V posledních letech dochází ke zhoršení mužského reprodukčního zdraví, což se projevuje zejména snížením mužské plodnosti a nárůstem případů nádorů mužských pohlavních orgánů.
Chemické látky v životním prostředí kolem nás, které narušují hormonální rovnováhu v organismu, tzv. endokrinní disruptory, se zdají být jednou z hlavních příčin těchto vážných zdravotních problémů. Proto je důležité ve větším rozsahu hodnotit tzv. reprodukční toxicitu látek a identifikovat látky působící jako endokrinní disruptory, které mohou narušovat hormonální systém. Jak vybrané endokrinní disruptory ovlivňují negativně stavbu i funkce varlat, a jakými mechanismy by toto mohly způsobovat, zkoumal v projektu podpořeném Grantovou agenturou České republiky tým mladé vědkyně RNDr. Ivy Sovadinové, Ph.D., z výzkumného centra RECETOX na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně.
Mezibuněčná komunikace
Aby mnohobuněčný organismus mohl správně fungovat jako celek, musí všechny buňky ve tkáních a v těle mezi sebou navzájem komunikovat, a tím koordinovat a harmonizovat své chování. Existuje řada způsobů mezibuněčné komunikace, jako je komunikace na dálku prostřednictvím hormonů nebo komunikace přímým dotykem dvou sousedících buněk. „My jsme se zabývali dotykovou komunikací, která probíhá přes proteinové kanálky mezi sousedními buňkami, tzv. mezerovými spoji. Tento způsob komunikace a její rychlá kontrola je totiž velice důležitý při vývoji i funkci mužských pohlavních orgánů včetně varlat. Mezi sebou takto komunikují navzájem například Leydigovy buňky, které jsou zodpovědné za produkci důležitých mužských pohlavních hormonů, jako je testosteron, nebo buňky Sertoliho, které zodpovídají za podporu a výživu zárodečných buněk a spermatogenezi,“ vysvětluje Iva Sovadinová. Narušení normální fyziologické mezibuněčné komunikace působením látek nacházejících se v životním prostředí se pak může podle Ivy Sovadinové projevit jako snížená plodnost nebo nádorové onemocnění. Zejména, pokud k tomuto narušení dojde v citlivých obdobích vývoje, jako je prenatální nebo prepubertální vývoj.
Reakce buněk na chemické látky
Výzkum v laboratoři přinesl Sovadinové řadu překvapivých zjištění. „Bylo to například to, že různé typy testikulárních buněk, přestože používají stejné typy proteinových kanálků mezerových spojů, reagovaly na některé typy environmentálních toxikantů diametrálně odlišně. To ukazuje na komplikovanost vnitrobuněčných signálních a regulačních procesů kontrolujících mezibuněčnou komunikaci, které mohou být buněčně specifické. Velmi specifické a cílené pak může být i působení jednotlivých typů látek. I na základě těchto pozorování, prováděných v relativně ještě jednoduchých in vitro 2D buněčných kulturách, si lze představit celou řadu různých scénářů a mechanismů, kterými mohou chemické látky narušovat vývoj komplexních tkání a jejich funkce,“ uvádí Iva Sovadinová. Na jednu stranu to podle ní představuje další velkou výzvu při hodnocení zdravotní nebezpečnosti a rizik, zejména pomocí alternativních metod cílících na minimalizaci používání laboratorních zvířat. Na druhou stranu jsou to právě takovéto poznatky, které by byly v obdobném rozsahu jen obtížně prozkoumatelné in vivo a které upozorňují na zranitelné klíčové procesy a interakce. Na jejich základě pak mohou být navrhovány nové strategie a postupy pro hodnocení bezpečnosti chemických látek s ohledem na mužskou reprodukci, k čemuž se také snaží skupina Ivy Sovadinové aktivně přispět.
Z české laboratoře až k Eskymákům
Zajímavé bylo podle Ivy Sovadinové také pozorovat účinky směsi endokrinních disruptorů, kterou tým připravil na základě toho, v jakých poměrech a koncentracích se tyto látky našly v tuku tuleně kroužkovaného (Pusa hispida), který je jednou z hlavních složek stravy kanadských Eskymáků Inuitů. Látky, které tato směs obsahovala, se do Kanady nebo Grónska dostávají tzv. dálkovým transportem ze znečištěnějších oblastí. Ukázalo se, že působení této směsi na mezibuněčnou komunikaci v testikulárních buňkách bylo významně silnější než účinky jednotlivých látek. „A jsme opět u těch výzev – jakým způsobem taková působení a interakce účinků různých chemikálií zapracovat do postupů hodnocení bezpečnosti chemických látek,“ říká Iva Sovadinová.
Tým projektu
Povzbudivé výsledky projektu vzbudily ohlas v zahraničí
Projekt Ivy Sovadinové potvrdil, že testikulární mezibuněčná komunikace mezerovými spoji a její stavební bloky, proteiny konexiny jsou vysoce relevantním, ale přehlíženým cílem endokrinních disruptorů. Narušení jejich stavby a funkce v průběhu vývoje může vést ke zdravotním problémům později v životě, včetně snížení plodnosti.
Mezibuněčná komunikace mezerovými spoji může být efektivně využita v moderním toxikologickém a farmakologickém výzkumu a její analýza by se mohla stát cennou komponentou každé biologické studie.
„Naše poznatky mohou napomoci zlepšení testovacích metod, buněčných modelů a testovacích strategií tak, aby byly schopny efektivně a spolehlivě identifikovat látky narušující mužský reprodukční systém a došlo k minimalizaci zdlouhavých, nákladných a eticky problematických experimentů na zvířatech. Usilujeme například o to, aby se námi zdokonalená metoda pro testování mezibuněčné komunikace mohla v budoucnu stát mezinárodně uznávanou součástí strategie pro hodnocení tzv. negenotoxických karcinogenů,“ dodala Iva Sovadinová.
Její tým na základě článku v časopise Scientific Report navázal spolupráci s UiT The Arctic, University of Norway, která bude aplikovat tuto jejich metodu ve svém výzkumu. O spolupráci se přihlásil také italský výzkumný ústav CNR ISPA, zaměřený na bioaktivní látky z mořských bezobratlých živočichů. Probíhá i předběžné posuzovací řízení expertním panelem OECD týkající se možného využití metody v regulační toxikologii.
Iva Sovadinová je v současné době zapojena výzkumného projektu programu Horizon 2020 „OBERON“, v rámci kterého se podílí na vývoji integrované strategie pro hodnocení metabolických účinků endokrinních disruptorů, což by umožnilo identifikovat další látky s podobným dopadem a snížit jejich množství v prostředí. Metabolická disrupce způsobená endokrinními disruptory, totiž přispívá k rozvoji metabolických poruch, jako je obezita, cukrovka nebo chronické onemocnění jater.
RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D., je absolventkou Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v oboru Ekotoxikologie, kde získala i doktorát v oboru Chemie životního prostředí. Během své postdoktorské stáže strávila tři a půl roku na dvou michiganských univerzitách (USA). Od roku 2010 pracuje v centru RECETOX na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. Spolupodílí se na vedení skupiny Buněčná a tkáňová toxikologie. Dlouhodobě se zaměřuje na vývoj a praktické využití buněčných a tkáňových modelů jako plnohodnotné náhrady k testům na zvířatech. Aktuálně se věnuje studiu reprodukčního zdraví a reprodukční toxicity látek. Ráda do svého výzkumu zapojuje české i zahraniční vysokoškolské i středoškolské studenty.
Urbanizace na celém světě roste a městské oblasti představují jeden z nejrychleji rostoucích typů využití půdy. Důležitost biologické rozmanitosti pro správnou funkci celého ekosystému a dopady urbanizace na snížení jeho odolnosti již zmínila řada studií. Pro pochopení vlivu konkrétních prvků urbanizace je nutné věnovat pozornost různým typům opatření pro podporu biologické rozmanitosti.
Městská zeleň, Marche, Střední Itálie, foto Federico Morelli
Tým vedený doc. Federicem Morellim řešil standardní projekt GAČR “Vliv urbanizace na různé aspekty diverzity ptáků: vztah složení ptačích společenstev k míře znečištění, vegetaci a hustotě zástavby”. Hlavním cílem projektu bylo zhodnotit dopad různých vlastností městského prostředí na biodiverzitu, přičemž ptáci sloužili jako modelové organismy. Terénní sběr dat v 16 evropských velkoměstech, prostorová analýza a statistické modelování probíhaly od roku 2018 do roku 2020. Díky nim byly získány nové poznatky o možnostech identifikace území s vysokou kvalitou prostředí ve městech.
Emberiza citinella v Polsku, foto C. Korkosz
„Zmapovali jsme místní charakteristiky měst z hlediska způsobu využití půdy, struktury zástavby a typu a množství vegetace v městské zeleni a stanovili úroveň znečištění životního prostředí (např. světelné a hlukové znečištění). Zjistili jsme, že se vzrůstajícím zastoupením některých prvků městské zeleně jako je tráva, keře a stromy v krajině, stoupá i počet druhů ptáků, kteří se zde vyskytují. Rovněž byla odhalena souvislost mezi přítomností trávy, stromů a vodních prvků, jako jsou řeky a městské potoky, s fylogenetickou rozmanitostí ptačích komunit, tedy že s vyšší přítomností zmíněných prvků městské zeleně klesá příbuznost ptačích druhů,“ říká doc. Dr. Frederico Morelli, Ph. D. a dodává: „Naproti tomu všechny hlavní ukazatele vysoké úrovně urbanizace krajiny (např. zástavba, hustota chodců, úroveň světelného znečištění) jsou asociovány s vyšší fylogenetickou příbuzností druhů. Z hlediska fylogeneze jsou si dva druhy příbuznější, čím blíže do minulosti mají společného předka. Komunity charakterizované vysokou fylogenetickou příbuzností mají tendenci být homogennější a jsou potenciálně méně odolné, pokud čelí ekologickému stresu. Je zajímavé, že přítomnost keřů v zahradách a na zelených plochách pomohla zmírnit tento účinek.“
Městská zeleň v Praze 6, foto Federico Morelli
Hlavní význam projektu spočívá v jeho zaměření na velkou prostorovou škálu a v zapojení spolupracovníků z mnoha evropských zemí. Zásadní bylo i zhodnocení nejen taxonomické, nýbrž i funkční a fylogenetické diversity ptačích společenstev a průzkum jejich odezvy na rozličné komponenty městského prostředí, jako jsou různé typy zástavby, zeleně, ale i znečištění a hlukové či světelné zátěže. Výsledky projektu (www.urbanbiodiversity.net) mají ambici pomocí vhledu do odezvy ptačích společenstev na tyto faktory získat cenné informace použitelné v praxi, které by vedly k šetrnějšímu a přírodě bližšímu rozvoji městského prostředí. Podle zjištění projektu vede udržení diversity ptáků na jisté úrovni ke zvýšení odolnosti ekosystémů našich měst.
Passer domesticus italiae, foto Fabio Pruscini
„Naše zjištění naznačují, že udržování přiměřené úrovně ptačí rozmanitosti v městských sídlech může zvýšit potenciální odolnost městských ekosystémů vystavených stresu vyvolanému rychlými a nepřetržitými změnami. V neposlední řadě, jak bylo zdůrazněno v několika předchozích studiích, má ochrana městské biologické rozmanitosti také pozitivní dopad na život občanů,“ říká Morelli.
foto Yanina Benedetti
doc. Dr. Federico Morelli, Ph.D.
Skupina pro výzkum ekologie společenstev a ochrany biodiversity
Česká zemědělská univerzita, Praha
Federico Morelli je kvantitativní ekolog, v současné době pracující jako docent na České zemědělské univerzitě v Praze. Podílel se na několika evropských projektech modelování dopadu využívání půdy a změny klimatu na prostorové rozložení biologické rozmanitosti. Těžištěm jeho výzkumného zájmu je makroekologie, modely distribuce druhů, městská a silniční ekologie, prostorové vzory biologické rozmanitosti a bioindikátory jako nástroj plánování ochrany.
Text: ČZU
Úvodní fotka: Městský rozvoj – La Defense, Paříž, Francie, foto Federico Morelli
Eukaryotické organismy, mezi něž řadíme i lidi, jsou velmi složitou soustavou tvořenou eukaryotickými buňkami, která je v neustálém dynamickém kontaktu s vnějším prostředím – musí na něj reagovat a zároveň si zachovat svou vnitřní integritu. Existuje řada regulačních a komunikačních mechanismů, které chod celé této soustavy zajišťují, a jedním z těchto mechanismů je působení elektrického pole.
Tento fakt si při svých pokusech s elektřinou uvědomil již v 18. století Luigi Galvani. Od této doby lidé dokázali popsat a pochopit obrovský význam vlivu elektrického pole na jednotlivé buňky a v důsledku toho i na lidskou fyziologii. To dalo vzniknout celé řadě přístrojů a technik, které elektrické pole využívají. Můžeme vzpomenout například kardiostimulátor, elektroencefalograf (EEG) či elektrokardiograf (EKG).
V této oblasti je jednou z klíčových otázek dneška, jak přesně elektrické pole chování buněk ovlivňuje a jaké elektricky vodivé materiály je v biomedicíně možné využít. Klasické elektrické vodiče, tedy kovy, vynikají vysokou vodivostí, ale jejich použití v biomedicíně má své limity, jelikož je jejich vodivost založená výhradně na toku elektronů. Rovněž jejich mechanické vlastnosti jsou značně vzdálené vlastnostem řady tkání. Buňky a tkáně naopak využívají k elektrické komunikaci ionty, což může při kontaktu mezi klasickým vodičem a tkání působit problémy.
„Tyto limity mohou být částečně odstraněny pomocí elektricky vodivých polymerů. I když jsou elektricky vodivé polymery známy již po desetiletí, a jejich potenciálnímu využití v oblasti biomedicíny bylo věnováno hodně úsilí, zůstává v souvislosti s jejich využitím v biomedicíně řada otázek stále nezodpovězených. Odpovědi na tyto otázky by přitom mohly významně přispět k nalezení způsobů efektivní regenerace tkání skrze tkáňové inženýrství či léčby a diagnostiky některých onemocnění,“ vysvětluje prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D., z Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, jehož projekt Biomimetické materiály na bázi vodivých polymerů finančně podpořila Grantová agentura České republiky.
Na Univerzitě Tomáše Bati ve Zlíně začal jeho tým vodivé polymery systematicky studovat v roce 2010. „Naši kolegové z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR s nimi pracují již mnohem déle. Obě pracoviště tedy měla v době podání projektu řadu zkušeností s tím, jak variabilními materiály elektricky vodivé polymery jsou a jak krásná práce s nimi může být,“ říká profesor Humpolíček.
V rámci přípravy projektu se tým Petra Humpolíčka rozhodl využít dosavadních zkušeností a posunout znalosti dále ve směru přípravy materiálů, které budou kombinovat elektrickou vodivost s vysokou biokompatibilitou, tedy jít cestou přípravy komplexních kompozitů. A právě díky podpoře GA ČR se mohl tým řešení tohoto problému intenzivně věnovat.
Největší výzva: příprava vodivých trojrozměrných materiálů
Výzkum biomateriálů je interdisciplinární vědní obor. Jednou z prvních velkých výzev bylo vytvoření mezioborového týmu, který si bude rozumět nejen profesně, ale i lidsky. Po odborné stránce pak velkou výzvu představovalo nalezení způsobu přípravy elektricky vodivých a zároveň trojrozměrných materiálů. Samotné vodivé polymery je možné připravit v různých podobách, jako jsou tenké filmy o síle několika set nanometrů, prášky se zrny v řádech desítek mikrometrů nebo koloidní disperze. Nejsou však schopny vytvořit robustní materiál, který můžete uchopit do ruky a snadno zpracovávat do potřebných tvarů. „Jednou z věcí, která se díky podpoře GAČR podařila, bylo právě vyřešení tohoto problému, a to skrze přípravu unikátních kryogelů, které jsou nejen vodivé, ale i elastické a porézní a jsou tedy svými vlastnostmi blízké struktuře mnoha tkání,“ uvádí profesor Humpolíček. Příprava elektricky vodivého materiálu, který vyvolává cílenou odezvu buněk, byla pak další výzvou, se kterou se tým potýkal. Při řešení tohoto úkolu vědci využili několika různých přístupů a zapojili do řešení i několik spolupracujících zahraničních pracovišť, například z Finska, Itálie či Slovinska. Z testovaných postupů se pak nejslibněji jevila příprava kompozitů z vodivých koloidních disperzí s komponenty mezibuněčné hmoty využitými jako stabilizátory. Materiály založené na tomto principu totiž vykazují dostatečnou elektrickou vodivost a zároveň užitečné biologické vlastnosti.
Našemu týmu se jako prvnímu podařilo připravit několik nových kompozitních materiálů s unikátními vlastnostmi. Popsali jsme i nové způsoby přípravy biokompatibilních a zároveň elektricky vodivých materiálů na bázi stabilních koloidních disperzí.
Spolupráce vědců na mezinárodní úrovni
Ve vědecké literatuře se po dlouhou dobu tradovalo, že dva často studované elektricky vodivé polymery, polyanilin a polypyrrol, se významně liší z hlediska základních biologických vlastností. V rámci řešení projektu náš tým provedl srovnávací studii, do které se zapojilo několik laboratoří. Jedním z výsledků pak bylo zjištění, že tyto vodivé polymery se z hlediska cytotoxicity, i některých dalších znaků biokompatibility, jako jsou například vybrané znaky embryotoxicity, ve skutečnosti téměř neliší. Ve vztahu k biokompatibilitě je klíčová spíše forma přípravy polymerů a jejich následné úpravy než samotný polymer. Dalším příjemným překvapením pak byla variabilita kompozitů, které lze z vodivých polymerů připravit. Toto zjištění nám ukázalo další cestu do budoucna, která umožní vlastnosti finálních materiálů lépe řídit.
Tým Ústavu makromolekulární chemie AV ČR
„Samotný projekt byl koncipován jako tříletý. Vytvoření znalostní a zkušenostní báze, nezbytné k jeho řešení, je však dlouhodobou záležitostí. Dr. Jaroslav Stejskal, který vedl spoluřešitelský tým na Ústavu makromolekulární chemie, pracuje s vodivými polymery po desetiletí. Právě jeho zkušenosti stály v roce 2010 u zrodu naší spolupráce. Po mnoho let jsme pak schopnost spolupráce, výměny ‚know how‘ a zkušeností rozšiřovali a prohlubovali. Jsem přesvědčený, že v oblasti elektricky vodivých polymerů a jejich biologických vlastností se naše týmy dostaly na vysokou mezinárodní úroveň, což se odráží i v ohlasech na naše publikované práce a v rozrůstajícím počtu spolupracujících týmů po celém světě,“ říká prof. Ing. Petr Humpolíček. Na projektu pracovaly dva týmy, a to výzkumná skupina Biomateriály z Centra polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně a oddělení Vodivých polymerů z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR. Kromě zkušených akademiků a výzkumníků se na řešení podílela také řada studentů.
Výsledky projektu tým publikoval v prestižních a zároveň úzce zaměřených oborových časopisech. Díky tomu si práce našly rychle své čtenáře. Počet citací publikací vzniklých v letech 2017–2019 se již nyní pohybuje ve stovkách. „Z mého pohledu jsou však důležitější ohlasy ve formě nových kontaktů a spoluprací, které se podařilo ustanovit díky prezentaci výsledků na mezinárodních konferencích. Počet zahraničních pracovišť, se kterými aktivně spolupracujeme, např. formou studentských stáží, se i díky řešení tohoto projektu významně rozšířil,“ uvádí Petr Humpolíček.
Naděje pro budoucnost
Pochopení komplexních vztahů mezi materiály a živými organismy je klíčové pro rozvoj společensky významných odvětví, mezi které bezesporu patří i tkáňové inženýrství. Celosvětově se výzkum v této oblasti zaměřuje nejen na možnost přípravy tkáňových náhrad, ale také na jejich schopnost cíleně interagovat s živými subjekty. Cílem těchto snah je umožnit individualizovaný přístup k pacientům. Nezbytným předpokladem pro splnění tohoto cíle je pak pochopení vztahů mezi materiály reagujícími na vnější stimuly a živými organismy. V rámci projektu byly jako možné responsivní složky studovány elektricky vodivé polymery a výsledky projektu prokázaly možnosti využití jejich různých forem. Řešitelský tým například jako první systematicky popsal vzájemné rozdíly mezi vybranými vodivými polymery a definoval oblasti jejich možného využití s ohledem na chování v biologických systémech.
„Projekty GAČR jsou ze své podstaty zaměřeny na základní výzkum, ale věřím, že některé naše výsledky v budoucnu přispějí k praktickým aplikacím v oblasti biomedicíny,“ dodává prof. Humpolíček.
Prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D., je vedoucím výzkumné skupiny Biomateriály na Centru polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Tým se zabývá výzkumem a vývojem biomateriálů, především pak s ohledem na stanovení jejich interakcí s eukaryotickými organismy. Specializuje se na elektricky vodivé polymery, koloidní systémy a chytré kompozitní materiály. Jeho tým spolupracuje s řadou prestižních pracovišť v zahraničí, a to nejen v oblasti řešení konkrétních problémů, ale také skrze dlouhodobé studentské stáže.
Na úvodní fotce vidíte tým Univerzity Tomáš Bati ve Zlíně.
Snaha minimalizovat výskyt chyb v počítačových programech je velmi aktuální téma, jak v komerční, tak v akademické sféře. Chyby, které se nepodaří najít a odstranit před jejich reálným nasazením, přitom mohou způsobit velké ekonomické ztráty, a dokonce i ztráty na lidských životech – příkladem mohou být dvě havárie letadla Boeing 737 MAX v letech 2018 a 2019, kde chyba v počítačovém systému způsobila špatnou ovladatelnost stroje a jeho pád.
Zájem o automatizované techniky odhalování chyb proto roste ve všech sférách průmyslu, což stimuluje intenzivní vývoj nových metod a nástrojů pro hledání chyb. „Verifikace a hledání chyb v pokročilém softwaru“ bylo i tématem projektu vědců pod vedením prof. Ing. Tomáše Vojnara, Ph.D., z Fakulty informačních technologií Vysokého učení technického v Brně a doc. RNDr. Jana Kofroně, Ph.D., z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Projekt byl financován Grantovou agenturou České republiky.
„Automatické hledání chyb v programech je velmi těžký problém a v úplné obecnosti lze říci, že víme, že nemůže existovat automatický nástroj, který by v libovolném programu našel všechny chyby. V některých programech je hledat a případně nalézt chyby snazší, v jiných je to velmi těžké, a typicky se to odvíjí od složitosti a velikosti analyzovaného programu. Naším cílem je v tomto směru zejména (i když nejen) první zmíněný aspekt, tedy umožnit analyzování složitějších programů, než jaké bylo možné analyzovat doposud,“ vysvětluje profesor Tomáš Vojnar.
Záhadné chyby v programech
Vědci se ve svém projektu zabývali například analýzou a verifikací paralelních programů, které jsou v současné době velmi populární. Udržet „na uzdě“ řadu současně běžících výpočtů však není snadné a vznikají při tom „záhadné“ chyby, kdy program většinou běží správně a pak neočekávaně selže. „Najít takové chyby, respektive garantovat jejich absenci v reálných programech představuje jeden ze zvláště obtížných problémů pro automatickou verifikaci,“ říká profesor Tomáš Vojnar.
Další oblastí, kterou se vědci zabývali, byly programy s tzv. dynamickými datovými strukturami vázanými ukazateli. „V tomto případě je zapotřebí efektivně pracovat s nekonečnými množinami složitých grafových struktur neomezené velikosti. Pro takové a další podobné problémy, jako např. automatická analýza výkonnosti programů, bylo zapotřebí navrhnout nejen vhodné formální nástroje z oblastí automatů či logik, umožňující modelovat chování analyzovaných programů, ale také efektivní algoritmy pro práci s takovými modely. Tyto algoritmy následně prototypově implementovat a ověřit na vhodných případových studiích,“ uvádí doc. Jan Kofroň.
Při řešení projektu si výzkumníci mimo jiné „vlastnoručně“ ověřili, že velmi jednoduché techniky jsou mnohdy efektivnější než přístupy výrazně složitější. „V našem případě se to projevilo například u použití poměrně jednoduchých úprav formulí jedné z logik používaných při verifikaci před jejich dalším zpracováním,“ vysvětlil Vojnar.
Metody automatizovaného hledání chyb se zdokonalují, ale vyhráno není
V průběhu projektu se vědcům podařilo vyvinout a implementovat metody, které skutečně přispěly k rozšíření skupiny programů, které je možné analyzovat. Tyto metody byly implementovány v prototypech softwarových nástrojů, které je možno experimentálně nasadit i v praxi.
„Některé z našich metod vyvinutých v projektu byly implementovány v dynamickém analyzátoru ANaConDA určeném pro odhalování chyb v paralelních programech. Při experimentálním nasazení v jedné velké nadnárodní společnosti zabývající se vývojem vestavěných zařízení pak pomohly nalézt reálné chyby, o jejichž existenci společnost tušila, ale měla problém je konkrétně identifikovat,“ uvedl jako příklad z praxe profesor Tomáš Vojnar. Podle něj to ovšem neznamená, že by tímto byl problém hledání chyb v programech vyřešen. Výzkum v této oblasti nadále pokračuje a dochází k dalšímu vývoji a vylepšování existujících metod.
Projekt prof. Tomáše Vojnara a doc. Jana Kofroně byl řešen po dobu tří let a podílelo se na něm 12 výzkumných pracovníků ze dvou spolupracujících týmů (FIT VUT a MFF UK) a asi 20 studentů, převážně doktorských studijních programů. „Pro studenty je účast na projektu cennou zkušeností, kdy si mohou vyzkoušet vývoj prakticky použitelných prototypů, stejně jako vývoj nových, prakticky motivovaných metod analýzy programů,“ říká Jan Kofroň.
Publikace výsledků projektu získaly několik ocenění. Například článek o výše zmíněném nástroji ANaConDA, jehož hlavním vývojářem je Ing. Jan Fiedor, Ph.D., z projektového týmu z FIT VUT, získal cenu za nejlepší článek o nástroji na prestižní konferenci ISSTA 2018 (27th ACM SIGSOFT International Symposium on Software Testing and Analysis). Ocenění za nejlepší článek získali vědci také na významné konferenci CADE 2019 (27th International Conference on Automated Deduction), na kterém se významně podíleli Ing. Vojtěch Havlena, Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. a Mgr. Lukáš Holík, Ph.D. rovněž z projektového týmu z FIT VUT.
Prof. Ing. Tomáš Vojnar, Ph.D. Profesor Tomáš Vojnar působí na Fakultě informačních technologií Vysokého učení technického v Brně (FIT VUT), kde absolvoval inženýrské i doktorské studium a aktuálně zde působí jako proděkan pro vědu a výzkum. Po dokončení doktorského studia pobýval dva roky v laboratoři LIAFA (nyní IRIF) na Université Paris Diderot v Paříži. Zabývá se metodami automatizované statické i dynamické analýzy a verifikace, formální analýzy a verifikace a také souvisejícími aspekty teorie jazyků, automatů a logik. Na FIT VUT založil skupinu zabývající se automatizovanou analýzou a verifikací, jejíž členové pravidelně publikují na řadě špičkových mezinárodních konferencí a spolupracují s výzkumníky z řady zemí světa (např. Německo, Rakousko, Švédsko, Velká Británie, Tchaj-wan, USA či Francie).
Doc. RNDr. Jan Kofroň, Ph.D. Docent Jan Kofroň je členem Katedry distribuovaných a spolehlivých systémů na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Po absolvování doktorského studia strávil sedm měsíců v Německu ve Forschungzentrum Informatik Karlsruhe. Se svou skupinou se věnuje výzkumu a vývoji v oblasti metod pro symbolickou verifikaci software. Se členy skupiny pravidelně publikuje na mezinárodních konferencích a v impaktovaných časopisech a spolupracuje se zahraničními výzkumnými pracovišti.
Optimalizační modely se využívají pro maximalizování či minimalizování určených funkcí při splnění omezujících podmínek. Příkladem může být logistika: úkolem je navrhnout nejlevnější způsob přepravy zboží tak, aby byla splněna řada omezení – například, že nesmí být překročena kapacita a dojezd vozidel, že řidiči vozidel nemohou pracovat déle než osm hodin a že zboží musí být doručeno do cíle nejpozději do zadaného termínu.
Maximalizace či minimalizace funkcí velkého počtu proměnných za daných omezujících podmínek je tradiční problém, jenž se v operačním výzkumu, v matematice a v teoretické informatice studuje dlouhá desetiletí. K optimálnímu rozhodování je třeba mít kvalitní vstupní data. Jestliže vstupní data optimalizačního modelu přesně neznáme (může to být například v důsledku toho, že cena některého vstupu se může měnit), vzniká při rozhodování nejistota či neurčitost. Otevírá se pak základní otázka, zdali nepřesnost vstupních dat – třeba zdánlivě zanedbatelná – může způsobit významnou chybu při „optimálním“ rozhodování.
Odpověď na tuto otázku zkoumal tým prof. RNDr. Ing. Michala Černého, Ph.D., z Katedry ekonometrie Vysoké školy ekonomické v Praze v rámci projektu Rozhodování při nejistotě: analýza stability a robustifikace optimalizačních modelů.
Nejistotu či nepřesnost na vstupu lze modelovat mnoha způsoby, například jako náhodnou veličinu. Pak i výsledek optimalizace je náhodná veličina, jejíž vlastnosti jsou předmětem výzkumu. Jiným příkladem je nahrazení vstupních dat, která neznáme přesně, horními a dolními mezemi. Existují ale i další přístupy, které se studují v rámci tzv. robustní optimalizace.
„Toto téma zajímá náš tým dlouhodobě. Každý z členů týmu se na něj dívá odlišnou optikou. Možná to nám dává hlavní inspiraci, navzájem se od sebe neustále učíme,“ říká profesor Černý. A jak podotýká, výzkum přinesl nejedno překvapení.
„Pěkné bylo například zjištění, že jistý problém z oblasti vícekriteriálního rozhodování má úzkou souvislost s geometrickou otázkou, které jsme začali říkat problém létajících polytopů. Lze ji ilustrovat tak, že máme množinu objektů, které se pohybují v prostoru a spojitě mění svůj tvar podle jistých pravidel. Úkolem je zjistit, kolikrát se mohou srazit. To může připomínat problémy, kterými se zabývají například odborníci na grafiku a počítačové hry,“ vysvětluje profesor Černý.
Náš projekt je teoretický, avšak motivace ke zkoumání hlavního problému – jaký vliv může mít nepřesnost vstupních dat na (ne)kvalitu „optimálního“ rozhodnutí – je velmi praktická.
Práce na problémech operačního výzkumu tým přivedla k dalším oblastem, kde je možné teorii nepřesných dat využít. Například ve statistice a v ekonometrii. „Zde se také řeší optimalizační problémy, například v regresi se často minimalizují ztrátové funkce nebo se maximalizuje věrohodnost. Tyto optimalizační problémy mají odlišnou motivaci, nicméně z matematického hlediska se na ně můžeme dívat podobnou optikou a využít pro ně již hotové výsledky, na kterých jsme pracovali v rámci operačního výzkumu,“ říká profesor Černý.
Na projektu financovaném Grantovou agenturou České republiky pracoval pětičlenný tým tři roky. V týmu byli dva doktorandi, kteří již obhájili svou disertační práci. „Důležité je, že takto talentované osobnosti zůstávají ve výzkumu a pracují na vlastních projektech,“ dodává s potěšením profesor Černý. „Třetí kolegyně bude obhajovat doktorskou disertaci záhy. Poté odjíždí na půlroční zahraniční stáž. Doufám, že se k nám vrátí a bude také mít zájem pokračovat v akademické sféře.“
Tým profesora Černého nyní pracuje na dalším projektu Grantové agentury České republiky s názvem Streamovaná finanční data a související optimalizační a identifikační problémy.
Prof. RNDr. Ing. Michal Černý, Ph.D., je profesorem ekonometrie a operačního výzkumu na Katedře ekonometrie Fakulty informatiky a statistiky Vysoké školy ekonomické v Praze. Je absolventem oboru Diskrétní matematika a optimalizace na MFF UK a Mezinárodní ekonomické vztahy na VŠE. Zabývá se především speciálními optimalizačními problémy a jejich složitostními vlastnostmi. Kromě toho pracuje v oblasti statistické analýzy speciálních typů dat a modelů (např. streamovaná data, intervalová data, modely zatížené parciální identifikací). Je členem Vědecké rady FSV UK, Vědecké rady FIS VŠE a Oborové rady Pravděpodobnost a statistika, ekonometrie a finanční matematika na MFF UK.
Na celém povrchu Země udeří v průměru padesát až sto blesků za sekundu a v každém okamžiku probíhá současně asi dva tisíce bouřek. Podmínkou vzniku bleskového výboje je separace kladných a záporných nábojů a vytvoření nábojových center opačné polarity uvnitř bouřkového oblaku. Mechanismus vzniku bleskového výboje stále není zcela objasněn a je objektem intenzivního výzkumu.
Na výzkum vzniku blesků, ale též na analýzu šíření jimi způsobených elektromagnetických pulzů a studium dalších přírodních elektromagnetických emisí za použití pozemních a družicových měření se zaměřil tým Ing. Ivany Kolmašové, Ph.D., z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd České republiky. Tým z oddělení kosmické fyziky tohoto ústavu také mimo jiné vyvinul a otestoval vysokofrekvenční přijímač elektromagnetických vln pro sondu TARANIS, jejíž mise však bohužel skončila letos v listopadu neúspěšně, když se raketa VEGA po osmi minutách letu vychýlila z plánované trajektorie. Vědci a inženýři z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR na projektu pracovali společně se spoluřešitelským týmem z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy vedeným prof. RNDr. Ondřejem Santolíkem, Dr.
Letový model vysokofrekvenčního přijímače pro sondu TARANIS před uzavřením teplotní vakuové komory v Thales Alenia Space ve francouzském městě Toulouse, kde se prováděly povinné předletové testy přístroje.
„Naštěstí se nám podařilo shromáždit dostatečné množství dat z pozemních měření a jiných družicových pozorování, která jsme prozkoumali, abychom splnili cíle projektu a přispěli k porozumění ještě ne zcela vysvětlených jevů souvisejících s bouřkami a blesky. Zaměřovali jsme se na elektromagnetické projevy bleskových výbojů, na jejich šíření ve vlnovodu tvořeném zemským povrchem a ionosférou, a na jejich šíření v ionosféře a magnetosféře Země,“ říká k projektu financovanému Grantovou agenturou ČR Ivana Kolmašová.
Zkoumání blesků a bouřek pomocí analýzy jejich elektromagnetických projevů má podle ní dvě nesporné výhody. Jednak se dá nahlédnout dovnitř bouřkového oblaku, což jiné metody nezvládnou buď vůbec, anebo s velkými obtížemi. Další výhodou je možnost zkoumat blesky z bezpečné vzdálenosti, neboť elektromagnetické signály vyzařované bleskovými výboji či jejich částmi se šíří v závislosti na jejich frekvenci na vzdálenosti stovek až desítek tisíc km. „O těchto výhodách zkoumání blesků ovšem nemá příroda ani ponětí, a tak se nám několikrát stalo, že nám příliš blízká bouřka zničila přístrojové vybavení či jeho část, které jsme pak museli vyměnit. Také nám nezbylo nic jiného, než se smířit s odloženým startem družice a tím i se skutečností, že ke splnění cílů projektu povede komplikovanější cesta,“ vysvětluje Ivana Kolmašová.
Největšího překvapení se vědci dočkali při analýze elektromagnetických emisí, které provázejí začátek bleskového výboje uvnitř bouřkového oblaku a které byly naměřeny současně dvěma zcela rozdílnými aparaturami. „Zkoumali jsme širokospektrální měření tzv. iniciačních pulsů vyzařovaných vnitrooblakovými proudy a porovnávali je s časy a polohami zdrojů krátkovlnných emisí pocházejících rovněž zevnitř oblaku a detekovaných polem úzkopásmových přijímačů. Data jsme analyzovali jinak než v předcházejících studiích a navzdory všeobecně přijímané hypotéze o nezávislosti krátkovlnných emisí a iniciačních pulsů jsme mezi nimi překvapivě objevili velmi dobrou časovou shodu. Tu jsme vysvětlili extrémně rychlým skokovým prodlužováním vnitrooblakových proudových kanálů, ke kterému dochází na úplném začátku vývoje bleskového výboje. Tento výsledek, měnící naše dosavadní chápání těchto důležitých dějů, jsme ještě ověřili na zcela jiném souboru dat, která jsme pak analyzovali společně s kolegy z univerzity v Mississippi,“ říká Ivana Kolmašová.
Zjistili jsme, že elektromagnetické vlny pocházející z bleskových výbojů mohou mít ve vnitřní magnetosféře Země výrazně vyšší intenzitu než ostatní přírodní emise a že by bylo tedy rozumné zahrnout i tyto zdroje do modelů a předpovědí kosmického počasí.
Na projektu se podílelo 14 vědců z oddělení kosmické fyziky Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd České republiky a katedry fyziky povrchů a plazmatu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Tým byl složen ze zkušených i začínajících vědeckých pracovníků, a nezastupitelné místo v něm měli také inženýři a technici zodpovědní za fungování měřících aparatur a ukládání naměřených dat. Za dobu tří let trvání projektu se do práce zapojilo pět studentů magisterského či doktorského studia. Dlouhý seznam spoluautorů publikací, na kterých se badatelé podíleli, ukazuje, že výzkum probíhal v široké mezinárodní spolupráci s evropskými a americkými akademickými institucemi.
„Jeden z důležitých závěrů bádání vyplývá z našeho poměrně jednoduchého vysvětlení nesouladu předchozích měření v různých frekvenčních pásmech v době vzniku bleskového výboje. Věříme, že naše vysvětlení povede ke zpřesnění algoritmu výpočtu polohy zdrojů krátkovlnného záření a k hlubšímu pochopení dějů odehrávajících se uvnitř bouřkových oblaků, kterým ještě ani zdaleka nerozumíme dokonale. Podstatné změny v algoritmu již byly vyzkoušeny v krátké kampani, na jejíž data zatím čekáme a na jejich analýzu se těšíme,“ dodává Ivana Kolmašová.
Magnetická smyčková anténa měřící v širokém pásmu frekvencí od 5 kHz do 90 MHz umístěná na vrcholu La Grande Montagne (1028 m, 43.9410 s.š., 5.4836 v.d.) na plošině Plateau d’Albion v jižní Francii.
Dalším objektem zájmu týmu jsou velmi silné zimní bleskové výboje, které mohou být nebezpečné i tím, že jsou nečekané, a to obzvláště ve vyšších zeměpisných šířkách. Porozumění vlastnostem zimních blesků, pochopení podmínek, které vedou k jejich výskytu, a hledání případných efektů jejich elektromagnetických emisí v plazmatickém okolí Země, jsou pro tým Ivany Kolmašové další výzvou, které se nyní věnuje.
Ing. Ivana Kolmašová, Ph.D., vystudovala obory radioelektronika a fyzika plazmatu na Elektrotechnické fakultě Českého vysokého učení technického v Praze. Mezi oblasti jejího zájmu patří především vlny generované přírodními bleskovými výboji a vlnové emise v magnetosféře Země a Jupiteru. Dále se věnuje kontrole kvality a planetární ochraně družicových přístrojů vyvíjených v oddělení kosmické fyziky ÚFA AVČR.
Sen o sestrojení inteligentních mikroskopických strojů je zase o kousek blíž skutečnosti. Zásluhu na tom má tým vědců z Univerzity v Lipsku a Univerzity Karlovy. Ti stojí za vývojem nového systému, jenž v sobě kombinuje techniku strojového učení s přesnou kontrolou mikroskopických částic. Jejich studii, která vzešla z projektu podpořeného GA ČR a německou agenturou DFG, zveřejnil prestižní časopis Science Robotics.
Vývoj molekulárních strojů schopných jednotlivě vykonávat různé úkony, jako třeba dávkovat léčiva či opravovat poškozenou tkáň, patří k dlouhodobým cílům moderní vědy. Nejvyšší metou je pak sestrojení inteligentních a autonomních nanobotů, kteří budou umět reagovat na své okolí a v koordinovaných skupinách plnit ještě daleko složitější úkoly.
Důležitý mezikrok na cestě k jejich vývoji představuje nová studie Reinforcement Learning with Artificial Microswimmers, která vznikla pod vedením profesora Franka Cichose z Univerzity v Lipsku. Jeho tým vytvořil speciální částice o velikosti v řádu mikrometrů, jejichž pohyb dokáže přesně řídit.
Podobně jako například bakterie žijí částice těchto velikostí v tzv. brownovském světě. Ten odděluje makrosvět, známý z našeho každodenního života, od mikrosvěta, který se řídí pravidly kvantové mechaniky. I brownovský svět má svá specifická pravidla. Brownovské částice jsou dost malé na to, aby se viditelně pohybovaly díky nárazům okolních molekul vykonávajících tepelný pohyb. Směr a síla těchto srážek jsou přitom náhodné. Zároveň pokud na brownovskou částici nepůsobí síla, ta se vlivem velkého tření prakticky ihned zastaví.
Brownovské částice, které fyzici vyvinuli, jsou menší nežli třicetina průměru lidského vlasu a k pohybu využívají teplo zachycené prostřednictvím zlatých částeček na svém povrchu.
„Naše metoda používá symetrické částice, jež je možno lokálně zahřát na libovolném místě jejich povrchu pomocí laseru. Částice se pak pohybují směrem od zahřátého místa vlivem toku kapaliny způsobeného indukovaným rozdílem teplot, tzv. ‚termoforéze‘,“ vysvětluje dr. Viktor Holubec z MFF UK, jenž je spoluautorem studie.
Tuto novou experimentální metodu fyzici zkombinovali s algoritmem strojového učení (tzv. reinforcement learning; zpětnovazební učení) běžícím v počítači, který pomocí laseru částice kontroluje. „‚Mozky‘ našich částic se nenacházejí uvnitř částic samotných. Dalším krokem tedy bude miniaturizovat učící se a kontrolní část systému a implementovat ji přímo do mikročástic,“ nastiňuje směr dalšího výzkumu dr. Holubec. To se z nynějšího pohledu může zdát jako poměrně složitý úkol. „Podobně nedosažitelně se však ještě donedávna jevila i možnost precizní kontroly, kterou nyní nad našimi mikročásticemi máme,“ říká český zástupce, který na Univerzitě v Lipsku strávil tři a půl roku jako postdoktorand a nyní působí na Katedře makromolekulární fyziky MFF UK.
Navržený systém přesného řízených mikroskopických objektů v reálném prostředí za pomoci algoritmů strojového učení by však neměl najít uplatnění jen při samotném vývoji inteligentních nanobotů. Měl by také umožnit lépe pochopit, jak mikrosvět vlastně funguje.
„Náš výzkum ukazuje, jak může podobná kombinace počítačové simulace pomocí částic žijících v reálném světě pomoci odhalit klíčové aspekty dynamiky těchto částic, které nám dosud unikaly. My jsme například popsali důležitou roli zpoždění mezi zpracováním informace o poloze částice v počítači a spuštěním laseru,“ nastiňuje dr. Holubec další výsledek výzkumu. „Díky tomuto zpoždění se v Brownově světě k vytyčenému cíli nedostane jako první nejrychleji se pohybující částice. Naopak, existuje jistá optimální rychlost daná velikostí zpoždění. Podobný jev již byl popsán pro pohyb živých bakterií,“ dodává. Důkladnější pochopení zákonitostí, které řídí mikrosvět, pak zpětně pomůže k optimalizaci vyvíjených mikročástic.
Výzkum je součástí bilaterálního projektu „Dynamika a termodynamika umělých a přírodních aktivních systémů se zpožděním“ financovaného Grantovou agenturou ČR (GAČR) a Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).
Více o experimentální metodě pro kontrolu částic zde:
Projekt „Proměny vztahu etiky a náboženství v díle Immanuela Kanta“ byl Grantovou agenturou České republiky hodnocen jako vynikající. Zkoumání vztahu etiky a filosofie náboženství v díle německého filosofa Immanuela Kanta (1724-1804) se věnoval doc. Jakub Sirovátka z Teologické fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích.
Německý filosof Kant je znám jako velký systematický etik. Méně známá je jeho filosofie náboženství, která s Kantovým etickým systémem bytostně souvisí. Jakub Sirovátka si ve svém individuálním grantu dal za cíl prozkoumat vztah etiky a filosofické metafyziky v celém Kantově díle. Zkoumána tak nebyla pouze díla, která Kant vydal již za svého života jako například Základy metafyziky mravů nebo Kritika praktického rozumu. Projekt se zaměřil i na přednášky, které byly zrekonstruovány na základě zápisků Kantových žáků, nebo na dílo z pozůstalosti, které bylo vydáno pod názvem Opus postumum. Čerpáno bylo přitom z nejrozsáhlejšího vydání Kantových děl, které představuje tzv. akademické vydání (Akademie-Ausgabe) Kantových sebraných spisů, které je dodnes vydáváno ve fraktuře, v novogotickém lomeném písmu.
Ukázka textu
Vztah etiky a filosofie náboženství se v Kantově díle proměňoval. Zpočátku byl Kant toho názoru, že etika předpokládá určitý typ metafyziky nebo ji alespoň potřebuje k dodržování toho, co etika přikazuje. Ve své konečné pozici však Kant jasně říká, že etika Boha nepředpokládá: mravní zákon platí pro každého člověka jako rozumné bytosti bez odkazování na metafyziku nebo náboženství. Skutečnost, že každý jedinec má mravní vědomí, pokládá Kant za zkušenostní fakt, který však není faktem empirickým, nýbrž faktem rozumovým. Etický imperativ, že mám něco udělat, platí kategoricky a bezpodmínečně. Zároveň však Kant překvapivě připojuje, že etika nevyhnutelně k náboženství nebo určitému typu metafyziky vede. Když Kant používá pojem náboženství, tak je nutno vědět, že pojem nesmí být chápán ve smyslu dnešní religionistiky. Kant ve svém díle provádí filosofickou rekonstrukci pojmu náboženství, to znamená, že se snaží postihnout to, co by náboženství mělo obsahovat z hlediska rozumové reflexe bez odkazu na Boží zjevení, které vždy obsahuje historický, a tudíž nahodilý prvek. Kant je toho názoru, že každé náboženství – i ta zjevená – v sobě musí obsahovat jakési rozumové prakticko-etické jádro. Projekt se snažil ukázat, že Kantova etika ústí do specifické filosofie náboženství, která tvoří konstruktivní a konstitutivní součást Kantova etického systému.
Kant je přesvědčen o tom, že není možné, aby byl svět absurdní a že svět jako celek musí být systematicky a konsistentně myslitelný. Přirozenost rozumu nás nutí postupovat systematicky, tedy vytvářet systematickou jednotu myslitelného pod jednotícími idejemi. Rozum se nespokojuje pouze s nalézáním podmínek podmíněného, nýbrž hledá ke každému podmíněnému nepodmíněné. S ohledem na účel vůle tak rozum hledá – jako svou potřebu – konečnou jednotu všech účelů sjednocenou do systematického celku. Skrze tento systematický celek účelů pak člověk chápe smysl svého mravního určení, které je pro Kanta tím zásadním lidským určením.
Kniha J. Sirovátky: Ethik und Religion bei Immanuel Kant
Každá vůle se musí nutně vztahovat k nějakému účelu jako objektu svého chtění. V morálním ohledu určuje vůli výhradně mravní zákon. Mravní zákon nemůže zároveň přikazovat něco, co by nebylo možné realizovat a co by nemělo smysl. Protože ale z příkazu mravního zákona plyne příkaz realizace nejvyššího účelu, musí být pojmenovány i podmínky, za nichž je toto uskutečnění nejvyššího účelu myslitelné. Nejvyšším účelem člověka je vytvoření morálního světa jako nejvyššího dobra. Podmínky pro vytvoření konečného účelu jsou dvě: existence Boha a nesmrtelnost duše. Proč? Mravní zákon nám přikazuje, aby se naše vůle co nejvíce orientovala na mravní dobro. Máme se stát mravně dokonalými.
Mravně charakterní člověk je zároveň ten, který je hoden toho, aby byl šťastný. Kant je toho názoru, že spojení mravnosti a štěstí musíme myslet jako spojení nutné. Za našeho života však nikdy nedosáhneme mravně dokonalé vůle a tento svět není schopen zaručit, že se mravně dobrým lidem dostane toho štěstí, které si zaslouží. Proto je nutno přijmout v prakticko-rozumové víře, že existuje nesmrtelnost duše a že existuje Bůh.
Kant je přesvědčen, že si nelze představit rozum, který formuluje bezprostředně platný mravní zákon, z něhož vyplývá onen konečný účel, aniž by byly myslitelné podmínky pro skutečnou realizaci tohoto konečného účelu. Člověk je „účelem o sobě“ a zároveň má konečný účel: má se pokusit o uskutečnění morálního světa jako nejvyššího dobra, přičemž je nutno chápat představu morálního světa ve dvou polohách. Na jedné straně je morální svět již nyní přítomen v tomto světě. Jedná se o snahu všech lidí s dobrou vůlí, kteří jsou ve svém individuálním snažení zároveň spojeni v pomyslném mravním společenství. Na druhé straně představuje morální svět nedosažitelný ideál, který navzdory úsilí tolika lidí není možno uskutečnit úplně.
Proto je nutno přijmout předpoklad existence Boha a nesmrtelnosti duše jako dvě nutně myslitelné podmínky pro vytvoření dokonalého morálního světa, který však náš svět přesahuje. S fenoménem náboženství ve smyslu určitých metafyzických pozic otevírá Kant perspektivu naděje, smyslu a poslední spravedlnosti.
doc. Jakub Sirovátka, Dr.phil.
Studoval filosofii a teologii v Německu a Itálii, doktorát a habilitaci z filosofie získal na Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt. Od roku 2013 učí filosofii na Teologické fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. V letech 2017-2019 pracoval zároveň v Oddělení pro studium novověké racionality Filosofického ústavu AV ČR. Od roku 2020 učí externě na Katolické teologické fakultě Univerzity Karlovy v Praze. Badatelsky se zaměřuje na etiku a filosofii náboženství; na myšlení Immanuela Kanta, německou a francouzskou fenomenologii, především na dílo Emmanuela Levinase.
Grantová agentura České republiky loni poprvé podpořila 30 projektů grantové skupiny JUNIOR STAR. Do prvního ročníku výzvy přihlásili vědci celkem 355 návrhů. Granty jsou určeny badatelům, kteří dokončili doktorát maximálně před osmi lety, již publikovali v prestižních mezinárodních časopisech a mají za sebou významnou zahraniční zkušenost.
Díky pětiletým projektům a možnosti čerpat až 25 milionů korun získají řešitelé možnost vědecky se osamostatnit, realizovat své vlastní originální myšlenky a přinést do české vědy nová výzkumná témata. To vše v raném stádiu své vědecké kariéry. Práci vybraných řešitelek a řešitelů, kteří byly vybráni na základě několikakolového výběrového procesu prováděného výhradně zahraničními odborníky, Vám postupně budeme představovat.
Reakce mikrobiálních komunit na měnící se klima v půdě Arktické tundry
RNDr. Jana Voříšková, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR
„Studium mikrobiální ekologie nám umožní lépe odhadnout, jaký vliv budou mít klimatické změny na naši planetu“
„Na naší planetě existují tisíce druhů miniaturních mikroorganismů, které se vyskytují všude v prostředí okolo nás. Pouhým okem jsou pro nás neviditelné. Hrají však velice významnou roli při regulaci klíčových funkcí v ekosystémech a ovlivňují fungování celé naší planety. Mohou například ovlivnit to, jak se naše planeta bude schopna vyrovnat s vlivem klimatických změn. Zda mikroorganismy přispějí k jejich urychlení nebo naopak změny zmírní, je pro nás, badatele, stále otázkou,“ říká Jana Voříšková.
Vědkyně zkoumá mikroorganismy arktické půdy v Grónsku. Dostupné modely klimatických změn odhadují, že nejvyšší nárůst teploty planetu čeká právě v těchto oblastech.
Projekt JUNIOR STAR by měl přinést informace o tom, jak budou mikroorganismy reagovat na předpokládané klimatické změny. Současné modely zahrnují řadu parametrů, nicméně vliv mikroorganismů tam často zohledněn nebývá. Zahrnutí výsledků projektu do klimatických modelů by mohlo pomoci zpřesnit odhady vývoje klimatu v budoucnosti.
„Dalším přínosem výzkumu bude obecné popsání mikroorganismů, které v arktické půdě žijí. Co se týká mikrobiálních studií, arktické oblasti nejsou totiž stále ještě zcela probádané,“ doplňuje vědkyně.
RNDr. Jana Voříšková, Ph.D.
Zdanění nadnárodních korporací v globalizovaném světě (CORPTAX),
Doc. Petr Janský, Ph.D., Institut ekonomických studií, Fakulta sociálních věd, UK
„Náš výzkum odhaduje, kolik platí nadnárodní korporace na daních, jaká část je zaplacena v daňových rájícha které faktory jsou pro to důležité“
„Nadnárodní korporace jsou zásadní součástí našeho globalizovaného světa a významně ovlivňují životy lidí. Jejich zdanění je častým tématem nejen vědeckých, ale i veřejných diskuzí. Cílem projektu JUNIOR STAR je určit, kolik platí nadnárodní korporace na daních, jaká část je zaplacena v daňových rájích a které faktory jsou pro to důležité,“ vysvětluje Petr Janský.
Badatelé v projektu staví na hypotéze, že nadnárodní korporace se vyhýbají placení daní ze svého zisku využíváním kombinace globalizace a suverenity zemí určovat si své daňové politiky.
V návaznosti na tuto hypotézu navrhuje řešitel projektu s mezinárodním týmem nový teoretický rámec, který pomůže uchopit trilema korporátního zdanění. To podle nich spočívá v tom, že pouze dva ze tří cílů veřejných politik – globalizace, suverenita a daňový příjem – mohou být naplněny zároveň.
Na rozdíl od dřívějšího výzkumu chtějí vědci překonat nedostatky dostupných dat. Navrhli novou empirickou metodologii, v rámci které budou využívat data z tzv. podávání zpráv podle zemí (country-by-country reporting) pro velké nadnárodní korporace. Získaná data zkombinují s dalšími zdroji. Cílem je vytvořit dosud nejúplnější datový soubor o nadnárodních korporacích a jejich zdanění.
doc. Petr Janský, Ph.D.
Univerzální kvadratické formy a třídová čísla
Mgr. Vítězslav Kala, Ph.D., Matematicko-fyzikální fakulta, UK
„Chování třídových čísel je zatím velmi záhadné, i když úzce souvisí s řešením rovnic, jako je velká Fermatova věta“
Vítězslav Kala s týmem zkoumá „univerzální kvadratické formy“. To jsou kvadratické vzorce, u kterých se vědci snaží zjistit, která čísla vyjadřují. „Například už v roce 1770 Lagrange dokázal, že každé přirozené číslo jde vyjádřit jako součet čtyř druhých mocnin, tedy kvadratická forma x^2 + y^2 + z^2 + w^2 je univerzální. Tomuto tématu se během posledních dvou století věnovala řada významných matematiků, třeba Euler, Rámanudžan a Bhargava, nositel Fieldsovy medaile za rok 2014,“ ohlíží se do historie Vítězslav Kala.
V projektu JUNIOR STAR bude tým studovat „číselná tělesa“, která jsou podobná komplexním přirozeným číslům. Ve svém výzkumu v posledních pár letech řešitel projektu zjistil, že klíčovými objekty k porozumění univerzálním kvadratickým formám a číselným tělesům jsou takzvané „nerozložitelné prvky“. Těmto prvkům byla přitom doposud věnovaná jen minimální pozornost. V rámci projektu chtějí vědci důkladně prozkoumat jejich vlastnosti. „Pokud se to podaří, tak výzkum povede k vyřešení několika důležitých otevřených problémů v teorii čísel a projekt přispěje k porozumění třídovým číslům,“ uzavírá Vítězslav Kala.
Mgr. Vítězslav Kala, Ph.D.
Specifické bakteriální kmeny a definovaná postbiotika odvozená z bakterií pro zlepšení dlouhodobých následků podvýživy
Mgr. Martin Schwarzer, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR
„Zkoumáme, jak určité bakterie mléčného kvašení ovlivňují fungování organismu a jak mohou přispět k růstu podvyživených dětí“
„Růst a vývoj člověka v období po narození je určován příjmem živin a produkcí růstových hormonů. Jako klíčoví hráči podporující životně důležité procesy byly nedávno identifikovány střevní bakterie,“ říká Martin Schwarzer. Společně s týmem zkoumá na zvířecích modelech chronické podvýživy, jak konkrétní vybrané bakterie ovlivňují fungování mnohobuněčného hostitele.
Vědci využívají unikátní biologické modely – bezmikrobní myši a selata. Daná zvířata nemají ve svém trávicím traktu nebo na povrchu těla žádné živé bakterie ani jiné mikroorganismy. Vědci si tedy mohou vybrat, kterými bakteriemi bezmikrobní zvíře takříkajíc „osadí“. Následně zjistí, jak tyto vybrané bakterie ovlivní fungování hostitele ve zdraví a v nemoci.
„Předchozí výzkum ukázal, že určitý kmen bakterie mléčného kvašení s názvem Lactobacillus plantarum je schopen podporovat růst mladých, chronicky podvyživených myší. Tuto schopnost má nejen u myší „osazených” pouze touto jednou bakterií, ale také při podávání jedincům chovaným v běžných podmínkách (tj. těm, kteří mají ve střevě další mikroorganismy). Zatím nepublikovaná data ukazují, že při denním podávání této bakterie u myší dochází ke zlepšení růstu,“ doplňuje vědec působící v Laboratoři gnotobiologie v Novém Hrádku v Orlických horách.
Cílem projektu JUNIOR STAR je mimo jiné určit, jak bakterie komunikují s hostitelským organismem a jakým způsobem mu umožňují zlepšit růst v období po narození. To by mohlo potenciálně zlepšit renutriční strategie u podvyživených dětí, urychlit růst hospodářských zvířat nebo pomoci ve zvládání proteinové energetické výživy u starších osob.
Vědci z Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd České republiky (ÚMCH AV ČR) úspěšně dokončili projekt financovaný Grantovou agenturou České republiky (GA ČR) zabývající se studiem multifunkčních polymerních biomateriálů využitelných v rámci nádorové terapie. Výsledky výzkumu zveřejnili v renomovaných časopisech Biomaterials, Journal of Controlled Release a Acta Biomaterialia.
Cílem mezioborového projektu, který spojuje chemii a technologii s biologií a medicínou, bylo vyvinout vhodná polymerní nanoterapeutika využitelná v protinádorové terapii. Zmíněná polymerní terapeutika by měla být vhodná pro účinnou léčbu pevných nádorů i pro terapii metastatických stavů. Vědci z Ústavu makromolekulární chemie společně s kolegy z Mikrobiologického ústavu AV ČR nejdříve identifikovali u nádorových onemocnění klíčové pochody, do kterých by chtěli pomocí nových biomateriálů zasáhnout a tím růst primárních nádorů nebo rozsev metastatických ložisek zablokovat.
Úkolem vědců bylo omezit pochody, které jsou navázány na specifické enzymy zvané matrix metalo proteinázy. Cílem bylo inhibovat jejich funkci tak, aby nádor neměl možnost „růst“ a „tvořit“ své vzdálené „klony“, metastáze. Vědci z ÚMCH AV ČR zároveň vyvíjeli takové biopolymerní nosiče, které by umožnily dopravu nesených léčiv do nádoru a zároveň nikterak neškodily zbytku organismu, a to ani imunitnímu systému. „Naopak, naše data ukazují, že při léčbě polymerními nanoterapeutiky může docházet k indukci specifické imunitní odpovědi proti nádoru a ustavení resistence k původnímu typu nádoru mediované hlavně paměťovými CD8+ T lymfocyty,“ vysvětluje Dr. Tomáš Etrych, vedoucí oddělení Biolékařských polymerů v ÚMCH AV ČR. V rámci projektu byla neméně důležitá také detailní rozvaha nad výběrem struktur a aktivních molekul. Posléze došlo na samotnou syntézu a navazující detailní fyzikálně-chemickou charakterizaci.
Tým kolegů z ÚMCH AV ČR pracujících na vývoji polymerních nosičů léčiv
Posledním, nicméně velmi důležitým krokem bylo testování samotné biologické účinnosti a sledování vedlejších toxických projevů a biokompatibility vyvinutých nanoléčiv. „Projekt byl založen především na klíčové spolupráci s kolegy z Mikrobiologického ústavu AV ČR, a to konkrétně se skupinou Dr. Kováře. Na projektu jsme pracovali více než tři roky,“ říká Dr. Tomáš Etrych. Vědci z ÚMCH AV ČR úzce spolupracovali také se skupinou doc. Klenera a Dr. Šefce z 1. lékařské fakulty UK a se zahraničními kolegy, především z University of Wisconsin (USA) a Sojo University in Kumamoto (Japonsko).
Biomaterials, Journal of Controlled Release a Acta Biomaterialia
„Jedná se o kvalitní, nadstandardně úspěšný projekt, což dokládá celkem 11 publikovaných článků s IF dle metodiky WOS s kumulativním IF 63,9 a jeden článek indexovaný v databázi SCOPUS. Zájem o tuto problematiku potvrzují i navázané spolupráce s univerzitami v Japonsku, Francii a USA,“ ocenila projekt ve svém hodnocení komise GA ČR. Výsledky výzkumu byly publikovány jako původní vědecké práce v renomovaných časopisech Biomaterials, Journal of Controlled Release a Acta Biomaterialia. „V publikovaných pracích jsme popsali jak nově vyvinuté polymerní biomateriály, tak také jejich fyzikálně-chemické a navazující biologické vlastnosti,“ doplňuje Dr. Tomáš Etrych. Články byly vědeckou veřejností přijaty velmi kladně a za poměrně krátkou dobu od zveřejnění nasbíraly 110 odborných citací.
Spolupracující tým z laboratoře nádorové imunologie z Mikrobiologického ústavu AV ČR
Vzhledem ke slibným výsledkům vědci doufají, že by tato nová terapeutika mohla usnadnit a zefektivnit léčbu pacientů. Před samotným uvedením do klinické praxe čeká ovšem každé nové terapeutikum velmi dlouhá a strastiplná cesta detailního preklinického a klinického hodnocení. „Naše předchozí polymerní léčivo u pacientů prokázalo velmi slibnou aktivitu, proto věříme, že základní předpoklady pro vstup do klinického hodnocení mají i tato nově vyvinutá polymerní terapeutika,“ dodává Dr. Etrych.
RNDr. Tomáš Etrych, DSc., vystudoval obor makromolekulární chemie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Vede vlastní oddělení na Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd České republiky. Zaměřuje se na výzkum nových polymerních materiálů pro medicínu a věnuje se výchově studentů z Univerzity Karlovy a Vysoké školy chemicko-technologické.
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.
Tým projektu
Městská zeleň, Marche, Střední Itálie, foto Federico Morelli
Emberiza citinella v Polsku, foto C. Korkosz
Městská zeleň v Praze 6, foto Federico Morelli
Passer domesticus italiae, foto Fabio Pruscini
foto Yanina Benedetti
Tým Ústavu makromolekulární chemie AV ČR
Prof. Ing. Petr Humpolíček, Ph.D., je vedoucím výzkumné skupiny Biomateriály na Centru polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Tým se zabývá výzkumem a vývojem biomateriálů, především pak s ohledem na stanovení jejich interakcí s eukaryotickými organismy. Specializuje se na elektricky vodivé polymery, koloidní systémy a chytré kompozitní materiály. Jeho tým spolupracuje s řadou prestižních pracovišť v zahraničí, a to nejen v oblasti řešení konkrétních problémů, ale také skrze dlouhodobé studentské stáže.
Prof. Ing. Tomáš Vojnar, Ph.D.
Doc. RNDr. Jan Kofroň, Ph.D.
Prof. RNDr. Ing. Michal Černý, Ph.D., je profesorem ekonometrie a operačního výzkumu na Katedře ekonometrie Fakulty informatiky a statistiky Vysoké školy ekonomické v Praze. Je absolventem oboru Diskrétní matematika a optimalizace na MFF UK a Mezinárodní ekonomické vztahy na VŠE. Zabývá se především speciálními optimalizačními problémy a jejich složitostními vlastnostmi. Kromě toho pracuje v oblasti statistické analýzy speciálních typů dat a modelů (např. streamovaná data, intervalová data, modely zatížené parciální identifikací). Je členem Vědecké rady FSV UK, Vědecké rady FIS VŠE a Oborové rady Pravděpodobnost a statistika, ekonometrie a finanční matematika na MFF UK.
Letový model vysokofrekvenčního přijímače pro sondu TARANIS před uzavřením teplotní vakuové komory v Thales Alenia Space ve francouzském městě Toulouse, kde se prováděly povinné předletové testy přístroje.
Magnetická smyčková anténa měřící v širokém pásmu frekvencí od 5 kHz do 90 MHz umístěná na vrcholu La Grande Montagne (1028 m, 43.9410 s.š., 5.4836 v.d.) na plošině Plateau d’Albion v jižní Francii.
Ing. Ivana Kolmašová, Ph.D., vystudovala obory radioelektronika a fyzika plazmatu na Elektrotechnické fakultě Českého vysokého učení technického v Praze. Mezi oblasti jejího zájmu patří především vlny generované přírodními bleskovými výboji a vlnové emise v magnetosféře Země a Jupiteru. Dále se věnuje kontrole kvality a planetární ochraně družicových přístrojů vyvíjených v oddělení kosmické fyziky ÚFA AVČR.
