Zajimave projekty a projekty ga cr v mediich Archivy - Strana 13 z 27

Spolupráce amerických a českých vědců na výzkumu produkce gama záření pomocí výkonných laserů

01. 07. 2022

Americká Národní vědecká nadace (National Science Foundation – NSF) a Grantová agentura České republiky (GA ČR) financují nový společný projekt vědců z americké Kalifornské univerzity v San Diegu a českého výzkumného centra ELI Beamlines (Fyzikální ústav Akademie věd ČR), jehož cílem je využít možnosti multipetawattového laserového centra ELI Beamlines. Jedná se o první financovaný projekt nové spolupráce mezi NSF a GA ČR. Vědci doufají, že jejich experimenty mohou dosáhnout průlomu tím, že prokáží efektivní generování hustých svazků gama záření.

Hvězdné objekty, jako jsou pulsary, mohou díky svým extrémním energiím vytvářet hmotu a antihmotu přímo ze světla. Magnetické pole neboli „magnetosféra“ pulsaru je totiž naplněno elektrony a pozitrony, které vznikají při srážkách fotonů.

Reprodukovat stejné jevy v pozemské laboratoři je nesmírně náročné. Vyžaduje to hustý oblak fotonů s energií milionkrát vyšší než viditelné světlo. Tento fotonový oblak však vědci nebyli schopni vytvořit. Teorie však naznačují, že by to mělo být možné za pomoci vysoce výkonných laserů.

Infrastruktura pro extrémní světlo (ELI ERIC) jako první mezinárodní výzkumná infrastruktura zaměřená na použití vysoko výkonových laserů s vysokou intenzitou takové možnosti výzkumu umožní. ELI ERIC je výzkumná infrastruktura s více pracovišti založená na specializovaných a vzájemně se doplňujících zařízeních ELI Beamlines (Česká republika) a ELI ALPS (Maďarsko). Nové kapacity ELI vytvoří nezbytné podmínky pro testování těchto teorií v laboratoři.

Tento projekt kombinuje teoretické znalosti Kalifornské univerzity v San Diegu (USA), experimentální znalosti ELI Beamlines, jakož i výrobu terčů a technické znalosti společnosti General Atomics (USA). Projekt v hodnotě zhruba 23 milionů korun, který společně financují NSF a GA ČR, povede profesor Alexey Arefiev z Kalifornské univerzity v San Diegu. Vývoj terčů pro lasery s vysokou opakovací frekvencí bude probíhat v General Atomics pod vedením Dr. Maria Manuela, zatímco primární experimenty budou prováděny na ELI Beamlines týmem vedeným Dr. Florianem Condaminem a Dr. Stefanem Weberem.

Obrázek 1: Superpočítačová simulace emise energetického záření gama (žluté šipky) hustým plazmatem (zelená), vytvořeným laserovým paprskem o vysoké intenzitě (červená a modrá). Laser se šíří zleva doprava, přičemž emitované fotony letí stejným směrem. Nekontrastní modré a červené oblasti představují silné magnetické pole generované plazmatem, zatímco oblast oscilací odpovídá magnetickému poli laseru.

Koncepci projektu vypracovala Arefievova výzkumná skupina na Kalifornské univerzitě v San Diegu, která se specializuje na superpočítačové simulace intenzivních interakcí světla s hmotou. Tento projekt využívá efektu, který nastává, když jsou elektrony v plazmatu urychleny na rychlost blízkou rychlosti světla vysoce výkonným laserem. Tento efekt se nazývá „relativistická průhlednost“, protože způsobuje, že dříve neprůhledné husté plazma se stává pro laserové světlo průhledným.

V tomto režimu se při šíření laseru plazmatem vytvářejí extrémně silná magnetická pole. Během tohoto procesu relativistické elektrony oscilují v magnetickém poli, což následně způsobuje emisi gama záření, převážně ve směru laseru.

„Je velmi povzbudivé, že jsme schopni generovat taková magnetická pole, která dříve existovala pouze v extrémních astrofyzikálních objektech, jako jsou neutronové hvězdy,“ říká Arefiev. „Schopnost laserů ELI Beamlines dosáhnout velmi vysoké intenzity na terči je klíčem k dosažení tohoto režimu.“

Tyto experimenty poskytnou první statisticky relevantní studii generování gama záření pomocí vysoce výkonných laserů. Vědci doufají, že tato práce otevře cestu k sekundárním vysokoenergetickým zdrojům fotonů, které bude možné využít nejen pro základní fyzikální studie, ale také pro řadu důležitých průmyslových aplikací, jako je materiálová věda, zobrazování jaderného odpadu, analýza jaderného paliva, bezpečnost, hloubková radiografie s vysokým rozlišením atd. Takové „extrémní zobrazování“ vyžaduje robustní, reprodukovatelné a dobře kontrolovatelné zdroje záření gama. Společný projekt NSF a GA ČR je zaměřen právě na vývoj takových bezprecedentních zdrojů.

Experimentům výrazně napomáhá další technologický pokrok. Až donedávna mohla výkonná laserová zařízení provést přibližně jeden výstřel za hodinu, což omezovalo množství dat, která bylo možné shromáždit. Nová zařízení, jako je ELI Beamlines, jsou však schopna provádět několik výstřelů za sekundu. Tyto možnosti umožňují statistické studie interakcí mezi laserem a terčem způsobem, který byl ještě před několika lety nemožný. To znamená, že k plnému využití schopností laserů je nutný posun ve způsobu navrhování a provádění experimentů.

„Infrastruktua P3 na ELI Beamlines představuje jedinečnou a všestrannou experimentální platformu pro sofistikované experimenty s vysokým elektromagnetickým polem a je dokonale přizpůsobena plánovanému programu v rámci tohoto projektu,“ říká Dr. Condamine. Dr. Weber podotýká: „Očekává se, že tato spolupráce mezi San Diegem a ELI Beamlines bude významným krokem vpřed pro sbližování americké vědecké obce a týmu ELI při společných experimentech.“

Důležitou součástí tohoto projektu je školení nové generace vědců na ELI Beamlines, aby mohli vyvinout techniky, které plně využijí repetičních schopností laserů. Studenti a postdoktorandi Kalifornské univerzity v San Diegu se budou rovněž školit v oblasti vývoje terčů pro lasery s vysokou opakovací frekvencí a získávání dat na novém laserovém zařízení GALADRIEL společnosti General Atomics, aby pomohli zvýšit efektivitu experimentů prováděných na ELI Beamlines.

Obrázek 2: Infrastruktura P3 (Plasma Physics Platform) na ELI Beamlines, kde budou probíhat experimenty.

„Jedná se o první projekt financovaný Grantovou agenturou České republiky a americkou National Science Foundation. Věřím, že nová spolupráce mezi agenturami povede k řadě úspěšných projektů a spolupracující vědecké týmy z České republiky a USA z ní budou profitovat,“ říká předseda GA ČR Dr. Petr Baldrian.

„Jsme nadšeni, že můžeme s našimi kolegy v České republice dále rozšiřovat mezinárodní vědeckou spolupráci v oblasti umělé inteligence, nanotechnologií a výzkumu plazmatu. Jsem optimistický, že toto bude první z mnoha projektů spolupráce mezi NSF a GA ČR,“ říká ředitel NSF Dr. Sethuraman Panchanathan.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Proteinový komplex může být klíčem k pochopení růstu melanomu

VÍCE INFORMACÍ

Pracujte v GA ČR – hledáme právníka/čku a účetní/ho

VÍCE INFORMACÍ

Od louhování čaje k růstu živé chrupavky: matematické modely popisují svět

VÍCE INFORMACÍ

Nekonečnost v záblesku světla

24. 06. 2022

Možná už brzy budou i díky českým vědcům počítače rychlejší, internet jiný, přenos našich bankovních příkazů bezpečnější a vůbec náš život s pomocí kvantové fyziky lehčí – aniž bychom jí přitom vůbec museli rozumět…

Traduje se, že když se v roce 1931 potkali v Los Angeles komik Charles Chaplin a fyzik Albert Einstein na premiéře Chaplinova němého filmu Světla velkoměsta, proběhla mezi nimi následující konverzace. Nejdřív vědec zalichotil herci: „Co nejvíce obdivuji na vašem umění, je jeho univerzálnost. Neřeknete ani slovo, a přesto vám svět rozumí.“ Chaplin Einsteinovi pohotově odvětil: „To je pravda. Ale vaše sláva je ještě větší. Celý svět vás obdivuje, ačkoli nerozumí ani slovu z toho, co říkáte.“

Od té doby se moderní fyzika výrazně posunula. Běžná veřejnost sice nadále jen obtížně rozumí tomu, o čem se v ní mluví, ale bez problémů využívá získaných poznatků. Třeba satelitní navigace v našem mobilu pracuje s výpočty podle Einsteinovy speciální teorie relativity. Ta je stará více než století, ale z lidí, kteří řídí auto podle navigace, by ji ještě dnes dokázalo dobře vysvětlit opravdu jen pár.

Nejdokonalejší popis přírody

A když už se točíme kolem Alberta Einsteina, můžeme zmínit, že mimo jiné patřil k průkopníkům oboru zvaného kvantová mechanika, ale později se k němu stal kritickým. Zřejmě mylně. „Kvantová mechanika je podle našich dosavadních poznatků nejdokonalejším popisem přírody, který dnes máme k dispozici,“ zdůrazňuje docent Karel Lemr, fyzik z Univerzity Palackého v Olomouci. Spolu se svými kolegy právě tuto disciplínu používá k poznávání zákonitostí, které mohou už v příštích letech proměnit technologie kolem nás.

V tuto chvíli jde stále ještě o základní výzkum – ten vědcům pomáhá pochopit, jak okolní svět funguje. Takovéto bádání však obvykle nefinancují soukromé firmy, protože není předem jasné, k čemu vědci dospějí a jak přesně získané poznatky nakonec půjdou využít. Základní výzkum tedy všude ve světě financují především státní instituce. V Česku zejména Grantová agentura ČR – jako i v případě výzkumů docenta Lemra a jeho spolupracovníků.

Tito vědci působí ve Společné laboratoři optiky, která je pracovištěm Univerzity Palackého v Olomouci a Fyzikálního ústavu Akademie věd v Praze. Jak název napovídá, při svých výzkumech kvantových jevů využívají světlo, či přesněji jeho částice – fotony. Ty se mohou šířit prostorem například jako zacílený světelný paprsek, anebo třeba putovat optickými vlákny, která bývají ze skleněných nebo plastových materiálů, dají se táhnout pod zemí a signál se v nich šíří na velké vzdálenosti.

Pro potřeby tohoto článku se vyhněme ambiciózní snaze principy kvantové mechaniky podrobně vysvětlovat. Zůstaňme u velmi jednoduchého konstatování, že mechanika je fyzikální obor zabývající se pohybem a kvantová mechanika tento obor začátkem minulého století rozšířila i o pohyb atomů a subatomárních částic, které se chovají podle vlastních zákonitostí. Co je však pro nás podstatné – principy kvantové mechaniky je možné využít například k tomu, abychom měli rychlejší a lepší počítače nebo dokázali přenášet neprolomitelné, bezpečné zprávy.

Fyzikové (zleva) Karel Lemr, Vojtěch Trávníček a Antonín Černoch nad sestavou laserů.

Počítač studený jako vesmír

Máte doma kvantový počítač? Určitě ne. Ale nevadí. Kdybyste jej náhodou chtěli využít pro nějaké odborné, ale třeba i zájmové výpočty, můžete. A dokonce zadarmo. Stačí mít připojení k internetu.

Americká společnost IBM totiž v rámci experimentů provozuje projekty IBM Quantum Composer a IBM Quantum Lab. V nich nabízí vědcům i běžné veřejnosti z celého světa, aby přes internet předložili úkoly, které pak kvantové počítače umístěné v jejich laboratořích provedou. Vědecké projekty sice mají přednost, ale v průběhu několika milionů experimentů, které se už uskutečnily, se dostalo také na jiné náměty, třeba na vývoj počítačových her. Celý systém je totiž plně automatizovaný a i pro úlohy zaslané veřejností představují čekací lhůty na strojový čas jen několik hodin.

Také v Evropě, konkrétně v Německu, už pracuje první komerční kvantový počítač. Provoz zahájil loni v červnu v Ehningenu u Stuttgartu, ovšem je také výrobkem americké IBM. Slouží univerzitám, výzkumným ústavům, ale především průmyslu.

Přitom ještě před desetiletím se v zákulisí fyzikálních konferencí šířil vtip: Když se odborníka zeptáte, za jak dlouho budeme mít funkční kvantový počítač, přesvědčivě odpoví – asi za deset let. A tak to říká už posledních padesát roků…

„Tohle dneska už neplatí, kvantová mechanika udělala v nedávné minulosti obrovský pokrok,“ ujišťuje docent Karel Lemr a nakonec i informace z předchozích řádků tohoto textu to potvrzují. Komerční kvantové počítače tu už jsou. Mají velké výhody, ale také velké nevýhody. Mezi nevýhody například patří fakt, že potřebují pracovat při teplotách blízkých absolutní nule (ta má hodnotu minus 273 stupně Celsia). Takto příšerný mráz se vyskytuje v kosmickém prostoru; na Zemi se dosahuje složitým chlazením například pomocí kapalného helia. V této teplotě některé materiály vedou elektrický proud beze ztráty (tedy jsou supravodivé), což je pro kvantový počítač podstatné. Zlepšení se čeká od vývoje nových materiálů, které budou mít supravodivé vlastnosti i při dosažitelnějších teplotách.

Strojové učení možné

Nicméně výhody už převažují nad nevýhodami. Běžné počítače, ať už ten, který máme doma, anebo superpočítač, který zabírá celou halu, pracují s daty zapsanými ve dvojkové soustavě: nula a jednička. Můžeme si je představit jako nastavení dlouhatánské řady spínačů, z nichž každý může být v poloze dole (a proud jím neprojde), anebo v poloze nahoře (a proud projde).

Kvantový počítač pracuje s částicemi, může to být třeba elektron, foton nebo některý atom. „Řeknu to hodně zjednodušeně. Mám elektron a můžu ho položit na stůl, anebo na podlahu. To jsou dva základní stavy. Kvantová mechanika nám říká, že tento elektron se může nacházet v jakékoli kombinaci obou těchto stavů: může být trochu víc na stole a míň na podlaze, nebo naopak. Vlastně může jít o nekonečné množství kombinací těchto stavů,“ líčí Karel Lemr situaci, které se odborně říká princip superpozice. Díky tomuto principu v sobě částice nesou mnohem víc informací, než může nabídnout klasická dvojková soustava, a kvantový počítač dokáže této výhody využít. Hodí se tedy třeba na teoretické simulace komplikovaných buněčných systémů, výpočty složitého proudění vzduchu kolem křídla letadla a podobně.

Vědci jako Karel Lemr a jeho kolegové však už míří dál. V oboru umělé inteligence je dnes velmi slibným oborem takzvané strojové učení – při něm se počítačové systémy snaží zpracovat velké soubory dat, samy se z nich naučit něčemu novému a přicházet s vlastními řešeními. „V posledních letech se díky podpoře Grantové agentury ČR zabýváme strojovým učením u kvantových počítačů, spolupracujeme při tom i s kolegy z Polska. Už jsme publikovali několik odborných prací na toto téma, třeba v prestižním časopise Physical Review Letters,“ popisuje docent Lemr. „Podařilo se nám prokázat, že kvantový zápis informací do fotonů zrychluje průběh strojového učení, čili že kvantové počítače jsou pro tento obor umělé inteligence velmi vhodné.“

Lasery ve Společné laboratoři optiky Univerzity Palackého a Fyzikálního ústavu Akademie věd.

Neprolomitelná šifra

Šifrování vypadá na první pohled jako záležitost pro špióny, vojáky, případně pro kriminální živly. Ale potřebují jej také diplomaté, obchodníci nebo třeba banky pro předávání příkazů a zpráv mezi nimi a klienty, které nejde zfalšovat.

I tímto výzkumem se docent Lemr se svými kolegy zabývá. Jak by šlo využít kvantovou mechaniku pro bezpečný přenos informací, neboli pro takzvanou kvantovou teleportaci, vědci ve světě zkoumají zhruba od osmdesátých let 20. století. Říká se tomu kvantová kryptografie. Využívají k tomu polarizované fotony, které nesou informaci poté, co projdou odpovídajícím polarizačním filtrem. Anebo, od devadesátých let, se používají také dvojice provázaných fotonů, z nichž první má jednu vlastnost (polarizaci) opačnou než ten druhý. Informace z prvního fotonu z dvojice se použije při zašifrování nějaké zprávy, druhý foton se posílá tomu, kdo zprávu dešifruje. Tímto způsobem vzniká náhodný klíč pro právě vytvářenou šifru. Důležité je, že zprávu nemůže nikdo třetí rozluštit.

„Pokud by takové sdělení bylo napsané třeba na papíře, není problém dát papír do kopírky a vytvořit kopii. A když to bude kvalitní kopírka, nebude kopie rozpoznatelná od originálu, a navíc nikdo ani nemusí vědět, že sdělení bylo okopírováno,“ uvádí příklad Antonín Černoch, z Fyzikálního ústavu Akademie věd. „Ale u fotonů přenášejících kvantovou informaci tohle neplatí. Vlastnosti fotonu nejsme schopni dokonale zkopírovat. Ne proto, že jsme ještě nevyrobili dobrou ,kvantovou kopírku‘, ale proto, že taková vyrobit vůbec nejde; neumožňují to zákony kvantové mechaniky. V komunitě fyziků vycházíme z toho, že pokud něčemu nám známé zákony kvantové mechaniky brání, tak to z principu nejde nijak uskutečnit. Neboli žádnou dokonalou ,kvantovou kopírku‘ nelze vytvořit, a kvantově přenášenou informaci tedy nejde bezchybně zkopírovat.“

Pokud by přesto někdo takovouto informaci „odposlechl“, neboli změřil stav daného fotonu, současně s měřením jej změní a okamžitě se to pozná.

Hledá se kvantový internet

Tímto způsobem se už dnes dopravují zašifrované zprávy například mezi pobočkami bank pomocí optických kabelů na vzdálenosti přesahující stovku kilometrů. Že to zdaleka není konečná hranice, dokázal v létě 2020 čínsko-britský tým, který poslal přes čínskou družici kvantový šifrový klíč pomocí přesně zaměřeného fotonového paprsku na vzdálenost 1200 kilometrů.

Pořád tu však přetrvává podstatný problém. Spojení se zatím uskutečňuje mezi dvěma body. „Aby se mohla kvantová kryptografie více rozšířit a být praktičtější, potřebujeme celou síť, vlastně něco jako je současný internet,“ říká docent Lemr. „A o to se právě fyzikové ve světě i přímo na našem pracovišti snaží.“

V olomoucké laboratoři, rovněž ve spolupráci s kolegy z Polska, tedy nyní zkoumají, jak by šlo nejlépe vytvořit síť sestávající z uzlů, jimiž kvantové signály procházejí a směřují na požadované místo určení. „Přestože je mohou přenášet i jiné částice, jako nejšikovnější se nám jeví jako přenašeče fotony, zřejmě ve speciálních pulzech světla,“ dodává Karel Lemr.

Zatím představili funkční spojení tří bodů, v nichž kterýkoli mohl posílat kvantové informace kterémukoli z obou dalších účastníků. „Takto vznikla naše první komunikační buňka, která umožňuje spojení nejen dvou, ale tří účastníků. To by ještě bylo málo, takže teď pracujeme na tom, jak tyto komunikační trojúhelníky na sebe navázat, aby z nich vznikla robustní síť, v níž mohou různí účastníci mezi sebou zabezpečeně komunikovat,“ líčí Karel Lemr.

Právě komunikační trojúhelníky jsou jedním z dosud chybějících dílů do pomyslné skládačky. Výzkumníci věří, že v kombinaci s tím, jak se daří kvantovou komunikaci uskutečnit mezi čím dál vzdálenějšími účastníky, mohou právě tyto komunikační trojúhelníky vést ke konstrukci globální kvantové komunikační sítě, nástupce dnešního internetu. Výsledky českých vědců publikují přední světová fyzikální periodika, nedávno například časopis Quantum.

Zdroje vysílající fotony jsou od sebe v olomoucké laboratoři vzdáleny jen pár desítek centimetrů. Jde totiž o pokusy, které mají prokázat funkčnost tohoto nového principu. „Samozřejmě předpokládáme, že kvantový internet bude jednou pokrývat území o rozměrech desítek či stovek kilometrů,“ ujišťuje docent Lemr. „Ale někde musíte začít. A to je právě úkol základního výzkumu, který děláme – pochopit možnosti kvantové mechaniky, přijít na to, jaké by mohlo být její využití, a experimentálně je ověřit. V případě kvantové teleportace, tedy bezpečného přenosu informací, jsme to nyní dokázali. Teď už bude na aplikovaném výzkumu, na dalších vědcích a technicích, i na soukromých firmách, aby to dotáhli do praxe. A oni to určitě už dokážou.“

Článek vznikl ve spolupráci Lidových novin a Grantové agentury ČR.

Foto: Univerzita Palackého Olomouc

Možnost pro stáří: v bytě se dá bydlet a současně jej postupně prodávat

02. 06. 2022

V některých zemích si starší lidé, kteří vlastní dům nebo byt, mohou přilepšit k penzi tím, že své bydlení postupně prodávají, zatímco v něm stále žijí. Jaký je zájem o tuto možnost a jaké dopady by mohla mít v České republice, zkoumal s podporou Grantové agentury České republiky Martin Lux ze Sociologického ústavu Akademie věd ČR v Praze.

Přibližně osmdesát procent domácností v České republice bydlí ve vlastním nebo družstevním bytě nebo domě. Přispěla k tomu i porevoluční privatizace původně státního bytového fondu. Ve vlastním bydlení mají tak mnozí čeští senioři ukrytý nemalý majetek. Kdyby ho však chtěli v penzi využít, museli by jej obvykle prodat a odstěhovat se do levnějšího nebo do domova seniorů.

Ve světě však dobře fungují i jiné možnosti, jak bohatství ukryté v nemovitosti využít, ale přitom v ní dál bydlet. Základními variantami jsou reverzní hypotéka a systém věcného břemene, který je známý zejména z Francie pod pojmem viager.

Prodej bance nebo investorovi

„Reverzní či zpětná hypotéka je oblíbená zejména ve Velké Británii,“ popisuje docent Martin Lux, vedoucí vědecký pracovník Sociologického ústavu Akademie věd ČR. „Při běžné hypotéce si od banky půjčíte peníze, pořídíte za ně dům nebo byt, hypotéku splácíte a po jejím splacení je nemovitost vaše. Při reverzní hypotéze nemovitost máte a banka ji odkupuje tím, že vám každý měsíc vyplácí splátku.“

Až člověk své bydlení nebude potřebovat, protože přejde do sociální péče, nebo zemře, může banka byt prodat, eventuálně mohou dědicové splatit bankou poskytnutý úvěr a byt si ponechat. Není přitom možné, aby banka po seniorovi nebo dědicích požadovala jakékoliv další peníze či majetek, pokud například špatně odhadla cenu bytu nebo ceny poklesly, to je jejím rizikem.

„Systém viager je zase rozšířený ve Francii,“ uvádí Martin Lux. „V tomto případě hned na začátku svůj byt nebo dům prodáte investorovi, ale současně máte formou věcného břemene zajištěno, že ve své původní nemovitosti můžete bydlet až do odchodu do sociálních služeb nebo úmrtí. Pak teprve ji může používat investor.“

Investor – soukromá osoba – jednorázově zaplatí bývalému majiteli podstatnou část hodnoty nemovitosti okamžitě a zároveň se zaváže, že mu bude vyplácet doživotně měsíční rentu. Vychází se z pravděpodobnosti dožití. Může se stát, že bývalý majitel zemře brzy a investor i velmi drahou nemovitost získá za nízkou cenu. Na druhou stranu však může bývalý majitel žít a pobírat rentu ještě velmi dlouho.

Francouzské zákony původního majitele nemovitosti velmi dobře chrání. Kdyby investor rentu přestal vyplácet, dohoda přestává platit a vlastnictví nemovitosti se vrací původnímu majiteli, který navíc nemusí žádné už vyplacené peníze investorovi vracet. Pokud investor zemře dřív než původní majitel nemovitosti, povinnost vyplácet rentu přechází na investorovy dědice.

Zapojit banky a připravit legislativu

Obě popsané varianty jsou v principu možné i v České republice a občas se v praxi vyskytují. Do systému reverzních hypoték však zatím vstoupily spíše nebankovní instituce.

Výzkumy docenta Luxe a jeho kolegů, podporované Grantovou agenturou ČR, tedy zjišťovaly, jak na tyto možnosti pohlíží veřejnost v Česku. Ukázalo se, že o reverzní hypotéku nebo o systém viager jako přilepšení v důchodu projevila zájem desetina oslovených, což je relativně vysoké číslo, uvážíme-li, že pro českou populaci jde o novinku. Dotazovaní však vyjadřovali velké obavy ze zneužití situace, třeba z toho, že v systému viager by investor mohl nevybíravými prostředky nutit obyvatele bytu k vystěhování. „Potřebujeme přijmout vhodnější právní rámec a zapojit velké bankovní domy,“ zdůrazňuje docent Lux.

Z workshopů, které výzkumníci pořádali pro zástupce bank a úřadů, vyplynulo, že i praktici vnímají reverzní hypotéky a systém viager v českém prostředí jako rizikové. A projevily se i etické výhrady. Investor si při nákupu bytu, kterým bude plně disponovat až po úmrtí jeho obyvatel, bude zjišťovat jejich věk a zdravotní stav, což je u nás často vnímáno jako obchod se smrtí.

Výzkumníky rovněž zajímalo, jak by popsaný prodej nemovitostí ovlivnil přesuny majetku mezi generacemi. Nyní obvykle po rodičích získávají majetek děti, často až v době, kdy jsou materiálně zajištěné, takže díky dědictví mohou pomoci svým dětem. Pokud by však penzisté svou nemovitost využili k přilepšení ve stáří, tento transfer by se přerušil. Na druhou stranu, někteří rodiče by část peněz získaných za nemovitost poskytli ihned svým dětem, čímž by jim finančně pomohli v době, kdy to právě potřebují, a ne až dědictvím.

Z analýz vyplynulo, že přerušení transferů by zvýšilo majetkovou nerovnost ve společnosti. Penzisté vlastnící nemovitosti by si finančně polepšili, avšak jejich potomci by zdědili méně nebo nic. Dopad by to mělo zejména na mladé a příjmově slabší domácnosti.

„I to jsou souvislosti, s nimiž musíme ve společnosti, v níž neproběhla penzijní reforma, počítat, jsou zde plusy i minusy,“ shrnuje docent Lux.

Doc. Ing. Mgr. Martin Lux, Ph.D., absolvoval Fakultu mezinárodních vztahů Vysoké školy ekonomické a Fakultu sociálních věd Univerzity Karlovy, na níž pak získal i titul Ph.D. Druhý doktorát převzal na Technologické univerzitě v nizozemském Delftu. Nyní je vedoucím oddělení Socioekonomie bydlení v Sociologickém ústavu Akademie věd ČR v Praze a docentem na Univerzitě Palackého v Olomouci. Zabývá se ekonomikou bydlení, hodnocením nástrojů bytové a sociální politiky, zejména problematikou sociálního bydlení. Za svůj dřívější výzkum získal v roce 2012 Cenu předsedy Grantové agentury České republiky.

Foto: Sociologický ústav Akademie věd ČR

Nové komplexy kovů by měly účinněji ničit lidské nádory

18. 05. 2022

Možnosti lepšího využití léků proti rakovině zkoumá se svými kolegy profesor Viktor Brabec z Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR. S podporou Grantové agentury České republiky se zaměřuje na léčiva obsahující kovové prvky.

Koncem sedmdesátých let minulého století se mezi protinádorové léky (tzv. cytostatika) zařadila cisplatina – sloučenina na bázi platiny. Aplikuje se infuzí proti řadě nádorů, mezi nejúspěšnější patří léčba nádorů varlat. Později byly připraveny další protinádorově účinné látky odvozené od sloučenin obsahujících atom platiny či jiných kovů – například iridia, ruthenia, osmia, zlata, v poslední době i mědi.

Jedním z mechanismů, kterým tato tzv. metalofarmaka usmrcují nádorové buňky, je jejich schopnost nevratně poškozovat genetický materiál (DNA) a další organely rakovinných buněk.

„Přestože například cisplatina a její deriváty patří k nejzdařilejším léčivům proti rakovině nejen z lékařského, ale i z komerčního hlediska, jejich využití je spojeno s řadou omezení,“ říká profesor Viktor Brabec z Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR v Brně. Nádory si totiž na ně po opakovaném podání dokážou „zvyknout“ a stávají se vůči těmto lékům odolnými. Kromě toho je možné metalofarmaka využít jen pro omezené spektrum nádorů. Především však naprostá většina chemoterapeutik včetně metalofarmak komerčně dostupných i vyvíjených v celosvětovém měřítku postrádá schopnost usmrcovat nádorové kmenové buňky. To je subpopulace rakovinných buněk nacházejících se v nádorech jen ve velmi malém množství, ale významných při nástupu recidivy nádoru a vytváření metastáz.

Pokusy na lidských nádorových buňkách

Tým profesora Brabce se již řadu let s podporou několika grantů poskytnutých Grantovou agenturou České republiky zabývá výzkumem zaměřeným na nová metalofarmaka, která dokážou odstraňovat nejen nádorové kmenové buňky, ale i ostatní buňky nádoru.

Jednou ze strategií zkoumaných v laboratořích profesora Brabce je připravit a testovat nové, tzv. multimodální komplexy kovů. Výzkumníci tedy například k protinádorově účinnému komplexu platiny (např. cisplatině) nebo jiného kovu připojují jednu nebo více funkčních skupin schopných usmrcovat nádorové kmenové buňky. Ty by měly zvýšit účinnost původního komplexu.

„Zjišťujeme tedy, zda má takto sestavený nový komplex očekávané protinádorové vlastnosti, na které nádorové buňky působí a zda je možné jej navrhnout pro další preklinické a klinické zkoušky,“ popisuje Viktor Brabec.

K výzkumu využívají vedle tkáňových kultur z lidských rakovinných buněk kultivovaných v jedné vrstvě také tzv. trojrozměrné sferoidy vytvořené z nádorových buněk, které velmi dobře simulují reálné nádory v prostředí lidského organismu. Příklad slibných cytostatik testovaných v laboratořích profesora Brabce představují deriváty cisplatiny obsahující kyselinu skořicovou. Jsou velmi účinné v usmrcování veškerých buněk nádoru včetně nádorových kmenových buněk rabdomyosarkomu, což je jeden z nejproblematičtějších a špatně léčitelných dětských nádorů.

Světlo řídí aktivitu léku

Důležitou vlastností protinádorových chemoterapeutik je jejich schopnost působit pouze na nádory a ne na zdravé normální buňky. Proto výzkumný tým testuje také tzv. fotoaktivovatelná metalofarmaka. Jejich důležitou vlastností musí být malá nebo žádná aktivita ve tmě, schopnost aktivace po ozáření světlem určité vlnové délky a aktivita v prostředí uvnitř nádorů.

Léčivo se po podání pacientovi šíří v celém těle, nejen v nádorech, a jeho protinádorová aktivita je aktivována ozářením světlem pouze v místě nádoru. Toho lze dosáhnout díky nedávným pokrokům ve vývoji laserů a optických vláken, tedy technologiím, které umožňují ozařovat také vnitřní orgány světlem definované intenzity a vlnové délky.

Příkladem nadějného fotoaktivovatelného cytostatika testovaného v laboratoři profesora Brabce je komplex iridia kombinovaný s molekulou kumarinu, který je po fotoaktivaci schopný účinně ničit jak kmenové, tak i rychle se množící ostatní buňky nádoru, a to především nádoru prostaty. Právě ten je druhým nejčastěji se vyskytujícím typem rakoviny u mužů v celosvětovém měřítku.

VIKTOR BRABEC

Prof. RNDr. Viktor Brabec, DrSc., pracuje v Biofyzikálním ústavu Akademie věd ČR v Brně, je vedoucím oddělení molekulární biofyziky a farmakologie. Přednáší a vede studenty doktorského studia na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Předmětem jeho vědeckého zájmu jsou mechanismy protinádorového působení cytostatik, a s tím související návrhy nových léčiv proti rakovině a také interakce biomakromolekul s biologicky aktivními látkami.

V minulosti působil také dlouhodobě jako vědecký pracovník na Oklahomské univerzitě v USA, jako hostující profesor na Jokohamské univerzitě v Japonsku, nebo jako ředitel výzkumu na ústavu CNRS ve francouzském Orléansu. Jeho výzkum byl oceněn řadou prestižních grantů zahraničních institucí – Howard Hughes Medical Institute (USA), Welcome Trust (Velká Británie), National Institutes of Health (USA). Byl také spoluřešitelem projektu Evropské rady pro výzkum (ERC), koordinoval projekty mnohostranné vědecké spolupráce v rámci programů Evropské komise a Evropské vědecké nadace. Získal také cenu předsedy Grantové agentury České republiky. Publikoval přes 300 studií v mezinárodních časopisech, které byly citovány více než 12 000krát (Hirschův index, jenž odráží citovanost článků autora, je 62).

Kontakt mezi Čechy a Vietnamci přispívá ke zlepšování jejich vzájemných vztahů

05. 05. 2022

V České republice žije zhruba 80 tisíc lidí vietnamské národnosti. Vietnamci jsou tak třetí nejpočetnější cizineckou skupinu v Česku. O Vietnamcích v České republice se dosud většinou mluvilo jako o uzavřené komunitě, která nemá zájem se příliš otevírat většinové společnosti. Výsledky výzkumu Martiny Hřebíčkové a Sylvie Graf z Brněnské laboratoře meziskupinových procesů v Psychologickém ústavu Akademie věd ČR však ukázaly, že Vietnamci jsou velmi dobře integrovaní do české společnosti a mají mezi příslušníky většinové společnosti přátele.

Vědkyně Martina Hřebíčková a Sylvie Graf z Psychologického ústavu Akademie věd ČR se dlouhodobě věnují zkoumání meziskupinových vztahů. Psychologie meziskupinových vztahů se zabývá tím, jak lidé jednají, přemýšlejí a hodnotí sebe a druhé, pokud se definují jako příslušníci určitých společenských skupin na základě například svojí etnicity, náboženství nebo národnosti. „V našich předchozích projektech jsme se věnovaly národním stereotypům a meziskupinovému kontaktu lidí z pěti zemí střední Evropy. Završily jsme je publikováním několika studií v uznávaných mezinárodních časopisech a vědeckou monografií, která získala Cenu Akademie věd ČR a Slovenské akademie věd. Poté jsme se rozhodly mezinárodní srovnávání opustit a věnovat se ještě společensky palčivějším otázkám – vztahu mezi většinovou společností a společenskými menšinami žijícími na jednom území. Naši pozornost jsme zaměřily na třetí nejpočetnější cizineckou menšinu v České republice – Vietnamce a Vietnamky,“ nastiňuje Martina Hřebíčková, jak s kolegyní připravily a realizovaly úspěšný projektu podpořený Grantovou agenturou České republiky.

Vědkyně chtěly porozumět souvislostem mezi meziskupinovým kontaktem společenské většiny a menšiny a jejich akulturačními strategiemi. Akulturace zahrnuje psychosociální změny vedoucí k adaptaci jednotlivců na prostředí, ve kterém se setkávají lidé s různým kulturním zázemím. Akulturační strategie popisují, do jaké míry si lidé chtějí jednak udržet vlastní kulturu a jednak přijímat vlivy jiných kultur. Protože k akulturaci dochází po interakcích s lidmi z jiných sociálních skupin, může tento meziskupinový kontakt ovlivnit preferované akulturační strategie u příslušníků společenské menšiny i většiny.

„Dále nás zajímalo, zda upřednostňované akulturační strategie – tedy přesvědčení lidí o tom, zda je žádoucí ponechat si vlastní kulturu nebo převzít prvky jiné kultury – souvisejí s chováním k příslušníkům druhé skupiny a podporou práv menšin. Konkrétně jsme zkoumaly, jestli akulturace předpovídá ochotu podporovat podnikání příslušníků druhé skupiny nebo práva menšin, například ve formě petice nebo demonstrace za práva českých Vietnamců,“ popisuje Martina Hřebíčková.

Vietnamci jsou velmi dobře integrovaní do české společnosti, na rozdíl od jiných českých etnických menšin mají mezi příslušníky většinové společnosti přátele. Vzhledem ke svým znalostem češtiny mají především příslušníci druhé generace výborné předpoklady získat vzdělání a najít odpovídající pracovní uplatnění. To je skvělá zpráva jak pro většinovou společnost, tak pro vietnamskou menšinu.

Ačkoliv bylo podle ní v průběhu projektu nejtěžší udržet ve třech vlnách sběru dat dostatečný počet respondentek a respondentů, přineslo zkoumání zajímavé výsledky: „Pokud jde o vietnamské respondentky a respondenty, tak jsme zaznamenali souvislost mezi pozitivním kontaktem s příslušníky většinové společnosti a preferencí Vietnamců přebírat prvky české kultury. Čím častější byly pozitivní zkušenosti českých Vietnamců s příslušníky většinové společnosti, tím ochotnější byli přejímat prvky české kultury, například jazyk nebo způsob života typický pro českou společnost. Pozitivní kontakt s příslušníky většinové společnosti také přispíval k tendenci českých Vietnamců se k příslušníkům většinové společnosti lépe chovat. Překvapilo nás, že negativní zkušenosti se naopak do chování českých Vietnamců vůči příslušníkům české většinové společnosti nijak nepromítaly,“ uvádí Sylvie Graf.

Paralelní výsledky u příslušníků české většinové společnosti ukázaly souvislost mezi pozitivním kontaktem s příslušníky vietnamské menšiny a chováním k nim. Konkrétně pozitivní zkušenosti příslušníků většinové společnosti s Vietnamci předpovídaly jejich ochotu později podporovat jejich podnikatelské aktivity, například návštěvou jejich obchodů a restaurací. Naopak negativní kontakt příslušníků většinové společnosti s Vietnamci se odrážel v jejich pozdější neochotě podporovat práva vietnamské menšiny v České republice a přejímat prvky vietnamské kultury. Dobrou zprávou však je, že vliv negativního kontaktu s Vietnamci, který čeští respondenti a respondentky uváděli méně často než pozitivní kontakt, byl také ve srovnání s pozitivním kontaktem mnohem slabší.

„Tyto závěry zdůrazňující přínos pozitivních interakcí mezi příslušníky společenské většiny a menšiny mají přímé uplatnění v intervencích zaměřených na zlepšování meziskupinových vztahů. Účinné mohou být takové intervence, které nabídnou příležitosti ke vzájemným pozitivním zážitkům s příslušníky jiných společenských skupin a tím budou přispívat ke zlepšení vztahů mezi různými společenskými skupinami. V praxi to může být například organizování kulturních akcí odhalujících kulturní specifika společenských menšin,“ dodává Sylvie Graf.

V minulosti nebyl jednotný názor na to, zda je pro příslušníky menšin lepší s většinovou společností zcela splynout a potlačit orientaci na svoji původní kulturu, nebo usilovat sice o přizpůsobení, ale za současného podržení kultury země původu. Výzkumy z poslední doby ukazují, že lidé pocházející z různých menšin jsou úspěšnější a spokojenější, pokud uplatňují druhou strategii. „Znamená to, že jako výhodnější se jeví skloubit oba kulturní vlivy. Z našich i zahraničních výzkumů jednoznačně vyplývá, že nejdůležitějším prvkem v akulturaci je znalost jazyka. Vietnamci a Vietnamky žijící v ČR mohou budovat, rozvíjet a udržovat vztah k vietnamské kultuře a tradicím především tehdy, když budou na odpovídající úrovni ovládat vietnamštinu. Majorita by proto měla podporovat osvojování nejen češtiny, ale i možnosti udržení vietnamštiny například u dalších generací,“ doplňuje Martina Hřebíčková.

Kvůli náročnosti sběru longitudinálních dat u českých Vietnamců a Vietnamek mohly vědkyně výzkum dokončit teprve v navazujícím projektu, který opět s podporou GA ČR řeší v současnosti. Řešitelský tým je součástí Brněnské laboratoře meziskupinových procesů na PSÚ AV ČR, kterou vědkyně založily v roce 2014. „V řešitelském týmu máme nyní mladé a motivované spolupracovníky a spolupracovnice, experty na pokročilé analýzy longitudinálních dat, které jsme mohly přijmout díky podpoře GA ČR. Týmová spolupráce se nám velmi daří – naše práce je efektivnější a její výsledky díky různým expertním pohledům komplexnější a i validnější,“ říká Sylvie Graf.

Tým Brněnské laboratoře meziskupinových procesů pružně zareagoval na pandemii covidu-19 a pod vedením Tibora Žingory připravil mezinárodní longitudinální výzkum postojů většinové společnosti k imigrantům v době pandemie. Je totiž známo, že právě v období krizí se postoje k menšinám a imigrantům mohou zhoršit. Připravili jsme studii pokrývající období šesti měsíců od začátku pandemie, a protože náš tým je mezinárodní, povedlo se nám výzkum uskutečnit v šesti evropských zemích. Pozitivní a optimistická zpráva je, že se postoje k migrantům v šesti evropských zemích se na začátku pandemie výrazně nezhoršily.

Doc. PhDr. Martina Hřebíčková, Ph.D., DSc., je vedoucí vědeckou pracovnicí v Psychologickém ústavu AV ČR. Těžištěm jejího odborného zájmu je pětifaktorový model osobnosti a metody pro jeho diagnostikování. Zkoumá také sociální percepci, národní stereotypy a akulturaci. Působila v Executive Committee European Association of Personality Psychology, nyní je editorkou časopisu Personality Science.

Doc. Mgr. Sylvie Graf, Ph.D., je vedoucí vědeckou pracovnicí Brněnské laboratoře meziskupinových procesů na Psychologickém ústavu AV ČR. Prostřednictvím svého výzkumu chce zlepšovat vztahy mezi lidmi z různých společenských skupin například ze společenských menšin nebo národností. Je mezinárodně uznávanou odbornicí na redukci předsudků a diskriminace pomocí meziskupinového kontaktu, jazyka pro označení skupinové příslušnosti a masmédií.

Chování betonu při lomu je klíčové

20. 04. 2022

Beton s cementovým pojivem je celosvětově nejběžněji používaný materiál ve stavebnictví. Jeho vlastnosti a odolnost jsou zásadní především u společensky významných staveb, jako jsou mosty či výškové budovy. Životnost těchto staveb často závisí na kvalitě betonu, který je jakožto kompozitní materiál s křehkou matricí náchylný na vznik a šíření trhlin. Právě jimi se dlouhodobě zabývá Ing. Hana Šimonová, Ph.D., z Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně (VUT).

„Zvyšující se nároky na snižování emisí CO₂nás motivují k hledání nových alternativních materiálů, které by vedly k výrobě betonu bez jediného zrnka cementu. V našem případě jsme pro tento účel vybrali vysokopecní strusku, která vzniká jako vedlejší produkt při výrobě železa. Struska se v současné době už do betonu přidává, a to především ve formě vysokopecních a směsných cementů. My jsme se rozhodli nahradit cement struskou úplně,“ přibližuje Hana Šimonová. „Aby se ve strusce plně probudily pojivové vlastnosti je potřeba k ní přidat vhodný alkalický, tedy zásaditý aktivátor. Nejčastěji se jedná o vodní sklo či hydroxid sodný. Pak přimícháme kamenivo a máme beton.“ Její projekt Pokročilý popis šíření trhlin v kompozitech na bázi alkalicky aktivované matrice podpořila Grantová agentura ČR.

Chování materiálu při zatěžování

Přestože se beton dlouhodobě zkoumá v celosvětovém měřítku, stále existují nepříliš probádané oblasti jeho chování, mezi které patří právě popis vzniku a šíření trhlin při zatěžování, což je zcela zásadní z hlediska jeho praktického využití. „Cílem projektu tedy bylo popsat mechanické, lomové a také únavové vlastnosti tohoto materiálu pomocí pokročilých experimentálních metod a matematických modelů, což obnášelo prohloubení a další rozvíjení mezioborové spolupráce s kolegy v Česku i v zahraničí,“ vysvětlila Hana Šimonová.

vzorky — Povrch vzorků ošetřovaných při relativní vlhkosti > 95 %; zvětšení 250×: a) Struska aktivovaná vodním sklem (viditelné trhliny); b) Struska aktivovaná hydroxidem sodným (bez trhlin).

Její tým při řešení projektu překvapilo odlišné chování použitého alkalicky aktivovaného materiálu ve srovnání s tradičním cementem, a to ani ne z hlediska lomových vlastností, kde se s rozdíly počítalo, ale spíše při běžné manipulaci se vzorky. Již na první pohled a poté i na omak byl patrný rozdíl, který se záhy projevil například tím, že na zkušebních tělesech najednou špatně držely senzory a další nalepené příslušenství nezbytné pro provedení plánovaných měření. Vzhledem k vyššímu pH tedy museli být výzkumníci při jakékoli práci se vzorkem opatrnější.

Výzvou byl i samotný návrh složení zkoumaného materiálu. „Obecně zde platí, že pokud chceme vyrobit materiál s vyšší pevností, musíme počítat s vyšší náchylností na smršťování doprovázené vznikem trhlin již během procesu tvrdnutí, tzn. bez účinků působení jakéhokoliv externího zatížení. S ohledem na to, že jsme se chtěli věnovat vzniku a rozvoji trhlin v materiálu během zatěžování, byl tento fakt pro účely projektu nepřípustný. Potřebovali jsme, aby tam ty trhliny nebyly předem. Nicméně i to se nám úpravou složení a vhodným ošetřováním zkušebních těles podařilo překonat,“ podotkla Hana Šimonová.

Cenná data

Z hlediska praktického jsou informace o chování materiálu při lomu klíčové pro návrh stavebních konstrukcí. Vzhledem k rozsahu provedených měření byl získán komplexní soubor materiálových vlastností včetně lomových a únavových, který zkoumané oblasti poskytuje dosud chybějící souvislosti.

Experimentálně získaná data jsou cenná pro vývoj matematických modelů, využívaných pro simulace skutečného chování materiálu v konstrukci během zatěžování. S ohledem na náročnost provedených měření je vývoj matematických modelů stěžejní. Hodnotě získaných výsledků přidává i fakt, že materiálové vlastnosti byly sledovány z dlouhodobého hlediska, což není zcela obvyklé.

Právě výsledky dlouhodobých zkoušek mohou lépe odhalit plný potenciál pro využití materiálu v praxi a jsou užitečné pro efektivní návrh konstrukcí z hlediska životnosti a udržitelnosti. V neposlední řadě lze mezi cenné přínosy zahrnout využití kombinovaného módu namáhání, který lépe vystihuje reálné namáhání konstrukcí v praxi.

Dobře fungující tým

Jako u většiny mezioborových projektů, i tady bylo největší výzvou složit dobře fungující tým, kdy někteří jeho členové se před začátkem projektu ani neznali. V tomto případě se navíc jednalo o kolektiv převážně mladých pracovníků na počátku jejich vědecké kariéry.

měření — Vybraná konfigurace lomového testu v kombinovaném módu namáhání s využitím video-extenzometru pro 2D analýzu pole deformací.

„Abychom téma tříletého projektu pokryli od pochopení samotné podstaty materiálu, přípravy zkušebních vzorků, přes jejich destruktivní i nedestruktivní testování až po vyhodnocení lomového chování a tvorbu výpočetního modelu byli do projektu zapojeni kolegové ze tří různých ústavů Fakulty stavební VUT: Ing. Lucie Malíková, Ph.D., doc. Ing. Barbara Kucharczyková, Ph.D., Ing. Petr Miarka, Ph.D., a doc. Mgr. Libor Topolář, Ph.D. S ohledem na složitost problematiky byl do týmu také zapojen kolega Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D., z Fakulty chemické VUT,“ dodala Hana Šimonová.

Experimentální i numerická část projektu byla také konzultována a diskutována s externisty z řad kolegů ze zahraničních institucí, ať už v rámci setkání na mezinárodních konferencích či v rámci individuálních návštěv partnerských univerzit.

Ing. Hana Šimonová, Ph.D., je členkou Ústavu stavební mechaniky Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. Po absolvování doktorského studia v oboru Konstrukce a dopravní stavby strávila více než rok na vědecké stáži na rakouské Technische Universität Wien. V rámci výzkumné činnosti se zabývá lomem a únavovými charakteristikami kvazikřehkých kompozitů. Spolupracuje s řadou pracovišť v České republice a zahraničí (Rakousko, Srbsko, Polsko, Španělsko a další) v oblasti lomové mechaniky materiálů s křehkou matricí.

Stres rostlin je možné tlumit, potvrzují olomoučtí vědci

31. 03. 2022

Je možné tlumit stres rostlin, a tím posílit jejich výnos? Dle vědců ano. Studie z posledních let ukazují, že zásahem do metabolismu fytohormonů, konkrétně cytokyninů, lze ovlivnit vývoj kořene i lodyhy, dělení buněk a pletiv, kvetení a vývoj plodu či právě odolnost vůči stresu.

Takzvaný abiotický stres přímo souvisí s faktory zevního prostředí. Jde o stres z nedostatku nebo nadbytku světla, vody či kyslíku, stres vyvolaný vysokou nebo nízkou teplotou, případně mechanický stres. Vzhledem ke svému přisedlému způsobu života jsou rostliny neustále vystaveny stresům a jsou nuceny velmi dynamicky reagovat na okolní prostředí. „Růst a vývoj rostlin, jakož i jejich interakce s prostředím, jsou regulovány rostlinnými hormony. Cytokininy jsou jednou z nejdůležitějších skupin fytohormonů, která hrají významnou roli při odezvě na abiotické stresy,“ říká prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc., jehož projekt zaměřený na studium metabolismu cytokininů a aldehydů v rostlinách podpořila Grantová agentura České republiky.

„Zajímáme se také o aldehydy, které se běžně v metabolismu rostlin vyskytují, tak i o ty, které jsou spojeny s poškozením membrán při stresu a jež jsou pro buňku toxické. Na pracovištích řešitele a spoluřešitele se dlouhodobě věnujeme studiu metabolismu cytokininů a aldehydů. S ohledem na současnou legislativu a restrikce spojené s pěstováním geneticky modifikovaných plodin v EU, je logickým přístupem pro manipulace s obsahem cytokininů v rostlině aplikace látek, které umožní vyvolat změny endogenních hladin bez zásahu do genomů rostlin,“ vysvětluje prof. Strnad z Laboratoře růstových regulátorů, společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.

Jeho týmu se podařilo vyvinout první generaci protistresových látek na bázi syntetických cytokininů odvozených od difenylmočoviny, které vykazují protistresovou funkci, a přitom se nechovají na receptorové a biotestové úrovni jako klasické cytokininy. Největší podíl na vývoji těchto látek měl Mgr. Jaroslav Nisler, Ph.D.

O olomoucké patenty je zájem

„V kombinaci s rentgeno-strukturní analýzou a enzymologickým přístupem bylo možno navrhnout a vyvinout účinnější inhibitory enzymu cytokininoxidasy/dehydrogenasy (CKX) s inhibiční konstantou v nanomolárních koncentracích. To přináší výhodu nižší pracovní koncentrace, nižších nákladů, a tím pádem i menšího zatížení životního prostředí,“ uvádí k výsledkům obou týmů spoluřešitel projektu Mgr. David Kopečný, Ph.D. Podle něho byly tyto látky testovány v polních pokusech na pšenici, ječmeni a řepce, kde byl pozorován pozitivní účinek na výnos i vyšší odolnost vůči abiotickému stresu. Nově vyvinuté látky tak nabízí širší možnosti využití v rostlinných biotechnologiích a zemědělství. Na CKX inhibitory byla podána i prioritní česká patentová přihláška a následně mezinárodní PCT přihláška. O udělené patenty již projevily zájem zahraniční firmy z oblasti výroby agrochemikálií.

Na projektu pracoval společný tým zhruba pět let. Jeho součástí byli kolegové z Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky AV ČR v Olomouci, a dále kolegové z Belgie (Ghent University) a Francie (INRAE, CNRS, Université Paris-Saclay). Společné úsilí vyústilo zejména ve společnou publikaci Nisler el al. zveřejněné v časopise J. Exp. Bot. (DOI: 10.1093/jxb/eraa437), jež shrnuje hlavní vědecké výstupy bádání.

Vědci i nadále pokračují ve spolupráci, momentálně na novém projektu financovaném GA ČR s názvem „Modulace abiotických stresových reakcí rostlin cestou regulace cytokininových a purinových interkonverzních enzymů“, který se zaměřuje na purinové a cytokininové ribosidy a utilizaci dusíku.

Prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc., působí od roku 1996 jako vedoucí Laboratoře růstových regulátorů – společného pracoviště ÚEB AV ČR a UP v Olomouci. V letech 2012–2016 působil jako viceprezident a prezident Evropské fytochemické společnosti. Je předsedou panelu GA ČR a členem panelu ERC. Jeho výzkum je zaměřen na studium rostlinných hormonů a jejich využití v praxi.

Mgr. David Kopečný, Ph.D., působí na PřF UP v Olomouci od roku 2006. Obdržel titul Ph.D. v oboru lékařská chemie a biochemie (Univerzita Palackého, Olomouc) a v oboru biologie (Université Paris-Sud XI, Orsay). Pracoval na katedře biochemie, v Centru regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a od ledna 2021 působí na nově zformované Katedře experimentální biologie. Jeho výzkum je zaměřen na strukturní biologii a enzymologii.

Steroidy by mohly být využity k léčbě poruch způsobených mutovanými NMDA receptory

17. 03. 2022

NMDA receptor je bílkovina, která se nachází na povrchu nervových buněk v našem mozku. Když se ze sousední nervové buňky vylije neuropřenašeč glutamát, naváže se na NMDA receptory, ty následně změní membránový potenciál a vpustí do nervové buňky ionty sodíku a vápníku. To je ve zkratce princip tzv. synaptického přenosu, tedy procesu, při kterém se nervový vzruch přenáší z jedné nervové buňky na druhou.

Synaptický přenos, a tedy i NMDA receptory, je klíčový pro funkci celé nervové soustavy, například pro učení se a vytváření nových paměťových stop. Špatné fungování NMDA receptorů může způsobit závažná neurovývojová onemocnění. „V současnosti známe u pacientů stovky mutací, tedy chyb v NMDA receptorech, které poškozují jejich funkci. Podle toho, jakou mutaci daný pacient má, trpí například mentální retardací, schizofrenií nebo autismem. A pak jsou zde steroidy – skupina látek, která dokáže ovlivňovat funkci NMDA receptorů, a teoreticky by tak mohla být využita jako léčiva‎. To jsou ve stručnosti okruhy poznatků, které jsme měli na začátku našeho projektu,“ shrnuje prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc. projekt s názvem Molekulární, buněčné a behaviorální účinky steroidů působících na NMDA receptorech, podpořený Grantovou agenturou České republiky.

Před jeho řešitelským týmem stálo hned několik velkých nezodpovězených otázek: Dokážou některé steroidy napravit funkci NMDA receptorů, která je poškozena mutací? Jakým mechanismem tyto steroidy působí? Kam se na NMDA receptory váží? Jakou musí mít steroidy chemickou strukturu, aby byly v působení na NMDA receptory co nejúčinnější?

Profesor Ladislav Vyklický a jeho tým. Horní řada zleva: Bohdan Kysilov, Miriam Candelas, Jan Krůšek, Jiří Černý, Miloslav Kořínek, druhá řada zleva Ivan Dittert, Tereza Smejkalová, Ladislav Vyklický, Romana Marková a Věra Abramová.

Látek, které regulují funkci NMDA receptorů, je překvapivě hodně, ale jen málo z nich našlo uplatnění v klinické praxi. Za zmínku stojí například anestetikum ketamin anebo memantin, který se v někter‎ých případech používá při léčbu Alzheimerovy choroby. „Steroidy se zabýváme dlouhodobě a jsme přesvědčeni, že tyto látky by mohly představovat farmakologický nástroj, který by dokázal napravit mutacemi navozené změny ve funkci NMDA receptorů. Farmakologické ovlivnění funkce NMDA receptorů bylo naším dlouhodobým cílem, ale teprve moderní výkonné metody čtení genetické informace většího množství lidí pomohly identifikovat souvislosti mezi genetickou odchylkou u pacienta, tedy například mutací jeho NMDA receptorů, a symptomy,“ vysvětluje prof. Ladislav Vyklický, vedoucí oddělení Buněčné neurofyziologie Fyziologického ústavu Akademie věd České republiky.

Při výzkumu bylo pro jeho tým pozitivním překvapením potvrzení původní hypotézy o tom, že je možné změnit funkci NMDA receptorů nově syntetizovanými steroidními látkami. „Ukázalo se navíc, že některé zmutované NMDA receptory jsou k působení těchto steroidů mimořádně citlivé,“ říká profesor Vyklický.

Náprava funkcí již na úrovni jednotlivých buněk

Jaké jsou tedy nejdůležitější závěry výzkumu? Zaprvé bylo objeveno vazebné místo na povrchu NMDA receptoru, kam se váží takzvané potenciační steroidy. To je základ pro hledání dalších látek, které dokážou posílit funkci NMDA receptorů, budou ještě účinnější a budou mít minimální vedlejší účinky na lidský organismus. Zadruhé tým podrobně otestoval působení více než dvaceti látek na NMDA receptory, což mu dalo představu o tom, jaké strukturní rysy musí mít molekula, aby účinně potencovala NMDA receptory. A zatřetí vědci zanalyzovali více než deset mutací NMDA receptoru, které způsobují neurovývojová onemocnění. Podařilo se tak demonstrovat, v čem mutované receptory funkčně selhávají. U mnohých z nich badatelé dokázali pomocí steroidů napravit na úrovni jednotlivých buněk v laboratorních podmínkách funkci NMDA receptorů.

Výsledky, kterých tým dosáhl, jsou důležitým bodem na cestě k vývoji nových látek k léčbě poruch způsobených mutovanými NMDA receptory. Je to ale stále základní výzkum a potrvá ještě dlouho, než se nějaká látka založená na jeho poznatcích bude moci podat prvním pacientům.

První publikace týmu profesora Vyklického na téma steroidů vznikla v roce 2001. „Od té doby tuto tématiku rozvíjíme a dnes již mnohem lépe chápeme vztah mezi strukturou steroidů a jejich vlivem na NMDA receptory, modelujeme na počítači změny struktury NMDA receptoru po navázání glutamátu, hledáme vazebné místo pro steroidy na povrchu NMDA receptoru, studujeme účinky steroidů na celé nervové buňky, na síť nervových buněk připravených v laboratoři a také na chování pokusných zvířat. V době přípravy grantu jsme měli naměřenou řadu základních experimentů, na jejichž základě jsme si byli jistí, že se jedná o velmi zajímavý projekt se solidním publikačním potenciálem. Standardní granty u Grantové agentury České republiky trvají tři roky. My jsme navíc žádali o roční odklad hodnocení, protože běželo poměrně zdlouhavé recenzní řízení u některých publikací. Trpělivost se nám vyplatila a my jsme tak mohli zakončit náš grant pěknou publikací o palmitoylaci NMDA receptorů, kterou otiskl časopis Journal of Neuroscience vydávaný americkou Společností pro neurovědy,“ říká prof. Ladislav Vyklický.

Typická nervová buňka má bohatě větvenou síť výběžků, kterými komunikuje se stovkami dalších nervových buněk ve svém okolí.

Na projektech se vystřídaly desítky pregraduálních a postgraduálních studentů. Mnozí z nich jsou dnes etablovanými vědeckými pracovníky u nás i v zahraničí. Profesor Vyklický vyzdvihuje především dlouhodobou spolupráci s oddělením doktorky Evy Kudové a její kolegyně doktorky Hany Chodounské z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd. „Je to špičkové vědecké pracoviště, kde syntetizují neuroaktivní steroidy. To jsou látky podobné přirozeným steroidům z našeho těla, ale tyto jsou uměle vyrobené a dokážou ovlivňovat nervovou soustavu. Paní doktorka Kudová byla spoluřešitelkou našeho grantu a prakticky všechny steroidy, které jsme studovali, byly připraveny v její laboratoři.“

Prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc.

Ladislav Vyklický je profesorem normální a patologické fyziologie na 3. lékařské fakultě Univerzity Karlovy v Praze. V roce 1981 získal titul MUDr. na Univerzitě Karlově v Praze a titul Ph.D. v oboru fyziologie a patofyziologie na Fyziologickém ústavu Československé akademie věd. Působil v americkém Marylandu v Laboratory of Developmental Neurobiology, National Institutes of Health (s Markem L. Mayerem) a v německém Heidelbergu v Max-Planck Institut für Zellphysiologie (s profesorem Bertem Sakmannem). Byl oceněn Cenou Československé akademie věd (1991) a Mezinárodním výzkumným stipendiem Lékařského ústavu Howarda Hughese (HHMI) (1995–1999). V současné době je vedoucím Laboratoře buněčné neurofyziologie na Fyziologickém ústavu Akademie věd.

Výzkum hvězdného větru přispěl k lepšímu pochopení hmotných hvězd

09. 03. 2022

Žít rychle a zemřít mlád je nejen název slavného filmu z roku 1958, ale stejně dobře by to mohlo být i životní motto nejhmotnějších hvězd ve vesmíru.

Tyto hvězdy o hmotnosti čítající více než desetinásobek hmotnosti Slunce patří k nejzářivějším objektům vůbec. Oproti hvězdám slunečního typu je však jejich život vskutku jepičí, v průběhu pouhých několika miliónů let spálí své dostupné jaderné palivo a zanikají během kataklyzmatických událostí zvaných výbuch supernovy. Ty bývají natolik jasné, že jsou patrné z téměř celého viditelného vesmíru, a zanechají za sebou kompaktní zbytek: buď neutronovou hvězdu, nebo černou díru. Jak se tyto hvězdy vyvíjejí a co ovlivňuje formu kompaktního zbytku? A jak hmotná černá díra vzniká? Nevíme. Tedy ne přesně, jednou z největších neznámých je totiž množství hmoty, které hmotné hvězdy ztratí během svého života. Pokud přijdou o velké množství hmoty, zbyde z nich neutronová hvězda či málo hmotná černá díra. Pokud ale hvězda ztrácí hmotu příliš pomalu a celkově málo, nevyhnutelně z ní vznikne masivní černá díra.

Právě proto spojili v rámci projektu 18-05665S Grantové agentury České republiky s názvem ‚‚Ztráta hmoty v pozdních fázích vývoje hmotných hvězd“ své síly astrofyzikové z Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky Masarykovy univerzity s kolegy z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky. A zkoumali, jak rychle hmotné hvězdy přicházejí o svoji hmotu. Zaměřili se především na hmotné hvězdy v pozdních vývojových stádiích, jejichž ztráta hmoty je probádána nejméně.

Snímek jedné z hvězd studovaných v rámci projektu, GR 290 z galaxie M33 v souhvězdí Trojúhelníku. Hvězda se nachází ve středu snímku, v jejím okolí je mlhovina vyznačená falešnou modrou barvou (Převzato z Maryeva O. a kol., 2020, Astronomy & Astrophysics, 635, A201)

Astrofyzikové se věnovali především výzkumu proudění, které představuje jeden z hlavních parametrů při posuzování vlastností hvězd vůbec. Hmotné hvězdy bývají natolik horké a zářivé, že je jejich záření schopno uvolnit látku přímo z povrchu do mezihvězdného prostředí. Toto proudění vzniklé působením zářivé síly vede ke ztrátě hmoty hvězdy a označuje se jako hvězdný vítr. Hvězdné větry hmotných hvězd tedy doslova plachtí na záření hvězd. Pro studium hvězdného větru použili brněnští a ondřejovští astrofyzikové vlastní počítačový program, který je schopen předpovídat vlastnosti hvězdného větru pouze na základě znalosti parametrů dané hvězdy. Pro velký soubor hvězd v pozdních fázích vývoje tak vědci předpověděli podstatné vlastnosti hvězdného větru, především množství hmoty, které jednotlivé hvězdy ztrácí. Prostřednictvím svých modelů astrofyzikové ukázali, že hmotné hvězdy ztrácí hmotu podstatně nižší měrou, než se dosud předpokládalo. Dá se tedy očekávat, že pro vývoj hvězd vysoké hmotnosti jsou zřejmě důležité i další explozivní způsoby ztráty hmoty.

Časový vývoj interakce hmoty vyvržené supernovou s okolohvězdnou látkou

V rámci projektu se vědci zaměřili také na další problémy spojené se ztrátou látky hmotných hvězd. Mezi jinými studovali rentgenové dvojhvězdy složené z hmotné hvězdy a hvězdného zbytku, neutronové hvězdy či černé díry. Část hvězdného větru hmotnější složky dvojhvězdy je zachycena jejím kompaktním souputníkem, dopadá na něj a uvolňuje při tom velké množství rentgenového záření. Takovéto dvojhvězdy patří mezi jedny z nejsilnějších rentgenových zdrojů v naší Galaxii. Jednotlivé rentgenové dvojhvězdy s hmotnou složkou je možné rozdělit do dvou tříd podle charakteru jejich rentgenové emise, doposud však nebylo jasné, co způsobuje rozdělení dvojhvězd do těchto tříd. Brněnští a ondřejovští astrofyzikové předložili model, podle nějž se jednotlivé třídy rentgenových dvojhvězd liší mírou vlivu rentgenového záření na hvězdný vítr, což vede k odlišnému charakteru akrece na hvězdný zbytek.

Tři snímky ilustrující časový vývoj interakce látky vyvržené supernovou s okolohvězdou obálkou v různých časech. Jednotlivé obrázky ukazují vývoj hustoty, složek rychlosti, teploty a mechanického ohřevu (Kurfürst, P. ; Pejcha, O. ; Krtička, J., 2020, Astronomy & Astrophysics, 642, A214.) — Tři snímky ilustrující časový vývoj interakce látky vyvržené supernovou s okolohvězdou obálkou v různých časech. Jednotlivé obrázky ukazují vývoj hustoty, složek rychlosti, teploty a mechanického ohřevu. (Kurfürst, P. ; Pejcha, O. ; Krtička, J., 2020, Astronomy & Astrophysics, 642, A214.)

Vědci rovněž studovali jedno z posledních dějství vývoje hmotných hvězd, během kterého hvězda vybuchuje jako supernova a její explodující obálka pohybující se zlomkem rychlosti světla naráží na látku vyvrženou během předchozího života hvězdy. Pro modelování dynamiky této srážky explodující obálky supernovy s okolohvězdným prostředím použili vlastní počítačový program a zjišťovali, jakým způsobem se projeví rozložení okolohvězdné látky na dynamice vybuchující obálky a na pozorovaných vlastnostech supernov.

Řešení projektu tedy přispělo k lepšímu pochopení vývoje hmotných hvězd, od doby, kdy přestávají spalovat ve svém centru vodík, až po velkolepé finále jejich krátkého, ale zářného vesmírného života.

Autor článku: prof. Mgr. Jiří Krtička, Ph.D.

Úvodní foto: Souhvězdí Orion v paprscích zapadajícího Slunce, autor: Mgr. Filip Hroch, Ph.D.

Jak záhadné bakterie z Labutího jezera zachycují sluneční energii

24. 02. 2022

Mezinárodnímu týmu v čele s českými mikrobiology se podařilo popsat unikátní aparát, jimiž zvláštní bakterie z jezera v poušti Gobi zachytávají sluneční světlo. Výzkum naznačil, jak se tento aparát v průběhu miliard let vývoje utvořil. Objev může přinést zásadní posun pro využití fotosyntézy pro mikroorganismy, které sluneční záření neumějí zpracovat.

Bakterie, náležící do téměř neznámého rodu Gemmatimonas, objevili v roce 2014 vědci z Mikrobiologického ústavu AV ČR v Třeboni. Nalezli je v jezeře Tiān é hú (Labutí jezero) v severočínském Vnitřním Mongolsku v poušti Gobi. Na rozdíl od svých příbuzných obsahovaly modrozelené barvivo bakteriochlorofyl, což naznačovalo, že jsou schopné využívat ke svému životu sluneční světlo.

Ještě zajímavější byl fakt, že rod Gemmatimonas původně schopnost fotosyntézy vůbec neměl a všechny potřebné geny získal od cizích, nepříbuzných kmenů bakterií takzvaným horizontálním přenosem. Tato skutečnost může nalézt praktické využití v tzv. syntetické biologii. Pokud by se podařilo zopakovat přenos fotosyntetických genů v laboratoři, bylo by možné naučit využívat energii světla i další organismy.

Týmu složenému z výzkumníků z Mikrobiologického ústavu AV ČR, Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Univerzity v Shefieldu, společnosti ThermoFisher Scientific z Cambridge a dalších zahraničních pracovišť se nyní podařilo popsat, jak je fotosyntetický aparát těchto nezvyklých bakterií sestaven. Výsledky výzkumu uveřejnil prestižní časopis Science Advances.

Umělecké ztvárnění fotosyntetického aparátu bakterie Gemmatimonas se objevilo na titulní stránce posledního čísla časopisu Science Advances

Rozlišení na jednotlivé molekuly

K výzkumu vědci využili moderní techniku elektronové kryomikroskopie, při níž je vzorek extrémně rychle ochlazen na teplotu minus 200 ^oC. Kolem biologických struktur se vytvoří sklu podobná vrstvička ledu o tloušťce tisíckrát menší, než je lidský vlas. „Zmražení je tak rychlé, že veškeré struktury zůstanou nepoškozené, a navíc je možné s nimi pracovat až několik hodin. To umožní rozlišit dokonce až jednotlivé molekuly i ve velmi komplikovaných biologických strukturách,“ říká Michal Koblížek z Mikrobiologického ústavu AV ČR.

Fotosyntetický aparát bakterií je zcela unikátní. Sestává z více než 80 bílkovinných podjednotek uspořádaných do dvou kruhů obklopujících centrální část. Na každou podjednotku jsou navázána barviva, jež zachycují světlo. „Když jsme s kolegou Qianem z Cambridge uviděli první obrázky z elektronového mikroskopu, nevěřili jsme vlastním očím. Ta struktura je velice elegantní, skutečné mistrovské dílo přírody,“ dodává Michal Koblížek.

Mistrovské dílo přírody

Uspořádání pigmentů do dvou kruhů je nejenom krásné, ale také velice účinné. Pro světlo funguje jako nálevka. „Světelná energie zachycená na okraji nálevky (vnější kruh) se za pouhých pár biliontin sekundy přenese do jejího středu, kde se v tzv. reakčním centru přemění na energii metabolickou,“ vysvětluje Tomáš Polívka z Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Obrázek fotosyntetického aparátu zaujal i redaktory časopisu Science Advances, kteří jej zveřejnili na obálce posledního čísla časopisu.

Fotosyntéza je jedním ze základních biologických procesů na naší planetě. Buňky zachycují sluneční záření a přeměňují ho na energii pro svůj metabolismus. Fotosyntézu máme dnes spojenou především se zelenými rostlinami, které vytvářejí kyslík, ale první jednoduché organismy schopné využít sluneční záření se na Zemi objevily již před třemi miliardami let.

Mikrobiologický ústav AV ČR – Centrum Algatech je detašované pracoviště v Třeboni, které se již od roku 1960 zabývá studiem fototrofních organismů, tedy takových, které využívají ke svému životu světelnou energii. Výzkumníci se zde zabývají jak základním výzkumem (biochemií, molekulární genetikou fotosyntézy), tak aplikovaným výzkumem mikrořas, sinic a fototrofních bakterií. Tento výzkum byl podpořen z programu EXPRO Grantové agentury České republiky.

doc. Michal Koblížek, MBÚ, AV ČR – Centrum Algatech

Odkaz na pubikaci:
Qian P, Gardiner AT, Šímová I, Naydenova K, Croll TI, Jackson PJ, Nupur, Kloz M, Čubáková P, Kuzma M, Zeng Y, Castro-Hartmann P, van Knippenberg B, Goldie KN, Kaftan D, Hrouzek P, Hájek J, Agirre J, Siebert CA, Bína D, Sader K, Stahlberg H, Sobotka R, Russo CJ, Polívka T, Hunter CN, Koblížek M (2022) 2.4-Å structure of the double-ring Gemmatimonas phototrophica photosystem. Science Advances 8(7):eabk3139
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk3139

Autor: Richard Lhotský, Ph.D.