@Zajímavé projekty Archivy - Strana 15 z 21 - Grantová agentura České republiky

28. 01. 2019

Ve Sluneční soustavě jsou stovky tisíc známých planetek. Detailní informace máme zatím jen o několika tisících z nich. Ve vytváření modelů těchto vesmírných těles je Česká republika světovou velmocí. Právě na analýzu dat o planetkách byl zaměřen projekt Grantové agentury ČR „Celkový obraz hlavního pásu planetek – fyzikální vlastnosti planetek odvozené inverzí optické a infračervené fotometrie“. Tým, který vedl docent Mgr. Josef Ďurech, Ph.D., dokázal popsat více než tisíc nových těles. Získané informace využívají vědci z celého světa.

Jaké byly hlavní cíle projektu?
Abych ho vysvětlil, musím začít trochu zeširoka. Většina z nás určitě dokáže jmenovat některou z planet Sluneční soustavy. Ve Sluneční soustavě je ale kromě nich také několik set tisíc známých planetek, což jsou tělesa o rozměrech od několika metrů do stovek kilometrů. O nich se dlouhodobě snažíme získat co nejvíce informací. Z nich se následně vytvoří model dané planetky a uloží se do databáze. Již před naším projektem existovaly řádově stovky takovýchto modelů a jedním z našich cílů bylo toto číslo navýšit. To se také skutečně podařilo, po třech letech fungování projektu jsme vytvořili asi tisíc nových modelů.

Co dalšího jste zjišťovali?
Druhým hlavním cílem bylo vyvinout metodu, která by umožňovala tvořit modely planetek ze získaných dat v jednom procesu nebo zjednodušeně řečeno v jednom kroku. Měření planetek do té doby probíhalo tak, že se vzaly výsledky optického pozorování světelné křivky získané dalekohledem a z těch se zrekonstruoval tvar. Ten ale nebyl škálovaný na skutečnou velikost. Mohl být malý a světlý, nebo naopak velký a tmavý. Takto získaný model se pak následně nastavoval tak, aby odpovídal datům získaným z infračerveného měření. Byl to tak proces ve dvou krocích, nejdříve se získal tvar a pak velikost. My jsme chtěli vyvinout metodu, která by vzala tyto dva typy dat současně a iteračním procesem vytvořila najednou konečný model. To se nám také podařilo.

Optická a infračervená fotometrie. Co si pod tím máme představit?
Optická část je to, co vidíme okem. K tomu používáme pozemské dalekohledy. Infračervená oblast je částečně dostupná také ze země, ale jen velmi obtížně. Proto využíváme především pozorování s kosmických sond a družic, které obíhají kolem Země. Na planetky dopadá sluneční záření a ony ho odrazí. Současně část tohoto záření pohltí a tím se zahřejí. My pak v optickém oboru sledujeme odražené záření, protože díky němu planetky svítí, a v infračerveném oboru sledujeme tepelné záření povrchu.
Tyto dvě oblasti, tedy vizuální a infračervená, se vzájemně doplňují, protože z infračervené můžeme dobře určit rozměr těles, což nejde jen z optických dat. Když oba tyto způsoby spojíme, dokážeme říct, jak je planetka velká, jaký má tvar, jakou to má periodu rotace, kam směřuje rotační osa, můžeme také něco říci o tepelných vlastnostech povrchu, zda je spíše pokryt prachem nebo skálou.

Můžete popsat proces měření planetek? Jak dlouhou trvá, než máte dostatek dat, abyste ji mohli reálně popsat?
Planetky jsou na obloze vidět jako hvězdy, které se na hvězdném pozadí pomalu pohybují. Obíhají kolem Slunce a rotují kolem své osy s periodou typicky několik hodin. Jak na ně svítí Slunce a ony se zároveň točí, tak my zjišťujeme, jak se mění jejich jasnost. Když je ta planetka například kulatá, tak se její jasnost v zásadě nemění, protože je ze všech stran stejná. Když je hodně protažená, tak naopak má velkou amplitudu světelných změn, tzn. jednou ji vidíme zepředu, kdy má malou jasnost, pak ji vidíme z boku, kdy má velkou jasnost.
Když se shromáždí taková pozorování z několika let, kdy tu planetku vidíme z různých stran, tak můžeme docela spolehlivě zrekonstruovat její tvar. Dokážeme říct, zda je spíše kulatá, nebo spíše protažená, jakou má periodu rotace a kam směřuje její rotační osa.
U některých planetek je to zajímavé samo o sobě, protože jsou to ta největší tělesa v hlavním pásu mezi Marsem a Jupiterem a pro ten zbytek malých těles jde spíše o to, shromáždit co nejvíce těchto údajů a pak na tomto základě říct něco o tom, jak se planetky dynamicky vyvíjí a co tam probíhá za procesy.

Ve Sluneční soustavě je podle vašich slov obrovské množství planetek. Podle čeho se rozhodujete, kterou z nich se rozhodnete zkoumat?
My sami jsme nic nevybírali, protože jsme zpracovávali výsledky měření, které byly součástí jiných projektů. Ty byly zaměřené buď na nějaké speciální planetky, například zkoumaly planetky, které se přibližují blízko k Zemi a z nich si pak si vybíraly kandidáty na pozorování, nebo to byly projekty v rámci takzvaných celooblohových přehlídek. Ty na obloze pozorují a získávají informace o všem, co zachytí. Právě z nich jsme si brali data.

Jak fungují celooblohové přehlídky?
Dalekohledy, především v USA, každou jasnou noc snímají oblohu a detekují planetky, měří jejich polohu a jako vedlejší produkt i jejich jasnost. Získaná data pak zveřejní a my je můžeme použít. Podobně to fungovalo i u těch infračervených dat, která jsou především z NASA družice WISE.

Jak taková typická planetka vypadá?
Ty největší z nich jsou zhruba kulaté, ty menší jsou většinou nepravidelné. Aktuálně existují například velmi hezké snímky planetky Ryugu nebo Bennu. Tam vidíme, že na svém povrchu mají něco, co připomíná kameny nebo kusy skal a mezi tím jemný regolit a celé to vypadá jako hromada suti.

Pozorováním planetek se věnujete dlouhodobě. Jak si v této oblasti stojíme ve srovnání se světem?
Troufnu si říct, že v oblasti vytváření modelů planetek jsme nejproduktivnější na světě a tyto modely pak pro své další výzkumy a měření používají vědci na celém světě. Tím, že jsme díky Grantové agentuře České republiky získali finanční prostředky na realizaci projektu a dokázali vytvořit modely tisíce nových planetek, jsme samozřejmě i u našich zahraničních kolegů zvýšili naši prestiž. Naši databázi využívá stále více vědců, což je pro nás také samozřejmě obrovská satisfakce. Výsledky slouží také k dalšímu základnímu výzkumu, například k odvození a získání dalších informací o dané planetce, jako jsou například její termofyzikální parametry apod.

Dá se říci, že váš projekt je součástí širšího zkoumání planetek na celém světě, jehož cílem je získávat o nich další a další informace?
Ano, určitě. V současné době máme zmapovaných přibližně několik tisíc planetek, celkově jich jsou ale stovky tisíc. Ten vzorek je tedy stále malý. Naším cílem je mít modely alespoň pro půlku z nich. Pak bychom mohli například porovnat teorie o tom, jak vznikla a vyvíjela se Sluneční soustava s tím, co dnes reálně pozorujeme.

Sledování planetek se věnujete většinu svého profesního života. Máte nějaký cíl, kam byste se chtěl dostat?
Ono to v zásadě nemá hranice. Každý den přibývá stovky nově objevených planetek. Je to tedy takový závod s tím, jak rychle dokážeme ty nové modely odvozovat, když neustále přibývají data. Cíl je možná v tom, aby to jednou všechno běželo samo. Sama se stahovala data, samy se vytvářely modely a samy se ukládaly do databáze a já budu sedět a dívat se, jak to hezky přibývá.

Na čem dalším zajímavém nyní pracujete?
V současné době zpracováváme velké množství dat z přehlídky oblohy ATLAS. Z nich bychom měli udělat další tisíce modelů. Druhý směr jsou detailní modely těch největších planetek. Ty dnes dokážeme největšími pozemskými dalekohledy vyfotit. Na fotkách jsou vidět ty největší krátery, a to je velmi dramatický posun vůči tomu, co bylo před deseti lety.

V poslední době se také stále více hovoří o možnosti těžit nerosty ve vesmíru. Jak se na to jako vědec díváte?
Když se mluví o tom, proč zkoumat planetky, zmiňují se tři hlavní důvody. První z nich je vědecký, protože vědci jsou zvědaví. Druhý důvodem je, že planetky čas od času narazí do Země, s tím je spojená bezpečnost lidstva. Třetím je právě idea těžby nerostů. V této chvíli jsou tyto úvahy stále spíše na papíře, ale věřím, že se jednou uskuteční.

Je o váš výzkum zájem mezi komerčními firmami?
Myslím si, že v této chvíli firmy samy neví, jakým směrem se v této oblasti vydat. Musí nejdříve vymyslet technologii, způsob, jak tam doletět nebo co tam přesně dělat. Spolupracujeme ale například s vědci z university ve finském Tampere, a ti se mimo jiné zabývají tím, jak zkoumat vnitřek planetek a s průmyslem mají užší spolupráci. Chtějí postavit sondy, které by toto uměly.

Jsme dnes schopni si z těch planetek odebrat nějaký vzorek?
Ano, právě nyní jsou ve vesmíru dvě sondy, americká a japonská, a jejich cílem je jemně se dotknout povrchu planetky a přivézt jeho vzorek zpátky. To se již v minulosti povedlo Japoncům, ale byly to jen mikročástice, nyní chtějí odebrat větší část. Ta cesta ale trvá několik let.

Jsou pro nás planetky nebezpečné?
Statisticky ano. V roce 2013 dopadl například velký meteorit poblíž ruského Čeljabinsku a způsobil značné materiální škody. Jednou z motivací sledování a zkoumání planetek je i to, že chceme znát všechna tělesa, která jsou na drahách, které kříží dráhu Země a mohla by se s námi srazit. U všech, které známe, dokážeme vyloučit, že se s námi srazí příštích 100 let. Může se samozřejmě objevit nějaká nová, u které se ukáže, že se se Zemí může srazit za 50 let. Nic takového ale zatím nehrozí.

23. 11. 2018

Dynamika sociálního prostředí a prostorová mobilita v metropolitních regionech České republiky je název projektu Grantové agentury České republiky, který v letech 2014 – 2016 řešil tým pod vedením docenta RNDr. Martina Ouředníčka, Ph.D., vedoucího výzkumného týmu Urbánní a regionální laboratoře a proděkana Přírodovědecké fakulty Karlovy Univerzity. Hlavním cílem projektu bylo zkoumat dynamiku sociálního prostředí, která je ovlivňována různými druhy prostorové mobility, jako je migrace nebo dojížďka. Výzkum se zaměřil na procesy odehrávající se ve vnějších částech postsocialistických měst: rezidenční suburbanizaci a transformaci sídlišť. Tyto procesy se výrazně odlišují od vývoje v západní Evropě a Spojených státech a Česká republika je v řadě oblastí zcela unikátní.

V názvu projektu, který jste vedl, je sousloví metropolitní region. Co si pod tímto označením máme představit?
Ve středověku bylo město jasně prostorově ohraničeno, dnes ale mluvíme o městských populacích, které jsou rozptýlené za jeho administrativními hranicemi. Jednoduše řečeno, abychom dokázali přesně popsat procesy ve městech, musíme více zkoumat jejich bezprostřední okolí. Sem patří například proces suburbanizace, který jsme jako jeden z klíčových v našem projektu zkoumali.

Co přesně suburbanizace znamená?
Tento termín se používá k popisu růstu oblastí, tzv. suburbií, na okrajích velkých měst. Jde o jednu z mnoha příčin nárůstu měst. Město se geograficky rozšiřuje a z příměstských obcí se stávají nové geografické části města. Jde tedy o přesun populace a lidských aktivit, například pracovních příležitostí, z jádrového města do jeho zázemí. Počátek silné suburbanizační fáze se datuje do 20. let 20. století. Mezi městem a suburbii je velmi silná provázanost.

V projektu jste narazili na řadu odlišností v tom, co probíhá v metropolitních regionech v Česku a v jiných evropských městech nebo v USA. V čem tyto rozdíly spočívají?
Jde například o segregaci. Segregace má u nás a například v USA zcela jiné projevy. Ve Spojených státech ale i v západní Evropě jsou segregovány celé čtvrti ve městech, existují tam velké sociální distance mezi tradiční lokální populací a přistěhovalci, cizinci či jinými etniky. U nás je ta sociální vzdálenost díky specifické poloze i historii Česka relativně malá. Například nové bydlení, kde bydlí sociálně nejsilnější obyvatelstvo, je dnes paradoxně lokalizováno v dělnických a průmyslových lokalitách, jako například Smíchov, Holešovice, Karlín a dnes jsou z těchto čtvrtí mnohdy prestižní místa. To samé platí o okrajích měst, které byly za socialismu perifériemi, i tam se stěhuje silná sociální vrstva. Ani sídliště se sociálně nepropadají, což je velký rozdíl oproti celému západnímu světu. Tady vidíme, že procesy fungující v západní Evropě či USA se u nás projevují pouze omezeně.

Co vás ještě v průběhu výzkumu překvapilo?
Tím hlavním asi bylo, že pokud zkoumáme Česko a post-socialistický svět obecně, nemůžeme se příliš opírat o teoretické a myšlenkové přístupy západní geografie, protože ty u nás v řadě případů nefungují. Neplatí to jen pro Česko, ale i pro další země v postsocialistické části Evropy. Jak jsme již zmiňoval, na rozdíl od USA nebo například Paříže, nemáme u nás žádná segregovaná města nebo celé čtvrti. Sociálně vyloučené nebo segregované komunity se vytvářejí většinou v mikroměřítku domů nebo malých lokalit. Nefungují také metody tradičních výzkumů, které byly na západě využívány v 60. letech, protože se dnes řada prostorových procesů, jako je dojížďka, flexibilita a lokalizace práce, posunula. Museli jsme proto přijít na nové metody empirického měření.
Další zajímavost souvisí s takzvanými satelitními městy. Velká část médií a odborníků se na ně dívá jako na rakovinu našich měst. My jsme zde zkoumali sociální prostředí a ukázalo se, že v nich existuje vysoká sociální soudržnost. Zjistili jsme, že jsou tam lidé velmi aktivní. Zakládají spolky, přicházejí s novými nápady, pomáhají zastupitelstvu nebo se také posiluje demografická a socio-ekonomická struktura suburbánní populace. Určitě nepřekvapí, že nejvíce aktivit se koncentruje kolem dětí. Negativa spojená se satelitními městy jsou závažná, ale objevují se jen v omezené míře. Velikost a intenzita suburbanizace je navíc ve srovnání se Západem malá.

Jakým způsobem jste pro svůj výzkum získávali informace?
Základem jsou kvantitativní data, kam patří populační census, statistika bytové výstavby, čísla o migraci nebo další data z průběžné evidence. Využívali jsme také data od mobilních operátorů, geografické informační systémy apod. Klíčové je dostat se postupně přes data na národní úrovni až na úroveň metropolitních regionů, které jsme zkoumali především. Je důležité mít informace z mikroúrovně sledování. Proto jsme například využívali case study typických nebo naopak extrémních příkladů sousedství, čtvrtí nebo obcí. Postupně jsme tak šli do stále většího a většího detailu. Používali jsme také pozorování, dotazníky, rozhovory, tedy metody, které jsou schopné vysvětlovat dané kauzální závislosti, které kvantitativní analýza nezachytí.

Jak jsou získané informace využity v praxi?
Výsledky publikujeme ve formě specializovaných map, máme také specializovaný server www.atlasobyvatelstva.cz, kde je asi 200 map, které se používají například jako územně-analytické podklady. Významným partnerem je například Institut plánování a rozvoje hlavního města Prahy, kde pracují absolventi geografie z Přírodovědecké fakulty. Jedním z našich výstupů je vymezení Pražského metropolitního areálu pro tzv. Integrované teritoriální investice, kde kooperuje Praha a obce Středočeského kraje. Jde o vytýčení směru investic v řádu miliard korun, a to nejen v Praze, ale v celém regionu. Děláme také dílčí segregační studie. Například z poslední doby pro Prahu 14, Kladno nebo i pro komerční firmy. Pro jednoho významného developera jsme zjišťovali informace o tom, kdo je potenciální uživatel nového bydlení. Pro Středočeský kraj připravujeme prognózu budoucího vývoje populace. Výsledkem bude také populační kalkulačka, kde si každý starosta Středočeského kraje bude moci spočítat vývoj budoucího počtu obyvatel ve své obci.

Jakou roli ve vašich projektech a aktivitách hraje GAČR?
Všechny tyto věci bychom bez Grantové agentury ČR nemohli dělat. Díky GAČR jsme mohli získat všechny poznatky, ze kterých nyní v těchto dílčích projektech můžeme těžit, rozvinout teoretickou bázi našeho výzkumu a mezinárodní spolupráci. Zároveň se podařilo udržet široký tým zejména mladších vědců.

Na čem dalším zajímavém nyní pracujete?
Nyní pracujeme na projektu, který je specificky zaměřen na Prahu. Hlavní město je pro nás laboratoří urbánního výzkumu, protože některé procesy, pokud chcete dělat komparativní studie s evropskými městy, nelze popsat ani v Brně ani v Ostravě. V letošním roce jsme publikovali komparativní studii sídlišť v přibližně 15 hlavních městech Evropy a Prahu tam máme jako příklad.

Co jste zatím zjistili?
Máme premisu, že v domácnostech žijících v nových suburbiích bude docházet k rozdělování rodin a k odchodu jedné z jejích částí. Vycházíme z toho, že v 90. letech se do zázemí měst přestěhovali první obyvatelé a nyní nastává čas stěhování tzv. mileniálů. Otázka je, zda se budou pryč stěhovat děti nebo rodiče. To je zcela zásadní pro lokální i regionální politiky, pro bytovou politiku, sociální infrastrukturu atd. Zatím to vypadá, že se spíše budou stěhovat děti než rodiče. Předpokládali jsme, že budou rozhodovat sociální vazby a kontakty dětí v lokalitě, a naopak stále silné pracovní i osobní vazby generace rodičů ve městě. První výsledky ale ukazují, že i přistěhovalí rodiče si vytvořili v nových lokalitách relativně stabilní vazby a jejich rezidenční preference nebudou směřovat zpátky do měst.

Co ještě v projektu zkoumáte?
Druhá oblast jsou cizinci. V Praze jich žije kolem 17 %, což je ve srovnání s ostatními postsocialistickými městy zcela unikátní. V Budapešti, Bratislavě nebo ve Varšavě žije méně než 5 % cizinců v populaci. My chceme zjistit, jaké je demografické a migrační chování cizinců, zda například budou imitovat chování české populace, což se zatím ukazuje především u vietnamské menšiny. V USA a částečně i v západní Evropě se podobná situace vyvíjela spíše cestou segregace a etnické diferenciace suburbií, a bylo to špatně. My si myslíme, že u nás k segregaci cizinců docházet nebude. Chtěli bychom ale tyto procesy popsat a vysvětlit hned na počátku a pomoci například s přípravou bytové nebo integrační politiky na centrální i regionální úrovni.

Vztah mezi rybami a mlži je výborný modelový systém pro studium přežívání a rizika koextinkce v rychle se měnícím prostředí

30. 10. 2018

Doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd České republiky se řadu let zabývá koevoluční dynamikou v parazito-hostitelských systémech a dopadem nepůvodních druhů na reciproční vztahy mezi organismy. Jeho poslední projekt „Vliv nepůvodních druhů na hostitelsko-parazitické vztahy“ podpořila finančně Grantová agentura ČR.

Proč jste si vybrali právě toto téma projektu?
Téma projektu vycházelo z našeho předchozího zájmu o koevoluci mezi hořavkami a mlži. Tento vztah je v Evropě charakterizován parazitismem hořavek vůči mlžům. Hořavky využívají mlže tak, že kladou jikry do jejich žaberní dutiny a potomstvo hořavek se tam vyvíjí po dobu jednoho měsíce. Také mlži ve svém vývojovém cyklu potřebují ryby – prochází stádiem parazitické larvy zvané glochidium, které se musí uchytit na ploutvích či žábrech hostitelské ryby po dobu několika dní až týdnů, než se glochidium vyvine v juvenilního mlže. Hořavky se ovšem parazitaci glochidii umí bránit – ze společného soužití s mlži si tedy berou výhody, ale neplatí nic zpět.
V posledních 10-20 letech v Evropě probíhá invaze asijského druhu mlže, škeblice asijské. Zjistili jsme, že hořavka tohoto mlže nemůže využívat, protože se její parazitaci umí účinně bránit. Taková obrana je u evropských mlžů naprosto výjimečná.

škeblice asijské

Se specialistou na biologii sladkovodních mlžů Karlem Doudou z České zemědělské univerzity v Praze jsme se dohodli, že využijeme tohoto zajímavého fenoménu, abychom prozkoumali, jak invaze nepůvodních druhů mohou ovlivnit jemné vztahy na úrovni mezidruhových interakcí. Takové jemné vychýlení z rovnováhy způsobené nepůvodními druhy je v přírodě pravděpodobně velmi časté, ale moc o něm nevíme. Studium invazních druhů se často zaměřuje spíše na případy, které mají okamžitý a jasně viditelný dopad na místní ekosystémy. My jsme navíc zjistili, že různé populace původních druhů reagují na invaze zásadně odlišným způsobem, stejně tak jako různé invazní populace mají výrazně jiný vliv na původní druhy.

Co bylo hlavním obsahem projektu?
Primárně jsme se zabývali různými aspekty mezipopulační variability v úspěšnosti biologických invazí a míře jejich dopadu na původní druhy. V rámci řešení jsme kombinovali experimentální a terénní studie v oblastech invaze a v oblastech původního výskytu. Důležitou součástí byly také populačně genetické studie původních i invazních druhů, které umožnily pochopit historické vztahy mezi jednotlivými populacemi studovaných druhů a možné způsoby a cesty invaze. Projekt byl zastřešen tématem vztahu mezi hořavkami a hostitelskými mlži a ukázal, jak zásadně mohou koevoluční interakce ovlivnit biologické invaze obecně.

Jaké jsou závěry vašeho bádání?
Z obecných závěrů je asi nejdůležitějším zjištěním experimentální potvrzení zásadního vlivu mezipopulačních rozdílů v úspěšnosti invazí, jejich dopadu, ale také v míře zranitelnosti původních organismů. Termín „invazní druh“ může být tedy zavádějící – některé populace „invazního druhu“ mohou být v nepůvodním areálu velice problematické, jiné však nikoli. Toto zjištění také může pomoci vysvětlit známý fakt, že některé druhy se mohou dlouhodobě dostávat do oblastí nepůvodního výskytu bez viditelných dopadů na původní organismy. Náhle však nastane dramatická změna, po které má tento nepůvodní druh výrazně negativní dopady. Víme, že důvodů této náhlé změny může být více, ale invaze jiné, problematické populace jistě často hraje také svou roli.
Dále je zde mnoho specifických závěrů, například zjištění, že parazitace glochidii jednoho druhu mlže (v tomto případě invazního) vede ke křížové rezistenci a změnám v chování a energetickém metabolismu hostitelů, s výrazně negativními dopady na již tak ohroženou původní evropskou faunu velkých mlžů.

Co vás v průběhu práce na projektu nejvíce překvapilo?
Největším překvapením byla asi skutečnost, že u původních populací je možno sledovat první známky selekce – například populace hořavek, které jsou v kontaktu s glochidii invazního mlže, mu již, zdá se, dokáží lépe odolávat. To vše v průběhu jen několika generací. Doufáme, že mechanismus této obrany budeme moci dále studovat, protože by mohl poskytnout nový pohled na adaptivní imunitu u ryb a v širším kontextu pak také na resilienci mezidruhových vazeb ve vodním prostředí.

samec hořavky

Váš projekt zahrnuje celou řadu metodických přístupů. Jak dlouho jste na projektu pracovali a kolik lidí se na něm podílelo?
Ano, projekt opravdu spojuje molekulárně-biologické přístupy se sběrem ekologických dat v terénu v Evropě i Asii, experimentálním testováním hypotéz v laboratorních chovech, ale i analýzou potravního řetězce formou stabilních izotopů. To vše bylo možné jen díky tomu, že byl tento projekt pětiletý a že navazoval na předchozí dlouhodobý výzkum jiných otázek v rámci stejného modelového systému, včetně pilotní studie která nás k této problematice navedla. Na projektu se celkem formálně podílelo 7 vědeckých pracovníků a během doby řešení se v týmech řešitele a spoluřešitele v týmu objevilo 5 postdoktorandů z různých evropských zemí (ČR, Francie, Dánsko, Portugalsko). Projekt také přímo umožnil studium jedné doktorandky a třech magisterských studentů (z ČR a USA). Celkový počet lidí v týmu byl ale daleko vyšší – patřili mezi ně třeba kolegové a studenti z Hydrobiologického ústavu Čínské akademie věd ve Wuhanu, ale také kolegové z různých evropských zemí, kteří na projektu spolupracovali v rámci naší dlouhodobé spolupráce.

Jaký potenciál mohou mít výsledky vašeho projektu v oblasti ochrany přírody?
Sladkovodní mlži jsou celosvětově jednou z nejohroženějších skupin organismů s vysokým podílem již vyhynulých, nebo ohrožených druhů a dostupnost vhodných hostitelských ryb je základním předpokladem pro jejich přežívání.
Realizovaný projekt přinesl několik konkrétních poznatků využitelných při ochraně populací velevrubovitých mlžů. Jedná se o identifikaci rizik plynoucích ze šíření invazních druhů, a také o poznání důsledků mezipopulačních rozdílů v hostitelské kompatibilitě. Z těchto výsledků vyplývají například konkrétní doporučení pro management evropsky významných lokalit ohroženého mlže velevruba tupého (na fotografii). Ukazuje se, že vztah mezi rybami a mlži je výborný modelový systém pro studium přežívání a rizika koextinkce v rychle se měnícím prostředí. Velcí mlži a ryby také ukazují propojenost jednotlivých složek vodních ekosystémů, a protože jejich atraktivní vzhled vždy přitahoval pozornost člověka, mohou být výborným prostředkem, jak podnítit zájem veřejnosti o ochranu biodiverzity ve vodním prostředí.

velevrub tupý

Výsledky projektu byly publikovány v řadě prestižních odborných publikací. Jaké byly na ně reakce z vědecké obce?
Pilotní studie, která vedla k podání návrhu, měla celosvětový ohlas – článek o této studii (nikoli tedy studie samotná!) byl představen v Nature, odkud ho přebrala média po celém světě. Vlastní projekt měl potom velice slušný ohlas ve vědecké komunitě. Například jeden z článků publikovaný v roce 2017 nasbíral již v době sestavování závěrečné zprávy 26 citací ve WOS, nyní (květen 2018) je to již 51 citací na WOS a 78 citací na Google Scholar. Důležitá je samozřejmě také pozitivní reakce a zájem o téma při osobních setkáních, často vedoucí k pozvání k detailnějšímu seznámení s projektem formou semináře či zvané přednášky na konferenci. Právě při těchto příležitostech je možné výzkum posunout novými směry, ať již podněty kolegů či třeba i přímou dohodou spolupráce s využitím nám nepřístupných metodických aspektů. Aby k tomu došlo, musí kolegové z vědecké obce považovat náš výzkum za významný a zajímavý.

Mgr. Libor Krásný, Ph.D. z Mikrobiologického ústavu AV ČR: Protein HelD je důležitý pro správnou expresi genů

23. 08. 2018

GAČR poskytla finanční prostředky na váš projekt „Určení buněčné role HelD, nového vazebného partnera bakteriální RNA polymerázy“. Proč jste si vybral právě toto téma projektu?

Tento projekt navazoval na projekt předchozí, ve kterém jsme studovali několik proteinů, které interagují s bakteriální RNA polymerázou (RNAP) – enzymem, který je klíčový pro přepis DNA do RNA. HelD byl v rámci tohoto předchozího projektu objeven jako nový interakční partner RNAP a vzhledem k centrální roli RNAP pro genovou expresi, která podmiňuje schopnost buňky přizpůsobit se změnám prostředí nebo patogenům přežít v hostiteli, bylo velmi atraktivní studovat dále tento protein a získat tak nové informace o fungování transkripčního aparátu.

Co bylo hlavním cílem projektu?

Primárním cílem projektu bylo charakterizovat protein HelD strukturně a určit jeho působení na RNAP a transkripci, a následně pak identifikovat podmínky, za kterých je důležitý pro buňku – byly testovány např. různé stresové situace. Na projektu jsme pracovali společně se strukturními biology, jmenovitě Dr. Janem Dohnálkem a jeho skupinou z Biotechnologického ústavu AV ČR ve Vestci.

Jaké jsou závěry vašeho bádání?

Projekt se postupně rozdělil do dvou větví. V jedné větvi jsme detailně prostudovali protein HelD a zjistili, že je důležitý pro správnou expresi genů (tj. produkci proteinů kódovaných těmito geny) důležitých pro tvorbu biofilmu.
Ve druhé větvi, která „vyrostla“ v průběhu projektu při studiu možného vlivu HelD na iniciaci transkripce, jsme objevili nový způsob, jakým může k iniciaci transkripce docházet. V učebnicích jsou již desítky let popsány 4 stavební kameny RNA, které jsou substráty RNAP: A, C, G, a U. My jsme objevili nový stavební kámen, nikotinamidadenin dinukleotid, zkráceně NAD. O NAD se vědělo, že je kofaktorem redox reakcí, při kterých působí jako přenašeč elektronů. My jsme zjistili, že může být použit RNAP jako startovací substrát a vytvořit tak nikotinamidovou „čepičku“ na 5´konci (tj. začátku) RNA, která danou RNA stabilizuje. Do té doby byla známa čepička pouze u eukaryot; struktura eukaryotické čepičky je však odlišná a není inkorporována pomocí RNAP. Tento objev způsobu inkorporace pátého stavebního kamene RNA kromě nás učinili paralelně a nezávisle kolegové z USA, což jsme navzájem zjistili na konferenci, kde jsme prezentovali velmi podobná data. Výsledkem byla společná publikace v Nature a následně i v Molecular Cell.

Jak dlouho jste na projektu pracovali a kolik lidí se na něm podílelo?

Na projektu jsme pracovali 3 roky, celkem 10 lidí a nepřímo se podílela i řada kolegů z Mikrobiologického ústavu, kteří v diskusích pomohli tříbit hypotézy. Byly použity přístupy genetické, biochemické, strukturní i počítačově-modelační. Kromě již zmiňovaných osob, byl důležitým spolupracovníkem Dr. Ivan Barvík z Matematicko-fyzikální fakulty Karlovy Univerzity, jehož expertíza s počítačovým modelováním biomolekul byla pro projekt zásadní.

Jaký potenciál mohou mít výsledky vašeho projektu pro možné medicínské a farmaceutické aplikace?

Náš objev (NAD) otevřel nový aspekt poznání, jak funguje genová exprese. Záhy po nás jiné skupiny popsaly tento fenomén, který jsme my objevili v bakteriích, i v eukaryotických buňkách jako jsou kvasinky nebo lidské buňky. Pochopení tohoto jevu a jeho role pro buňku je v začátcích a čekají nás jistě nová překvapující zjištění. Již teď je ale možné odhadovat, že využití této čepičky např. při cílené nadprodukci proteinů pro biotechnologické účely má značný potenciál zvýšit efektivitu takového procesu.
První větev – protein HelD – a jeho námi objevená role v tvorbě bakteriálního biofilmu dělá z tohoto proteinu zajímavého kandidáta pro cílení nových antibakteriálních látek pro léčbu obtížných infekcí.

Výsledky projektu byly publikovány v prestižních odborných publikacích. Jaké byly na ně reakce z vědecké obce?

Už bezprostřední reakce na konferencích byly velmi pozitivní. Narůstající množství publikovaných prací s touto tematikou z různých laboratoří ukazuje, že se jedná o nový atraktivní směr.

Chystáte nějaký další zajímavý projekt?
Zajímavých projektů máme několik, v různých fázích vývoje. Jeden za všechny – jedná se o nedávno započatý projekt – studium tzv. nanotrubiček – což jsou membránové struktury, prvně popsané v roce 2011, které mohou spojovat buňky nejen téhož druhu, ale i mezidruhově, a dokonce i bakterie s eukaryotickými buňkami. Ve vědecké komunitě nepanuje úplná shoda, zda tyto struktury vůbec existují a co všechno je možné jimi přenášet. My jsme dokázali, že je jedná o skutečný fenomén, dále identifikujeme a charakterizujeme geny, které jsou nutné pro jejich tvorbu. Dále studujeme podmínky, za kterých se tvoří a jaký vliv mají na bakteriální populace, jejich schopnosti kompetovat, či působit jako patogeny.

Škola Bauhausu nás inspiruje dodnes

23. 07. 2018

Bauhaus není jen supermarket pro kutily, ale také výtvarná a architektonická škola 20. a 30. let minulého století, ze které vzešlo mnoho zajímavých studentů. Jejich osudy mapovala Markéta Svobodová z Ústavu dějin umění Akademie věd České republiky a vtěsnala je do své knihy.

Proč jste si vybrala téma Bauhausu?

Tak nějak mi to samo přistálo na stole. Ozvali se mi z časopisu Centropa, který dříve vycházel v New Yorku a věnoval se střední Evropě. Chystali číslo věnované studentům Bauhausu a hledali někoho, kdo jim to napíše. Při té příležitosti jsem zjistila, že to téma není dostatečně zpracované, že o tom nikdo moc nepsal. Zabýval se tím pouze pan profesor Vladimír Šlapeta, ten se ovšem specializoval jen na architekturu. Napsat článek jsem tehdy pro nedostatek materiálů odmítla, ale nedalo mi to a kontaktovala jsem na Slovensku architekta Ladislava Foltýna. Přes něj jsem se dostala k jeho ženě Ivě Mojžišové, významné slovenské historičce umění, psala o škole uměleckých řemesel v Bratislavě, která z Bauhausu vycházela a spolupracovala s ním. Přiměla mě, abych se tomu tématu více věnovala, věřila, že se dá ještě spousta věcí zjistit. Obecně totiž panovala skepse, že už se nedá nic dohledat, že je to ztráta času. Smutné je, že se vydání knihy ani jeden z nich nedožil.

Kniha se jmenuje „Bauhaus a kultura v Československu. Českoslovenští studenti na Bauhausu 1919–1933“. Jak dlouho jste na tématu pracovala?

To je velmi těžké říci. Možná i deset let. Získala jsem tříletý grant od Grantové agentury České republiky, ale v té době už jsem měla spoustu věcí posbíraných, zjištěných a připravených. V mezičase se mi narodily dvě děti, začaly chodit do školy, čas běžel jinak. Vždy jsem toho nejvíce napsala o prázdninách. Jinak jsem ale fungovala jako normální spisovatel, zavřela jsem se do pracovny a psala.

Bylo by možné knihu napsat bez podpory Grantové agentury České republiky?

Obávám se, že ne. Díky grantu jsem mohla vyjet bádat do zahraničních archivů. Velký školní archiv je například v německé Desavě, kde škola Bauhausu sídlila. Odjela jsem také do Berlína, abych si prohlédla různé pozůstalosti. Sešla jsem se spoustou lidí, často i s potomky bývalých studentů, které bylo občas složité vyhledat. Mé pátrání fungovalo podobně jako tehdejší avantgarda – vznikla síť, která se začala propojovat, nabalovat, ozývali se mi další lidé, seznamovali mě s dalšími. Jedna věc je jasná: bez grantu bych neměla peníze na vydání knihy.

Koho zajímavého jste potkala?

Lidé, kteří se kolem Bauhausu sdružovali, byli vzdělaní. Stejné jsou i jejich děti. Velmi dobře se s nimi pracovalo. Během rozhovorů jsme narazili na spoustu kontroverzních věcí, vůbec se s nimi netajili, brali to, že to patřilo do té doby, a není třeba nic zastírat. Typograf Zdeněk Rossmann byl například velký komunista a jeho syn o tom mluvil velmi otevřeně.

Jak Bauhaus fungoval?

Bauhaus se často zaměňuje za styl, ale byla to spíše škola s různými metodami výuky. Prošla si odlišnými fázemi, které ovlivňovali její ředitelé. Prvním byl Walter Gropius, dalším Hannes Meyer a posledním Ludwig Mies van der Rohe, architekt, který je autorem brněnské vily Tugendhat. Nebylo to klasické studium, žáci například absolvovali akademii, umělecko-průmyslovou školu nebo stavební fakultu a na Bauhaus šli za modernějším vzděláním nebo pro inspiraci. Často studium ani nedokončili. Věděli, že se tam učí jinak, jinak se tam pracuje se studenty, šli tam na dva tři roky, aby se naučili rozdílně přemýšlet. Například Zdeněk Rossmann tam odešel, aby se naučil učit, protože chtěl reformovat školu uměleckých řemesel v Brně. To se mu bohužel nepovedlo, ale v Bratislavě na Škole uměleckých řemesel to fungovalo dobře. Inspiroval se i Baťa a v roce 1939 bylo ve Zlíně otevřeno učiliště pro průmyslové výtvarníky. Jejich systém výuky je aktuální doposud. Nechávali studenty pracovat na projektech, posílali je do textilních továren, kde sledovali práci v provozu. Architekti pomáhali od začátku při realizacích různých zakázek. To jsou věci platné i dnes.

Překvapila mě všechna ta jména, která se na Bauhaus vázala. Například malíř Paul Klee, ale také spousta Čechů. Například výtvarník a teoretik umění Karel Teige.

Desava byla z Čech blízko, proto tam od nás jezdilo hodně lidí. Ředitel Bauhausu Hannes Meyer naopak přijížděl často k nám, přednášel v Československu a jeho žena žila určitou dobu v Brně. Do Desavy často jezdila i textilní výtvarnice Jaroslava Vondráčková. Čechů tam působilo hodně.

Co vás nejvíce překvapilo při psaní?

Jak snadno se šíří fámy. V knihách se pořád dokola opakovala informace, že na Bauhasu studovalo jen sedm českých studentů. Přitom mi bylo jasné, že jich tam muselo být mnohem více. Pak jsem na to přišla. Ta informace se objevila v Teigově ReDu spolu s výzvou: „běžte studovat na Bauhaus, už zde studuje sedm českých studentů“. Týkalo se to pravděpodobně období, kdy tam Teige přednášel. Nějak se to zažilo a od té doby se to v literatuře pořád opakovalo. Nejvíce mě ovšem překvapily osudy lidí, kteří na Bauhausu studovali. Některé jsou opravdu tragické.

Kvůli nástupu nacismu v Německu, válce a židovské otázce?

To všechno se tam opakuje a jsou to spíše smutné příběhy. Je zajímavé, jak snadno byli lidé s německými nebo židovskými kořeny později po válce vyškrtnuti z veřejného života, jako by přestali ze dne na den existovat. Mnoho lidí utíkalo ve třicátých letech z politických důvodů nebo kvůli hospodářské krizi z Německa k nám. Díky silné německé komunitě zde snadněji získávali práci. Někteří zde dokonce fungovali načerno. V Československu se dalo do roku 1939 docela dobře přežívat. Někteří, jako například grafik Werner D. Feist, zde strávili skoro deset let. Ti nejlepší z Bauhausu odcházeli především do Ameriky, kde o ně hodně stáli. Amerika byla progresivní, za moře odešel třeba maďarský fotograf a malíř Lászlo Moholy-Nagy, který byl s Československem ve velmi úzkém kontaktu.

Který osud vás zasáhl nejvíce?

Například příběh architektky Edity Rindlerové, ke které jsem nemohla nic najít. Informace o ženách se obecně špatně hledaly, po svatbě měnily jména, Němky byly odsunuté, Židovky utíkaly do zahraničí nebo skončily v koncentračních táborech. Také Edita Rindlerová byla Židovka, proto jsem se obávala nejhoršího. Pak se mi ale ozvala jedna dokumentaristka z Chile, že to byla její teta a točí o ní dokument. Celá rodina se stihla před rokem 1938 vystěhovat do Chile. Paní Edita byla velká idealistka, proto se po roce 1947 vrátila do Československa budovat socialismus. Celý její příběh byl velmi turbulentní. Po vydání knihy se mi ozval její syn, před měsícem jsme se setkali a teprve mi dovyprávěl její příběh.

Byla škola Bauhausu hodně levicově orientovaná?

Škola byla progresivní, avantgardní a s tím vždy souvisela levicovost. Za prvního ředitele to bylo umírněné, změnilo se to až za Hannese Meyera. Ten byl radikální socialista a vedl k tomu i studenty. Města Paříž a Berlín se staly po Moskvě vedlejšími centry kominterny a Desava byla blízko.

Které stavby spojené s Bauhausem byste vyzdvihla v Česku nebo na Slovensku?

Bauhausem byl hodně ovlivněný český architekt Jaromír Krejcar. Nyní se na Slovensku v Trenčianských Teplicích bojuje o záchranu jeho léčebného domu Machnáč, který je v havarijním stavu. Byla by velká škoda, kdyby se ho nepodařilo zachránit. Nejznámější stavbou podle projektu pedagoga Bauhausu je ovšem vila Tugendhat v Brně od architekta Ludwiga Mise van der Rohe.

Jak Bauhaus ovlivnil českou kulturní scénu?

Poměrně dost. Například Hannes Meyer zde pořádal přednáškové turné, přátelil se Teigem, byli politicky stejně naladění. Teige zase jezdil přednášet do Desavy. Když Meyer po nuceném odchodu z Bauhausu odjel do Moskvy, tak ho navštívil i jeho druhý velký přítel brněnský marxistický estetik Bedřich Václavek, který o Bauhausu také často referoval. Architekt Jaromír Krejcar byl zase obchodním zástupcem firmy Bauhaus v Československu a jeho první manželka novinářka Milena Jesenská propagovala ideje Bauhausu v novinách a časopisech, například v Pestrém týdnu a podobně. Hodně se u nás angažoval i László Moholy-Nagy, který ovlivnil nejen českou typografii, ale i avantgardní film. Častým hostem v Desavě byla také Jaroslava Vondráčková, ta se přátelila s textilní výtvarnicí Otti Bergerovou a jako ředitelka prodejny Artělu nechávala dovážet do ČSR ručně tkané látky vyrobené v dílnách Bauhausu.

Kde lze v Česku obdivovat výrobky Bauhausu?
Průmyslové výrobky lze určitě vidět v Umělecko-průmyslovém museu v Praze, nábytek například v Muzeu města Brna, které má skvělé sbírky. Grafický design nebo fotografie má ve svých sbírkách bohatě zastoupené Moravská galerie, ta se těmto tématům dlouhodobě věnuje, stejně jako například i Muzeum umění a designu v Benešově u Prahy, odkud jsem získala některé skeny fotografií Ireny Blühové.

Bauhaus už je pro vás uzavřená kapitola. Co máte v plánu dále?

Spolupracuji na projektu Proměna venkovské architektury s důrazem na vývoj v 19. a 20. století. Získali jsme na to grant NAKI (Národní a kulturní identita). Mapujeme změny ve venkovské architektuře a urbanismu právě v tomto pro venkov kritickém období. Jsme v kontaktu se starosty, s lidmi, některé domy zaměřujeme a kolegové z ČVUT je zpracovávají do 3D modelů. První výstava o moravských vesnicích by měla být na podzim ve Zlíně.

Co říkáte na dnešní architekturu?

V kontextu vesnice? Občas se někde najde něco zajímavého, obecně jsou ale dost zničené. Tam kde je tradice a osvícený starosta, to je radost. Mám ráda kontextuální architekturu, když architekti pracují s místem i historií a snaží se budovy citlivě zasadit do určitého prostoru nebo krajiny.

Kdo je Markéta Svobodová

Markéta Svobodová se narodila 14. srpna 1971 na Čeladné, vystudovala Filozofickou fakultu Univerzity Palackého v Olomouci a pracuje v Ústavu dějin umění Akademie věd. Zabývá se kulturou 19. a 20. století. Je autorkou a spoluautorkou několik publikací, například: Naprej! Česká sportovní architektura 1567–2012; Umělecké památky Prahy. Velká Praha; Krematorium v procesu sekularizace českých zemí 20. století. Ideové, stavební a typologické proměny; Zdeněk Rossmann/Horizonty modernismu; Bauhaus a Československo 1919–1938. Studenti, koncepty, kontakty.
Je matkou dvou synů – Františka a Jáchyma.

Co je to Bauhaus

Bauhaus je považován za jednu z nejvýznamnějších avantgardních škol moderního designu a architektury. Vznikla roku 1919 sloučením Akademie výtvarných umění s uměleckoprůmyslovou školou v německém Výmaru, v roce 1924 se přesunula do saské Desavy. Pro svůj pokrokový a levicový charakter byla v roce 1933 několik měsíců po nástupu nacistů k moci obviněná z „bolševické rozvratné činnosti“ a v Berlíně, kam se po uzavření v Desavě přestěhovala, rozpuštěna. Význam Bauhausu spočívá především v experimentálním přístupu v pedagogice. Avantgardním výtvarníkům bylo umožněno vypracovat a v praxi využít nové progresivní metody, které jsou aktuální dodnes

Významnými pedagogy školy byli: Walter Gropius, Hannes Meyer, Ludwig Mies van der Rohe, Johannes Itten, László Moholy-Nagy, Vasilij Kandinskij, Paul Klee, Marcel Breuer a řada dalších.

Rozmazanou digitální fotografii je možné opravit matematickou operací

20. 06. 2018

Rozmazaná fotografie. Problém, který řeší policie, když kamera nedostatečně nasnímá rychle jedoucí auto, astronomové, když pořizují snímky z kosmu, ale i laičtí fotografové, když si z exotické dovolené přivezou rozmazanou vzpomínku. Tým doc. Ing. Filipa Šroubka, Ph.D. DSc. z Ústavu teorie informace a automatizace Akademie věd ČR vyvinul matematické modely, kterými lze rozmazané digitální fotografie opravit.

Právě rekonstrukcí obrazu se zabýval čtyřletý projekt „Slepá dekonvoluce obrazu v limitních podmínkách”, financovaný Grantovou agenturou České republiky.

Prvním krokem projektu bylo správně matematicky modelovat proces snímání obrazu, během něhož dochází k mnoha degradacím, jako jsou šum, rozmazání nebo nedostatečné vzorkování. „Klasickým příkladem tohoto procesu, s kterým se běžně setkáváme, je pořizování fotografií pomocí digitálního aparátu. Obdobně však můžeme modelovat snímání obrazu u mnoha jiných, daleko specializovanějších zařízení, jako jsou astronomické dalekohledy, termovizní kamery nebo různé druhy mikroskopů,“ vysvětluje Filip Šroubek.

Smyslem rekonstrukce obrazu je nalézt numericky stabilní řešení, které by odhadlo původní, nedegradovaný obraz, a pokořit tak hranice možností měřící soustavy. Rozmazání obrazu modelujeme matematickou operací konvoluce a jeho odstranění se pak nazývá dekonvoluce.

„Komplexnější úlohu, kterou projekt řeší, představuje tzv. slepá dekonvoluce, kdy neznáme přesnou podobu rozmazání a je nutné jej odhadnout společně s nedegradovaným obrazem. Podařilo se nám naformulovat metodu založenou na pravděpodobnostním modelu, která úspěšně řeší problém slepé dekonvoluce na velké třídě reálných dat a i v situacích, kdy námi uvažovaný matematický model neplatí všude. Identifikovali jsme, že apriorní pravděpodobnost, jež automaticky určuje přesnost modelu, zvyšuje robustnost slepé dekonvoluce,“ říká doc. Šroubek.

Jeho tým aplikoval metodu rekonstrukce nejen v oblasti fotografie, ale také v astronomii, oftalmologii nebo nukleární medicíně.

„V současné době pracujeme na řešení ještě komplikovanější úlohy, kdy se rozmazání v obraze mění v závislosti například na hloubce scény nebo směru pohybu objektů ve scéně. Experimentálně jsme také vyzkoušeli implementaci přímo v mobilních telefonech,“ dodává doc. Ing. Filipa Šroubka, Ph.D. DSc. z Ústavu teorie informace a automatizace.

Výsledky svého projektu tým publikoval v 15 impaktovaných odborných časopisech a prezentoval na mnoha prestižních zahraničních konferencích.

Podaří se překonat rezistenci nádorových buněk na cytostatika? Nadějné výsledky přinesl projekt prof. Blanky Říhové

25. 05. 2018

Rozvoj současné chemoterapie je zaměřen zejména na vývoj nových typů cytostatik s nižší toxicitou a zabraňujících vzniku rezistence, která bývá častým důvodem selhání protinádorové léčby. Kromě rezistence na jednotlivá cytostatika se setkáváme s mnohačetnou lékovou rezistencí (MDR – multidrug resistance), která způsobuje selhání i takové chemoterapie, při níž byly podány cytostatika, které nebyly použity v předešlé léčbě.

Nadějí pro zefektivnění chemoterapie některých maligních nádorů je projekt týmu prof. RNDr. Blanky Říhové, DrSc. Z Mikrobiologického ústavu Akademie věd České republiky, jehož celý název zní: Překonání přirozené a mnohočetné lékové rezistence nádor-selektivní akumulací ABC transportétů/Bcl-2 či léčebného genu pod PEG-3 promotorem.

MDR činí rakovinové buňky odolné vůči standardním léčebným postupům s mnoha typy protirakovinnových léčiv. Heterogenita nádorů a rezistence nádorových buněk proti protinádorovým lékům zůstávají klíčovými výzvami pro efektivní cílení systémů podávání léků pro úspěšnou chemoterapii. A byla i výzvou po tým prof. Blanky Říhové.

„Mnohačetná rezistence je častou příčinou selhání chemoterapie maligních onemocnění. MDR je buď získaná („induced“) jako výsledek předchozího opakovaného vystavení cytostatickým lékům (např. buňky P388/MDR) nebo přirozená („natural“), protože některé nádory jsou kongenitálně rezistentní vůči chemoterapii (např. buňky CT26). Jedním z nejběžnějších mechanismů MDR je zvýšení exprese P-glykoproteinu (P-gp),“ vysvětluje RNDr. Marek Kovář, PhD z Mikrobiologického ústavu Akademie věd České republiky.

Vědci při svém zkoumání použili konjugáty na bázi HPMA kopolymeru, přičemž cytostatické léčivo doxorubicin (Dox) a derivát inhibitoru P-gp reversin 121 (R121) byly kovalentně navázány degradovatelnou hydrazonovou vazbou citlivou na nízké pH. „Bylo prokázáno, že R121 vázáný na polymerní nosič je schopen se v buňkách uvolnit a inhibovat P-gp v buňkách P388 / MDR a senzitizovat je tak k cytostatické aktivitě Dox. Bylo zjištěno, že konjugát nesoucí jak Dox, tak R121 je mnohem účinnější u buněk P388 / MDR než konjugát nesoucí samotný Dox nebo směs konjugátů nesoucích buď pouze Dox nebo pouze R121. To bylo prokázáno pro cytostatickou aktivitu in vitro, zastavení buněčného cyklu, akumulaci Dox v buňkách a indukci apoptózy,“ uvedl Marek Kovář.

Jak výzkum ukázal, pouze konjugát nesoucí Dox a R121 významně inhiboval růst nádoru P388 / MDR a vedl k prodlouženému přežití léčených laboratorních myší. Nicméně nejdramatičtější protinádorová aktivita tohoto konjugátu byla nalezena v nádorovém modelu CT26, kde úplně vyléčil šest z osmi pokusných myší.

Řešitelský tým, na kterém se vedle vědců z Mikrobiologického ústavu AV významně podíleli také výzkumníci z Ústavu Makromolekulární chemie akademie věd, přinesl nové poznatky prokazující, že systémy pro dopravu léčiv založené na HPMA kopolymerních konjugátech nesoucí cytostatikum a inhibitor P-gp jsou schopny efektivně překonat jak získanou, tak i přirozenou mnohočetnou lékovou rezistenci. Takovéto konjugáty tudíž mají potenciál zefektivnit chemoterapii některých maligních onemocnění a zajistit účinnou terapeutickou aktivitu v nádorech s mnohočetnou lékovou rezistencí.

Výsledky čtyřletého projektu, financovaném Grantovou agenturou České republiky, byly publikovány v řadě odborných publikací a setkaly se s velkou pozorností vědců z tuzemska i zahraničí.

Pomocí hrotové mikroskopie nyní dokážeme určit chemickou strukturu molekul, jejich chiralitu či stanovit elektronegativitu daného atomu

04. 05. 2018

Možnost zobrazit jednotlivé molekuly na površích pevných látek se sub molekulárním rozlišením či jejich elektrostatický potenciál zůstával po dlouhá léta nenaplněnou výzvou. Změnu přinesl až výzkum odborníků z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR pod vedením Doc. Ing. Pavla Jelínka, Ph.D., který na svůj vědecký výzkum využil finance z Grantové agentury České republiky.

Mikroskop atomárních sil s flexibilní částicí na konci hrotu

Technika řádkové mikroskopie umožňuje standardně dosáhnout atomárního rozlišení povrchů pevných látek. Avšak dosažení atomárního (chemického) rozlišení molekul nebylo možné, což výrazně limitovalo možnosti výzkumu molekul pomocí řádkových mikroskopů. Nicméně poslední vývoj techniky umožnil zobrazit chemickou strukturu jednotlivých molekul na povrchu pevné látky.

Klíčem k dosažení sub molekulárního kontrastu je umístění právě jedné molekuly (např. oxidu uhelnatého) či atomu vzácných plynů na vrchol kovového hrotu. Doposud byl hlavní překážkou pro dosažení sub molekulárního kontrastu relativně slabý detekovaný signál vůči šumu měřícího přístroje. Právě přítomnost flexibilní částice na konci hrotu má za následek výrazné zesílení signálu, které umožňuje dosáhnout vysokého rozlišení. Tato nová technika zobrazení jednotlivých molekul otevírá zcela nové možnosti při studiu fyzikálních a chemických vlastností molekulárních nanostruktur. K vývoji této progresivní techniky zásadním způsobem přispěli čeští vědci z Fyzikálního ústavu s podporou grantových prostředků GAČR. Vědci vyvinuli ucelenou teorii popisující fyzikální mechanismus umožňující sub molekulární kontrastu pomocí rastrovacích mikroskopů, která je dnes vědeckou komunitou obecně považována za standartní teorii rastrovací mikroskopie s vysokým rozlišením. Na základě této teorie čeští vědci vyvinuli zcela nový přístup simulace obrázků rastrovacích mikroskopů s vysokým rozlišením. Tento model přispěl zásadním způsobem k porozumění těmto obrázkům a dalšímu rozvoji této progresivní techniky. Není tedy divu, že je tento program v současné době využíván vědeckými skupinami po celém světě.

Přímé měření elektrostatického pole

Dalším významným počinem bylo prokázaní možnosti zobrazení rozložení elektrostatického pole jednotlivých molekul pomocí této techniky. Původní teorie mimo jiné poukázala na zásadní vliv elektrostatického pole na sub molekulární kontrast. Zahrnutí elektrostatické síly působící mezi hrotem a molekulou na povrchu významně posunulo nejen naše chápání mechanismu sub molekulárního rozlišení v rastrovacích mikroskopech, ale také možnosti zobrazení elektrostatického potenciálu jednotlivých molekul.

Elektrostatické pole kolem molekuly z velké části určuje její chování, např. ovlivňuje preferovaná místa v molekule, kde dochází k chemickým reakcím s jinými sloučeninami. Toto pole má také zásadní význam při samoorganizačních procesech jednotlivých molekul vytvářejících tzv. supramolekuly (např. DNA), které mají velký význam v biologii a organické chemii. Možnost přímého měření elektrostatického pole proto otevírá nové možnosti v oblasti materiálového výzkumu, fyziky, chemie a nanotechnologie.

Významný milník představuje také možnost dosažení sub molekulárního rozlišení při pokojové teplotě, kterou demonstrovali čeští vědci ve spolupráci s japonskými kolegy. Doposud byla měření prováděna výhradně při velmi nízké teplotě, blízké absolutní nule. Tento fakt výrazně limitoval použití této metody v podmínkách relevantních pro důležité chemické či biologické procesy, kdy je nezbytná např. pokojová teplota.

Přenos chirality v průběhu chemických reakcí

Právě díky využití nejnovějších metod skenovací hrotové mikroskopie vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR dokázali sledovat chemické přeměny jednotlivých molekul na povrchu stříbra a prokázali přenos chirality v průběhu těchto reakcí. Vědcům se podařilo zobrazit přeměny molekul v rozlišení, které dovoluje určit chemickou vazbu mezi jednotlivými atomy, a tak stanovit přesnou strukturu molekuly i její chiralitu.

Chiralita je geometrická vlastnost, kdy daný objekt (nejčastěji molekulu či iont) nelze ztotožnit s jeho zrcadlovým obrazem. Chiralita hraje klíčovou roli v přírodě a lze ji demonstrovat například na vztahu pravé a levé ruky, které nejsou identické z hlediska symetrie. S chiralitou se můžeme setkat při stereoselektivních reakcích, samoskladbě molekul, biologických procesech (jichž se účastní bílkoviny, nukleové kyseliny či polysacharidy), polarizaci světla či spinu elektronů. Kontrola chirality při chemických reakcích v roztoku, kdy cíleně vzniká pravo- či levotočivá forma molekul, patří k největším úspěchům organické chemie v uplynulém půlstoletí. Nicméně kontrola chirality na površích pevných látek byla nenaplněnou výzvou.

Metoda, která byla vyvinuta díky společnému úsilí výzkumníků z Fyzikálního ústavu AV ČR a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR pod vedením Dr. Pavla Jelínka a Dr. Ivo Starého umožňuje vytvářet rozsáhlé dvojrozměrné vrstvy molekul o zvolené chiralitě. Jedná se o první praktickou ukázku toho, kdy molekuly na povrchu pevné látky cíleně zaujímají buď pravo- nebo levotočivou orientaci. Čeští vědci dosáhli shodné chirality adsorbovaných molekul v celé monovrstvě, a to pomocí řízené termální transformace chirálních šroubovicových molekul, tzv. helicenů, na planární polyaromatické látky tvořící chirální adsorbáty na povrchu krystalu stříbra. Vědci navíc dokázali přesně popsat průběh vícestupňové chemické transformace molekul s využitím mikroskopu atomárních sil, který pracuje při teplotách blízkých absolutní nule a za podmínek ultra vysokého vakua.

Elektronegativita jednotlivých atomů

Tým Pavla Jelínka se také zabýval možností měření elektronegativity jednotlivých atomů pomocí řádkovacích mikroskopů. Vědci ještě donedávna dokázali určit elektronegativitu, tedy schopnost daného atomu reagovat s okolím a vytvářet chemické vazby, pouze pomocí technik, které pracovaly s velkým souborem atomů. Stanovit elektronegativitu daného atomu v závislosti na chemickém okolí dosud nebylo možné. Změnu přinesl až společný výzkum s japonskými badateli z Tokijské univerzity. Vědci vycházeli při svém výzkumu z experimentálního měření vazebných energií povrchových atomů, které byly podpořeny teoretickými výpočty. Studie následně umožnila navrhnout metodu, která ukazuje, jak chemické okolí ovlivňuje elektronegativitu daného atomu.

„Nová metoda dokáže pomocí mikroskopie atomárních sil nejen stanovit elektronegativitu daného atomu na povrchu pevné látky, ale je schopna určit i její závislost na chemickém okolí měřeného atomu. To dříve nebylo možné. Tyto znalosti nyní můžeme využít k cílenému řízení chemických reakcí, například v katalýze nebo biochemii,“ uvedl Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.

Jeho týmu se rovněž podařilo prokázat, že dosavadní údaje o elektronegativitě prvků platí pouze v případě izolovaných atomů. „Naše metoda umožňuje určit její změnu na základě chemického okolí atomu. Tím získáváme nový, komplexní pohled na elektronegativitu, a tudíž je třeba se trochu jinak dívat i na s ní související podstatu vazeb v chemických sloučeninách a na samotnou chemickou reaktivitu,“ vysvětlil Pavel Jelínek.

Podle něho se tak prokázala platnost rovnice nositele Nobelovy ceny Linuse Paulinga pro polární kovalentní vazbu z 30. let minulého století.

Sub molekulární rozlišení stejné molekuly pomocí dvou různých hrotů. Deformace kontrastu mezi jednotlivými obrázky je způsobena elektrostatickou silou mezi hrotem a molekulou, která umožňuje zpětnou rekonstrukci elektrostatického pole zkoumaných molekul.

Rubrika: @Zajímavé projekty

Hudbou budoucnosti jsou pohyblivé čočky a zrcadla, které dokáží měnit své zobrazovací vlastnosti

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výsledky projektu mohou být využitelné v oblastech elektroniky či tkáňového inženýrství

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Česká republika patří ve výzkumu vesmírných planetek k nejlepším na světě

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Ve srovnání se situací v západní Evropě a USA českým suburbiím segregace nehrozí

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Vztah mezi rybami a mlži je výborný modelový systém pro studium přežívání a rizika koextinkce v rychle se měnícím prostředí

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Mgr. Libor Krásný, Ph.D. z Mikrobiologického ústavu AV ČR: Protein HelD je důležitý pro správnou expresi genů

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Škola Bauhausu nás inspiruje dodnes

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Rozmazanou digitální fotografii je možné opravit matematickou operací

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Podaří se překonat rezistenci nádorových buněk na cytostatika? Nadějné výsledky přinesl projekt prof. Blanky Říhové

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Pomocí hrotové mikroskopie nyní dokážeme určit chemickou strukturu molekul, jejich chiralitu či stanovit elektronegativitu daného atomu

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY