské důsledky případných příštích epidemií.
Prof. RNDr. Ivan Hirsch, CSc., vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy. Pětadvacet let byl ředitelem ve výzkumném pracovišti Insermu ve Francii. Spolupracoval na řadě výzkumných projektů v Ústavu molekulární genetiky AV ČR a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Jeho specializací jsou mechanismy chronické a latentní infekce viry HIV a hepatitidy B a C.
Vědecké týmy po celém světě pracují na vývoji vakcíny proti koronaviru SARS- C0V-2 a podle posledních informací již probíhají první testování. „Testování vedlejších účinků vyvíjených vakcín bude pravděpodobně nepříjemně dlouho trvat. Dokonce se zdá, že po razantním potlačení pandemie nebude k dispozici dostatečně velká populace pro provedení takových studií,“ říká v rozhovoru prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc. z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd České republiky.
V Česku skončil nouzový stav, vláda uvolnila většinu koronavirových opatření, život se pomalu vrací do normálu. Jak podle vás zvládlo Česko epidemii koronaviru SARS- C0V-2? Odvedli epidemiologové a vláda podle vás dobrou práci?
Myslím, že musí být každému zřejmé, že Česko zvládlo epidemii ve srovnání s většinou vyspělých zemí výborně. Podle mě je nejobjektivnějším ukazatelem úspěšnosti počet úmrtí na milion obyvatel. U nás je toto smutné číslo 30, v Německu 100, ve Švédsku 410, ve Francii 440, v Itálii a Velké Británii 550, v USA 300 (ve státě New York 1500). Podobně dobře jako my je na tom např. Izrael (31), Řecko (15), Norsko (43) či Slovensko (5). Epidemiologové a vláda odvedli skvělou práci. Měli jsme skutečně štěstí, že vláda poslechla varování epidemiologů, že se blíží katastrofa, a zavedla včas razantní opatření (kdyby je zavedla o týden dříve, mohlo to být ještě lepší).
Úplně jinak než u nás tomu bylo např. ve Velké Británii. Tam premiér dostal od svých dvou vědeckých poradců (Sir Patrick Vallance a Chris Whitty) doporučení, že by měla být přijata strategie „řízeného promořování“ populace s cílem dosáhnout „skupinové imunity“. Na základě toho se britská vláda nejprve rozhodla, že se nebudou přijímat žádná přísná opatření, která by narušila normální život občanů. Teprve když začalo být zřejmé, že se rozbíhá skutečná katastrofa, přistoupila o 10 dní později k opatřením ještě přísnějším, než u nás – úplný zákaz vycházení, a to (až na výjimky) i do zaměstnání. To už ale bylo pozdě. Nechápu, jak to, že lidé zodpovědní za následující nechtěný masakr zřejmě více než 50 tisíc lidí, nejsou v Británii voláni k zodpovědnosti. Je ovšem dobře, že britská vláda za tu „záchrannou brzdu“ přece jen zatáhla – kdyby neohroženě pokračovali v budování „skupinové imunity“, mohlo být obětí ještě desetkrát víc (zdá se mi ovšem, že někteří ekonomičtí pragmatici by i takový výsledek uvítali jako příspěvek k jakési penzijní reformě). Díky bohu, že podobní „odborníci“ neradili naší vládě, resp. že ta je neposlechla.
Není přeci jen panika kolem koronaviru trochu přehnaná? Například přední český onkolog, profesor Žaloudík, říká, že covid-19 má jen obří reklamu a upozorňuje, že zatímco v Česku zemřelo s příznaky této nemoci tři stovky lidí, na rakovinu to bylo za stejné období necelých 7000 lidí. Co si o tom myslíte? Žádnou paniku nevidím. Lidé přijali ta karanténní opatření velmi klidně a zodpovědně. Někteří kritizují, že tomu politici i média věnovali až příliš pozornosti. Já si ale myslím, že to bylo správné, protože bylo potřeba, aby si lidé uvědomili, že je to vážná věc, která se nesmí nějak „ošvejkovat“. Výroky lidí jako profesor Žaloudík nechápu – ten nízký počet úmrtí byl přece právě proto, že byla uplatněna ta přísná opatření. Kdyby tomu tak nebylo, přesahoval by počet úmrtí na covid-19 počet na všechny diagnózy dohromady (viz situace v New Yorku nebo italském Bergamu). Jak to, že tenhle elementární fakt nechápou ani někteří univerzitní profesoři? Jsem ale rád, že i velká většina opozičních politiků vládu za její kroky pochválila a kritizovala jen některé dílčí chyby provedení.
Máme několik měsíců od vypuknutí pandemie, ale podle epidemiologů a virologů se toho stále o novém typu koronaviru ví málo. Čím koronavirus SARS- C0V-2 překvapil vás? Já myslím, že se o žádném velkém překvapení nedá mluvit. To, že hrozí nějaká velká epidemie nového koronaviru nebo těžké chřipky, se dávno vědělo – byla jen otázka, kdy se tak stane. Buďme rádi, že to nebylo horší. Klidně se mohl objevit virus s ještě desetkrát vyšší smrtností.
Tento virus má RNA genom. Je to výhoda, anebo výhoda z hlediska jeho šíření? V čem především spočívá jeho nebezpečí? V principu by asi neměl být z hlediska šíření rozdíl mezi viry s genomem RNA nebo DNA. Většina nebezpečných epidemických virů je ale typu RNA. Asi to tedy nějaký význam má. Tento koronavirus je – na rozdíl od čtyř běžných „hodných“ koronavirů vyvolávajících onemocnění, kterým říkáme „rýma“ nebo „nachlazení“- záludný v několika ohledech: napadá dolní cesty dýchací, což může způsobovat těžké zápaly plic, pacienti jsou infekční i v inkubační době před objevením se příznaků, mnoho případů je zcela bezpříznakových, a přitom takoví jedinci mohou nakazit své okolí.
V tuzemských i zahraničních médiích se stále objevují spekulace o tom, zda nemohl tento nový typ koronaviru uniknout z čínské laboratoře. Jaký je váš názor?
Teoreticky se to samozřejmě vyloučit nedá, ale právě tak se teoreticky nedá vyloučit jiná konspirační teorie, se kterou přišli někteří Číňané, že totiž ten virus pochází z americké laboratoře a do Wu-chanu byl zavlečen americkými armádními sportovci na tamních podzimních mezinárodních závodech. Existuje i spiklenecká teorie, že čínští komunisté virus záměrně vypustili, aby tak poškodili Západ a aby to zakamuflovali, nechali nejprve epidemii proběhnout ve Wu-chanu, jak se domnívá např. jeden můj dávný vědecký známý, Američan českého původu. O tom, že by tento virus pocházel z nějaké laboratoře, neexistují žádné, skutečně žádné důkazy (nenechme se zmýlit opačnými falešnými tvrzeními). Všechny tyto domněnky je proto potřeba považovat za to, čemu se říká „fake news“. Před několika dny zveřejnili představitelé moderního a světovými vědci respektovaného wu-chanského virologického ústavu zprávu, že se tam studovaly tři koronaviry pocházející z netopýrů, ale žádný z nich nebyl blízce příbuzný s tím „naším“ SARS-CoV-2. Skutečnost je taková, že neznáme žádné detaily o tom, jak, v jaké podobě a kdy tento virus přeskočil z nějakého zvířecího hostitele (pravděpodobně nějakého druhu netopýra) na člověka. Je docela pravděpodobné, že k tomu prvnímu přenosu došlo už před delší dobou (nikoli v listopadu na wu-chanské tržnici) a virus se nejprve mutačními procesy přizpůsoboval novému hostitelskému druhu. V tom Wu-chanu pravděpodobně tenhle „optimalizovaný“ virus jen našel vhodné prostředí k šíření. Ale i toto je jen spekulace.
Epidemiologové už nyní upozorňují, že vlna pandemie, kterou jsme nyní prošli, je jen takové „první cvičení“, že přijdou další vlny a pravděpodobně už letos na podzim. Očekáváte také, že se pandemie na podzim vrátí? Pokud se dosavadní úspěšný boj s virem dovede do konce, takže třeba v létě nebudou dlouhodobě žádné nové případy onemocnění a populace bude „čistá“, tak nevidím důvod k nějaké „druhé vlně“. K té ale jistě dojde, pokud přestaneme respektovat ta zbývající opatření v situaci, kdy virus v populaci ještě koluje, a povolíme masové akce a přeplněné hospody.
Máme si zvyknout na to, že čas od času zachvátí svět nové koronaviry? A budou podle vás ještě nebezpečnější? To je docela pravděpodobné. Možná ještě pravděpodobnější je pandemie nějaké nové „španělské“ chřipky. Doufám ale, že pokud k tomu dojde, budeme už na to lépe připraveni a zvládneme to mnohem efektivněji a rychleji. Věřím také, že už budou k dispozici i účinná virostatika.
Vývoj nové vakcíny stojí stamiliony. Přitom SARS-CoV-2 se už nyní objevuje ve více mutacích. Je vůbec možné vyvinout vakcínu, která si poradí i s mutacemi koronaviru a „vyplatí“ se dávat do vývoje takové peníze? Myslím, že naprostá většina těch mutací nemá vliv na strukturu těch kritických molekul na povrchu viru, na která se mají vázat protilátky vzniklé po vakcinaci. Takže s velkou pravděpodobností by se taková investice měla vyplatit. Spíše není jisté, zda některá z těch vakcín bude celkově dostatečně účinná a bez nepříznivých vedlejších účinků. Otestovat tyhle aspekty bude pravděpodobně nepříjemně dlouho trvat. Dokonce se zdá, že po razantním potlačení pandemie nebude k dispozici dostatečně velká populace pro provedení takových studií – něco podobného se stalo před 16 lety v případě menší pandemie jiné koronavirové choroby SARS.
prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc. Molekulární biolog a imunolog, přední vědec a popularizátor vědy. V roce 1995 se habilitoval, profesuru imunologie získal roku 2000 na Univerzitě Karlově. V letech 2005 až 2017 byl ředitelem Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR. Autor více než 220 vědeckých studií, které doposud měly více než jedenáct tisíc citací.
Výzkum stárnutí prochází převratným obdobím – ukazuje se, že současné teoretické základy našeho chápání evoluce a mechanismů stárnutí nemohou dobře vysvětlit pozorované aspekty stárnutí v přirozených podmínkách. Jedním z faktorů je nedostatek informací o vzájemných vztazích mezi demografickými, evolučními a funkčními aspekty stárnutí u přirozeně žijících populací. I lidé prošli v posledních staletích významnými demografickými změnami.
„Přínosem studia stárnutí u divoce žijících populací zvířat je především pochopení vlivu ekologických faktorů pro jeho evoluční dynamiku,“ říká v rozhovoru doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd ČR. Jako řešitel projektu GA ČR „Stárnutí v přirozených populacích: od demografie po genovou expresi“ problematiku stárnutí zkoumal.
Hlavním předmětem zájmu projektu byl halančík, malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, vzhledem k jejich rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých a nám blízkých, ale dlouho žijících obratlovců. Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Halančíci jsou hojně využívaným modelovým druhem pro výzkum různých aspektů stárnutí. Našim cílem bylo zjistit, jak probíhá život těchto ryb, od narození do smrti, v přírodních podmínkách. K tomu jsme potřebovali pravidelně navštěvovat několik vzdálených populací halančíků, sledovat jejich počty v konkrétním čase, odebírat vzorky tkání na pozdější analýzy a zaznamenávat, jak se mění parametry jejich prostředí. To vše jsme potom vyhodnotili s ohledem na stárnutí a přežívání ryb v daných populacích.
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Na samém začátku byla půlroční terénní expedice do jižního Mosambiku naplánovaná tak, aby pokryla období dešťů, kdy se halančíci líhnou, a několik následujících měsíců, během nichž tůně s halančíky postupně vysychají. Mosambik se nevyznačuje zrovna vyspělou infrastrukturou. Dva členové týmu, Milan Vrtílek jako postdoktorand a Jakub Žák, dobrovolník a současný doktorský student, proto pobývali půl roku v Mosambiku v zapůjčeném terénním autě. Tři další členové týmu do Mosambiku střídavě jezdili, pomáhali v terénu a odváželi cenné vzorky do laboratoře. V Evropě byly potom vzorky analyzovány z pohledu genové exprese, metabolomiky, či histologie – za účasti mnoha kolegů v rámci týmu i ve spolupráci s laboratořemi v Česku a jinde v Evropě.
Halančík Nothobranchius furzeri – můžete tuto rybu více přiblížit? Proč jste právě tento druh v projektu využili, čím je ryba zajímavá?
Tento halančík je malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně, které se plní sezónními dešti. Jedním z vedlejších výsledků našeho projektu bylo zjištění, že tento druh halančíka může dospět již za 2 týdny po vylíhnutí z jiker a stihne se rozmnožit i v tůních, které existují méně než 3 týdny. Jikry přežívají naprostou většinu roku ve vyschlém bahně, ve stádiu takzvané diapauzy. V té době je jejich metabolismus minimalizován a embrya přežijí nejen vyschnutí, ale třeba i úplnou absenci kyslíku.
Tato ryba má tedy dvě vývojové fáze. Jako embryo se její vývin může na mnoho měsíců úplně zastavit. Po vylíhnutí naopak vše probíhá ve zrychleném módu a během pár týdnů stihne halančík projít všemi fázemi života až po senescenci, kdy začínají selhávat jednotlivé funkce organismu a dochází k stárnutí typickému pro ostatních obratlovce, včetně člověka.
V základním popisu projektu jsem narazil na výrazy jako „histopatologie….markery oxidačního stresu tkání…regulace genové exprese“. Můžete tyto pojmy více vysvětlit?
V rámci projektu jsme zkoumali, zda halančíci během života prochází podobnými změnami jako ostatní obratlovci, včetně člověka. Určité projevy stárnutí jsou podobné pro většinu živočichů. Histopatologickými vyšetřeními jsme například zaznamenávali změny v jaterní tkáni, především s ohledem na výskyt nádorů, které pozorujeme u halančíků v zajetí.
Oxidativní stres vzniká jako vedlejší produkt základních buněčných procesů a způsobuje širokou škálu problémů. Zjednodušeně se jedná o poškození volnými radikály, které se uvolňují během buněčného metabolismu. S věkem se dopady oxidativního stresu hromadí a nás zajímalo, jak tento nárůst souvisí s ostatními parametry stárnutí.
K regulaci genové exprese lze stručně říct, že popisuje, které geny jsou nejvíce aktivovány a přepisovány. Z toho vyvozujeme, jak jsou určité metabolické dráhy využívány a jak dobře fungují. Obecně víme, že ve starším věku bývá regulace genové exprese narušena – s nepříznivým vlivem na činnost tkání a orgánů.
Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?
Částečně ano, základní předpoklady se ukázaly platné. Ale zdaleka ne všechny. Například jsme předpokládali, že v přírodě budou halančíci vystaveni většímu stresu a náročnějším podmínkám prostředí. A že to uvidíme na rychlejším zhoršování jejich zdravotního stavu než v zajetí. Což se nepotvrdilo. Naším hlavním cílem bylo zjistit, zda a jak halančíci v přírodě stárnou, a to se nám zjistit podařilo.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
V tomto projektu jsme se zabývali obecnými otázkami stárnutí, ale výstupy vytváří základ pro konkrétnější otázky. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, v řádu měsíců, vzhledem k jeho rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých (octomilka, háďátko C. elegans) a obratlovců (např. myší). Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.
Jedním za navazujících témat je například současná spolupráce s týmem profesora Slabého z brněnského CEITECu, kde nás zajímá variabilita mutací zodpovědných za spontánní vznik nádorů. Mnoho informací o nádorových onemocněních pochází z laboratorních kmenů, které jsou nejprve cíleně upraveny tak, aby byly náchylné ke konkrétním problémům, a ty jsou potom léčeny. Stejná nádorová onemocnění však mohou vznikat rozdílnými mutacemi, což velmi zásadně ovlivňuje úspěšnost léčby. Věříme, že halančíci zde mohou pomoci.
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Některé články jsou citovány hojně. Třeba experimentální analýza vlivu mikrobiomu na přežívání z roku 2018, která vznikla ve spolupráci s kolegy z Max Planck Institutu v Kolíně nad Rýnem. Těm se podařilo významně prodloužit život halančíků tím, že jim transplantovali mikrobiom mladších jedinců. Tato práce je k dnešnímu dni podle Google Scholar citována 109x. Náš příspěvek spočíval v pochopení toho, jak vypadá a mění se mikrobiom ryb v přírodě a do jaké míry je mikrobiom halančíků v laboratoři možné považovat za přirozený. Ale i studie, které vznikly zcela z dat a vzorků nasbíraných během půlroční terénní práce, jsou na poměry našeho oboru, myslím, citovány docela obstojně – dva článku z roku 2018 mají přes 20 citací. V řadě ohledů jsme přinesli první poznatky o životě těchto modelových ryb v jejich přirozeném prostředí, takže doufáme, že o naše výsledky bude zájem dlouhodobě.
Budete zjištěné informace dále rozvíjet?
Během projektu jsme získali velké množství vzorků a dat, a nebylo v našich silách ani finančních možnostech je všechny zpracovat během tří let. Jak už to bývá, narazili jsme také na mnoho nových otázek, na které bychom se rádi podívali podrobněji.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
V současné době se náš výzkum stárnutí halančíků zaměřil na otázky týkající se rozdílů ve stárnutí uvnitř populací. Proč stárnou samci rychleji než samice? Jak souvisí délka života (a rychlost chřadnutí organismu) s investicí do potomstva? Jak se doba strávená v embryonální diapauze projeví na životě halančíků po vylíhnutí? A jaké jsou mechanismy těchto rozdílů?
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Určitě existují uživatelsky intuitivnější systémy, ale zvykl jsem si. Nejhorší by asi bylo ten systém neustále měnit.
Vibrační optická aktivita (VOA) zahrnuje rychle se rozvíjející flexibilní spektroskopické metody, které odkrývají strukturu biomolekulárních systémů. Ovšem k určení vztahu mezi spektrem a strukturou je třeba provádět počítačové simulace, které jsou náročné a současné postupy jsou pro mnohé experimenty nedostatečné.
Cílem projektu GA ČR „Kombinace klasických a kvantově-mechanických výpočetních technik pro vibrační optickou aktivitu“ bylo zlepšit přesnost a použitelnost tzv. multi-scale metod založených na kombinaci molekulové mechaniky a kvantové mechaniky, a to spojením molekulové dynamiky a přenosu vibračních tenzorů, zahrnutím anharmonických efektů, a vývojem modelů pro zesílenou a indukovanou VOA.
„Výpočetní postupy byly testovány na experimentálních datech. Projektu se účastnili dva vědečtí pracovníci a čtyři studenti magisterského a doktorského studia, projektový tým spolupracoval také s dalšími domácími i zahraničními pracovišti,“ říká vedoucí projektu profesor RNDr. Petr Bouř, CSc. z Ústavu organické chemie a biochemie AVČR.
Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity
Proč jste zvolil právě toto téma? V čem je významné/zajímavé?
Asi bychom měli nejdříve říct, že vibrační optická aktivita (VOA) je jedna z metod, kterou můžeme zkoumat molekuly. V tom jak molekula např. pohlcuje nebo polarizuje světlo, se odráží to, jak vypadá, jaké jiné molekuly jsou v blízkosti. VOA má různé výhody i nevýhody oproti ostatním metodám. Pro mě je zajímavé, že je to metoda historicky relativně nová, stále se rozvíjí, a je vhodná pro celou řadu biologicky zajímavých molekul, včetně např. léčiv a proteinů doprovázející neurodegenerativní choroby. Byly pokusy ji aplikovat i na viry. Výzkum optické aktivity také představuje velice zajímavou kombinaci fyziky, chemie a biologie. VOA spektrometry začínají být komerčně dostupné, ale zdaleka ještě nejsou běžnou součástí laboratoří. Možná bude čtenáře také zajímat, že Česká republika je v tomto ohledu velmoc, špičkové VOA laboratoře najdeme v Akademii věd, na Vysoké škole chemicko-technologické, Karlově univerzitě, nebo Palackého univerzitě v Olomouci. Je to zásluha české tradice fyzikální chemie i profesora Timothy Keiderlinga z University of Illinois at Chicago, který mnoho českých vědců a studentů do Chicaga pozval a zájem o metodu v nás probudil.
Profesor Timothy A. Keiderling, iniciátor VOA spektroskopie v Čechách
Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?
Už víme, že interakce molekul a světla záleží na jejich struktuře. Rajčatová šťáva bude určitě obsahovat jiné molekuly než zelený špenát. Ale poznat jaké, není tak jednoduché. Můžeme si hrát s ozařováním různými druhy světla, včetně měření VOA, ale schází nám pojítko mezi spektrální odezvou a strukturou. Naštěstí vznik VOA v 70. letech minulého století by provázen rozvojem teoretických a výpočetních metod. Ty v zásadě umožňují spektra molekul simulovat, a tak ověřit, že naše představy o zkoumaném systému jsou správné. Ovšem přesně „spočítat“ i poměrně malou molekulu může trvat mnoho týdnů výpočetního času, a realistické modely pro biologicky relevantní systémy jsou dostupné teprve v posledních letech. Cílem projektu tedy bylo tyto výpočty urychlit a „napasovat“ na vibrační optickou aktivitu. V některých směrech se nám to povedlo velmi dobře, např. jsme ukázali, že čas pro přesný výpočet vibračních vlastností proteinu, který by konvenčními metodami dosahoval tisíce let, můžeme zkrátit na několik dní.
Jak probíhala samotná práce na projektu?
Samozřejmě kvalita týmu je vždy rozhodující, a určitě bych měl poděkovat kolegům a spolupracovníkům Ústavu organické chemie a biochemie, kteří se nechali „zbláznit“ do problematiky opticky aktivní spektroskopie. Spolupracovali jsme i s podobně „postiženými“ vědci z Polska, Norska, Kanady, USA a Japonska. Projekt se dotknul i zhruba deseti studentů, ať už přímo financovaných z grantu nebo ne, např. v rámci jejich doktorských nebo bakalářských prací, měli jsme praktikanty ze zahraničí (program IAESTE) a gymnaziální studenty z „Otevřené vědy“. Na podmínky si tedy nemohu stěžovat. Někdy se dělaly experimenty, někdy bylo ovšem nutné zalézt domů „pod peřinu“ a strávit několik dní soustředěným programováním.
Skupina Biomolekulární spektroskopie před Ústavem organické chemie a biochemie
Potvrdily se předpoklady a cíle se kterými jste do projektu šli?
Naše představy, výpočty, závěry se vždy snažíme konfrontovat s experimentem. A ten je zpravidla nikdy zcela nepotvrdí. Nakonec už antičtí učenci věděli, že s počtem známého roste i počet neznámého. Ale když se nad tím zamyslíte, jinak by žádný výzkum ani neměl cenu. Jako jedno překvapení, které jsme zažili, mohu uvést objev magnetické Ramanovy optické aktivity u plynů jako je chlor nebo brom. Žádná teorie to nepředvídala, my jsme ten signál ale jasně viděli, a museli jsme ho teprve vysvětlit.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
To je v případě základního výzkumu samozřejmě citlivá otázka. Ne, že bychom se rádi rýpali v neužitečných věcech, ale pokud bych měl odpovědět upřímně, často to prostě nevíme. Každý objev nakonec našel uplatnění, a musíme přesvědčit mecenáše, v našem případě zejména veřejnost, že to tak bude i nadále. Ale abych nebyl takový pesimista, v případě VOA samozřejmě doufáme, že se uplatní v levnějších a rychlejších analýzách biomolekul, že polarizační metody se najdou použití v kvantových počítačích, budou pomáhat i v lékařské diagnostice, např. v rozpoznávání zdravých a nemocných tkáních. Výpočetní metody mohou nahradit drahé experimenty, uspíšit testování léků a přinejmenším omezit pokusy na zvířatech.
Simulovaná a experimentální VOA spektra alpha-helikálního proteinu
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Komunikace přes časopisy je zásadní pro kontakt s odborníky v oboru, ale v citovanosti nečekám rekordy. Na to je to téma přece jen dost úzké. Určitě jsme publikovali v prestižních časopisech a citovanost stále stoupá. Rozhodně máme radost, když vidíme, že naše programy, metody používají kolegové z Itálie, Německa, Japonska…
Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat?
Tak to rozhodně budeme, částečně to už děláme v návazném grantu GA ČR. Během projektu jsme například i navázali zajímavou spolupráci s profesorkou Y. Xu z Univerzity of Edmonton ohledně rezonančního Ramanova rozptylu, tj. další jevu z kategorie „VOA“, nebo s univerzitou v Krakově v oblasti tzv. chemického zobrazování.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
Kdybych to chtěl zlehčit, řekl bych, že na nezajímavých věcech prostě nepracujeme. To je jedna z výhod vědy. Nápadů máme celou řadu, jak jsem už prozradil, v průběhu řešení projektu se objely některé nové experimentální jevy, které vypadají jako velmi zajímavý problém na rozhraní optiky, spektroskopie, chemie a výpočetního modelování. S kolegy z Univerzity Palackého v Olomouci chceme zdokonalit zejména jednu oblast VOA, tzv. Ramanovu optickou aktivitu.
Petr Bouř
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Kdybych řekl, že mi administrativa, vyplňování všelijakých maličkých chlívečků, rostoucí stohy a stálé změny zadávací dokumentace nevadí, nikdo by mi nevěřil. Objektivně ale musím uznat, že grantový systém u nás funguje, a lidé v grantové agentuře jsou velice vstřícní. Ale spíše, než nad vyplňováním chlívečků bych rozpoutal diskuzi nad financováním vědy jako takovým. Kdysi jsme si na toto téma vyměnili dopisy s předsedou GA ČR, a shodli jsme se, že grantový systém je v zásadě špatný, ale nic lepšího není. Něco jako kapitalismus. V zásadě jde o to, že se nevěří lidem, vědcům, že jsou schopni produkovat něco užitečného bez biče. Ptám se ale, je to vždy pravda? Jak pracovali Heyrovský, Wichterle, Holý? Podchytí náš vědecký systém všechny talenty, které u nás máme? Jakou část svého času má produktivní vědec věnovat vyplňováním grantových přihlášek? Často nejde o vědu, ale o holé živobytí jeho a jeho studentů. Taková diskuze mi u nás – i ve světě – chybí.
Přední český virolog Pavel Plevka oceňuje přístup švédské vlády, která se rozhodla nezavést přísná restriktivní opatření k zamezení šíření SARS-CoV-2. „Švédská vláda demonstrovala odvahu spolehnout se na doporučení expertů, kteří na základě neúplných informací dokázali navrhnout adekvátní odpověď na epidemii COVID-19. Nyní, při zpětném pohledu, se toto rozhodnutí ukazuje jako správné,“ říká v rozhovoru Mgr. Pavel Plevka, Ph.D., vedoucí výzkumné skupiny Strukturní virologie v CEITECu na Masarykově univerzitě v Brně.
V České republice je k 5. květnu evidováno celkem 7 878 lidí nakažených nemocí covid-19. Nemoci podlehlo 254 a vyléčilo se 4 000 lidí. Jak tato čísla hodnotíte, podařilo se vládními opatřeními šíření koronaviru v ČR podle vás eliminovat?
Tato čísla znamenají, že SARS-CoV-2 je v České republice málo rozšířený. Výsledky jsou v souladu s plošným testováním populace, které ukázalo, že v České republice bylo novým koronavirem infikováno pouze několik desetin procenta populace. Karanténní opatření nastavená vládou byla účinná a šíření viru se podařilo zpomalit. Rozhodně však nemůžeme mluvit o tom, že by se koronavirus podařilo eliminovat. Virus se pomalu, ale stále šíří v populaci. Je možné, že s rozvolněním karanténních opatření dojde k nárůstu počtu nových onemocnění. Pak se ukáže, jak hygienici s pomocí systému chytré karantény dokáží šíření viru omezit.
V současné době se koronavirová opatření postupně uvolňují, zejména z ekonomických důvodů. Podle epidemiologů je na rychlejší uvolňování restrikcí ještě brzy. Jaký je váš názor?
Počet nových infekcí SARS-CoV-2 je nízký, není tedy důvod s rozvolňováním karantény otálet. Karanténní opatření už způsobila pokles hospodářství České republiky v rozmezí 5-10 procent. Dlouhodobé prodlužování omezení je tedy neudržitelné. Příkladem nám může být Švédsko, kde nebyl omezen volný pohyb osob, ani uzavřeny restaurace a nižší stupně škol. Přesto švédský zdravotní systém dokáže poskytnout kvalitní péči všem nemocným. Díky omezeným restrikcím se SARS-CoV-2 ve Švédsku šíří rychleji než u nás a dojde tam k dřívějšímu dosažení skupinové imunity. Pak bude možné restrikce zcela zrušit. Nicméně, protože infekcí novým koronavirem prošlo jen několik desetin procenta obyvatel České republiky, jsme daleko od skupinové imunity a epidemie má potenciál k návratu do exponenciální fáze šíření viru. Chápu tedy, že prof. Maďar a další epidemiologové z týmu Karanténa, by upřednostnili pomalejší uvolňování restrikcí tak, aby mohli po každém kroku vyhodnotit, jestli se šíření viru nevymyká kontrole. Protože v České republice neprovádíme pravidelné testování reprezentativního vzorku populace na aktivní infekci SARS-CoV-2 (PCR testy), tak se v hodnocení rychlosti šíření viru musíme spolehnout na změny v počtech pacientů hospitalizovaných kvůli COVID-19. Vážné příznaky se však u infikovaných obvykle rozvinou až po dvou týdnech nemoci. Proto počet nemocných charakterizuje stav epidemie s dvoutýdenním zpožděním, což odpovídá původnímu plánu rozvolňování s postupnými kroky po dvou týdnech.
Stále častěji se hovoří o tom, že na podzim se epidemie vrátí a možná ještě s větší silou. Proč jsou podzimní měsíce pro koronaviry tak příhodné a opravdu se máme připravovat na další vlnu epidemie?
Jarní a podzimní měsíce jsou v mírném podnebném pásmu příhodné pro šíření virů díky chladnému a vlhkému vzduchu, který napomáhá uchování infekčnosti virů mimo tělo hostitele. Jinými slovy, je větší pravděpodobnost, že se nakazíme. Naděje, že se šíření SARS-CoV-2 přes léto zpomalí, je založena na sezónním výskytu ostatních koronavirů. Současné poznatky o SARS-CoV-2 však ukazují, že tento virus je vysoce infekční. Je tedy možné, že i když suchý letní vzduch šíření nového koronaviru zpomalí, nebude toto zpomalení dostatečné, aby reprodukční číslo viru kleslo pod 1 a epidemie začala spontánně vyhasínat. SARS-CoV-2 se rychle rozšířil po celém světě, i v zemích se sušším klimatem, než je v České republice v létě. Je proto možné, že další vlna epidemie SARS-CoV-2 přijde už v letních měsících.
Na konci ledna, kdy se o šíření pandemie z Číny začala více zajímat světová média, se mnozí čeští lékaři vyjadřovali v tom smyslu, že jde o běžný koronavir, tedy něco jako chřipka, se kterou se srovnával. Co můžete říct o koronaviru SARS-CoV 2 dnes? Čím vás osobně překvapil?
Vlastnosti SARS-CoV-2, díky kterým přerušil normální život ve většině zemí světa, jsou: (1) několikadenní bezpříznaková fáze infekce, během které však infikovaný může virus šířit, (2) vysoká infekčnost a (3) potřeba hospitalizace pro 5-10 % nemocných. Průběh epidemie v nejvíce zasažených oblastech, jako třeba Madrid ve Španělsku, Bergamo v Itálii, a New York v USA, kde již infekcí prošly desítky procent populace, naznačují, že pravděpodobnost úmrtí na COVID-19 je 0,1-0,3 %. Nicméně, kvůli velkému procentu pacientů, kteří vyžadují hospitalizaci, je třeba regulovat rychlost šíření viru v populaci, aby nedošlo k zahlcení zdravotního systému.
Překvapilo mě rozhodnutí švédské vlády nezavést přísná restriktivní opatření k zamezení šíření SARS-CoV-2. Nyní, při zpětném pohledu, se toto rozhodnutí ukazuje jako správné. Švédská vláda demonstrovala odvahu spolehnout se na doporučení expertů, kteří na základě neúplných informací dokázali navrhnout adekvátní odpověď na epidemii COVID-19.
Tento virus má RNA genom. Je to výhoda, anebo výhoda z hlediska jeho šíření? V čem spočívá především jeho nebezpečí?
Pokud vím, neexistuje korelace mezi typem genomu viru a efektivitou jeho šíření. Viry s RNA genomem mutují rychleji než DNA viry. Vyšší četnost mutací umožňuje virům snáze získat rezistenci k léčivům a zvyšuje také pravděpodobnost vzniku nových sérotypů viru.
Laboratoře po celém světě se nyní rychle snaží nalézt vhodnou vakcínu. Některé z nich jsou již ve fázi prvních testů, ovšem k jejich možnému využití je stále ještě dlouhá cesta, možná v řádu desítek měsíců. Pro laiky je to docela nepochopitelné – proč vývoj vakcíny tak dlouho trvá, můžete jednoduše popsat, jak takový vývoj probíhá?
Vývoj vakcíny zahrnuje přípravu očkovací látky, která funguje pro imunitní systém člověka jako cvičný cíl, na kterém se naučí rozpoznat škodlivý mikroorganismus, proti jemuž je očkování cíleno. Příprava očkovací látky je rychlá a většina týmů, které pracují na vakcíně proti SARS-CoV-2, tento krok již dokončila. Delší dobu trvá testování bezpečnosti a účinnosti očkovacích látek. Nejprve je třeba určit, jestli vakcíny vyvolávají imunitní odpověď u myší a opic. V případě úspěchu je možné začít tři kola testování na lidech. V prvním kole se na několika desítkách dobrovolníků ověří, že očkovací látka není toxická. Ve druhém kole se na desítkách až stovkách dobrovolníků vyzkouší, jaká dávka vakcíny je potřeba, aby došlo k vyvolání vhodně silné imunitní odpovědi. Nejdéle trvá třetí kolo testování, ve kterém je naočkováno několik tisíc dobrovolníků a kontrolní skupině podána neúčinná látka. Potom lékaři sledují, jak se vyvíjí počet nakažených v očkované a kontrolní skupině. Tento krok obvykle trvá mnoho měsíců, než dojde v obou skupinách k dostatečnému množství infekcí, aby bylo možné statisticky prokázat ochranný efekt očkování. V případě, že se ukáže, že vakcína chrání očkované před infekcí, je možné požádat kontrolní úřad o schválení vakcíny.
Také české laboratoře se pokusí vakcínu nalézt. Přípravu vakcíny dostaly za úkol Státní zdravotní ústav, Ústav hematologie a krevní transfuze a Institut klinické a experimentální medicíny. Proč zrovna tyto instituce a neměla by být podle vás spolupráce českých laboratoří širší?
Návrh na vývoj české vakcíny byl záhy po jeho oznámení řadou lékařů i vědců kritizován. Vzhledem k celosvětové konkurenci a omezeným zkušenostem s přípravou vakcín v České republice se domnívám, že tento projekt má malou naději na úspěch. Myslím si, že efektivnější využití finančních prostředků i lidského úsilí by byla spolupráce se zkušenějšími zahraničními týmy. Pokud je snahou pana ministra zdravotnictví zajistit včasnou dostupnost vakcíny v České republice, pak by bylo efektivnější soustředit se na přípravu výrobních kapacit než na vývoj vlastní vakcíny. Nemyslím si, že rozšíření týmu českých spolupracujících laboratoří by zvýšilo naděje projektu na úspěch.
Vývoj nové vakcíny stojí stamiliony. Přitom SARS-CoV-2 se už nyní objevuje ve více mutacích. Je vůbec možné vyvinout vakcínu, která si poradí i s mutacemi koronaviru a „vyplatí“ se dávat do vývoje takové peníze?
SARS-CoV-2 je rychle mutující virus s RNA genomem. Doposud identifikované mutace, kterých už je několik set, nevedly ke vzniku nového kmene viru, který by dokázal znovu infikovat ty, kteří infekcí už prošli a vytvořili si imunitní ochranu. Vývoj očkování má tedy smysl. Ve srovnání s ekonomickými škodami plošných karantén v mnoha státech je cena vývoje vakcín zanedbatelná.
Spekuluje se o tom, že koronavirus SARS-CoV 2 vznikl v čínské laboratoři. Je to možné, anebo je to podle vás nesmysl?
Zatím nikdo nepředložil důkazy o tom, že by SARS-CoV-2 pocházel z laboratoře. Proto si myslím, že není důvod odmítat nejjednodušší vysvětlení, že virus vznikl přirozeně.
Každopádně informace o šíření koronaviru Čína určitě zpočátku před světem tajila. Mohlo se pandemii a jejím následkům zabránit, kdyby se svět dozvěděl o tomto typu koronaviru dříve?
Čína je totalitní stát a neexistuje v ní svobodné sdílení informací. Při zpětném pohledu je zřejmé, že lokální vlády v provincii Chu-pej a městě Wu-chan nereagovaly adekvátně na počáteční zprávy lékařů o šíření nové choroby a místo toho se snažily dalšímu šíření těchto informací bránit. Je také pravděpodobné, že v Číně zemřelo na COVID-19 větší množství lidí, než uvádějí oficiální statistiky. Na druhou stranu, reakce Číny v podobě drastické karantény v mnoha částech země zpomalila šíření nového koronaviru do zbytku světa. Čínští vědci také rychle zveřejnili genomovou sekvenci SARS-CoV-2. Vzhledem k vysoké infekčnosti SARS-CoV-2 se domnívám, že rozšíření viru nebylo možné zabránit. Nepodařilo se to ani v ekonomicky vyspělých zemích, které o existenci nového typu koronaviru byly dopředu informovány.
Číně bych vytkl, že nedokázala zajistit základní hygienické normy na tržištích prodávajících divoká zvířata. Při dodržení rozumné míry čistoty a tepelného zpracování zvířecích produktů by byla pravděpodobnost, že SARS-CoV-2 vznikne, mnohem nižší.
Podle epidemiologů i virologů již tento koronavirus s námi zůstane. Je to tedy tak, že dříve nebo později se opravdu musí většina obyvatel „promořit“?
Ano, SARS-CoV-2, nebo z něj odvozené viry už budou v populaci kolovat navždy. Je tedy pravděpodobné, že většina z nás bude muset infekcí projít. Pro většinu populace není SARS-CoV-2 nebezpečný a pravděpodobnost úmrtí po infekci je nízká. Dosažení skupinové imunity je možný způsob ukončení epidemie, pro který se rozhodlo například Švédsko. V jiných zemích bude většina obyvatel pravděpodobně také infikována, byť to třeba nebude deklarovaný cíl jejich vlád.
Co tato čerstvá zkušenost pro dnešní svět znamená? Jak se můžeme poučit, jak bychom se měli chovat a co můžeme udělat pro to, abychom podobným pandemiím uměli předcházet?
Zřejmý je konec centrální role Spojených států v mezinárodní politice. Je třeba se připravit na to, že v příštích krizích, tak jako v té současné, nebudou reakce jednotlivých zemí koordinovány. Na úrovni našeho státu je třeba zajistit, aby zdravotní systém, zejména hygienické stanice, byly kvalitně personálně i technicky připraveny na všechny, byť nepravděpodobné krizové situace.
Pavel Plevka Vystudoval molekulární biologii a virologii ve skupině doc. Jitky Forstové na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Doktorské studium strukturní biologie absolvoval na Uppsala University ve Švédsku pod vedením prof. Larse Liljase. Další čtyři roky působil post-dok u prof. Michaela Rossmanna na Purdue University v USA. V roce 2013 založil výzkumnou skupinu Strukturní virologie v CEITECu na Masarykově univerzitě. Je řešitelem prestižních grantů EXPRO Grantové agentury České republiky, ERC a EMBO. Je laureátem Ceny Neuron pro mladé vědce a ceny Wernera von Siemense za nejvýznamnější výsledek základního výzkumu.
Masožravé rostliny si vyvinuly specializované modifikované listy nazývané pasti, které vábí, zabíjejí a tráví živočišnou kořist, čímž získávají kompetiční výhodu nad nemasožravými rostlinami v prostředí chudém na živiny. Schopnost masožravých rostlin trávit těla kořisti enzymy podobnými těm, jež se nacházejí v tělech živočichů, je ta nejzajímavější.
Hlavním cílem juniorského projektu GA ČR „Regulace enzymatických aktivit v masožravých rostlinách“ bylo rozšířit znalosti o trávicích enzymech v masožravých rostlinách, o způsobu jejich regulace podněty získanými z polapené kořisti, najít význam a důležitost chitinas v rostlinném trávicím systému a také identifikovat zcela nové enzymy. Zabýval se také rolí fytohormonů v indukci enzymatických aktivit. Výsledky tohoto projektu poskytly nový náhled do trávícího systému masožravých rostlin, jejich životní strategie a molekulární evoluce. O projektu a světu masožravých rostlin jsme si povídali s jeho řešitelem doc. Mgr. Andrejem Pavlovičem, Ph.D., z Univerzity Palackého v Olomouci.
Projekt dosáhl skvělých výsledků. Aktuálně je na články z projektu asi 70 citací. Jeden z nich se dlouhou dobu držel mezi Highly Cited Paper na Web of Science. O zfilmování výsledků projevil zájem produkční štáb BBC Earth v rámci připravovaného dokumentu Green Planet pod vedením Davida Attenborougha. Výsledky se objevili na obrazovkách České televize a psala o nich i celosvětová média.
Předmětem zájmu vědců byla masožravka, která kořist chytá pomocí lepkavých žláznatých výčnělků na listech – tentakul. Vědci rostliny vystavili různým vnějším podnětům a zkoumali následné reakce, na jejichž počátku vždy stojí elektrický signál vysílaný tentakulami. Výzkum elektrické signalizace u rostlin mnozí odborníci poměrně dlouho opomíjeli, olomoučtí biofyzici s ním ale mají letité zkušenosti. Potvrdili, že elektrický signál stojí na počátku vjemů rostliny. V projektu popsali celý proces od vyslání elektrického signálu až po výslednou reakci rostliny.
Proč jste zvolil právě toto téma spojené s masožravými rostlinami? V čem je významné/zajímavé?
Mäsožravé rastliny sú nesmierne zaujímavou skupinou rastlín. Už na základnej škole nás učia, že rastliny sú producenti a živočíchy sú konzumenti, ktoré sa nimi živia. Mäsožravé rastliny túto trofickú pyramídu otočili naopak vo svoj prospech a živia sa živočíšnymi organizmami. A navyše to robia veľmi rafinovaným spôsobom. Málo ľudí vie, že mäsožravé rastliny fascinovali aj hádam najznámejšieho prírodovedca všetkých čias: Charlesa Darwina. Ako prvý na svete uskutočnil množstvo experimentálnych pokusov a je autorom vôbec prvej monografie o mäsožravých rastlinách z roku 1875. Mňa táto skupina rastlín fascinovala od malička, keď som mal asi 10 rokov začínal som ako zberateľ a pestovateľ, na univerzite potom záujem prerástol do práce. Je to moja celoživotná vášeň.
Andrej Pavlovič s mäsožravou rastlinou Nepenthes pervillei
Jak probíhala samotná práce na projektu (jak jste zjišťovali informace, v jakých podmínkách jste pracovali, jak velký byl tým, který na projektu pracoval atd….)?
Hlavná časť riešenia projektu prebiehala na Oddělení biofyziky, Centra Regionu Haná (CRH) pro biotechnologický a zemědelský výskum (CRH), Prírodovedeckej fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Využívali sme však aj prístrojovú techniku a spoluprácu s Oddělením biochemie proteinů a proteomiky CRH, Oddělením buněčné biologie CRH a Laboratoř růstových regulátorů ÚEB AV ČR. Poskytlo nám to veľmi dobré metodické a technické zázemie. Intenzívne sme ďalej spolupracovali s Katedrou fyziológie rastlín, Univerzity Komenského v Bratislave, ktorá ma de facto vychovala. Na projekte priamo pracovalo spolu asi 10 ľudí, tým, že sme však mali pomerne veľa ďalších spoluprác, ak zrátam všetky mená na článkoch, tak ich je aj 20.
Potvrdily se předpoklady a cíle se kterými jste do projektu šli?
Myslím, že áno. Na konci riešenia projektu som bol veľmi spokojný s výstupmi, ktoré sme dosiahli. Za niektorými výsledkami sme nešli cielene, skôr sme ich objavili náhodou. Ukázalo sa, že mäsožravé rastliny využívajú elektrickú a jasmonátovú dráhu signalizácie, ktorú skopírovali z obranných mechanizmov bežných rastlín. Preto ak rastlinu vystavíte útoku herbivora, správa sa rovnako ako keby chytila hmyz. Začne sekretovať tráviace enzýmy, schopné tráviť chitín, proteíny, DNA a RNA, teda molekuly bohaté najmä na dusík. Zaťažená touto evolučnou minulosťou sa nevie rozhodnúť správne. Až keď zacíti prítomnosť proteínov, spustí svoj tráviaci proces plnou silou. Tieto vnemy rastlina stráca ak je vystavená účinku niektorých anestetík. Nie je to prekvapujúce, nakoľko sa ukazuje, že elektrická signalizácia v rastlinách využíva podobné proteíny ako sú v našom mozgu. A práve na elektrické signály rastlín anestetiká cielia.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
To ukáže až čas. Jedna časť projektu, ktorá sa zaoberala vplyvom anestetík na rastliny a ich schopnosti inhibovať elektrickú signalizáciu by mohla mať takýto potenciál. Tá sa ocitla dokonca na stránkach The New York Times, Scientific American a stovky ďalších. To čo sme sa naučili na mäsožravých rastlinách, sa teraz snažíme aplikovať na bežných rastlinách. Elektrické signály sú totiž veľmi dôležité aj v živote bežných rastlín pri reakcii na rôzne biotické a abiotické faktory. Na tomto poli už pracujeme.
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Momentálne je na články z projektu asi 70 citácii. Jeden z nich sa pomerne dlho držal medzi Highly Cited Paper vo WOS. Dobré ohlasy sme dostali aj v rubrikách Commentary v Nature Plants a New Phytologist. Je to celkom dobré skóre, ak vezmem do úvahy fakt, že mäsožravé rastliny nie sú mainstream v rastlinnej biológii.
Titulná stránka k článku: Pavlovič A., Jakšová J., Novák O. (2017) Triggering a false alarm: wounding mimics prey capture in the carnivorous Venus flytrap (Dionaea muscipula). New Phytologist 216(3), 927-938
Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat?
Určite áno. Dá sa povedať, že stále nadväzujeme a rozširujeme na to, čo nám poskytol projekt GA ČR.
Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
Stále nás problematika regulácie enzymatickej aktivity v mäsožravých rastlinách zaujíma. Od ukončenia projektu sme na toto téma publikovali ďalšie 4 články. Zaujíma nás napríklad, či sa jasmonátova signalizácia uplatňuje aj pri iných vývojových líniách mäsožravých rastlín. To je zaujímavé hlavne z evolučného hľadiska. Pracujeme a chceme pracovať aj na problematike anestézie rastlín.
V ČR máme masožravé rostliny spojené s filmem Adéla ještě nevečeřela. Existuje na světě nějaký druh masožravé rostliny, který alespoň vzdáleně připomíná tu ve filmu?
Tento kultový film československej kinematografie mám veľmi rád. Treba povedať, že žiadna taká rastlina ako je Adéla z filmu neexistuje. Vo svete mäsožravých rastlín však existujú s filmom určité paralely. Napríklad existuje rosnatka adélina (Drosera adelae). Existujú mäsožravé rastliny s bleskurýchlymi pohybmi alebo napríklad také, ktoré dokážu uloviť drobných stavovcov.
Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?
Prvýkrát to bolo náročnejšie, človek si ale rýchlo zvykne. Čo ma trápi viac je skôr nízka úspešnosť získavania ďalších projektov GA ČR. Narúša sa tým veľmi dôležitá kontinuita práce. To je ale na dlhšie rozprávanie …
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. Tomáš Jungwirth, Ph.D.
Laboratoř materiálů
Laboratoř optiky
Petr Němec, Vít Novák, Tomáš Jungwirth
Borrelie
RNDr. Radek Šíma, Ph.D. vystudoval molekulární biologii a genetiku na Biologické fakultě Jihočeské univerzity a molekulární patologii na Lékařské fakultě Univerzity Karlovy. Na Parazitologickém ústavu Biologického centra AVČR se zabývá studiem klíšťat, zejména ve vztahu k přenášeným patogenům. Vyvíjí laboratorní modely nejčastějších klíšťaty přenášených onemocnění, které jsou následně využívány k testování klíštěcích molekul zahrnutých v přenosu a přežití patogenů. Podílí se na řešení mezinárodních projektů, jejichž cílem je vývoj vakcín proti klíšťatům a jimi přenášeným onemocněním.
Prof. RNDr. Ivan Hirsch, CSc., vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy. Pětadvacet let byl ředitelem ve výzkumném pracovišti Insermu ve Francii. Spolupracoval na řadě výzkumných projektů v Ústavu molekulární genetiky AV ČR a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Jeho specializací jsou mechanismy chronické a latentní infekce viry HIV a hepatitidy B a C.
prof. RNDr. Václav Hořejší, CSc.
Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity
Profesor Timothy A. Keiderling, iniciátor VOA spektroskopie v Čechách
Skupina Biomolekulární spektroskopie před Ústavem organické chemie a biochemie
Simulovaná a experimentální VOA spektra alpha-helikálního proteinu
Petr Bouř
Pavel Plevka
Andrej Pavlovič s mäsožravou rastlinou Nepenthes pervillei