I díky spintronice dnes nazýváme data ropou 21. století

Spintronika je rychle se rozvíjející moderní obor materiálového výzkumu, mikroelektroniky a fyziky pevných látek s velkým vědeckým i aplikačním významem. Hraje klíčovou roli v oblasti magnetických pamětí a senzorů. Na prohloubení našich znalostí v této oblasti pracoval v rámci projektu Grantové agentury České republiky „Centrum spintroniky“ v letech 2014–2018 tým více než 20 vědců a studentů pod vedením profesora Tomáše Jungwirtha z Fyzikálního ústavu Akademie ČR. Projekt byl velmi úspěšný. Bylo vytvořeno přes 85 publikací uveřejněných v zahraničních vědeckých časopisech s vysokým IF. Deset článků s výsledky projektu mezi lety 2014-2018 je dnes na Web of Science označeno jako „Highly Cited Paper“, tedy do 1 % nejcitovanějších v oboru. V projektu byly získány významné výsledky v oblasti relativistických spintronických jevů, které byly využity pro vytvoření nového konceptu paměťových součástek založených na antiferomagnetických materiálech.

Pane profesore, můžete na úvod více vysvětlit termín „spintronika“?

Na rozdíl od běžné polovodičové mikroelektroniky, založené na náboji elektronu, využívá spintronika také spin elektronu. Z hlediska praktického využití můžeme najít základy oboru už na konci devatenáctého století, kdy vedle gramofonu byl vynalezen i zvukový záznam na magnetický drát, později pásek nebo disk. Spiny elektronu měly na svědomí ale pouze magnetismus na záznamovém médiu, zatímco k zápisu a čtení zvuku a později dat se používaly elektromagnety (cívky) využívající zase jen proudy nábojů elektronů.

O aplikované spintronice tak většinou hovoříme až v případě, kdy spin elektronu hraje klíčovou roli také při čtení nebo i zápisu informace v paměťovém zařízení. Spintronické součástky pro čtení bývají nazývany magneto-odpory, protože stejně jako záznamové medium jsou konstruovány z magnetických materiálů. První magneto-odpor popsal už lord Kelvin v polovině 19. století, ale cívku pro čtení informace na pevných discích nahradil až v devadesátých letech 20. století.

Tato historická varianta ale byla na přelomu tisíciletí nahrazena nově objeveným tzv. gigantickým magneto-odporem a v té době se taká ujal termín spintronika. Díky gigantickému magneto-odporu, za který byla v roce 2007 udělena Nobelova cena, hrají dodnes pevné disky klíčovou úlohu pro ukládání informací a bez nich by nebyl představitelný exponenciální nárůst množství dat, které dnes máme přes internet k dispozici.  I díky spintronice tak dnes nazýváme data díky jejich ekonomickému významu ropou 21. století.

Aplikovaná spintronika ovšem nekončí u pevných disků. Dnes existují i komerční magnetické operační paměti, které kombinují možnost trvalého uložení informace jako u polovodičových „flash“ pamětí s rychlostí polovodičových operačních pamětí.  Otevírají se tak nové možnosti integrace a energetické úspornosti v mikrosoučástkách. To jsou zvlášť důležité parametry pro rodící se svět internetu věcí a pro zpracování obrovského množství dat např. pomocí nástrojů umělé inteligence.

Z hlediska základní fyziky bylo pochopení elektronového spinu jedním z prvních významných úspěchů kvantové relativistické fyziky, která se zrodila ve dvacátých a třicátých letech 20. století. Po sto letech ale stále zůstává mnoho otevřených otázek okolo kolektivního chování spinů v krystalech, které způsobuje magnetické chování látek. Stále také přicházíme na nové jevy, které se týkají vzájemného ovlivňování spinu a magnetismu na jedné straně a elektrických proudů nebo optických pulzů na straně druhé. Některé z objevů posledních desetiletí si už hledají cesty ve vývoji nových typů magnetických pamětí, jiné otvírají budoucí možnosti např. v zápise informace ultra-rychlými optickými záblesky nebo ve vývoji součástek pro umělé neuronové sítě.

prof. Tomáš Jungwirth, Ph.D.

Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?

Původní projekt navazoval na dřívější práce našeho týmu, kdy jsme spoluobjevili tzv. spinový Hallův jev. Kvantová relativistická fyzika v něm dává možnost během elektrického proudového pulzu dočasně zmagnetovat libovolný vodič, tedy i takový, který je vyrobený z nemagnetického materiálu. Později se ukázalo, že když je takový spinový Hallův vodič v kontaktu s magnetickým médiem, tak do něj dokáže elektricky zapsat data. Dnes je tento jev podstatou komerčního vývoje nového typu magnetických operačních pamětí s vysoce efektivním způsobem elektrického zápisu.  Kromě této oblasti jsme v projektu zkoumali, jak obdobné principy zápisu rozšířit z elektrických pulzů do ultra-krátkých optických záblesků. A nakonec jsme i začali zkoumat, jak obdobné fyzikální jevy využít ke konstrukci magnetických pamětí založených místo feromagnetů na tzv. antiferomagnetech.

Ty se vyskytují mnohem častěji než feromagnety, ale zůstávaly téměř neprobádané a bez praktického využití. Sousední atomy v krystalu totiž mají své magnety orientované opačným směrem (odtud název antiferomagnet), takže navenek se takovéto magnetické uspořádání obtížně detekuje a ovládá. My jsme ukázali, že s pomocí kvantové relativistické fyziky to jde nakonec docela snadno, takže jsme mohli zkonstruovat i demonstrační prototyp antiferomagnetické paměti ovládané z počítače přes běžné USB rozhraní. Jednou z výhod takové paměti je odolnost vůči i velmi silným rušivým magnetickým polím. Další je pak o mnoho řádů vyšší rychlost zápisu a vlastnosti, které se blíží více neuronům v mozku než klasickým digitálním počítačovým součástkám. Tady už ale předbíhám do výsledků navazujícího projektu GAČR-EXPRO, který řešíme od roku 2019.

Laboratoř materiálů

Jak probíhala samotná práce na projektu?

Výzkum probíhal, a i dále probíhá, ve společné Laboratoři opto-spintroniky Fyzikálního ústavu Akademie věd a Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy s více než dvaceti vědci a studenty a také techniky, kteří pomáhají udržovat v chodu komplikovaná laboratorní vybavení. Ta zahrnují metody od přípravy samotných magnetických materiálů po jednotlivých atomových vrstvách a výroby součástek nanometrových rozměrů až po optické experimenty na časových škálách femtosekund. Důležitou součástí našeho týmu je i teoretická skupina pro výpočty materiálových vlastností a fyzikálních jevů z prvních principů a pro modelování spintronických součástek. Přestože tak „doma“ umíme realizovat celý řetězec prací od teoretické předpovědi až po realizaci experimentální součástky, tak velmi intenzivně spolupracujeme s dalšími skupinami v Česku i v zahraničí. Tyto spolupráce podporují mimo jiné evropské granty (např. dva granty Evropské výzkumné rady) nebo soukromé subjekty jako firma Hitachi nebo Nadační fond Neuron.

 

Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?

Například oblast výzkumu antiferomagnetických pamětí byla v původním projektu jen okrajová. Výsledky nicméně vysoce předčily naše původní očekávání a obor se dnes již ve světě etabloval jako samostatná rychle se rozvíjející disciplína. To dokládá například pozvání přednést v roce 2018 plenární přednášky na třech nejvýznamnějších mezinárodních kongresech o magnetizmu v Asii, USA a Evropě a pozvání koordinovat přípravu speciálního vydání časopisu Nature Physics v roce 2018 k tématu antiferomagnetické spintroniky za účasti 24 předních světových pracovišť.

Laboratoř optiky

Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?

Jak jsem zmínil výše spinový Hallův jev, který jsme také v projektu dále studovali, je dnes již ve stádiu komerčního vývoje magnetických pamětí. Naše původní pozorování jevu je ale práce stará již více než patnáct let. Výzkum antiferomagnetické spintroniky je obor, který se teprve rodí, takže je obtížné odhadnout v jakém časovém rámci bychom se mohli dočkat prvních aplikací. Již dnes je ale součástí našeho týmu skupina inženýrů, kteří připravují testovací obvody pro případné budoucí aplikace. Ty by se ale již musely vyvíjet v mikroelektronických firmách, mezi kterými je např. Hitachi naším dlouhodobým partnerem jak ve výzkumu, tak i ve společné ochraně intelektuálního vlastnictví.

 

Budete zjištěné informace dále rozvíjet?

Výše už jsem naznačil pokračování našeho výzkumu se zaměřením na antiferomagnety v rámci projektu GAČR-EXPRO 2019-2023. Mezinárodní spolupráci v této oblasti pak rozvíjíme za podpory evropského grantu Horizon 2020 Future and Emerging Technologies, který koordinujeme a na kterém se účastní tři ústavy Maxe Plancka z Německa a dále univerzity z Německa a Velké Británie.

 

Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?

V krátké době nám vyjde článek v Nature Elektronics, kde ukazujeme zápis pomocí nového fyzikálního principu do antiferomagnetické součástky pomocí elektrických pulzů od mikrosekund po nanosekundy a také pomocí ultrakrátkého pulzu generovaného femtosekundovým laserem. Součástka má také zajímavé chování v závislosti na počtu, pořadí a časovém odstupu mezi zapisovacími pulzy, čímž připomíná vlastnosti neuronových sítí spíše než klasických digitálních součástek.

Petr Němec, Vít Novák, Tomáš Jungwirth

Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

V poslední době jsem nezaznamenal výpadky systému a obecně mi dnes podávání grantové přihlášky a grantových zpráv připadá obdobné, jako ve standardních zahraničních agenturách.

 

Poznámka: Na úvodním obrázku vidíte členy týmu Laboratoře materiálů.

 

 

 

Projekty GA ČR přispěly k vývoji vakcíny proti Lymeské borelióze

Biologické centrum Akademie věd v Českých Budějovicích zaznamenalo celosvětový úspěch. Parazitologové otestovali vakcínu, která vykazuje 100% účinnost vůči všem druhům bakterií rodu Borrelia. K tomu významně přispěly také dva projekty základního výzkumu podpořené Grantovou agenturou ČR. S parazitologem Radkem Šímou jsme se bavili nejen o vývoji a budoucnosti této vakcíny, ale také o promořenosti klíšťat v ČR a jeho práci během pandemie koronaviru. Pracoviště se totiž během jediného víkendu podařilo proměnit v laboratoř testující vzorky na přítomnost COVID-19.


Jak dlouho se lidstvo snaží vyvinout vakcínu proti borelióze? Toto infekční onemocnění přenášené klíšťaty, pokud zůstává neléčeno antibiotiky, postihuje nervovou soustavu, srdce či klouby.

Bakterie rodu Borrelia, které způsobují onemocnění borelióza, byly poprvé popsány počátkem 80. let minulého století v USA. Od té doby směřujeme k tomu, abychom pochopili, jak se borelie přenáší z klíštěte do hostitele. Ten přenos se samozřejmě snažíme zastavit. Jedna vakcína proti borelióze se na trhu již objevila, a to v roce 1998 v USA. Bohužel měla řadu negativních vedlejších účinků a celkově nebyla příliš úspěšná. Po čtyřech letech byla stažena.

Promořenost klíšťat boréliemi je u nás kolem 20 %. Výskyt klíšťat se nějak zásadně nezvyšuje, migrují ale také do vyšších nadmořských poloh.

Aktuálně jsme otestovali vakcínu, která navazuje na dřívější očkovací látku. Působí na všechny druhy borelií. Těch je k dnešnímu dni známých 23. Imunitní systém pozitivně ovlivněný novou vakcínou dokáže velmi rychle a spolehlivě rozpoznat borelie vstupující z klíštěte do hostitele. Specifické protilátky se totiž navážou na povrch borelií a imunitní systém je následně zničí. Nová vakcína byla navíc navržena tak, aby negativní vedlejší účinky byly minimalizovány.

Pro vývoj vakcín je zcela zásadní základní výzkum a v tomto případě také detailní pochopení přenosu borelií z klíštěte do hostitele. V jednom z realizovaných projektů GA ČR jste také zkoumal rozdíly mezi klíšťaty pohybujícími se v Evropě a USA.

Ano. Interakce mezi boreliemi a klíšťaty studuji asi 9 let. V rámci základního výzkumu jsem realizoval dva projekty GA ČR řešící tuto problematiku. Výzkumný projekt, který skončil v roce 2019, byl zaměřen na detailní popis přenosu borelií prostřednictvím evropského druhu klíštěte Ixodes ricinus do svých hostitelů. Zjistili jsme, že způsob přenosu a chování borelií v evropských klíšťatech se liší oproti doposud všeobecně uznávanému modelu platnému pro americká klíšťata. To bylo naprosto zásadní pro další výzkum a výsledky. Díky našim poznatkům můžeme lépe vybírat cíle, proti kterým máme směřovat vakcinační strategie. Naše zjištění jsme shrnuli v obsáhlé publikaci. Tu odborná veřejnost velmi dobře přijala.

Základní výzkum a projekty Grantové agentury ČR zcela zásadně přispěly k aktuálním výsledkům při testování 100% úspěšné vakcíny proti Lymeské borelióze.

O nebezpečnosti klíšťat a onemocněních, která přenášejí, slýcháme poměrně často. Je v posledních letech jejich výskyt větší? A jaká je vlastně promořenost klíšťat boréliemi?

Klíšťata jsou poměrně vděčné mediální téma. Dramatický nárůst určitě nepozorujeme. Zajímavé je, že se šíří do nových oblastí, třeba vyšších nadmořských výšek. To ale souvisí s měnícími se klimatologickými podmínkami.

Každé páté klíště v ČR v sobě nese borelie, promořenost klíšťat v ČR je tedy nějakých 20 %. Po celé republice je i přes drobné výkyvy v řádu procent v tomto ohledu situace obdobná.

Pokud chceme co možná nejvíce eliminovat riziko přenosu infekčních onemocnění přenášených klíšťaty, musíme klíště co nejrychleji najít a vyndat jej. Jakýmkoli způsobem. Tím se riziko opravdu minimalizuje.

Borrelie

Na testování vakcíny spolupracujete s americkou pobočkou farmaceutické společnosti Sanofi, která vakcínu vyvinula. Kdy se můžeme těšit na to, že bude vakcína volně dostupná?

Vakcína byla doposud otestována na myších. Pro to, aby se dostala na trh, bude třeba provést důkladné klinické testování na lidech, dobrovolnících. Zde bude zásadní rozhodnutí farmaceutické firmy, zda další vývoj finančně podpoří. Když bychom uvažovali o testování ve zrychleném režimu, vakcína by mohla být na trhu třeba do pěti let.

Jaké jsou Vaše plány do budoucna, kam směřujete svůj další výzkum?

Rádi bychom navázali na předchozí projekty, díky nimž se nám podařilo zpochybnit některá dlouholetá dogmata týkající se přenosu borelií. Následující výzkum a případný projekt podpořený GA ČR by byl logickým pokračováním projektů předchozích. Chtěli bychom se detailně zaměřit na další aspekty přenosu, popsat je a pokusit se najít slabá místa interakce mezi borelií a klíštětem. Na ta pak můžeme ještě lépe cílit již zmíněnými vakcinačními strategiemi.

Laboratoře základního výzkumu jsme přes víkend s kolegy zvládli přetvořit v diagnostické pracoviště pro testování vzorků na přítomnost COVID-19.

Jak se přizpůsobilo Vaše pracoviště pandemii koronaviru? Ovlivnil nouzový režim výzkum?

Patřili jsme mezi ta pracoviště, která se aktivně zapojila do diagnostiky COVID-19 a přizpůsobila se okamžitě aktuálním potřebám. Od konce března aktivně diagnostiku provádíme, což samozřejmě ovlivnilo naši běžnou práci i výzkum. V poslední době ale najíždíme do normálního režimu. Měl jsem velkou radost z toho, že jsme v podstatě během víkendu dokázali přestavět vědeckou laboratoř na diagnostickou. Tímto děkuji všem kolegům, kteří neváhali a do diagnostické činnosti se bez váhání zapojili.

RNDr. Radek Šíma, Ph.D. vystudoval molekulární biologii a genetiku na Biologické fakultě Jihočeské univerzity a molekulární patologii na Lékařské fakultě Univerzity Karlovy. Na Parazitologickém ústavu Biologického centra AVČR se zabývá studiem klíšťat, zejména ve vztahu k přenášeným patogenům. Vyvíjí laboratorní modely nejčastějších klíšťaty přenášených onemocnění, které jsou následně využívány k testování klíštěcích molekul zahrnutých v přenosu a přežití patogenů. Podílí se na řešení mezinárodních projektů, jejichž cílem je vývoj vakcín proti klíšťatům a jimi přenášeným onemocněním.

Grantová agentura České republiky (GA ČR) podporuje základní vědecký výzkum v ČR prostřednictvím peněžitých grantů. Vědecké a výzkumné projekty jsou vybírány na základě každoročně vyhlašované veřejné soutěže. Dále GA ČR financuje bilaterální projekty a projekty v evropských mezinárodních programech.

 

Autorka článku: Mgr. Renata Třísková

Ve studiu stárnutí pomáhal vědcům halančík, malá ryba žijící v tůních africké savany

Výzkum stárnutí prochází převratným obdobím – ukazuje se, že současné teoretické základy našeho chápání evoluce a mechanismů stárnutí nemohou dobře vysvětlit pozorované aspekty stárnutí v přirozených podmínkách. Jedním z faktorů je nedostatek informací o vzájemných vztazích mezi demografickými, evolučními a funkčními aspekty stárnutí u přirozeně žijících populací. I lidé prošli v posledních staletích významnými demografickými změnami.

 Přínosem studia stárnutí u divoce žijících populací zvířat je především pochopení vlivu ekologických faktorů pro jeho evoluční dynamiku,“ říká v rozhovoru doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd ČR. Jako řešitel projektu GA ČR „Stárnutí v přirozených populacích: od demografie po genovou expresi“ problematiku stárnutí zkoumal.

 Hlavním předmětem zájmu projektu byl halančík, malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, vzhledem k jejich rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých a nám blízkých, ale dlouho žijících obratlovců. Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.

Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?

Halančíci jsou hojně využívaným modelovým druhem pro výzkum různých aspektů stárnutí. Našim cílem bylo zjistit, jak probíhá život těchto ryb, od narození do smrti, v přírodních podmínkách. K tomu jsme potřebovali pravidelně navštěvovat několik vzdálených populací halančíků, sledovat jejich počty v konkrétním čase, odebírat vzorky tkání na pozdější analýzy a zaznamenávat, jak se mění parametry jejich prostředí. To vše jsme potom vyhodnotili s ohledem na stárnutí a přežívání ryb v daných populacích.

Jak probíhala samotná práce na projektu?

Na samém začátku byla půlroční terénní expedice do jižního Mosambiku naplánovaná tak, aby pokryla období dešťů, kdy se halančíci líhnou, a několik následujících měsíců, během nichž tůně s halančíky postupně vysychají. Mosambik se nevyznačuje zrovna vyspělou infrastrukturou. Dva členové týmu, Milan Vrtílek jako postdoktorand a Jakub Žák, dobrovolník a současný doktorský student, proto pobývali půl roku v Mosambiku v zapůjčeném terénním autě. Tři další členové týmu do Mosambiku střídavě jezdili, pomáhali v terénu a odváželi cenné vzorky do laboratoře. V Evropě byly potom vzorky analyzovány z pohledu genové exprese, metabolomiky, či histologie – za účasti mnoha kolegů v rámci týmu i ve spolupráci s laboratořemi v Česku a jinde v Evropě.

Halančík Nothobranchius furzeri – můžete tuto rybu více přiblížit? Proč jste právě tento druh v projektu využili, čím je ryba zajímavá?

Tento halančík je malá ryba obývající dočasné tůně v africké savaně, které se plní sezónními dešti. Jedním z vedlejších výsledků našeho projektu bylo zjištění, že tento druh halančíka může dospět již za 2 týdny po vylíhnutí z jiker a stihne se rozmnožit i v tůních, které existují méně než 3 týdny. Jikry přežívají naprostou většinu roku ve vyschlém bahně, ve stádiu takzvané diapauzy. V té době je jejich metabolismus minimalizován a embrya přežijí nejen vyschnutí, ale třeba i úplnou absenci kyslíku.

Tato ryba má tedy dvě vývojové fáze. Jako embryo se její vývin může na mnoho měsíců úplně zastavit. Po vylíhnutí naopak vše probíhá ve zrychleném módu a během pár týdnů stihne halančík projít všemi fázemi života až po senescenci, kdy začínají selhávat jednotlivé funkce organismu a dochází k stárnutí typickému pro ostatních obratlovce, včetně člověka.

V základním popisu projektu jsem narazil na výrazy jako „histopatologie….markery oxidačního stresu tkání…regulace genové exprese“. Můžete tyto pojmy více vysvětlit?

V rámci projektu jsme zkoumali, zda halančíci během života prochází podobnými změnami jako ostatní obratlovci, včetně člověka. Určité projevy stárnutí jsou podobné pro většinu živočichů. Histopatologickými vyšetřeními jsme například zaznamenávali změny v jaterní tkáni, především s ohledem na výskyt nádorů, které pozorujeme u halančíků v zajetí.

Oxidativní stres vzniká jako vedlejší produkt základních buněčných procesů a způsobuje širokou škálu problémů. Zjednodušeně se jedná o poškození volnými radikály, které se uvolňují během buněčného metabolismu. S věkem se dopady oxidativního stresu hromadí a nás zajímalo, jak tento nárůst souvisí s ostatními parametry stárnutí.

K regulaci genové exprese lze stručně říct, že popisuje, které geny jsou nejvíce aktivovány a přepisovány. Z toho vyvozujeme, jak jsou určité metabolické dráhy využívány a jak dobře fungují. Obecně víme, že ve starším věku bývá regulace genové exprese narušena – s nepříznivým vlivem na činnost tkání a orgánů.

Potvrdily se předpoklady a cíle, se kterými jste do projektu šli?

Částečně ano, základní předpoklady se ukázaly platné. Ale zdaleka ne všechny. Například jsme předpokládali, že v přírodě budou halančíci vystaveni většímu stresu a náročnějším podmínkám prostředí. A že to uvidíme na rychlejším zhoršování jejich zdravotního stavu než v zajetí. Což se nepotvrdilo. Naším hlavním cílem bylo zjistit, zda a jak halančíci v přírodě stárnou, a to se nám zjistit podařilo.

Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?

V tomto projektu jsme se zabývali obecnými otázkami stárnutí, ale výstupy vytváří základ pro konkrétnější otázky. Halančíci jsou modelovou skupinou pro výzkum stárnutí a umožňují rychle, v řádu měsíců, vzhledem k jeho rychlému životu, otestovat otázky, na jejichž odpověď bychom jinak čekali mnoho let. Je to jakýsi most mezi výzkumem rychle žijících bezobratlých (octomilka, háďátko C. elegans) a obratlovců (např. myší). Halančík spojuje výhody obou typů modelů – přirozeně krátký život bezobratlých a tělní plán obratlovců.

Jedním za navazujících témat je například současná spolupráce s týmem profesora Slabého z brněnského CEITECu, kde nás zajímá variabilita mutací zodpovědných za spontánní vznik nádorů. Mnoho informací o nádorových onemocněních pochází z laboratorních kmenů, které jsou nejprve cíleně upraveny tak, aby byly náchylné ke konkrétním problémům, a ty jsou potom léčeny. Stejná nádorová onemocnění však mohou vznikat rozdílnými mutacemi, což velmi zásadně ovlivňuje úspěšnost léčby. Věříme, že halančíci zde mohou pomoci.

Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?

Některé články jsou citovány hojně. Třeba experimentální analýza vlivu mikrobiomu na přežívání z roku 2018, která vznikla ve spolupráci s kolegy z Max Planck Institutu v Kolíně nad Rýnem. Těm se podařilo významně prodloužit život halančíků tím, že jim transplantovali mikrobiom mladších jedinců. Tato práce je k dnešnímu dni podle Google Scholar citována 109x. Náš příspěvek spočíval v pochopení toho, jak vypadá a mění se mikrobiom ryb v přírodě a do jaké míry je mikrobiom halančíků v laboratoři možné považovat za přirozený. Ale i studie, které vznikly zcela z dat a vzorků nasbíraných během půlroční terénní práce, jsou na poměry našeho oboru, myslím, citovány docela obstojně – dva článku z roku 2018 mají přes 20 citací. V řadě ohledů jsme přinesli první poznatky o životě těchto modelových ryb v jejich přirozeném prostředí, takže doufáme, že o naše výsledky bude zájem dlouhodobě.

Budete zjištěné informace dále rozvíjet?

Během projektu jsme získali velké množství vzorků a dat, a nebylo v našich silách ani finančních možnostech je všechny zpracovat během tří let. Jak už to bývá, narazili jsme také na mnoho nových otázek, na které bychom se rádi podívali podrobněji.

Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?

V současné době se náš výzkum stárnutí halančíků zaměřil na otázky týkající se rozdílů ve stárnutí uvnitř populací. Proč stárnou samci rychleji než samice? Jak souvisí délka života (a rychlost chřadnutí organismu) s investicí do potomstva? Jak se doba strávená v embryonální diapauze projeví na životě halančíků po vylíhnutí? A jaké jsou mechanismy těchto rozdílů?

Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Určitě existují uživatelsky intuitivnější systémy, ale zvykl jsem si. Nejhorší by asi bylo ten systém neustále měnit.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výpočetní metody mohou nahradit drahé experimenty, uspíšit testování léků a omezit pokusy na zvířatech

Vibrační optická aktivita (VOA) zahrnuje rychle se rozvíjející flexibilní spektroskopické metody, které odkrývají strukturu biomolekulárních systémů. Ovšem k určení vztahu mezi spektrem a strukturou je třeba provádět počítačové simulace, které jsou náročné a současné postupy jsou pro mnohé experimenty nedostatečné.

 Cílem projektu GA ČR „Kombinace klasických a kvantově-mechanických výpočetních technik pro vibrační optickou aktivitu“ bylo zlepšit přesnost a použitelnost tzv. multi-scale metod založených na kombinaci molekulové mechaniky a kvantové mechaniky, a to spojením molekulové dynamiky a přenosu vibračních tenzorů, zahrnutím anharmonických efektů, a vývojem modelů pro zesílenou a indukovanou VOA.

 „Výpočetní postupy byly testovány na experimentálních datech. Projektu se účastnili dva vědečtí pracovníci a čtyři studenti magisterského a doktorského studia, projektový tým spolupracoval také s dalšími domácími i zahraničními pracovišti,“ říká vedoucí projektu profesor RNDr. Petr Bouř, CSc. z Ústavu organické chemie a biochemie AVČR.

 

Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity

Proč jste zvolil právě toto téma? V čem je významné/zajímavé?

Asi bychom měli nejdříve říct, že vibrační optická aktivita (VOA) je jedna z metod, kterou můžeme zkoumat molekuly. V tom jak molekula např. pohlcuje nebo polarizuje světlo, se odráží to, jak vypadá, jaké jiné molekuly jsou v blízkosti. VOA má různé výhody i nevýhody oproti ostatním metodám. Pro mě je zajímavé, že je to metoda historicky relativně nová, stále se rozvíjí, a je vhodná pro celou řadu biologicky zajímavých molekul, včetně např. léčiv a proteinů doprovázející neurodegenerativní choroby. Byly pokusy ji aplikovat i na viry. Výzkum optické aktivity také představuje velice zajímavou kombinaci fyziky, chemie a biologie. VOA spektrometry začínají být komerčně dostupné, ale zdaleka ještě nejsou běžnou součástí laboratoří. Možná bude čtenáře také zajímat, že Česká republika je v tomto ohledu velmoc, špičkové VOA laboratoře najdeme v Akademii věd, na Vysoké škole chemicko-technologické, Karlově univerzitě, nebo Palackého univerzitě v Olomouci. Je to zásluha české tradice fyzikální chemie i profesora Timothy Keiderlinga z University of Illinois at Chicago, který mnoho českých vědců a studentů do Chicaga pozval a zájem o metodu v nás probudil.

Profesor Timothy A. Keiderling, iniciátor VOA spektroskopie v Čechách.

Můžete laikovi přiblížit, co bylo cílem projektu?

Už víme, že interakce molekul a světla záleží na jejich struktuře.  Rajčatová šťáva bude určitě obsahovat jiné molekuly než zelený špenát. Ale poznat jaké, není tak jednoduché. Můžeme si hrát s ozařováním různými druhy světla, včetně měření VOA, ale schází nám pojítko mezi spektrální odezvou a strukturou. Naštěstí vznik VOA v 70. letech minulého století by provázen rozvojem teoretických a výpočetních metod. Ty v zásadě umožňují spektra molekul simulovat, a tak ověřit, že naše představy o zkoumaném systému jsou správné. Ovšem přesně „spočítat“ i poměrně malou molekulu může trvat mnoho týdnů výpočetního času, a realistické modely pro biologicky relevantní systémy jsou dostupné teprve v posledních letech. Cílem projektu tedy bylo tyto výpočty urychlit a „napasovat“ na vibrační optickou aktivitu. V některých směrech se nám to povedlo velmi dobře, např. jsme ukázali, že čas pro přesný výpočet vibračních vlastností proteinu, který by konvenčními metodami dosahoval tisíce let, můžeme zkrátit na několik dní.

Jak probíhala samotná práce na projektu?

Samozřejmě kvalita týmu je vždy rozhodující, a určitě bych měl poděkovat kolegům a spolupracovníkům Ústavu organické chemie a biochemie, kteří se nechali „zbláznit“ do problematiky opticky aktivní spektroskopie. Spolupracovali jsme i s podobně „postiženými“ vědci z Polska, Norska, Kanady, USA a Japonska. Projekt se dotknul i zhruba deseti studentů, ať už přímo financovaných z grantu nebo ne, např. v rámci jejich doktorských nebo bakalářských prací, měli jsme praktikanty ze zahraničí (program IAESTE) a gymnaziální studenty z „Otevřené vědy“. Na podmínky si tedy nemohu stěžovat. Někdy se dělaly experimenty, někdy bylo ovšem nutné zalézt domů „pod peřinu“ a strávit několik dní soustředěným programováním.

Skupina Biomolekulární spektroskopie před Ústavem organické chemie a biochemie

Potvrdily se předpoklady a cíle se kterými jste do projektu šli?

Naše představy, výpočty, závěry se vždy snažíme konfrontovat s experimentem. A ten je zpravidla nikdy zcela nepotvrdí. Nakonec už antičtí učenci věděli, že s počtem známého roste i počet neznámého. Ale když se nad tím zamyslíte, jinak by žádný výzkum ani neměl cenu. Jako jedno překvapení, které jsme zažili, mohu uvést objev magnetické Ramanovy optické aktivity u plynů jako je chlor nebo brom. Žádná teorie to nepředvídala, my jsme ten signál ale jasně viděli, a museli jsme ho teprve vysvětlit.

Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?

To je v případě základního výzkumu samozřejmě citlivá otázka. Ne, že bychom se rádi rýpali v neužitečných věcech, ale pokud bych měl odpovědět upřímně, často to prostě nevíme. Každý objev nakonec našel uplatnění, a musíme přesvědčit mecenáše, v našem případě zejména veřejnost, že to tak bude i nadále. Ale abych nebyl takový pesimista, v případě VOA samozřejmě doufáme, že se uplatní v levnějších a rychlejších analýzách biomolekul, že polarizační metody se najdou použití v kvantových počítačích, budou pomáhat i v lékařské diagnostice, např. v rozpoznávání zdravých a nemocných tkáních. Výpočetní metody mohou nahradit drahé experimenty, uspíšit testování léků a přinejmenším omezit pokusy na zvířatech.

Simulovaná a experimentální VOA spektra alpha-helikálního proteinu.

Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?

Komunikace přes časopisy je zásadní pro kontakt s odborníky v oboru, ale v citovanosti nečekám rekordy. Na to je to téma přece jen dost úzké. Určitě jsme publikovali v prestižních časopisech a citovanost stále stoupá. Rozhodně máme radost, když vidíme, že naše programy, metody používají kolegové z Itálie, Německa, Japonska…

Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat?

Tak to rozhodně budeme, částečně to už děláme v návazném grantu GA ČR. Během projektu jsme například i navázali zajímavou spolupráci s profesorkou Y. Xu z Univerzity of Edmonton ohledně rezonančního Ramanova rozptylu, tj. další jevu z kategorie „VOA“, nebo s univerzitou v Krakově v oblasti tzv. chemického zobrazování.

Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?

Kdybych to chtěl zlehčit, řekl bych, že na nezajímavých věcech prostě nepracujeme. To je jedna z výhod vědy. Nápadů máme celou řadu, jak jsem už prozradil, v průběhu řešení projektu se objely některé nové experimentální jevy, které vypadají jako velmi zajímavý problém na rozhraní optiky, spektroskopie, chemie a výpočetního modelování. S kolegy z Univerzity Palackého v Olomouci chceme zdokonalit zejména jednu oblast VOA, tzv. Ramanovu optickou aktivitu.

Petr Bouř

Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Kdybych řekl, že mi administrativa, vyplňování všelijakých maličkých chlívečků, rostoucí stohy a stálé změny zadávací dokumentace nevadí, nikdo by mi nevěřil. Objektivně ale musím uznat, že grantový systém u nás funguje, a lidé v grantové agentuře jsou velice vstřícní. Ale spíše, než nad vyplňováním chlívečků bych rozpoutal diskuzi nad financováním vědy jako takovým. Kdysi jsme si na toto téma vyměnili dopisy s předsedou GA ČR, a shodli jsme se, že grantový systém je v zásadě špatný, ale nic lepšího není. Něco jako kapitalismus. V zásadě jde o to, že se nevěří lidem, vědcům, že jsou schopni produkovat něco užitečného bez biče. Ptám se ale, je to vždy pravda? Jak pracovali Heyrovský, Wichterle, Holý? Podchytí náš vědecký systém všechny talenty, které u nás máme? Jakou část svého času má produktivní vědec věnovat vyplňováním grantových přihlášek? Často nejde o vědu, ale o holé živobytí jeho a jeho studentů. Taková diskuze mi u nás – i ve světě – chybí.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Masožravá rostlina z filmu Adéla ještě nevečeřela sice neexistuje, ale určité podobnosti s reálným světem u ní jsou

Masožravé rostliny si vyvinuly specializované modifikované listy nazývané pasti, které vábí, zabíjejí a tráví živočišnou kořist, čímž získávají kompetiční výhodu nad nemasožravými rostlinami v prostředí chudém na živiny. Schopnost masožravých rostlin trávit těla kořisti enzymy podobnými těm, jež se nacházejí v tělech živočichů, je ta nejzajímavější.

Hlavním cílem juniorského projektu GA ČR „Regulace enzymatických aktivit v masožravých rostlinách“ bylo rozšířit znalosti o trávicích enzymech v masožravých rostlinách, o způsobu jejich regulace podněty získanými z polapené kořisti, najít význam a důležitost chitinas v rostlinném trávicím systému a také identifikovat zcela nové enzymy. Zabýval se také rolí fytohormonů v indukci enzymatických aktivit. Výsledky tohoto projektu poskytly nový náhled do trávícího systému masožravých rostlin, jejich životní strategie a molekulární evoluce. O projektu a světu masožravých rostlin jsme si povídali s jeho řešitelem doc. Mgr. Andrejem Pavlovičem, Ph.D., z Univerzity Palackého v Olomouci.

Projekt dosáhl skvělých výsledků. Aktuálně je na články z projektu asi 70 citací. Jeden z nich se dlouhou dobu držel mezi Highly Cited Paper na Web of Science. O zfilmování výsledků projevil zájem produkční štáb BBC Earth v rámci připravovaného dokumentu Green Planet pod vedením Davida Attenborougha. Výsledky se objevili na obrazovkách České televize a psala o nich i celosvětová média.

Předmětem zájmu vědců byla masožravka, která kořist chytá pomocí lepkavých žláznatých výčnělků na listech – tentakul. Vědci rostliny vystavili různým vnějším podnětům a zkoumali následné reakce, na jejichž počátku vždy stojí elektrický signál vysílaný tentakulami. Výzkum elektrické signalizace u rostlin mnozí odborníci poměrně dlouho opomíjeli, olomoučtí biofyzici s ním ale mají letité zkušenosti. Potvrdili, že elektrický signál stojí na počátku vjemů rostliny. V projektu popsali celý proces od vyslání elektrického signálu až po výslednou reakci rostliny.

Proč jste zvolil právě toto téma spojené s masožravými rostlinami? V čem je významné/zajímavé?

Mäsožravé rastliny sú nesmierne zaujímavou skupinou rastlín. Už na základnej škole nás učia, že rastliny sú producenti a živočíchy sú konzumenti, ktoré sa nimi živia. Mäsožravé rastliny túto trofickú pyramídu otočili naopak vo svoj prospech a živia sa živočíšnymi organizmami. A navyše to robia veľmi rafinovaným spôsobom. Málo ľudí vie, že mäsožravé rastliny fascinovali aj hádam najznámejšieho prírodovedca všetkých čias: Charlesa Darwina. Ako prvý na svete uskutočnil množstvo experimentálnych pokusov a je autorom vôbec prvej monografie o mäsožravých rastlinách z roku 1875. Mňa táto skupina rastlín fascinovala od malička, keď som mal asi 10 rokov začínal som ako zberateľ a pestovateľ, na univerzite potom záujem prerástol do práce. Je to moja celoživotná vášeň.

Andrej Pavlovič s mäsožravou rastlinou Nepenthes pervillei

 

Jak probíhala samotná práce na projektu (jak jste zjišťovali informace, v jakých podmínkách jste pracovali, jak velký byl tým, který na projektu pracoval atd….)?

Hlavná časť riešenia projektu prebiehala na Oddělení biofyziky, Centra Regionu Haná (CRH) pro biotechnologický a zemědelský výskum (CRH), Prírodovedeckej fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Využívali sme však aj prístrojovú techniku a spoluprácu s Oddělením biochemie proteinů a proteomiky CRH, Oddělením buněčné biologie CRH a Laboratoř růstových regulátorů ÚEB AV ČR. Poskytlo nám to veľmi dobré metodické a technické zázemie. Intenzívne sme ďalej spolupracovali s Katedrou fyziológie rastlín, Univerzity Komenského v Bratislave, ktorá ma de facto vychovala. Na projekte priamo pracovalo spolu asi 10 ľudí, tým, že sme však mali pomerne veľa ďalších spoluprác, ak zrátam všetky mená na článkoch, tak ich je aj 20.

Potvrdily se předpoklady a cíle se kterými jste do projektu šli?

Myslím, že áno. Na konci riešenia projektu som bol veľmi spokojný s výstupmi, ktoré sme dosiahli. Za niektorými výsledkami sme nešli cielene, skôr sme ich objavili náhodou. Ukázalo sa, že mäsožravé rastliny využívajú elektrickú a jasmonátovú dráhu signalizácie, ktorú skopírovali z obranných mechanizmov bežných rastlín. Preto ak rastlinu vystavíte útoku herbivora, správa sa rovnako ako keby chytila hmyz. Začne sekretovať tráviace enzýmy, schopné tráviť chitín, proteíny, DNA a RNA, teda molekuly bohaté najmä na dusík. Zaťažená touto evolučnou minulosťou sa nevie rozhodnúť správne. Až keď zacíti prítomnosť proteínov, spustí svoj tráviaci proces plnou silou. Tieto vnemy rastlina stráca ak je vystavená účinku niektorých anestetík. Nie je to prekvapujúce, nakoľko sa ukazuje, že elektrická signalizácia v rastlinách využíva podobné proteíny ako sú v našom mozgu. A práve na elektrické signály rastlín anestetiká cielia.

Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?

To ukáže až čas. Jedna časť projektu, ktorá sa zaoberala vplyvom anestetík na rastliny a ich schopnosti inhibovať elektrickú signalizáciu by mohla mať takýto potenciál. Tá sa ocitla dokonca na stránkach The New York Times, Scientific American a stovky ďalších. To čo sme sa naučili na mäsožravých rastlinách, sa teraz snažíme aplikovať na bežných rastlinách. Elektrické signály sú totiž veľmi dôležité aj v živote bežných rastlín pri reakcii na rôzne biotické a abiotické faktory. Na tomto poli už pracujeme.

Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?

Momentálne je na články z projektu asi 70 citácii. Jeden z nich sa pomerne dlho držal medzi Highly Cited Paper vo WOS. Dobré ohlasy sme dostali aj v rubrikách Commentary v Nature Plants a New Phytologist. Je to celkom dobré skóre, ak vezmem do úvahy fakt, že mäsožravé rastliny nie sú mainstream v rastlinnej biológii.

Titulná stránka k článku: Pavlovič A., Jakšová J., Novák O. (2017) Triggering a false alarm: wounding mimics prey capture in the carnivorous Venus flytrap (Dionaea muscipula). New Phytologist 216(3), 927-938

Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat?

Určite áno. Dá sa povedať, že stále nadväzujeme a rozširujeme na to, čo nám poskytol projekt GA ČR.

Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?

Stále nás problematika regulácie enzymatickej aktivity v mäsožravých rastlinách zaujíma. Od ukončenia projektu sme na toto téma publikovali ďalšie 4 články. Zaujíma nás napríklad, či sa jasmonátova signalizácia uplatňuje aj pri iných vývojových líniách mäsožravých rastlín. To je zaujímavé hlavne z evolučného hľadiska. Pracujeme a chceme pracovať aj na problematike anestézie rastlín.

V ČR máme masožravé rostliny spojené s filmem Adéla ještě nevečeřela. Existuje na světě nějaký druh masožravé rostliny, který alespoň vzdáleně připomíná tu ve filmu?  

Tento kultový film československej kinematografie mám veľmi rád. Treba povedať, že žiadna taká rastlina ako je Adéla z filmu neexistuje. Vo svete mäsožravých rastlín však existujú s filmom určité paralely. Napríklad existuje rosnatka adélina (Drosera adelae). Existujú mäsožravé rastliny s bleskurýchlymi pohybmi alebo napríklad také, ktoré dokážu uloviť drobných stavovcov.

Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Prvýkrát to bolo náročnejšie, človek si ale rýchlo zvykne. Čo ma trápi viac je skôr nízka úspešnosť získavania ďalších projektov GA ČR. Narúša sa tým veľmi dôležitá kontinuita práce. To je ale na dlhšie rozprávanie …

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Barvy v Chuyho hrobce staré 4400 let jsou jasné, jako by je umělci nanesli včera

Před šedesáti lety vyvěsil jeden z průkopníků české egyptologie profesor Zbyněk Žába u hrobky významného hodnostáře a vezíra ve starověkém Egyptě Ptahšepsese arabsky a anglicky napsanou cedulku „Pozor zde je pracoviště českého egyptologického ústavu“. Od té doby se česká egyptologie vypracovala díky novým a novým objevům na světové výsluní. Není tedy náhoda, že skvělé počínání našich dnešních vědců, zabývajících se historií starověkého Egypta, podporuje také GA ČR. Jeden z podporovaných projektů se jmenuje „Proměna egyptské společnosti v pozdní 5. dynastii dle dokladů z Džedkareova pyramidového komplexu“. O něm, ale především o fascinujícím pátrání po tajích starověké historie Egypta, jsme si povídali s řešitelkou projektu doc. PhDr. Hanou Vymazalovou, PhD. z Českého egyptologického ústavu. Právě její tým prozkoumal Chuyho hrobku a našel zde monument, který Archeology Magazine označil za jeden z 10 největších objevů roku 2019 a egyptské Ministerstvo pro památky za jeden z 5 nevýznamnějších objevů v Egyptě.

 

Proč jste si ke studiu vybrala právě téma starověkého Egypta a jak jste se k bádání o něm dostala? V čem je pro vás zajímavé, fascinující či inspirující?

Můj zájem o starověký Egypt se vykrystalizoval už na základní škole z širšího zájmu o historii, antiku a starověk. Egypt nabízí veliké množství různých úrovní, které lze zkoumat – od písma a jazyka, literatury, milostné poezie, přes náboženské představy a umění, až po památky typu pyramid nebo rozsáhlých chrámových komplexů. Různé typy pramenů lze vzájemně kombinovat, což je velice fascinující. Tato civilizace se rozvíjela po tisíce let a na první pohled se zdá neměnná a statická, ale při bližším pohledu lze zachytit postupný vývoj, období síly a jednoty, období úpadku, multikulturní trendy, silnou jednotící ideologii. Období, které označujeme za „historické“ trvalo přes 3000 let, k tomu ještě připočtěme dalších několik tisíc let vývoje prehistorických kultur, kdy Egypt nebyl ještě jednotným státem, ale už se zde rozvíjely představy, které později sehrály zásadní roli. Staroegyptská kultura navíc sehrála velice důležitou roli ve vývoji naší civilizace, najdeme zde kořeny vědních oborů, astronomie, základ kalendáře…

 

      Archeologické práce v pyramidovém komplexu faraona Džedkarea v roce 2018 (foto Hana Vymazalová)

Můžete prosím přiblížit v čem je toto historické období zajímavé či inspirativní pro dnešní dobu?

Kromě archeologického výzkumu zkoumám texty, které poodhalují více o životě běžného člověka, pozadí všech těch překrásných a zajímavých monumentů. Například vědecké texty nesmírně přibližují život tehdejších lidí, protože v nich můžeme snadno poznat sami sebe – bolest břicha nebo kašel zažil každý a už i staroegyptští studenti se učili počítat třeba trojčlenkou. V hospodářských a administrativních záznamech z Abúsíru, které dlouhodobě zkoumám, se zase odráží běžný provoz institucí, které spravoval stát, a to zádušních kultů v pyramidových komplexech zemřelých panovníků a jejich propojení s královskou rezidencí. různými chrámy atp. V těchto textech najdeme neuvěřitelné podrobnosti o příjmech a výdajích zádušních kultů, rozpisy služeb kněží, kteří zde sloužili nebo výši jejich denních přídělů.

Co si máme představit pod pojmem „paleografie starohieratických textů“?

Jde o studium vývoje písma, formy znaků v nejstarší fáze egyptského jazyka na základě dokladů ze Staré říše. Oproti hieroglyfickému písmu se písmo hieratické používalo pro každodenní účely, včetně např. administrativních záznamů jako jsou abúsírské papyrové archivy, kterými se zabývám, stejně tak i pro různé nápisy na zdivu hrobek, jež zkoumáme, tzv. stavební grafita.

První pohled do zdobeného podzemí Chuyho hrobky (foto Hana Vymazalová)

Projekt spadající pod GA ČR, kterým se zabýváte, se jmenuje „Proměna egyptské společnosti v pozdní 5. dynastii dle dokladů z Džedkareova pyramidového komplexu“. Můžete prosím přiblížit proč se zaměřujete právě na toto historické období?

Důvodů je hned několik. Dlouhodobý výzkum Českého egyptologického ústavu FF UK v Abúsíru se zaměřuje na období 5. egyptské dynastie, kdy se začal nejstarší egyptský stát postupně proměňovat a započal tak vývoj, který o několik set let později vyústil v úpadek Staré říše. Náš projekt na tento český výzkum navazuje a rozšiřuje ho o další důležité prameny z jiné lokality. Zabýváme se vládou faraona Džedkarea, během které docházelo k významným společenským i náboženským změnám, jejich příčiny jsou ale zatím nejasné. Důvodem je částečně skutečnost, že dosud nebyla důsledně prozkoumána nejdůležitější památka té doby, totiž Džedkareův pyramidový komplex v jižní Sakkáře, který nám o jeho vládě může napovědět opravdu mnohé. Za Džedkareovy vlády, jež trvala přes čtyři desítky let, je totiž možné vysledovat (a datovat) změny, které lze považovat za vyvrcholení dříve započatého vývoje. Například právě za jeho vlády se změnila forma životopisů, jež si v hrobkách nechávali tesat ve svých hrobkách vysocí hodnostáři – zatímco dříve byl jediným původcem jejich úspěchu panovník, nyní najednou prezentují jakožto strůjce úspěchu sami sebe, moc krále tedy znatelně slábne. Zároveň probíhaly změny v oblasti náboženských představ a pohřebních zvyklostí, jejichž důvodům ještě zcela nerozumíme.

Jak takový projekt probíhá? Co vše zahrnuje? Jak se na něj připravujete?

Náš projekt zahrnuje terénní výzkum přímo v Egyptě i teoretickou část, tedy následnou analýzu získaných dokladů v širším kontextu. V Egyptě se zaměřujeme zejména na Džedkareův pyramidový komplex. Naší prioritou je prozkoumat královu pyramidu a přilehlý zádušní chrám, kde po stovky let probíhal králův zádušní kult, a také památku patřičně ochránit a zabezpečit. Během prvních dvou let řešení projektu jsme dokončili dokumentaci a celkovou konsolidaci vnitřních prostor pyramidy, zároveň probíhá podrobná dokumentace architektury zádušního chrámu, který obsahuje řadu na svou dobu výjimečných rysů. Komplex je sice již od starověku velice poničený, ale dosud lze rekonstruovat jeho původní plán a prozkoumat stavební postupy a použité materiály, které měly svou symboliku.

Práce v podzemí Chuyho hrobky (foto Hana Vymazalová)

Například pro dlažbu některých částí zádušního chrámu, kde probíhal Džedkareův zádušní kult, byl použit kalcit namísto tehdy obvyklého bazaltu. Zatímco bazalt odkazoval na černou zemi a její úrodnost, a tedy přeneseně vzkříšení, kalcitová podlaha symbolizovala čistotu. Současně dokumentujeme také tisíce zlomků reliéfní výzdoby, která obsahuje kromě obvyklých motivů i některá zcela jedinečná vyobrazení. V rámci projektu se nám podařilo prozkoumat i malé části pohřebiště, které králův chrám obklopuje. V sousedství králova zádušního chrámu jsme objevili vstup do pyramidového komplexu Džedkareovy manželky Setibhor a opodál hrobku hodnostáře Chuyho s nádherně zdobenou pohřební komorou, jež patří mezi vůbec nejstarší svého druhu v Egyptě. Právě tyto nové doklady nám pomáhají mapovat kousek po kousku Džedkareovu vládu.

V jakých pracujete v Egyptě podmínkách?

Hodně lidí mi při odletu přeje „hezkou dovolenou“, to asi ten Egypt. Ale skutečnost je trochu jiná. V terénu pracujeme šest dnů v týdnu od brzkého rána do odpoledne, než se příliš oteplí. I tak jsou teploty někdy i kolem 40 stupňů Celsia, na lokalitě není stín a slunce se navíc od písku a kamenné architektury hezky odráží. Občas se strhne písečná bouře. Uvnitř hrobek se zase potýkáme se stísněným prostorem a ohromnou prašností. Práce pokračuje i doma až do večera, kde je třeba zpracovat a utřídit pořízenou dokumentaci, zálohovat data, zorganizovat a připravit práci pro celý tým na další den. Během „volného“ pátku se musí stihnout vše ostatní. Přebýváme přímo ve vesnici Sakkára v domě, který patří egyptskému Ministerstvu pro památky, kde máme základní komfort, ale opravdu to není luxusní turistické středisko s bazénem.

Usazování kamenného obětního stolu na jeho původní místo v Chuyho kapli (foto Hana Vymazalová)

Z praktického hlediska pro nás nepříjemnou obtíž představuje velké zdražování, k němuž v Egyptě dochází po uvolnění měny v roce 2018. Důsledkem je, že ceny materiálu i služeb jsou nyní dvakrát až třikrát vyšší, než když jsme podávali žádost pro GA ČR, a stále stoupají. Schválený rozpočet ale nejde nafouknout. Snažíme se proto soustředit síly tak, aby byly dokončeny stěžejní části projektu, především výše zmíněný výzkum Džedkareova pyramidového komplexu. Další prioritou je nyní Chuyho hrobka – v tuto chvíli je důležitější ji ochránit, dokončit její restaurování a zpracovat nálezy než začít pracovat na dalším místě.

 Jak víte, do jakých míst máte jít a pátrat?

Naším hlavním cílem je králův pyramidový komplex, který je vcelku zřetelně ohraničený ohradní zdí. Převážná část zádušního chrámu je dnes zakryta jen slabou vrstvou písku bez nálezů, protože už ve 40. a 50. letech 20. století zde pracovala egyptská archeologická expedice. Ta ale nikdy nezveřejnila výsledky své práce a jediný existující plán této památky je značně nepřesný. Právě to byl hlavní důvod, proč zde náš tým začal před 10 lety pracovat a postupně kousek po kousku dokumentovat pyramidu a zádušní chrám. Až v posledních letech jsme díky podpoře GA ČRu mohli začít pracovat i v místech, která zůstala dřívějšími archeology nedotčena. První z nich je severovýchodní sektor králova pyramidového komplexu, který pokrývalo 4–6 metrů původního pískového zásypu s velkým množstvím nálezů. Až v úrovni podlahy po 4 měsících intenzívní práce se ukázalo, že v tomto prostoru králův chrám končí a hned naproti se nachází vstup do pyramidového komplexu královny Setibhor.

Hana Vymazalová při dokumentaci nápisů v Chuyho hrobce (foto Mohamed Megahed)

K výzkumu Chuyho hrobky byl ale trochu jiný důvod. Pod povrchem pouště se rýsují zdi hrobek a není těžké vytipovat takové, které jsou na prominentních místech nebo mají nezvykle velké rozměry. Chuyho hrobku jsme vedli v patrnosti již po řadu let, protože se nachází hned vedle dnešní příjezdové cesty na kopci nad vesnicí a její východní stěna byla pod pískem zřetelně vidět. Snad proto přitáhla v roce 2017 pozornost moderních zlodějů. I když šlo jen o minimální zásah, místní inspektorát Ministerstva pro památky nás požádal, abychom zde co nejdříve provedli sondážní práce mapující stav památky. Vyplatilo se nám k tomuto kroku přistoupit na začátku 2. roku řešení projektu, kdy již práce v Džedkareově pyramidovém komplexu dostatečně pokročily a zároveň jsme měli časovou i finanční rezervu pro tento nový výzkum. Člověk totiž nikdy nemůže mít přesnou představu, co pod pískem najde. Očekávali jsme zničenou hrobku a našli jsme monument, který Archeology Magazine označil za jeden z 10 největších objevů roku 2019 a Ministerstvo pro památky za jeden z 5 nevýznamnějších objevů v Egyptě.

Můžete přiblížit laikovi v čem je tento objev tak významný?

Chuyho hrobka je výjimečná z několika důvodů. Její nadzemní část je poměrně dost zničená, ale měla velké rozměry a stavba samotná ukazuje, že majitelem byla velmi vlivná a důležitá osobnost své doby. Ke stavbě Chuy použil velmi kvalitní materiál, jeho obětní stůl nese královské rysy a královskou podobu také imituje podzemní část hrobky. Je to taková zmenšená verze podzemí královy pyramidy. A právě podzemí také skrývalo největší překvapení. Jedna z podzemních místností je totiž celá zdobena reliéfy s dochovanou polychromií. Barvy jsou i po 4400 let jasné, jako by je umělci nanesli teprve včera. Kvalita řemeslného zpracování ukazuje na špičkové umělce zřejmě z královských dílen. A v neposlední řadě – Chuyho zdobená komora je jednou ze dvou nejstarších svého druhu a díky tomu je zcela jedinečná. Je mnohem větší než pozdější standardizované zdobené pohřební komory a obsahuje výzdobné motivy, které do podzemních prostor jaksi nepatřily. Je to tedy jako přistihnout stavitele a umělce v procesu vytváření nového konceptu, nové podoby hrobek – podoby, která se teprve později měla ustálit. A právě tyto momenty nás velice zajímají.

 Nemáte v zásobě nějakou zajímavou historku z vaší práce v Egyptě?

Zajímavé je pozorovat při práci naše místní dělníky. Aniž by o tom sami věděli, používají totiž stejné metody práce jako jejich staroegyptští předchůdci. Velké těžké bloky kamene přesouvají jen pomocí lan, páky a lidské síly. Jeden velký blok dokážou jen pár údery palicí „rozporcovat“ na několik vcelku pravidelných menších bloků. Jsou to nesmírně pracovití a srdeční lidé a mnozí z nich s námi pracují již léta.

Výzkum Džedkareova pyramidového komplexu probíhá s podporou GA ČR (foto Hana Vymazalová)

Česká Egyptologie požívá velkého renomé na celém světě. Čeští egyptologové spravují nejrozsáhlejší koncesi na pyramidových polích atd… Co je důvodem, že jsme ve zkoumání Egypta a jeho historie tak úspěšní a významní?

Je to možná tím, že český výzkum v Egyptě je dlouhodobý a systematický. Na české koncesi v Abúsíru, kde pracujeme už od 60. let, se pod vedením prof. Žáby, prof. Vernera i v posledních letech prof. Bárty podařila celá řada historicky významných objevů, které podstatným způsobem přispěly k pochopení období 5. dynastie a Staré říše. Důležitou roli hrají i vynikající vztahy s představiteli Ministerstva pro památky, bez jejichž podpory by naše působení v Egyptě bylo mnohem obtížnější. Samotný výzkum v Egyptě je ale jen začátek. Náš tým také klade důraz na následné zpracování dokladů a přípravu odborných publikací.

 Co je Vaším pracovním snem/cílem – najít hrobku velekněze Imhotepa?

(Smích) Já si kladu spíše skromnější cíle. Byla bych ráda, kdyby se nám podařilo postupně prozkoumat co největší část Džedkareova pohřebiště a najít zde další informace o jeho osobě i královně Setibhor, o královské rodině, o změnách, jež za jeho vlády probíhaly. Například podél západní stěny Džedkareovy pyramidy se nacházejí velké hrobky, jež by mohly patřit členům královské rodiny, další hrobky se nacházejí dále na sever a také východně od pyramidy královny. Chuyho hrobka jasně ukazuje ohromný potenciál tohoto pohřebiště.

Jak jste spokojena se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Systém GRIS se zdá uživatelsky příjemný. Pouze v průběžných zprávách bych uvítala trochu větší prostor pro samotný text o proběhlém řešení.

Popisek k úvodní fotce: Mezinárodní tým zahrnuje odborníky z ČR, Rakouska, Německa a Egypta, včetně několika českých a egyptských studentů (foto Mohamed Megahed)

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Základním procesům ovlivňujícím biologickou rozmanitost rozumíme, před námi je ale celá řada dalších neznámých

Biologická rozmanitost není rovnoměrně rozložena na zemském povrchu. Ať už ji měříme počtem druhů, počtem nějakých vyšších taxonů (rodů, čeledí) nebo nějakým odvozeným indexem. Obecně platí že biodiverzita klesá od rovníku pólů a většina druhů žije v tropech. Ani v rámci tropů ale toto rozložení není rovnoměrné, na souši jsou ta nejrozmanitější místa na úbočí hor, zatímco některé nížiny jsou relativně chudé, v moři je to ještě složitější. Existuje obrovské množství teorií a hypotéz proč žije většina druhů v tropech a proč jsou různá místa různě biologický rozmanitá, některé se datují už od Alexandra von Humboldta a Charlese Darwina.

S existencí mnoha teorií a hypotéz se nechtěl smířit tým pod vedením profesora Davida Storcha z Centra pro teoretická studia Univerzity Karlovy a z Katedry ekologie Přírodovědecké fakulty UK. V rámci projektu „Je biologická diverzita omezená? Cesta k rovnovážné teorii biodiverzity“ se mu podařilo vytvořit světově unikátní teorii, která rozdíly v biologické diverzitě na povrchu Země vysvětluje. Poznatky z projektu získaly mezi odbornou veřejností velký ohlas. Výsledkem je celkem 13 velmi kvalitních publikací.

Lze říct, že česká věda v oblasti tzv. zelené biologie dosáhla díky lidem jako je právě profesor David Storch vynikajícího mezinárodního věhlasu a stala se v uplynulých desetiletích i díky podpoře GA ČR zcela konkurenceschopnou v tom nejširším celosvětovém kontextu. O významu projektu svědčí také skutečnost, že profesor Storch získal nedávno velký grant EXPRO, který mu umožní ve výzkumu dále pokračovat.

Pane profesore můžete stručně popsat, co bylo hlavním cílem projektu?

Podstata projektu se týkala sporu o to, do jaké míry je biologická rozmanitost na různých místech světa daná tím, že existují nějaké její limity. Tzn. pro každé území je daný nějaký počet druhů, který tam může žít v rovnováze a větší počet už to území neuživí. My jsme zkoumali, do jaké míry toto platí nebo neplatí. Proti tomuto pohledu existuje odlišná představa, která v principu říká, že žádné limity nejsou a že příroda je nenasycená a že druhů by mohlo být mnohem více. Projekt byl zaměřen na vytvoření teorie těchto limitů a jejím testování. Zkoumali jsme tedy, proč je na různých místech na zemi různý počet druhů, zda je to kvůli zmíněným limitům, co vytváří tyto limity, jak je poznáme atd.

Proč jste se rozhodli v projektu zkoumat právě toto téma?

Rozdíly v diverzitě na povrchu Země se zabývám již dvacet let. Je to obecně velké téma, velká otázka. Došel jsem k tomu, že za biologickou diverzitou musí být nějaké limity. To sice nebyla nová myšlenka, byla ale dlouho opouštěna, já jsme v ní ale věřil a rozhodl jsem se ji prozkoumat. Limity mají zásadní vliv na to, co se s biologickou diverzitou bude dít v budoucnosti. To je zásadní věc. Pokud limity existují a počet druhů je hodně blízko rovnovážnému stavu, tak jakékoliv odebrání zdrojů z biosféry činností člověka ty rovnovážné počty ovlivňuje.

 Jak jste získávali data, abyste mohli takovou teorii vytvořit?

Primárně jsme čerpali již hotová data z celého světa, vycházeli jsme také z poznatků projektu, který tomuto předcházel. Máme například mapy diverzity druhů na různých místech a ty analyzujeme. Kromě toho získáváme data vlastním terénním výzkumem, hlavně v Africe.

Co považujete za největší úspěch projektu?

Nejcennější část je v tom, že jsme vytvořili funkční teorii. Na začátku byla formulována velmi vágně, dnes ji máme formulovanou i matematicky. V rámci projektu jsme měli ještě mnoho podprojektů, některé z nich jsme splnili beze zbytků, některé jsme museli modifikovat, jiné jsme opustili, protože jsme zjistili, že je to slepá cesta. Některé jsme nestihli rozpracovat a budeme na nich pokračovat.

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

V týmu jsem měl dvě postgraduální studentky a dva postdoktorandy. Měli jsme ale také řadu zahraničních spolupracovníků.

Platí vaše závěry stejně jak pro zvířata, tak i pro rostliny?

My věříme, že ano. Pro rostliny máme ale méně dat a je to u nich složitější v tom, že rostliny samy vytvářejí prostředí. Naše teorie je ale obecná, jakkoli konkrétní parametry budou specifické pro různé skupiny.

Jak moc ty limity ovlivňuje člověk?

Data, která jsme studovali, ta člověk dosud příliš neovlivnil. Je to proto, protože globální data jsou sbíraná za dlouhou dobu, kdy vliv člověka ještě nebyl moc znát. Je ale jasné, že člověk biologickou diverzitu ovlivňuje hodně. Zatím se to neprojevuje v těch největších škálách, ale v těch malých jednoznačně. Odebírá zdroje v přírodě a zvyšuje kolísání jejich množství, a to diverzitu – podle naší teorie – samozřejmě ovlivňuje. Může ji ovlivnit také pozitivně, protože ty rovnovážné stavy závisí i na tom, jak moc se druhy šíří a dnes se šíří opravdu hodně. Je tady vlna biologických invazí, kdy se exotické druhy šíří z kontinentu na kontinent, což lokální diverzitu zvyšuje.

Ve kterých oblastech se biologická diverzita nejvíce zvyšuje?

Například v Severní Americe, ale i třeba v Evropě. Týká se to i různých přírodních rezervací, kde počet druhů roste vlivem šířením těch nepůvodních druhů. Rychlost šíření je jednoduše, speciálně u rostlin, rychlejší než jejich vymírání. To ale podle mého názoru nebude dlouho trvat.

Která část světa je, co se týká biologické diverzity, nejbohatší?

Tropické podhůří And, například v Ekvádoru a v Peru. Je tam velká produktivita prostředí, kombinace klimatických podmínek je velmi příznivá. Jsou tam hory, které zřejmě podporují vznik druhů, protože vytvářejí různé bariéry. Jednoduše řečeno se tam sešly ty nejlepší vlivy. Ty důvody se ale přesně neví. Podle mě je to kombinace příznivého klimatu a topografie, která vede k rychlému vznikání nových druhů.

Profesor Daniel Storch

Bude možné vaše poznatky využít v praxi?

Myslím si, že mít teorii toho, čím je regulována biologická diverzita, je důležité, například pro management chráněných území, ale i pro přemýšlení o tom, co se v budoucnu stane s celými kontinenty. Ty naše poznatky slouží jako obecné vodítko. Dokážeme říct, proč na nějakém kontinentu je více druhů a jak je udržovat.

Jak si stojí váš projekt ve srovnání s ostatními výzkumy na toto téma?

Troufnu si říct, že nikdo jiný na světě neudělal tak důkladnou teorii, jak ty limity fungují. Teorii jsme publikovali v nejprestižnějším ekologickém časopise na světě. Z tohoto hlediska jsme hodně napřed.

Jakou roli v tom hraje GA ČR?

Samozřejmě zásadní, moje výzkumy financuje primárně GA ČR. Na tento typ výzkumu je to ideální partner, nepotřebuji nějaké závratné částky, protože hodně dat již existuje. Zatím jsem spokojený.

Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Nemám s tím problém, ani nemyslím, že by to šlo nějak zásadně zjednodušit. Zvykl jsem si a v zásadě mi to vyhovuje.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Pallas kráterovaná jako „golfový míček“

Co planetka, to jiný tvar a velikost. Některé jsou kulaté, jiné naopak protáhlé či jinak nepravidelné. V rámci mezinárodní spolupráce jsme se podíleli na pozorování jedné z největších – planetky Pallas. S překvapením jsme zjistili, že vypadá jako obří „golfový míček“. Je sice kulatá, ale povrch má pokrytý množstvím kráterů.

Planetka (2) Pallas, pojmenovaná po řecké bohyni moudrosti, byla objevena v roce 1802. Díky své velikosti, která je asi sedminová ve srovnání s Měsícem, se řadí na třetí místo v oblasti hlavního pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem. Rovina její dráhy je neobvykle skloněná vůči dráhám ostatním planetek. Důvod tohoto sklonu je ovšem nejasný.

V článku Marsset a kol. (2020), publikovaném v prestižním časopise Nature Astronomy, ukazujeme detailní snímky povrchu planetky Pallas. Poprvé máme rozlišení dostatečné pro identifikaci jednotlivých povrchových útvarů – kráterů. Náš tým, vedený Pierrem Vernazzou z Laboratoire d’Astrophyisque de Marseille ve Francii, získal snímky planetky Pallas pomocí adaptivní optiky na přístroji SPHERE, umístěném na dalekohledu VLT. Jedná se o jeden ze čtveřice největších dalekohledů Evropské jižní observatoře, s průměrem zrcadla 8 metrů. Pallas jsme pozorovali ve dvou různých obdobích, vždy v době, kdy byla na své dráze co nejblíže Zemi. Tak jsme dosáhli největšího možného rozlišení a rozpoznali nejvíce detailů na povrchu.

Fotografie pořízené 28. října 2017 (jižní polokoule) a 15. března 2019 (severní polokoule). Na obou polokoulích je vidět mnoho velkých kráterů, na té jižní pak i jasná skvrna připomínající usazeniny soli na Ceresu.

Během dvou pozorovacích sezón (2017 a 2019) jsme získali 11 sérií snímků. Díky otáčení Pallas kolem své rotační osy zachycují povrch z různých úhlů. Snímky byly podrobeny matematickému zpracování (dekonvoluci). Ze snímků pak byl inverzními metodami odvozen tvar ve 3D. Vytvořili jsme také mapu kráterů a změřili jejich četnost poblíž rozhraní světla a stínu, kde bývají nerovnosti dobře pozorovatelné.

Domníváme se, že zjizvený povrch planetky Pallas je důsledkem velmi skloněné oběžné dráhy. Zatímco většina planetek hlavního pásu se pohybuje po dráhách mírně výstředných a mírně skloněných, podobně jako auta na závodním okruhu, Pallas se pod vysokým úhlem „probíjí“ hlavním pásem. Jakékoliv srážky, které Pallas zažije, jsou daleko ničivější než srážky mezi planetkami na podobných drahách, neboť vzájemná rychlost je více než dvojnásobná. Pallas je zřejmě nejkráterovanějším tělesem, který jsme doposud v hlavním pásu zaznamenali.

Celkem jsme identifikovali 36 kráterů o průměru větším než 30 kilometrů. Pro srovnání, 30 km odpovídá přibližně pětině průměru kráteru Chicxulub, jehož vznik souvisí s vyhynutím dinosaurů před 65 miliony lety. Odhadujeme, že tyto krátery pokrývají přinejmenším 10 procent povrchu Pallas, což potvrzuje správnost domněnky, že její historie zaznamenaná krátery byla extrémní ve srovnání s ostatními tělesy sluneční soustavy.

Řada simulací srážek mezi Pallas a menšími planetkami hlavního pásu. Vzájemná rychlost terče a projektilu dosahovala 12 km/s; rychlosti výhozu většiny úlomků jsou řádově srovnatelné s únikovou rychlostí 300 m/s.

Abychom pochopili, jak tato historie pravděpodobně vypadala, provedli jsme řadu simulací Pallas a jejich interakcí s ostatními planetkami hlavního pásu během posledních 4 miliard let, což přibližně odpovídá stáří sluneční soustavy. Totéž jsme učinili pro Ceres a Vestu, uvažujíc přitom velikost, hmotnost a danou dráhu, stejně jako rozdělení velikostí a rychlostí objektů v hlavním pásu. Zaznamenali jsme každou událost, kdy došlo k simulované srážce s Pallas, Ceresem či Vestou, která vytvořila kráter o průměru alespoň 40 km (což je velikost většiny kráterů pozorovaných na Pallas).

Zjistili jsme, že 40kilometrový kráter na Pallas může vzniknout srážkou s podstatně menším objektem než tentýž kráter na Ceresu nebo Vestě. Protože menší planetky v hlavním pásu jsou výrazně početnější než ty větší, znamená to, že Pallas má větší pravděpodobnost srážky a kráterování než ostatní dvě tělesa.

Pallas zažívá dva až třikrát více srážek než Ceres a Vesta a její skloněná dráha zřejmě vysvětluje její zvláštní povrch, odlišný od ostatních dvou těles“, říká Marsset.

Na základě získaných snímků se podařilo učinit další dva objevy: na jižní polokouli se nachází jasná skvrna a na rovníku výjimečně velký kráter (pánev). Co se týká kráteru, jehož průměr se odhaduje na 400 km, zjišťovali jsme, čím mohl být vytvořen. Simulovali jsme dopady různých těles do oblasti rovníku a sledovali fragmenty, které přitom byly vymrštěné z povrchu Pallas.

Podle našich simulací se zdá, že velká impaktní pánev je důsledkem srážky před asi 1,7 miliardami let s tělesem o průměru mezi 20 a 40 kilometry. Úlomky tehdy vyhozené do prostoru se dodnes nacházejí na dráhách podobných jako má Pallas dnes.

Typické dráhy planetek hlavního pásu (černé křivky) a skloněné dráhy planetky Pallas a členů její rodiny (červeně a žlutě).

Vznik pánve lze velmi dobře vysvětlit. Souvisí se současnou rodinou planetek Pallas“, říká spoluautor Miroslav Brož z Astronomického ústavu Univerzity Karlovy.

Původ jasné skvrny objevené na jižní polokouli Pallas je však nejasný. Zatím nejlepší hypotéza je, že se jedná o usazeniny solí. Na základě získaného modelu tvaru byl spočten objem Pallas, což v kombinaci se známou hmotností dává průměrnou hustotu. Ta je opět odlišná od Ceresu a Vesty a odpovídá směsi vodního ledu a silikátů. Postupně se led v nitru planetky roztavil a silikáty se tak hydratovaly, čímž mohly vzniknout soli, které později odhalil nějaký impakt.

Chybějící díl skládačky bychom mohli najít poněkud blíž, těsně u Země. Každý prosinec mohou vizuální pozorovatelé sledovat úžasný úkaz známý jako Geminidy. Jedná se o meteorický roj pocházející z úlomků planetky (3200) Phaeton, která sama je pravděpodobně jedním z úlomků Pallas, jenž se náhodou dostal na dráhu křížící dráhu Země. Zvýšený obsah sodíku v Geminidách, který je znám dlouho, Marsset a kol. vysvětlují jako důsledek pozorovaných solných skvrn na původním mateřském tělese,tedy Pallas.

Lidé navrhovali vyslat k Pallas miniaturní, levné satelity“, říká Marsset. „Nevím, jestli se projekt uskuteční, ale určitě by nám o povrchu Pallas a původu jasné skvrny prozradil mnoho.“

———————-
Z Astronomického ústavu UK se na tomto výzkumu podíleli Josef Hanuš, Miroslav Brož, Pavel Ševeček a Josef Ďurech. Josef Hanuš, Josef Ďurech a Pavel Ševeček byli podpořeni grantem GAČR 18-09470S (hlavní řešitel Josef Hanuš, článek spadá primárně do tohoto grantu). Miroslav Brož byl podpořen grantem GAČR 18-04514J (hlavní řešitel Josef Ďurech).
———————–

Další zdroje:

Nature
MIT
MFF

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Antivirový efekt proti viru Zika jsme objevili jako první na světě

Cílem projektu „Pokročilé studie patogeneze západonilské virové horečky směřující k novým terapeutickým strategiím“ byl návrh, syntéza a testování nových nukleotidových a nukleosidových analogů proti viru západonilské horečky a dalším flavivirům (virus Zika, virus klíšťové encefalitidy…) a ověření jejich účinku v kombinaci s imunomodulačními látkami. Projekt má význam pro terapii závažných infekčních onemocnění i pro edukaci pre a postgraduálních studentů. Vynikající výsledky projektu byly publikovány v 18 článcích s impakt faktorem. O detailech jsme si povídali s docentem Danielem Růžkem z Výzkumného ústavu veterinárního lékařství.

Proč jste se rozhodl věnovat v projektu právě tomuto tématu?

Flaviviry jsou patogeny globálního významu – mnohé z nich jsou přenášené bezobratlými přenašeči (komáry či klíšťaty) a způsobují každoročně stovky milionů lidských infekcí. Kromě Antarktidy se flaviviry vyskytují na všech kontinentech. U člověka způsobují široké spektrum klinicky manifestních onemocnění – od mírných horečnatých nákaz až po závažné a život ohrožující encefalitidy či encefalomyelitidy. Infekce některými flaviviry má teratogenní účinky, jiné jsou například původci krvácivých (hemoragických) horeček. Proti několika flavivirovým nákazám existuje možnost účinné vakcinace, proti žádnému flaviviru ale nebyla doposud schválená účinná terapie. Výzkum flavivirů a zejména možností protiflavivirové terapie tak představuje globální prioritu.

Náš projekt byl primárně zaměřen na studium flaviviru západonilské horečky (West Nile virus) a vývoj a testování specifických antivirotik (virostatik) účinných proti tomuto viru. Virus západonilské horečky původně cirkuloval pouze v Africe, dnes však můžeme hovořit o jeho kosmopolitním výskytu. Virus se může brzy stát zdravotní hrozbou i v České republice – například v roce 2018 byl v ČR zaznamenán první případ úmrtí pacienta, který se nakazil virem západonilské horečky na území Jihomoravského kraje. V rámci projektu jsme se ale zaměřili i na další flaviviry, které mají značný medicínský význam. V roce 2015 se začal dramaticky šířit zejména v oblastech Střední a Jižní Ameriky flavivirus Zika. Zjistilo se, že infekce tímto virem může u těhotných žen závažným způsobem poškodit vývoj plodu a způsobit mimo jiné tzv. mikrocefalii.

To samozřejmě byla pro nás výzva, která nakonec byla korunovaná úspěchem – jako první na světě jsme prakticky ve stejný okamžik jako belgičtí vědci popsali vůbec první účinné nízkomolární látky, které vykazovaly vysoký inhibiční účinek proti tomuto viru. Tento objev tehdy stal mediální senzací a setkal se s velkým zájmem i v odborných kruzích. Kromě viru západonilské horečky a viru Zika jsme se v rámci našeho projektu zaměřili, byť okrajově, i na další flavivirus, virus klíšťové encefalitidy. Ten je nosným předmětem výzkumu naší laboratoře a představuje dlouhodobý problém nejen v ČR, ale i řadě dalších zemí euroasijského kontinentu. Naším cílem tedy bylo přispět jednak k poznání mechanismů, které jsou zapojeny při vzniku těchto onemocnění, a především identifikovat látky s antivirovým účinkem, které by měly potenciál být v budoucnu využity jako léky na tyto infekce.

Pracovníci zapojení do projektu, RNDr. Martin Palus, Ph.D., a Mgr. Václav Hönig, Ph.D., při práci ve virologické laboratoři s vysokým stupněm biologického zabezpečení. Foto: Biologické centrum AVČR.

Můžete laikovi přiblížit, co přesně jste v projektu zkoumali/chtěli zjistit?

Projekt měl dvě základní roviny. V první části jsme zkoumali mechanismy patogeneze západonilské horečky a dalších vybraných flavivirových nákaz, tedy to, jakým způsobem se virus šíří v organismu, kde se lokalizuje, jaké buňky preferenčně napadá a jaké tkáně a orgány narušuje. Druhá rovina se týkala přímo vývoje a testování antivirových látek účinných proti viru západonilské horečky a dalším flavivirům. V rámci první části jsme také vytvořili vhodné laboratorní modely flavivirové infekce, ať už založené na buněčných kulturách či laboratorních zvířatech, které pak byly následně využity při testování potenciálních antivirotik a charakterizace jejich mechanismu účinku. Cílem projektu tak bylo pochopení procesů, ke kterým dochází v organismu napadeném virovou infekcí, a identifikace látek, které mají antivirový účinek, a tedy potenciál být využity jako protivirové léky.

Jak a kde projekt konkrétně probíhal, jaké metody jste použili?

Vzhledem k náročnosti projektu jej bylo nutné realizovat na třech spoluřešitelských pracovištích – v Laboratoři emergentních virových nákaz, která je společným pracovištěm Výzkumného ústavu veterinárního lékařství v Brně a Parazitologického ústavu Biologického centra AVČR v Českých Budějovicích, a dále v Ústavu biologie obratlovců AVČR ve Valticích (prof. RNDr. Zdeněk Hubálek, DrSc., doc. RNDr. Ivo Rudolf, Ph.D.) a v Ústavu organické chemie a biochemie AVČR v Praze (Mgr. Radim Nencka, Ph.D.). Jednalo se tedy o společné úsilí virologů, odborníků v oblasti medicínské zoologie a medicinálních chemiků. Většina práce se tedy odehrávala převážně v laboratořích organické chemie (syntéza látek) a ve virologických laboratořích.

Vzhledem k tomu, že virus západonilské horečky je nebezpečným patogenem člověka, veškerá práce se životaschopným virem se musí odehrávat v laboratořích s vysokým stupněm biologického zabezpečení (BSL-3). Jedná se o laboratoře s omezeným přístupem, ve kterých je udržován podtlak vzduchu a odsávaný vzduch je filtrován speciálními HePa filtry, které mají póry tam malé, že dokáží zachytit i virové částice. Pracovníci nosí v laboratoři speciální jednorázové obleky a přes hlavu mají kuklu s přívodem vzduchu. Částečně výzkum probíhal i v terénu, kde se kolegové z Ústavu biologie obratlovců věnovali monitoringu výskytu viru západonilské horečky v komárech a izolovali zajímavé nové kmeny viru lišící se svými biologickými vlastnostmi, které byly následně využity v experimentech zaměřených na patogenezi onemocnění a též při testování antivirových látek. Samotné experimenty byly prováděny na buněčných kulturách a s využitím laboratorních myší. Kvůli komplexnosti problematiky není možné veškeré testy na laboratorních zvířatech nahradit alternativními metodami.

V případě testování antivirových látek byly provedeny počáteční pokusy na buňkách a pouze takové látky, které v těchto podmínkách vykazovaly nejlepší antivirový účinek a nejnižší toxicitu, byly následně vybrány pro testování na myších. Pomocí těchto experimentů jsme nakonec identifikovali látku, která vykazovala vysoký léčebný efekt, kdy v případě podání látky přežívalo 90-100 % jedinců infikovaných smrtelnou dávkou viru. Látka kromě toho měla schopnost potlačit množení viru v těle infikovaného organismu a mírnila neurologické příznaky.

RNDr. Martin Palus, Ph.D. při práci ve virologické laboratoři s vysokým stupněm biologického zabezpečení. Foto: Biologické centrum AVČR.

Co bylo v projektu nejtěžší?

Problematika vývoje a testování antivirových látek je mimořádně kompetitivní. Existuje celá řada konkurenčních skupin, které se věnují podobné problematice a mnohdy jde doslova o závod, kdo s daným objevem přijde jako první. Již nejednou se nám stalo, že s tématem, kterému jsme se intenzivně věnovali a které jsme již finišovali, nás předběhla konkurenční skupina. Na druhou stranu vím, jsme zase již několikrát předběhli my je, a to se mnohdy jedná o týmy s lepším zázemím a neporovnatelně většími finančními prostředky na výzkum. Když vypukla epidemie viru Zika, jednalo se doslova o závod. Tehdy nebylo ani jednoduché virus pro pokusy získat, protože virové sbírky byly naprosto zahlceny požadavky z celého světa.

Nám se podařilo virus nakonec získat od spřátelené laboratoře v zahraničí a ihned jsme zahájili testování přednostně látek, u kterých jsme již věděli, že účinkují proti viru západonilské horečky a viru klíšťové encefalitidy – předpokládali jsme, že podobný efekt bude pozorován i proti viru Zika. Znamenalo to pro nás dlouhé večery a víkendy strávené v laboratoři, ale tato strategie se ukázala být správnou. Nakonec jsme své výsledky publikovali jako první na světě, prakticky ve stejný okamžik jako belgická skupina, která identifikovala antivirový efekt proti viru Zika u zcela identické molekuly.

Jak je možné zjištěné informace využít v praxi?

Ne každá látka, která má antivirový účinek, se nakonec stane lékem. V každém případě i pouhý popis antivirového účinku u konkrétní molekuly má svůj smysl. Na základě takového zjištění totiž mohou chemici syntetizovat příbuzné molekuly, mohou se testovat různé možnosti kombinační terapie a podobně. Každé takové zjištění tak otvírá další, dříve netušené možnosti. V našem případě však přesto známe jednu látku, která již má k použití u pacientů relativně blízko. Jedná se o látku, která je v tuto chvíli ve druhé fázi klinického testování u lidských pacientů infikovaných virem žluté zimnice. Naše laboratoř objevila, že tato látka účinkuje i proti viru západonilské horečky, viru Zika a viru klíšťové encefalitidy. Pokud tedy bude nakonec schválená pro terapii žluté zimnice, již bude jen krůček k jejímu použití i pro tyto další flavivirové nákazy. Nezbývá než doufat, že veškeré testy dopadnou dobře.

Daniel Růžek

Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány?

Vývoj a testování potenciálních antivirotik aktivních proti flavivirům i nadále pokračuje. Věnujeme se především viru klíšťové encefalitidy. Problematikou klíšťové encefalitidy se zabýváme i z hlediska poznání patogeneze onemocnění – zajímá nás, jakým způsobem virus proniká do mozku hostitele, jaké konkrétní buněčné typy v mozku virus napadá, jak probíhá imunitní odezva v infikovaném mozku a v periferních tkáních. Snažíme se také nalézt konkrétní geny v genomu pacienta, které předurčují závažnost klinického průběhu klíšťové encefalitidy. Kromě toho pracujeme i na vývoji účinné imunoterapie či post-expoziční profylaxe klíšťové encefalitidy, založené na použití lidských monoklonálních protilátek. V takovém případě by bylo možné aplikovat imunoglobulinový preparát již po odstranění přisátého klíštěte – podání protilátek by pak snížilo riziko rozvoje onemocnění. V tomto směru je náš výzkum ale stále ještě v plenkách.

Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Velmi oceňuji snahu Grantové agentury ČR snížit administrativní zátěž spjatou s řešením projektů. Má dosavadní zkušenost se spoluprací s GA ČR je zcela pozitivní. Systém GRIS je uživatelsky přátelský a jednoduchý.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výsledky projektu mohou výrazně pomoci při vývoji nové generace cílených protinádorových léčiv

Projekt „Polymerní léčiva aktivně směrovaná rekombinantním fragmentem protilátky jako terapeutický nástroj v léčbě GD2 pozitivních nádorů“ pod vedením doktora Milana Fábry z Ústavu molekulární genetiky AV ČR byl zaměřený na transport potenciálně protinádorově působících látek pomocí anti GD2 protilátky. Jednalo se o problematiku onkologického výzkumu, zabývající se přípravou polymerů nesoucích cytostatika aktivně směrovaná fragmentem protilátky k GD2 pozitivním nádorům. Projekt měl velmi kvalitní výstupy – sedm impaktovaných prací, nejvyšší IF 8,867. O detailech jsme si povídali se spoluřešitelem projektu Michalem Pecharem (ÚMCH AV ČR) a se členem týmu Vlastimilem Králem (ÚMG AV ČR).

Proč jste se rozhodl věnovat v projektu právě tomuto tématu?

Oddělení biolékařských polymerů ÚMCH AV ČR se dlouhodobě věnuje výzkumu vodorozpustných polymerních nosičů léčiv, zejména kancerostatik. Jednou z možností, jak výrazně zlepšit vlastnosti protinádorových léčiv je jejich cílené směrování ke konkrétním receptorům (antigenům) na povrchu některých nádorových buněk pomocí vhodného cílícího ligandu, například fragmentu protilátky. V tomto projektu jsme po diskuzi mezi chemiky a biology zvolili cílový antigen GD2, který je hojně zastoupen na mnoha velmi nebezpečných typech nádorů, jako jsou např. melanomy, neuroblastomy či některé lymfomy. Důležitou roli v tomto rozhodnutí hrála i skutečnost, že letitá expertíza v oddělení strukturní biologie ÚMG umožnila připravit plně funkční fragment protilátky antiGD2, který byl použit jako zmíněný cílící ligand.

Můžete laikovi přiblížit, co přesně jste v projektu zkoumali?

Zjednodušeně řečeno, naším hlavním cílem bylo ověřit hypotézu, že polymer, nesoucí protinádorové léčivo a zároveň i cílící ligand, bude při léčbě nádorů, obsahujících příslušný receptor, například GD2, účinnější než nesměrovaný polymer, nesoucí pouze samotné léčivo. Zároveň jsme chtěli potvrdit domněnku, že pro směrování není nutné navázat na polymer celou protilátku, ale stačí použít pouze její fragment připravený pomocí metod genového inženýrství. Tyto metody nám totiž umožňují připravit fragment protilátky vhodný pro zcela definovaný způsob připojení k polymernímu nosiči.

Jak projekt konkrétně probíhal?

Chemici z ÚMCH připravili polymerní nosiče s protinádorovými léčivy, případně s fluorescenčními značkami, které usnadňují sledování dalšího osudu polymerních léčiv v buňkách či laboratorních myších. K některým polymerním léčivům také připojili směrující ligandy buď kovalentní chemickou vazbou, případně vhodnou nekovalentní vazbou. Biologové z ÚMG připravili fragmenty protilátek „na míru ušité“ pro navázání na polymer a pro jeho následné cílení do nádorů. Dále prováděli veškeré biologické testování připravených polymerních léčiv na buněčných kulturách pomocí fluorescenční konfokální mikroskopie a průtokové cytometrie. Nakonec byla ověřována protinádorová účinnost připravených preparátů i na laboratorních zvířatech s různými nádorovými modely a sledována doba přežití léčených a neléčených zvířat a případné vedlejší účinky léčby.

(zleva): Michal Pechar, Robert Pola, Irena Sieglová, Vlastimil Král, Milan Fábry

Co bylo v projektu nejobtížnější?

Asi nelze jednoznačně určit, která část projektu byla nejtěžší. V každé fázi projektu to bylo něco trochu jiného a určitě bude jiný pohled chemika a biologa. Obtížná je například příprava dostatečného množství materiálu v laboratorních podmínkách a naplánování testů in vivo na myších modelech.

Bude možné získané poznatky využít v praxi?

Ačkoliv se jedná o projekt základního výzkumu, který neměl za cíl uvést do praxe žádný nový výrobek nebo technologii, výsledky získané při řešení projektu mohou výrazně pomoci při vývoji nové generace cílených protinádorových léčiv. Takovým konkrétním výsledkem je například zjištění, že směrování polymerního léčiva fragmentem protilátky může několikanásobně zvýšit specifickou toxicitu léčiva vůči určitému typu nádoru.

 Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány?

Pokračujeme ve výzkumu nových cílených polymerních terapeutik a diagnostik. Tento rok žádáme o grant, který by nám umožnil další rozšíření současné tématiky, která se nám jeví velmi slibná. Tak uvidíme, jak dopadneme…

 Jak jste spokojen se systémem GRIS a s ním spojenou administrativou?

Systém GRIS zaznamenal v posledních letech po technické stránce jisté zlepšení. V dřívějších dobách neustále padal, byl v průběhu kritického časového období často nedostupný, takže podávání aplikace celkově vyžadovalo notnou dávku psychické odolnosti. Zde je tedy patrný zřetelný posun k lepšímu. Taktéž pracovníci helpdesku GA ČR jsou vstřícní a ochotně pomáhají. Daleko větším problémem než samotná aplikace GRIS, je však celý systém financování základního výzkumu v ČR. To by vydalo na samostatnou knihu…

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY