Trypanosomy vpíchnuté do krve hmyzem dokáží porazit triliony buněk v lidském těle. V minulosti parazitovaly také v krvi dinosaurů

Projekt „Hem: potenciální hlavní regulátor u trypanosomatidů“ získal doporučení k udělení Ceny předsedkyně GA ČR za velký přínos pro rozvoj molekulární parazitologie, zaměřenou na studium bičivek. Projekt svým přesahem řešil také obecné otázky biodiverzity a jeho výsledky zasahují do mnoha oborů, včetně parazitologie, biochemie, molekulární biologie a tropické medicíny. Většina výstupů byla v dobrých časopisech v daném oboru, několik výstupů bylo i ve špičkových časopisech, jejichž impaktní faktor převyšuje 9. Výsledky byly publikovány ve 26 výstupech zahrnujících původní vědecké studie i přehledové články – např. J. Biol. Chem., Sci Rep., PLoS One, PLoS Pathogens, PNAS, Current Biology, Nucleic Acids Research a další. O projektu jsme si povídali s jeho řešitelem, profesorem Juliem Lukešem z Biologického centra AV ČR.

Proč se váš tým věnoval právě tomuto tématu?

Jedná se o dlouhodobý záměr naší laboratoře, trypanosomy jsou naše srdeční záležitost.

Můžete více rozvést, co jsou trypanosomy?

Trypanosomy jsou jednobuněční paraziti způsobující vysoce závažná až smrtelná onemocnění člověka, zejména spavou nemoc, leishmaniózu a Chagasovu chorobu. Ročně těmito nemocemi onemocní mnoho set tisíc lidí.

V čem jsou tito prvoci výjimeční?

Trypanosomy patří k vývojově nejstarším eukaryotickým organismům s celou řadou jedinečných buněčných mechanismů, které jim umožňují unikat imunitní odpovědi. Jinými slovy – několik trypanosom, také zvaných krevní bičíkovci, vpíchnutých do naší krve hmyzím přenašečem nakonec porazí triliony našich buněk, které se jim postaví.

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

Snažili jsme se přijít na to, co umožňuje trypanosomě být vpravdě ďábelským parazitem.

V čem se trypanosomy odlišují od jiných parazitů?

Zvláštností trypanosom je, že je na nich téměř všechno zvláštní. Je zřejmé, že se minimálně poslední půl miliardu let vyvíjely odděleně od ostatních organismů a že po celou dobu vylepšovaly své parazitické strategie. Je doložené z jantaru, že parazitovaly již v krvi dinosaurů a vypadaly úplně stejně jako dnes.

Troufnu si dodat jako perličku, že ten nejzajímavější objev v rámci tohoto grantu stále ještě čeká na publikování, ale již byl představen formou přednášky na žhavé půdě Oxfordské univerzity. V rámci našeho výzkumu jsme s vysokou pravděpodobností objevili mechanismus, který zásadním způsobem odlišuje původce rychle usmrcující západoafrické spavé nemoci od poněkud méně patogenní, ale rovněž smrtelné trypanosomy odpovědné za východoafrickou spavou nemoc. Jelikož chceme jít do špičkového časopisu, musí být příběh kompletní, a ještě doděláváme některé pokusy.

Co objev tohoto mechanismus konkrétně znamená, v čem je jeho význam?

Upřímně řečeno, ačkoli se všude snažím popularizovat vědu, hlavní principy našeho objevu není snadné v pár větách sdělit. Snad lze alespoň říct, že jsme přišli na to, jak si trypanosoma bere z hostitele v různých formách železo, které je pro její přežití zásadní.

Na řešení projektu se podílel tým složený z osmi národností (ČR, Venezuela, USA, Kolumbie, Rusko, Indie, Ukrajina a Francie). Pro úspěch grantu byla zásadní naprosto špičková spolupráce s laboratoří prof. Vyacheslava Yurchenka z Ostravské univerzity. Právě rozdělení linií výzkumu a intenzivní komunikace a výměna výsledků, ale i vzájemné návštěvy členů obou laboratoří představovalo tu správnou směs.

Bude možné zjištěné informace využít v praxi?

Onen stále nepublikovaný výsledek má významné implikace, jelikož jeden druh trypanosom není schopen přijímat hemin, což může být důvodem jeho snížené patogenity pro člověka. Troufám si tvrdit, že pro klinický výzkum může tento výsledek být významný.

Znamená to, že je šance, že bychom dokázali spavou nemoc účinněji léčit?

Dobrou zprávou je, že se v příštím roce dostane na trh lék, od něhož se očekává prakticky vymýcení africké spavé nemoci. Situace je ale poměrně nepříznivá u jihoamerické Chagasovy choroby a leishmanióz, jimiž trpí něco přes 10 milionů lidí v řadě tropických zemí a účinné léky nejsou na obzoru. Náš objev je potenciálně pro výzkum nových léků důležitý.

Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány?

V současné době pracujeme asi na dalších 20 projektech.

A konkrétně v oblasti zkoumání trypanozom?

Jsou to poměrně specializované výzkumy působení různých bílkovin, ale také se zabýváme trypanosomami, které působí těžká onemocnění palem či ryb. Tím, že studujeme, jak funguje buňka trypanosomy, jako bychom se dívali zpátky do minulosti alespoň půl miliardy let.

Koncentrace hormonů na odtoku z čistíren odpadních vod v ČR zatím nedosahují tak vysokých hodnot, jako v jiných evropských či asijských státech

V komunálních odpadních vodách, které byly v minulosti považovány za poměrně snadno čistitelné, se ve stále větší míře objevují látky, které boří tyto zavedené mýty. Významnou skupinu těchto látek představují progestiny (či progestageny), které jsou obsaženy například v hormonální antikoncepci, ale i v jiných hormonálních preparátech, což je předurčuje k velmi širokému terapeutickému využití. S tím potom souvisí i jejich zvyšující se výskyt v komunálních odpadních vodách. Tyto látky mnohdy procházejí čistírnami odpadních vod bez výraznějších změn. Díky tomu se dostávají do povrchových vod, kde již byl jejich výskyt v různých částech světa prokázán. Informace o výskytu syntetických progestinů byly však dosud spíše útržkovité. Tým pod vedením docentky Hany Kocour Kroupové z Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích začal v rámci projektu Grantové agentury České republiky tyto látky systematicky sledovat. Projekt pod názvem Výskyt a osud syntetických progestinů ve vodním prostředí a jejich vliv na ryby trval tři roky a dosáhl výborných výsledků.

Už se někdo v minulosti sledováním syntetických progestinů zabýval?

Systematické sledování se před započetím našeho projektu neprovádělo, ačkoli syntetické progestiny mohou představovat velké riziko, a to nejen pro vodní organismy. Jedná se totiž o látky, které svou povahou napodobují přirozeně se vyskytující hormony a jejich nekontrolovaný vstup do organismu může vážným způsobem narušit stávající hormonální rovnováhu, o dalších vedlejších účincích těchto preparátů nemluvě.

Kde výzkum probíhal?

Probíhal jak v terénu, tak i v laboratorních podmínkách. Při mapování výskytu syntetických progestinů a s nimi souvisejících hormonálních aktivit jsme se zaměřili na „rizikové“ lokality, ke kterým patří odtoky z čistíren komunálních odpadních vod a dále místa pod zaústěním vyčištěných odpadních vod do povrchových vod, kde dochází k jejich naředění. V těchto místech byly odebírány vzorky vody k analýzám. Souběžně s monitoringem výskytu syntetických progestinů v povrchových vodách byly prováděny laboratorní pokusy, jejichž cílem bylo sledovat hormonální aktivity těchto látek in vitro a jejich vliv na ryby in vivo.

Proč jste se rozhodli v projektu zkoumat právě toto téma?

Během několika posledních desetiletí byly shromážděny důkazy o tom, že některé sloučeniny, které se dostávají do životního prostředí, mohou negativně ovlivňovat endokrinní systém volně žijících živočichů i lidí. Tyto látky začaly být souhrnně označovány jako endokrinní disruptory. Jednou z nejvíce sledovaných látek ze skupiny endokrinních disruptorů je 17α-ethinylestradiol, který je součástí většiny perorálních antikoncepčních přípravků. Bylo prokázáno, že tato látka hrála mimo jiné významnou roli při indukci intersexu u volně žijících sladkovodních ryb v řekách ve Velké Británii, a dokonce způsobila kolaps populace divokých ryb v sedmiletém experimentu, který byl prováděn na jednom z kanadských jezer. Poněkud v pozadí zájmu však dosud zůstávaly syntetické progestiny, které představují další důležitou ingredienci hormonální antikoncepce, a jejichž spotřeba je dokonce vyšší než u výše zmíněného 17α-ethinylestradiolu.

Klíčoví členové týmu juniorského projektu GAČR. Zleva doprava: Christoph Steinbach, Ph.D., Pavel Šauer, Ph.D., Alžběta Stará, Ph.D., Ing. Marie Šandová.

Jak projekt probíhal?

Aby bylo možné monitorovat výskyt progestinů ve vodním prostředí ČR, bylo nutné nejdříve vyvinout citlivou, a hlavně spolehlivou analytickou metodu. Tato metoda byla vyvinuta ve spolupráci s pracovní skupinou doc. Romana Grabice, Ph.D. z Laboratoře environmentální chemie a biochemie z naší fakulty. Jedná se o poměrně unikátní metodu, jejíž předností je, že postihuje všechny progestiny předepisované v jedné zemi. Dosud prováděné analýzy totiž zahrnovaly pouze několik vybraných progestinů bez ohledu na jejich spotřebu v dané zemi. Navíc, některé progestiny byly analyzovány vůbec poprvé. Na tomto místě je třeba vyzdvihnout také citlivost metody, neboť hodnoty limitu kvantifikace (LOQ) se pohybují v rozmezí od 0,02 do 0,87 ng/l.

Dalším důležitým úkolem byl výběr citlivého a spolehlivého in vitro biotestu vhodného pro sledování hormonálních aktivit vzorků vody odebraných na rizikových lokalitách, i čistých látek (progestinů). Volba v tomto případě padla na komerčně dostupné reportérové in vitro biotesty řady CALUX (BioDetection Systems, Nizozemí), které se nám velmi osvědčily.

Dále jsme prováděli dlouhodobé laboratorní experimenty na dvou modelových druzích ryb. Cílem těchto testů bylo zjistit, do jaké míry ovlivňují vybrané syntetické progestiny vývoj pohlavního ústrojí ryb a zda jsou schopné ovlivnit reprodukční chování a v konečném výsledku i plodnost ryb.

Překvapilo vás něco?

Překvapilo nás, že i relativně nízká koncentrace syntetického progestinu, v jednotkách nanogramů na litr, může významně ovlivnit nejen reprodukční chování ryb, ale dokonce jejich reprodukci úplně inhibovat. Dalším zajímavým faktem bylo zjištění, že expozice binární směsi syntetických progestinů o nízké koncentraci (opět jednotky ng/l), ale už ne jednotlivým látkám o stejné koncentraci, vedla k výraznému zvýšení podílu hermafroditních ryb (intersexu). Na tomto místě bych chtěla zdůraznit, že v životním prostředí jsou organismy vystavovány právě směsím různých polutantů a bez detailnějších studií lze těžko odhadnout, jak se účinky jednotlivých polutantů budou ve směsi projevovat. A proto pokud jednotlivé látky v laboratorních podmínkách nezpůsobí žádné negativní změny, neznamená to, že se tak budou tyto látky chovat i ve směsích. Tento fakt je potřeba mít na paměti při hodnocení „bezpečnosti“ či rizikovosti výskytu polutantů v životním prostředí. Je samozřejmé, že v těchto souvislostech daný problém nabývá ohromných rozměrů.

V rámci řešení projektu jsme naštěstí dospěli i k jednomu pozitivnímu zjištění, které nás velmi potěšilo. Provedený monitoring výskytu progestinů totiž ukázal, že koncentrace sledovaných hormonů na odtoku z českých čistíren odpadních vod zatím nedosahují tak vysokých hodnot, jaké byly zaznamenány v jiných evropských či asijských státech. Ale vzhledem k neustále narůstající spotřebě hormonálních preparátů a k jejich rozšiřujícímu se spektru je třeba věnovat této problematice i nadále patřičnou pozornost.

Technička Ing. Marie Šandová při provádění in vitro biotestu pro sledování hormonálních aktivit syntetických progestinů a vzorků vody.

Jak mohou být získané informace využity v praxi?

Myslím si, že naše poznatky o výskytu a toxikologických vlastnostech syntetických progestinů by se mohly stát podkladem pro státní či evropské regulační orgány, které nastavují kritéria pro hodnocení kvality vody. Podle mého názoru by bylo vhodné rozšířit soubor polutantů, které jsou sledovány jako ukazatele jakosti povrchových vod, o některé vybrané progestiny.

Podařilo se v projektu naplnit cíle, které jste si stanovili?

Hlavní cíle projektu se nám naplnit podařilo. Nicméně v průběhu projektu vyvstalo několik dalších otázek. Zaujal nás například fakt, že vzorky vody z některých lokalit České republiky vykazují relativně silnou anti-progestagenní aktivitu. Dosud však není jasné, jaké důsledky by mohla mít taková aktivita pro vodní organismy. Dle mého názoru, je to jedna z otázek, na kterou bychom měli v budoucnu hledat odpověď.

Na čem dalším zajímavém nyní pracujete? Jaké další výzvy/mety máte před sebou?

V současné době se věnujeme screeningu (anti-)thyroidních aktivit ve vodním prostředí a hledání látek, které jsou nositeli těchto aktivit. Jedná se o látky (aktivity), které mohou negativně ovlivňovat činnost štítné žlázy, a to jak u lidí, tak u vodních organismů. Vzhledem k relativně vysoké prevalenci onemocnění štítné žlázy v lidské populaci, považujeme toto téma za velmi důležité. Jinak, nyní mám před sebou jeden velký úkol, tentokrát však zcela jiné povahy. Před nedávnem se nám totiž narodil další potomek.

Vědci hledali odpověď na otázku, zda je možné nalézt jeden systém popisující všechny jazyky světa

Anotované korpusy představují důležitý zdroj dat pro řadu úloh počítačové lingvistiky i počítačového zpracování přirozeného jazyka. Dnes už jsou k dispozici pro celou řadu jazyků, byť pro některé jazyky jen v malém množství. Bohužel tyto korpusy byly vyvíjeny mnoha různými týmy za rozdílných podmínek, případně i s odlišnými cíli. Vzájemně neslučitelná rozhodnutí učiněná při návrhu anotačních schémat velmi komplikují až znemožňují jakákoli mezijazyková srovnání nebo zpracování vícejazyčných dat. Tento problém se rozhodl vyřešit tým pod vedením RNDr. Daniela Zemana, Ph.D. V rámci projektu GA ČR „Morfologicky a syntakticky anotované korpusy mnoha jazyků“ se zaměřil 1) na zkoumání jevů zachycených v existujících korpusech pro desítky různých jazyků; 2) hledání univerzálně použitelné anotace pro jednotné zachycení všech těchto jevů a 3) posouzení vhodnosti alternativních závislostních struktur pro počítačové zpracování přirozených jazyků, zejména pro syntaktickou analýzu. 

Když si laik přečte název projektu, příliš mu to neřekne – můžete popsat, o co v projektu šlo? Co jste chtěli zjistit?
Obor, ve kterém pracuji, se nazývá „počítačová lingvistika“. Jak už název napovídá, leží na pomezí jazykovědy a informačních technologií. Práce, které se věnoval náš tým, je důležitá jednak pro výzkum přirozených jazyků jako takových, tedy pro lingvistické bádání, a jednak pro návrh počítačových algoritmů, které pracují s textem v přirozeném jazyce a do určité míry mu „rozumí“. V obou případech je hlavním materiálem takzvaný korpus, tedy velké množství autentických jazykových dat, v našem případě hlavně textových, do kterých byly přidány lingvistické anotace, tedy například informace o základním tvaru slova, slovním druhu nebo o stavbě věty. Příprava korpusů je náročná činnost, takže jsou k dispozici jen pro malé množství jazyků. To v důsledku brzdí i nasazování jazykových technologií na nové jazyky. Kromě toho, a to byl hlavní předmět našeho zájmu, anotace nejsou nijak standardizované, takže existující korpusy se jeden od druhého velmi lišily v tom, jaké informace o jazyku z nich zjistíme a jak jsou tyto informace uspořádány. Nás tedy zajímalo, zda lze nalézt jeden systém, kterým by bylo možné popsat všechny jazyky světa, tak aby vynikly jejich podobnosti i rozdíly.

Jak práce na projektu probíhala?
Pro vnějšího pozorovatele bychom poskytovali dost nudný obraz. Člověk sedící u počítače, případně hledící do knihy nebo diskutující s jiným člověkem, nejčastěji ale to první. Při zpracování elektronických dat a při testování jazykových technologií jsme se neobešli bez programování, což pro členy řešitelského týmu nebyl problém. Pro mě osobně však bylo mnohem zajímavější zjistit, jak pestrá je škála prostředků, které používají různé světové jazyky ke komunikaci. Tady jsme museli leccos nastudovat z literatury – i když všichni zvládáme několik jazyků, záběr projektu byl mnohem širší. Poslední a nejdůležitější, chcete-li, „pracovní postup“ tedy spočíval v mezinárodní spolupráci. S kolegy ze zahraničí jsme zorganizovali celosvětovou síť výzkumníků, kteří stejně jako my chtěli dosáhnout jednotného popisu jazykového systému a aplikovat ho na co možná největší počet jazyků. Dnes máme data pro více než 80 jazyků, včetně některých vymřelých nebo relativně exotických, a to číslo nadále roste.

Proč jste se rozhodli pustit právě do tohoto tématu?
V oblasti strojového porozumění lidské řeči se dlouhou dobu dělaly pokusy pouze s angličtinou, což někdy vedlo k postupům, které příliš spoléhají na některá specifika tohoto jazyka. A každý Čech, který se učil anglicky, zná nejméně jeden jazyk, jehož specifika jsou dost odlišná – totiž svůj vlastní. My máme sedm pádů a o dost volnější slovosled, zato máme jen tři slovesné časy a nemáme členy. Mohli bychom tedy navrhovat metody, které budou optimalizované pro češtinu, mnohem zajímavější a efektivnější však je hledat obecný model jazyka, který nebude zvýhodňovat ani češtinu ani angličtinu a teprve z dat – tedy z korpusu – se naučí, jak který jazyk funguje. Jak jsem ale už zmínil, existující korpusy byly „každý pes jiná ves“ a pro většinu jazyků neexistovaly vůbec. S tím jsme se rozhodli něco udělat.

RNDr. Daniel Zeman, Ph.D. (uprostřed) při přebírání ocenění organizace META-NET za příspěvek k multilingvální informační společnosti v Evropě, Lisabon červen 2016.
Zdroj: archiv Daniela Zemana

Jaké metody jste použili?
Začínali jsme s korpusy, které už existovaly, a snažili jsme se jejich anotace sjednotit. Přitom jsme se museli poprat s tím, že lingvistická tradice a terminologie se v jednotlivých zemích liší. Když vám dejme tomu Bulhar řekne, že nějaké slovo je zájmeno, nemusí to ještě znamenat, že český ekvivalent toho slova bude zájmeno podle našich pravidel. Tohle byla asi největší výzva, která se v různých obměnách opakovala: podle čeho určím, že určitý jazykový jev je shodný s jevem v jiném jazyce, přestože je tradiční gramatiky těchto jazyků označují různými termíny? Na takové otázky neexistuje jedna exaktní odpověď, kterou by šlo „vypočítat“. Proto jsme opakovaně diskutovali s našimi zahraničními kolegy, znalci různých jazyků, zkoumali jsme lingvistickou literaturu i příklady v datech a tyto poznatky konfrontovali. Výsledkem je určitý kompromis, zažité národní termíny musely někdy ustoupit termínům převzatým z jiných jazyků.

Překvapilo vás něco v průběhu projektu?
Určitě jsme nepředvídali takovou míru mezinárodní spolupráce, netušili jsme, že se podaří vytvořit tak velkou komunitu. Když se rozkřiklo, že máme velkou sbírku jazyků anotovaných jednotným způsobem, vznikl jakýsi lavinový efekt. Sami se nám hlásí další lidé, kteří chtějí přispět. Přijde třeba e-mail od doktoranda v Norsku, který říká: „Pocházím ze Senegalu a všiml jsem si, že ještě nemáte data pro můj rodný jazyk, wolofštinu. Když mi poradíte, kde začít, rád bych vytvořil wolofský korpus.“ Tohle obohacuje obě strany. My se díky němu dozvíme o vlastnostech wolofštiny, které mimochodem zrovna dost vybočují z toho, co jsme doposud viděli u jiných jazyků. On má díky naší předchozí práci mnohem snadnější pozici, než kdyby začínal od nuly, protože může využít existující nástroje a postupy. A na digitální scénu se takhle dostávají jazyky, kterým bych před pěti lety nedával moc šancí.

Jak dlouho jste na projektu pracovali a kolik lidí se na něm podílelo?
Projekt oficiálně běžel tři roky, a ještě další rok jsem pracoval na knize, která shrnovala jeho výsledky. Celá ta myšlenka je ale starší, částečně jsme na ní pracovali už v době, kdy jsme poprvé žádali GA ČR o podporu, tedy o rok a půl dříve. Pokud jde o počet lidí, pražský tým měl tři členy, kteří na tomto projektu měli dohromady 1,1 úvazku. To je ale jen ta „účetní“ odpověď. Jak už jsem řekl, vtáhli jsme do děje spoustu dalších lidí, lingvistů, informatiků, profesorů i studentů ze všech koutů světa. Lidí, kteří tak či onak přispěli, je dnes více než 300.

V čem pro vás byla hlavní výzva?
Asi to, co už jsem zmínil výše: rozpoznat, že dva jevy v různých jazycích jsou si dostatečně podobné, abychom mohli mluvit o stejném jevu. Dohodnout se se znalci jiného jazyka na společné terminologii. A současně nezajít příliš daleko, aby to nakonec nevypadalo, že všechny jazyky jsou stejné, protože to rozhodně nejsou a ani pro lingvisty by takový materiál nebyl ničím zajímavý.

Jak finančně byl projekt náročný? Je těžké na podobné projekty získat finanční prostředky?
Celková podpora činila něco přes 3 milióny korun na 3 roky. Není to mnoho, počítačové vybavení už jsme měli, pokryli jsme tím část svých úvazků, odbornou literaturu a cesty na konference, kde jsme se mohli potkávat s kolegy ze zahraničí. Přesto získání grantu není úplně jednoduché, my jsme podávali návrh dva roky po sobě, a i když posudky byly už první rok velmi pozitivní, na financování jsme dosáhli až druhý rok. Konkurence je prostě veliká a není mnoho míst, kde lze o podporu takového projektu žádat. Mluvíme tu o základním výzkumu, kdybychom místo toho vyvíjeli produkt, který by se přímo prodával zákazníkům, asi by potenciálních zdrojů financí bylo víc.

Jak mohou být získané informace využity v praxi? Můžete uvést nějaké konkrétní příklady, které by to přiblížily laikovi?
Tak třeba kontrola gramatiky v textovém editoru. Aby vám počítač mohl vynadat, že „ženy přišli“ je špatně, nestačí mu slovník, protože obě ta slova existují a sama o sobě jsou v pořádku. Musí rozumět stavbě věty. A existují algoritmy, které ho to dokážou „naučit“ pomocí právě takových korpusů, na které jsme se zaměřili v našem projektu. Jiným příkladem je vyhledávání informací na internetu, a teď nemám na mysli pouze zadávání dotazů do vyhledávače, ale třeba bezpečnostní nebo finanční analytiky. Pokud se makléř doslechne, že saúdský princ upadl v nemilost, dost možná z toho vyvodí nějaký budoucí vliv na ceny ropy a přizpůsobí tomu své obchody. Pokud ale jeho počítač monitoruje arabský tisk, tuto informaci zachytí a zareaguje na ni v reálném čase, může pro dotyčného makléře realizovat obchody dříve, než podobné závěry udělá konkurence.

Podařilo se v projektu naplnit cíle, které jste si stanovil?
Řekl bych, že nejen naplnit, ale i výrazně překonat.

Jakou roli v projektu hrál GA ČR?
Významnou. Sice bychom se tomuto tématu asi snažili věnovat i bez cílené finanční podpory, ale musíme z něčeho živit rodiny, takže bychom pravděpodobně pracovali na něčem jiném a na tento projekt by zbývalo minimum času. Určitě bychom nebyli tam, kde jsme dnes.

Na čem dalším zajímavém nyní pracujete? Jaké další výzvy/mety máte před sebou?
I nadále pracuji s daty, která jsme v rámci zmiňovaného projektu sesbírali. Ale zatímco v projektu šlo především o gramatickou stavbu věty, teď se snažím jít více do hloubky a sledovat, jak se gramatika promítá do skutečného významu sdělení. Jeden jednoduchý příklad za všechny: když řeknu věty „Pes kousl mého syna“ a „Můj syn byl kousnut psem“, gramatika nám řekne, že podmět první věty je „pes“ a podmět druhé věty je „můj syn“. Jenže v obou případech to byl pes, kdo kousal, nikoli můj syn. Pokud mají stroje rozumět přirozenému jazyku, musí si poradit i s tímhle.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Projekt přispěl k poznání komplexních kontrolních mechanismů zajišťujících stabilitu genomu

Projekt má mimořádný přínos nejen pro oblast epigenetiky rostlin. Výsledky přesahují rovněž do oblasti humánní epigenetiky a klinické medicíny. Mimořádnou kvalitu výsledků projektu dokumentuje také skutečnost, že ze 14 publikací v časopisech s IF je 11 v 1. kvartilu příslušné kategorie, z toho pak 5 v 1. decilu. Taková je stručná charakteristika projektu Grantové agentury ČR Faktory genomové stability u mechu a vyšších rostlin. O detailech projektu jsme si povídali s jeho řešiteli prof. RNDr. Jiřím Fajkusem, CSc., z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity a RNDr. Karlem Angelisem, CSc., z Ústavu experimentální botaniky AV ČR.

Můžete popsat, co bylo hlavním cílem projektu, který jste společně řešili?

Karel Angelis (KA): Faktory znamenají v našem případě enzymy, podpůrné proteiny a mechanismy opravy DNA, které zajišťují „mechanickou“ neporušenost – stabilitu genomové DNA tak, aby mohla sloužit jako templát pro svoji replikaci a průchod buněčným cyklem.

Jiří Fajkus (JF): K poškození DNA dochází z řady různých vnějších i vnitřních příčin. Mezi nejrizikovější fyziologické procesy patří v tomto směru právě kopírování genetické informace, tedy replikace. Pro každý organismus, ať už jde o člověka nebo rostlinu, je důležité zachování jeho genetické informace bez potenciálně škodlivých mutací a ztrát. Opravu poškození genomu – tedy poškozené DNA v chromozomech – má v buňkách na starosti hned několik biochemických drah, tvořených zmíněnými faktory, které zajišťují rozpoznání poškození a jeho následnou opravu.

KA: Pro laika, jde o obdobu přetrženého magnetofonového pásku, který znovu slepíme tak, že ho lze znovu přehrát a v místě původního poškození můžeme slyšet nějaké to zapraskání.

JF: Ke ztrátě části genetické informace však může docházet také v důsledku neúplného kopírování konců chromozomů, tzv. telomer. Následné zkracování chromozomů může kompenzovat enzymový komplex zvaný telomeráza. Naopak činnost zmíněných opravných systémů je na telomerách blokována specifickými bílkovinami, aby nebyly přirozené konce chromozomů mylně pokládány za neopravené chromozomální zlomy. V projektu nám tedy šlo o objasnění vzájemných vztahů mezi opravnými mechanismy a regulací údržby telomer. Věnovali jsme se také úloze sestavování chromatinu ve stabilitě chromozomů, protože DNA ve všech základních fyziologických procesech, kam patří replikace, transkripce a rekombinace, nevystupuje jako čistá nukleová kyselina, nýbrž jako supramolekulární komplex s histony a dalšími makromolekulami – tedy to, čemu říkáme chromatin.

Mech je pro kometový test ideální I.

Proč jste se rozhodli v projektu zkoumat právě toto téma?

JF: Protože jde o téma závažné z hlediska zachování životaschopnosti buněk a organismů. Téma úzce spojené s problematikou stárnutí a patogeneze závažných onemocnění. Dále proto, že v uvedené problematice mají oba výzkumné týmy, zúčastněné na projektu, prokazatelnou expertízu. Zkušenosti a orientace v dané problematice umožňují nejen zacílit výzkum na skutečně aktuální otázky, ale je to také významné hledisko při posuzování, zda je projekt vhodný k financování

 

Jak projekt probíhal? Jaké metody jste použili?

KA: Pracovali jsme v laboratořích a v kancelářích na počítačích. Rostliny – v našem případě huseníček (Arabidopsis thaliana) a mech (Physcomitrella patens) pěstujeme v růstových komorách za přesně kontrolovaných podmínek. Specifikem naší laboratoře je detekce přímého poškození DNA oproti většinovému studiu doprovodných dějů, které jsou snáze měřitelné. V posledních letech výlučně používáme tzv. kometový test, pro který je po metodické stránce mech (Physcomitrella patens) téměř ideální objekt.

JF: V naší části projektu jsme používali metody stanovení aktivity a exprese telomerázy, měření délky telomer nebo třeba stanovení počtu kopií genů pro ribozomální RNA (rDNA), a to jednak pomocí kvantitativní polymerázová řetězová reakce, jednak analýzou genomických dat. Používali jsme ale také např. fluorescenční mikroskopii, která umožnila potvrdit a vizualizovat tzv. vázané uspořádání 5S a 45S rDNA lokusů.

Obrázek standardních a mutantních rostlin Arabidopsis thaliana v květináčcích.

 Překvapilo Vás něco v průběhu projektu? Bylo tam něco, co jste nečekali?

KA: To by bylo špatné. Profesor B. Strauss, u kterého jsem byl na postdoktoranském pobytu na Chicagské universitě, vždy říkal „nemám rád neočekávané výsledky, neboť to ukazuje, že pokus nebyl náležitě promyšlen“. A tímto doporučením se snažím řídit. Na základě předchozích zjištění se výsledky, byť nové, daly předvídat.

JF: Pracovní hypotézy a experimenty by měly být nastaveny tak, aby potvrdily nebo vyvrátily předvídatelné varianty možných řešení. Překvapení ale mohou být různého typu. Obecně vzato, není dobré, když vás během řešení projektu „překvapí“, že dosud fungující metoda fungovat přestala a vy nevíte proč, i když i to se stává. Naštěstí se ale konala i jiná překvapení. Je třeba říci, že pokud by se výsledky daly předem dobře odhadnout, nebyla by ta práce ani zajímavá a je otázkou, zda by ji mělo smysl financovat jako základní výzkum. Je pochopitelné, že dobrý odhad možných variant výsledku umožní lépe navrhnout pokus a ušetřit čas i peníze. Ale v základním výzkumu jsou překvapení spíše pravidlem a každopádně významnou motivací pro lidi, kteří se mu věnují.

 

Jaká konkrétní „překvapení“ byla v rámci vašeho projektu?

JF: Ukázalo se například, že ztráta funkce proteinu RTEL1, který je důležitým negativním regulátorem oprav prostřednictvím tzv. homologní rekombinace a umí odstraňovat různé neobvyklé struktury na DNA, má pro údržbu telomer velmi podobné důsledky u mechu jako u člověka, kde způsobuje velmi závažné vrozené onemocnění. Tento projev je ale velmi odlišný od toho, co bylo pozorováno u nejznámější modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Jinak řečeno, dvě modelové rostliny se v tomto ohledu liší víc, než mech a člověk. Takže tohle trochu překvapivé zjištění jen znovu ukazuje, proč je nezbytné pracovat paralelně na více modelových systémech, pokud chceme výsledky zobecňovat. Nebo jiný příklad: v rámci studia sestavování funkčního komplexu rostlinné telomerázy jsme zjistili, že se tohoto procesu v Arabidopsis účastní podobné proteiny jako u člověka – rostlinné homology proteinů pontin a reptin. Jejich interakce s telomerázou však nejsou na rozdíl od situace u člověka a dalších savců přímé, nýbrž jsou zprostředkovány tzv. TRB proteiny, které jinde než u rostlin nebyly nalezeny. Proces sestavování telomerázy u rostlin je tedy odlišný a jinak regulovaný, ačkoli většina zúčastněných „hráčů“ je stejná.

 Mech je pro kometový test ideální II.

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

JF: Projekt trval jakožto standardní projekt GA ČR tři roky. Je ale třeba současně dodat, že vstupní poznatky a rostlinný materiál, zejména některé mutantní linie mechu a Arabidopsis, jsme měli k dispozici již z předchozího projektu GA ČR, který jsme řešili rovněž ve spolupráci s týmem Karla Angelise. Specifikovat počty zúčastněných lidí není úplně snadné, i když formálně to lze vyčíst z každoročních zpráv o řešení projektu s přesností na desetiny úvazku. V našem týmu šlo průběžně o 6 pracovníků s pracovní kapacitou 0,2-0,7 úvazku, a v týmu K. Angelise o 4 osoby. Projektu se účastnili ve značné míře také studenti a stážující postdoktorandi. Tím pádem se během tří let trvání postupně měnilo i složení týmů, zejména v týmu z Masarykovy univerzity.

 

V čem pro vás byla hlavní výzva? Co jste, abyste se dopracovali k cíli, museli překonat?

KA: V některých chvílích bylo největší výzvou zbavit se kontaminace a rozpěstovat nové kultury mechu.

JF: O překvapeních, kdy nějaká metoda přestane fungovat, už tu byla řeč. V našem případě se to stalo u obyčejné polymerázové řetězové reakce, pomocí které jsme chtěli získat mezerník mezi kódujícími oblastmi pro 5S rDNA a 45S rDNA u mechu. Nakonec se to s nějakými přísadami jakžtakž povedlo. Následně se ukázalo, že potíže pramenily z toho, že v mezerníku je oblast tvorby velmi stabilních čtyř- řetězcových struktur DNA, které možná působí jako regulační faktor. Tyto tzv. G4 struktury umí totiž zmíněný protein RTEL1 rozplétat, a když k tomu nedojde, zablokují kopírování nebo přepis DNA. Jsou tedy i pravděpodobnou příčinou ztrát části kopií rDNA, kterou jsme u příslušných mutantů pozorovali. Takže ty problémy se nakonec ukázaly jako docela užitečné pro pochopení našeho problému.

 

Jak mohou být získané informace využity v praxi? Můžete uvést nějaké konkrétní příklady, které by to přiblížily laikovi?

JF: Projekt přinesl řadu nových informací o funkci bílkovin RAD51 a RTEL1, o sestavování komplexu telomerázy nebo o významu komplexu CAF1 (Chromatin Assembly Factor-1), který nově syntetizovanou DNA sbaluje s komplexy bílkovin zvaných histony do struktury chromatinu. To všechno jsou faktory, které najdeme napříč všemi říšemi organismů, včetně člověka, a které hrají významnou úlohu v udržování stability jejich genomů. Vyvážená funkce těchto faktorů je nezbytná pro normální život a růst organismů, naopak jejich poruchy vedou k hromadění poškození genomu, které vedou např. u člověka ke vzniku závažných onemocnění a jsou i jednou z příčin stárnutí. Jako projekt základního výzkumu neměl náš projekt za cíl přímou aplikaci těchto poznatků. Je však zřejmé, že lepší znalost významu a funkce těchto faktorů umožňuje zabývat se např. vývojem potenciálních léčiv, která činnost těchto faktorů podpoří v normálních buňkách, zatímco inhibice jejich funkce třeba v buňkách nádorových naopak usnadní jejich usmrcení. Nebo lze uvažovat o vývoji odrůd zemědělských plodin lépe vybavených proti mutagenním vlivům prostředí, a ty pak budou díky zvýšené ochraně genomu proti poškození životaschopné i za stresových podmínek.

Rostlinky Arabidopsis na Petriho misce.

 Podařilo se v projektu naplnit cíle, které jste si stanovili?

JF/KA: Ano.

 

Jakou roli v projektu hrál GA ČR?

KA: Zásadní, instituce standardních grantů je stimulujícím prvkem studia dílčích témat, který z podstaty brání tomu, aby se řešitel stal pasivní. Podporuje tvůrčí, manažérskou i finanční zdatnost navrhovatele/spolunavrhovatele.

JF: Kromě toho, že role GA ČR je, zejména vzhledem k velmi nízkému institucionálnímu financování výzkumu v ČR, pro základní výzkum naprosto zásadní, velmi oceňuji, že se GA ČR poměrně úspěšně brání tendencím k nadměrné byrokratizaci. V posledních několika letech se dokonce daří odstraňovat některé dříve zavedené administrativní komplikace a omezení, takže příprava projektu a jeho management představují v porovnání s ostatními projektovými schématy únosné břemeno jak pro vědce, tak pro jejich instituce.

 

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Největší potenciál pro využití magnetické tvarové paměti je v medicíně

„Heuslerovy slitiny vykazující jev magnetické tvarové paměti a příbuzné jevy“. Tak se jmenoval projekt Grantové agentury České republiky, na kterém v letech 2011–2015 pracoval tým pod vedením doktora Olega Heczka z Fyzikálního ústavu Akademie věd. Dosažené výsledky projektu byly hodnoceny jako mimořádně úspěšné. Publikační výstup představuje 30 kvalitních, často hojně citovaných publikací, a to většinou v periodikách s vysokým impakt faktorem. Zahrnuje také 12 příspěvků do sborníků významných mezinárodních konferencí, na kterých byly v deseti případech prezentovány přímo přednáškou řešitele. Výsledkem projektu je i vznik odborného týmu, který je respektován mezinárodní komunitou materiálové vědy.

Hlavním přínosem projektu Heuslerovy slitiny vykazující jev magnetické tvarové paměti a příbuzné jevy je objev dvou typů hranic dvojčatění a jejich výrazně odlišného fyzikálního chování. Slovo objev je v tomto případě zcela namístě, protože se nejedná o pouhou klasifikaci dvou různých typů, ale o přímé pozorování zvláště hranic s extrémní pohyblivostí. „Toto zjištění je důležité především proto, že pohyb těchto hranic indukovaný magnetickým polem, je základem jevu magnetické tvarové paměti. Objev přináší posun v porozumění tohoto jevu a obecně elastickému chování fáze, která se označuje jako martenzit. Ukazuje se tak možnost připravit materiály s extrémně pohyblivými hranicemi dvojčatění, navíc jen slabě závislými na teplotě. To otevírá nové možnosti pro budoucí aplikace takových materiálů,“ říká Oleg Heczko.

Dalším významným výsledkem projektu jsou nové informace týkající se vývoje elastických vlastností, které podmiňují existenci bezdifúzní martenzitické transformace v různých materiálech. Ukázalo se, že běžně přijímaná podmínka anomálního měknutí elastických smykových modulů není podmínkou úplně nutnou. Je zřejmé, že výsledky řešení projektu jsou přínosné nejen pro obor technických věd, ale mají i významný přesah do fyziky, tedy do věd o neživé přírodě.

U optického mikroskopu s modelem Heuslerovy slitiny, Oleg Heczko a studentka gymnázia v Zďáru nad Sázavou navštěvující FZÚ v rámci programu Otevřená věda.

Náhodné setkání ve vlaku
„Moje cesta k tématu magnetické tvarové paměti začala vlastně náhodou, a to již za socialismu. Sestra tehdy náhodou ve vlaku potkala Fina, který ztratil dokument potřebný pro odjezd z České republiky. Než mu vystavili nový, bydlel tři týdny u nás doma. Právě v této době vznikla moje vazba na Finsko, kam jsem se následně dostal po roce 1992 po ukončení základního studia na MFF UK. Kromě toho, že jsem si tam našel manželku, tak po různých dalších peripetiích, doktorátu na MFF a postdoktorskémpobytu v Manchestru ve Spojeném Království, jsem se dostal ke Kari Ullakkovi, relativně mladému výzkumníkovi na Helsinské technické universitě. Ten v rámci svého pobytu na MIT v USA objevil jev magnetické tvarové paměti. Zjistil, že magnetické pole může způsobovat reorientace krystalové struktury. Nikdo předtím netušil, že je to možné. Je to nové paradigma deformace v magnetickém poli. Ve fyzice jde o nový obor, nebylo to jen vylepšení něčeho stávajícího,“ vysvětluje Oleg Heczko.

Co je magnetická tvarová paměť?
„Když se to snažím přiblížit laikovi, říkám, představte si, že máte nárazník z Heuslerovy slitiny. Ten zdeformujete tím, že se třeba nešťastně opřete o patník. On se celý zdeformuje, a jak ho pak opravíte? Přijedete do servisu, tam aplikují magnetické pole a nárazník se narovná do původního stavu a vy můžete jet pryč. Jako by si pamatoval ten původní tvar,“ doplňuje Oleg Heczko.

U elektronového mikroskopu v usilí identifikovat hranice dvojčatění.

Heuslerovy slitiny
Abychom byli úplní, je důležité ještě dovysvětlit, co jsou Heuslerovy slitiny, protože ty jsou s pojmem magnetické tvarové paměti významně spojeny. Jejich zajímavost spočívá především v tom, že ačkoliv dle původní definice neobsahují jedinou feromagnetickou látku, jako celek vykazují feromagnetické vlastnosti. Tato rozsáhlá skupina čítající asi 1500 látek se dále dělí na dvě podskupiny. V prvním případě hovoříme o úplných Heuslerových slitinách, ve druhém o polovičních Heuslerových slitinách. Ale jen některé z nich vykazují takzvanou martensitickou transformaci a dvojčatění, které jsou základní podmínkou pro jev magnetické tvarové paměti.

Jak je možné využít magnetickou tvarovou paměť v praxi?
Hlavní idea využití jevu magnetické tvarové paměti je v tom, že materiál nahradí stroj. „Představte si šicí stroj. Je tam jehla, která se pohybuje, jsou tam různé převodníky, spousta koleček a převodů, které se různě mění atd. Místo všech těchto převodů a součástek tam bude jeden kus toho našeho materiálu a jedna cívka a materiál se bude zkracovat a prodlužovat podle frekvence proudu, který se do cívky pustí, a tím pohybovat jehlou dle našeho přání,“ popisuje Oleg Heczko.

Soubor hranic dvojčatění typu II, vertikální linie. Optický mikroskop, Nomarského kontrast, velikost strany obrázku přibližně 0.2mm.

Největší potenciál je v medicíně. Magnetické pole dokáže působit přes překážku, například skrze kůži či organickou membránu apod. Abychom nemuseli do lidského dělat otvory, umisťovat dráty apod., stačí voperovat kus nějakého vhodného materiálu a zvenku jím manipulovat pomocí působení magnetického pole. První aplikace, která je tomu asi nejblíž, jsou nanopumpy, které obsahují permanentní magnet a umožňují „dopravovat“ určitou látku například do mozku.

Cesta (zdaleka) nekončí
Na začátku si tým pod vedením Olega Heczka definoval dva hlavní úkoly: 1) co nejlépe pochopit původ jevu magnetické tvarové paměti, b) najít materiály lepší než ty stávající tak, aby byly schopny fungovat ve vyšších teplotách. Například v automobilovém průmyslu je to aspoň 150 °C. „Díky pětiletému projektu podporovanému a financovanému Grantovou agenturou České republiky jsme v bádání magnetické tvarové paměti postoupili zase o kus dál. Stále je ale hodně věcí neprobádaných, otázky spíše přibývají a cesta zdaleka nekončí,“ uzavírá Oleg Heczko.

Zjemňování dvojčatění před fázovým rozhraním austenit-martensit. Zdvojčatělá mikrostruktura v martensitu je tvořena směsí typů hranic dvojčatění. Optický mikroskop, Nomarského kontrast, velikost strany obrázku přibližně 1 mm.

 

Foto: Archiv Olega Heczka

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Ženy ve vědě a výzkumu: Alice Valkárová

„V době komunistické vlády byla rovná práva a příležitosti pro ženy jen proklamací. Tvrdilo se sice, že ženy mohou zastávat jakoukoliv práci, ale myslelo se tím, že mají třeba jezdit na traktorech nebo obsluhovat jeřáby. Věda a vedoucí pozice jejich oblastí moc nebyly. Dnes je to už jiné.“

Projekty základního výzkumu, které mohou získat veřejnou finanční podporu, hodnotí v Grantové agentuře ČR více než 400 odborníků. Mezi nimi je 22 % žen. Konečné slovo tady nakonec má ale jen pětičlenný orgán a tomu předsedá úspěšná česká vědkyně Alice Valkárová.

V posledních letech se na řídicích pozicích ve vědě a výzkumu u nás konečně objevuje více žen. Tak například Akademii věd ČR řídí od roku 2017 Eva Zažímalová – dřívější ředitelka Ústavu experimentální botaniky. Zmíněná Grantová agentura vyhlašuje každoročně veřejné soutěže, v nichž mohou vědci a vědkyně působící v České republice na projekty v základním výzkumu získat finance. Posuzování projektů tu probíhá v několika stupních. Poslední z nich tvoří pětičlenné předsednictvo a od roku 2016 stojí v jeho čele částicová fyzička Alice Valkárová. Ona sama má za sebou velmi úspěšnou vědeckou kariéru, jejíž značná část je spojena s německým Hamburkem, kde pracovala na experimentálním zařízení H1.

Vědkyně šéfují i velmi známým organizacím ve světě. Každý asi už zná Elona Muska, který mimo jiné založil společnost Virgin Hyperloop One. Ta se zabývá technologií transportu a ve své řídicí radě má viceprezidentku Anitu Sengupta. Tato žena dříve vyvíjela nosnou raketu pro Boeing a pracovala také na padáku, který zbrzdil vozítko Curiosity při přistání na Marsu. A stejně tak i Evropskou organizaci pro jaderný výzkum (CERN v Ženevě) řídí od roku 2016 žena. Je to – stejně jako Alice Valkárová – částicová fyzička, Fabiola Gianotti, která byla v době objevení Higgsova bosonu lídryní a mluvčí experimentu Atlas. Je to první žena na pozici generální ředitelky CERNu.

Zastoupení žen ve vědě je ale podle statistik stále nízké – v České republice bylo v roce 2012 jen 28 % výzkumnic. V západní Evropě je situace překvapivě ještě horší. Naopak mnohem lépe jsou na tom v Litvě, Bulharsku nebo na Slovensku. Alice Valkárové jsem se proto ze všeho nejdříve zeptala na to, jak situaci vidí ona sama:

Máte pravdu, ale zlepšuje se to, mladých žen je ve vědě víc. Možná je to proto, že už není tak velký společenský tlak, aby byly mámy s dětmi doma. Když jsem po roce 1989 přijela do Německa, zdejší matky nám záviděly množství mateřských školek. Česká republika je ale na druhé straně teď se svou tříletou nebo čtyřletou rodičovskou pauzou výjimečná.

A jak by mohla mladým vědkyním ještě pomoci Grantová agentura?

Grantová agentura své požadavky na juniorské řešitele projektů už dál snížit nemůže. Začínající excelentní vědkyně a vědci by byli sami proti sobě, kdyby po získání doktorátu nevyjížděli na stáže do zahraničí. Stáž může ale trvat i jen 6 měsíců a dokonce může být rozdělena na 2 tříměsíční celky. Chápeme, že studium je dlouhé a někdy ho přeruší i založení rodiny nebo něco jiného. Na to ale myslíme také, takže neřešíme, v kolika letech výzkumníci studium dokončili. Místo toho nás zajímá, kolik let uplynulo od získání jejich doktorského titulu. Můžeme tak podle jejich práce v týmech zkušených vědců lépe odhadnout, zda budou schopni sestavit svůj vlastní tým. Záleží nám na tom, jestli má jejich projekt šanci přijít s výbornými výsledky.

Proč je vlastně pořád málo žen v technických vědách, v matematice, ve fyzice, geofyzice nebo astronomii?

Protože holky nebaví matika a fyzika… Ne, vážně. Ženy a muži jsou opravdu rozdílní. Třeba sexuální zločiny páchají většinou muži. To, že jsou mezi muži a ženami rozdíly, je přirozený stav. A samozřejmě existují výjimky. Pravda ale je, že propagace vědy přispívá ke zvýšení zájmu i u děvčat.

A jak to bylo s vámi? Měla jste inspirativní učitelku fyziky?

Ale vůbec ne, já měla strašné učitele. Na gymplu jsem chtěla udělat dobrý dojem a náš učitel fyziky byl takový postrach, tak jsem si řekla, že mu ukážu, že opravdu nejsem hloupá. Dobře porozumět fyzice jsem tedy chápala jako výzvu.

Co vás tedy přivedlo k částicové fyzice? Co bylo tou motivací?

Mě k tomu přivedl zájem o hvězdy, o astronomii. Pochopila jsem, že bez znalostí fyziky to nepůjde a tak to celé začalo. Hodně mě podporoval můj tatínek, on byl takový renesanční člověk, uměl šest jazyků. Byl to vystudovaný právník, ale v padesátých letech pracoval ve slévárně. O všechno se zajímal, chodil často do vědecké knihovny, kupoval mi knížky, a když viděl, že mě zajímá astronomie, sestrojili jsme si dalekohled. Maminka byla docela obyčejná pokladní v obchodě. Myslela si, že bych měla zůstat doma v Ostravě a jít na pedagogickou fakultu. Tu jsme dokonce měli přes ulici. Já ale nechtěla být učitelkou, musela jsem do Prahy na Matfyz. Byla jsem odhodlaná a nikdo mě od toho neodrazoval.

Slyšela jsem, že v Praze na strojní fakultě ČVUT jsou dívky tak vzácné, že se jim vyučující prý snaží víc věnovat. Setkala jste se vy osobně někdy s diskriminací kvůli pohlaví? Čekala bych, že možná spíš s tou negativní?

Já jsem to moc nevnímala. Spíš to bylo tak, že když se zdálo, že jsem dobrá, tak mi profesoři pomáhali. Pravda ale je, že jsem po skončení studia na Matematicko-fyzikální fakultě UK dva roky pracovala jen jako stážistka a pořád jsem nemohla sehnat stálé místo. A přitom moje diplomová práce vyšla v prestižním vědeckém časopise Nuclear Physics. Po roce 1968 byla situace v české vědě zoufalá. Nesmělo se do zahraničí, věda stagnovala, lidé neměli uplatnění. Profesor Úlehla mi tehdy slíbil, že dostanu místo, když pojedu na 3 roky do Spojeného ústavu jaderných výzkumů do sovětské Dubny, kde budu pracovat na experimentu s dalšími vědci nejenom ze zemí východního bloku. A nějaká pozitivní diskriminace tam byla – cizinci měli výhodu, např. nedostatkové potraviny mohli kupovat ve speciálních obchodech.

V Dubně jste nakonec zůstala 7 let. Proč vlastně? Byla tam tak zajímavá práce?

To taky. Obhájila jsem tam titul CSc, což tam trvalo déle, ale taky tam měli (v roce 1973) největší protonový urychlovač na světě. Stejně ale sovětská věda zaostávala, všechno ostatní tam bylo hrozně pomalé. V Dubně jsem se taky seznámila se svým prvním manželem a narodila se nám dcera. Manžel byl z Košic a po skončení projektu jsem dostala nabídku pracovat v Ústavu experimentálnej fyziky AV právě v Košicích. Když mi ale řekli, že bych se tam měla věnovat biofyzice, odmítla jsem a napsala profesoru Úlehlovi, že chci zpátky do Prahy.

Byla jste mladá vědkyně s dítětem. Jaké to tehdy bylo? Jak se vlastně dá spojit vědecká práce s pečováním o dítě?

Přiznávám, že těžko. V Sovětském svazu navíc selhávala infrastruktura všeho druhu. Pár týdnů jsem zůstala u rodičů v Ostravě, ale potom jsem měla pocit, že když jsem byla „vyslaná“, měla bych pracovat. Tak jsme zase odcestovali do Dubny. Zkoušeli jsme jesle i chůvu, ale nakonec bylo lepší, když mi pomáhali rodiče. Nějaký čas zůstali s námi a potom s holčičkou zase odjeli do Ostravy, různě jsme to střídali. Když začala chodit do školky, byla často nemocná. Výhodou naší práce bylo, že jsme ani já, ani můj manžel neměli fixní pracovní dobu a část práce se dala dělat i doma.

Tak mě napadá, že tenkrát taky byla složitější komunikace. Jak vlastně vědci spolupracovali, když ještě nebyl internet?

(smích) No… dneska už si to ani nedovedeme představit. E-mail jsme začali v Hamburku používat asi v roce 1990. To bylo úžasné zrychlení komunikace. Když jsem pracovala na experimentu v Rusku, tak se všechno dělalo na místě. Byli tam zapojeni vědci z Prahy, Košic a z Helsinek. Data se ukládala na magnetické pásky, které se musely distribuovat fyzicky, scházeli jsme se na poradách a vytvářeli společné publikace. V ústavu byla dobře zásobená knihovna.

A jak vypadá takový pracovní den vědců, jejichž oborem je fyzika?

To záleží na tom, jaké oblasti se věnujete. Můj manžel je teoretický jaderný fyzik. Píše vzorce a mohl by pracovat i doma, ale dává přednost své skupině spolupracovníků. Ty má i v zahraničí, dnes to není žádný problém. Jiní fyzikové pracují na experimentech v laboratořích. Já sama jsem pracovala už od studií na počítačích, tehdy byly ještě oproti dnešním obrovské a pro zadávání dat se používaly děrné štítky. V Hamburku bylo mým úkolem naprogramovat prostředí, potom se nabírala data, teprve pak jsem se mohla účastnit vyhodnocení výsledků a psaní publikací.

Dnes je věda globalizovaná a vědci mají – i díky internetu – přístup k výsledkům výzkumů svých kolegů po celém světě. Vraťme se ale ještě zpátky do doby, kdy Východ od Západu oddělovala „železná opona“. Už jsme zmínily, že třeba z Československa vědci po roce 1968 za oponu nemohli. Jak na tom tedy byla věda ve Východním bloku? Držela krok s tou západní? Věděli jste o sobě navzájem?

Ona ta železná opona byla taková polopropustná. My jsme věděli, co dělají na Západě, sledovali jsme jejich výsledky výzkumu. Oni o nás naopak moc nevěděli. Když jsme v roce 1986 přijeli na konferenci do Rakouska, všichni se tam mezi sebou znali a my byli tak trochu stranou. Jinak ale v Sovětském svazu byla spousta velmi dobrých vědců. Tehdy ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně působili i nositelé Nobelovy ceny. Hodně talentovaných lidí potom po rozpadu Východního bloku odešlo na Západ.

Teď pracujete v Grantové agentuře ČR. Cesta sem vedla také přes práci na projektech v zahraničí, předsednictví v České fyzikální společnosti a práci v hodnoticích panelech European Research Council. Máte spoustu zkušeností, ale může jadernou fyzičku bavit organizace a vytváření podmínek pro českou vědu?

Ano a dokonce to přišlo v pravou chvíli. Já jsem vlastně celý svůj profesní život prožila jako zaměstnanec Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Byla jsem tedy vyslaná do Dubny a potom do Hamburku, ale pořád jsem pracovala na Matfyzu. V Hamburku jsem 20 let pracovala ve výzkumném centru DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), na experimentu H1 na collideru elektronů a protonů HERA, tam se mi opravdu líbilo. Na experimentu v Dubně měla výzkumná skupina 20 členů, ale v DESY bylo v našem týmu asi 300 lidí. Jenomže dříve se programovalo v jazyce Fortran (programovací jazyk navržený firmou IBM pro vědecké výpočty a numerické aplikace, pozn. red.) a dnes se už používá C++. Na matfyzu jsem vedla studenty, kteří analýzu prováděli, a společně jsme pak pracovali s výsledky. Vlastně jsem tam v posledních letech pracovala hlavně jejich prostřednictvím. Když experiment skončil a mí studenti obhájili tituly, přemýšlela jsem, co teď budu dělat. Asi mám v životě štěstí – a to se už potvrdilo víckrát. Měla jsem s hodnocením projektů už dlouhé roky zkušeností nejenom v české Grantové agentuře, ale taky v evropském ERC (European Research Council), a dostala jsem šanci.

Ani v Grantové agentuře ale v panelech, kde se projekty hodnotí, není mnoho žen. Mezi 415 hodnotiteli je jich tu jen 22 procent.

Vidíte, čekala jsem, že alespoň společenské a humanitní vědy nám to zastoupení žen v panelech zvýší, ale ani tam jich není tolik. Nedávno jsem byla na schůzi Mezinárodní rady pro vědu, vývoj a inovace a byla jsem tam opět jediná žena. Myslím ale, že postupně se to zlepšuje. V době komunistické vlády byla rovná práva a příležitosti pro ženy jen proklamací. Tvrdilo se sice, že ženy mohou zastávat jakoukoliv práci, ale myslelo se tím, že mají třeba jezdit na traktorech nebo obsluhovat jeřáby. Věda a vedoucí pozice jejich oblastí moc nebyly. Dnes je to už jiné.

VIZITKA

Alice Valkárová (*1947) vystudovala jadernou fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy, kde také od roku 1970 působila. Předmětem jejího zkoumání byly interakce částic při velmi vysokých energiích a procesy při jejich srážkách. Podílela se na stavbě experimentálního zařízení H1 budovaného na urychlovači protonů a elektronů HERA v Hamburku. Je autorkou nebo spoluautorkou 272 původních vědeckých prací a více než 10300 citací. Od roku 2014 je místopředsedkyní České fyzikální společnosti a od roku 2016 předsedkyní Grantové agentury ČR. Je laureátkou Ceny Milady Paulové za rok 2015. Tato cena je udělována vědkyním jako ocenění za jejich badatelskou práci.

Rozhovor připravila Blanka Boboková.

Foto: FWF/Ranger, archiv Alice Valkárové

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

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

Aktivní membránové optické prvky na bázi kapalin. Tak se jmenoval projekt, na kterém po dobu tří let pracoval tým pod vedením profesora Antonína Mikše z pražského ČVUT. Projekt byl zaměřen na analýzu, modelování a měření deformace membránových prvků, výzkum optimálních materiálu pro vývoj membránových kapalinových čoček, analýzu optického návrhu s takovýmito prvky a experimentální charakterizaci fyzikálních parametrů aktivních membránových čoček.

Téma projektu nebylo vybráno náhodou. Jde o aktuální problematiku, která je velmi zajímavá a následně též aplikovatelná v praxi ve vývoji budoucích optických systémů a přístrojů, kde mohou aktivní optické prvky principiálně nahradit celou řadu složitých klasických systémů vzhledem k nižším výrobním nákladům, rychlejší změně optických parametrů a možnosti miniaturizace.

Čočky a zrcadla, které se hýbou.
Klasické optické prvky, například čočky a zrcadla, které každý zná z přístrojů jako je fotoaparát, mikroskop nebo dalekohled, mají neproměnné optické a geometrické vlastnosti. V současné době jsou ale zkoumány a mnohdy již i vyráběny optické prvky, které mohou svoje optické a geometrické vlastnosti řízeně měnit, což se jeví jako velice výhodné pro mnohé aplikace,“ přibližuje téma projektu jeden ze členů řešitelského týmu profesor Jiří Novák. „Lze tak například mít jednoduchou čočku, která umožňuje elektronicky plynule přeostřovat na různé vzdálenosti, nebo naopak zrcadlo, které mění řízeným způsobem svůj tvar. Jedním z takových prvků jsou čočky, jež mají jako jednu nebo obě optické plochy elastickou deformovatelnou membránu, která mění svůj tvar v důsledku změny tlaku kapaliny uvnitř čočky. Změnou tlaku kapaliny uvnitř čočky lze tak ovládat zakřivení ploch čočky a její zobrazovací vlastnosti.“

Teoretická analýza a počítačové modelování
Práce na projektu byla rozdělena částečně na teoretickou analýzu a počítačové modelování dané problematiky mechanických a optických vlastností membránových optických prvků a na experimentální práci při ověřování dané problematiky v laboratoři. Společně s Ústavem makromolekulární chemie Akademie věd ČR probíhala spolupráce při vývoji a testování materiálů pro experimentální výrobu elastických membrán.

V rámci teoretické analýzy a modelování byly rozvinuty metody popisu a numerického výpočtu deformací membránových optických prvků a byly vyvinuty některé algoritmy a výpočetní metody pro návrh a analýzu optických soustav s optickými prvky s plynule proměnnými optickými vlastnostmi. V rámci experimentální části projektu byly vyvinuty laboratorní modely zařízení s membránovými prvky pro ověřování teoretických poznatků a charakterizaci membránových optických prvků.

Hlavní výzvou pro nás asi bylo rozvinutí teorie a návrh matematických modelů pro přesný výpočet deformací tenkých elastických membránových prvků, která nebyla pro dané účely dostatečně dobře rozvinuta. Taktéž byly vyvinuty nové metody umožňující primární návrh zoom optických soustav s aktivními optickými čočkami,“ říká profesor Novák.

Využití v praxi? Ano!
Jak mohou být získané poznatky využity v praxi? Mohou být aplikovány při vývoji a aplikacích membránových optických prvků a hybridních optických soustav s takovýmito prvky. Od doby skončení projektu se objevil již celkem velký počet vědeckovýzkumných i komerčních aplikací, které používají například membránové kapalinové čočky. Vlastnosti komerčně vyráběných membránových čoček jsou však stále dosti omezené. Nicméně lze předpokládat, že do budoucna se jejich vlastnosti zlepší, což přispěje k významnějšímu počtu aplikací i v komerční sféře.

Cíle splněny na více než 100 %
Řešitelský tým profesora Mikše dokázal splnit cíle projektu vrchovatě. Posunul rozvoj problematiky teoretické analýzy, popisu a modelování mechanických, optických a materiálových vlastností optických membránových prvků a návrhu hybridních optických soustav s takovými prvky v celosvětovém měřítku. Důkazem je i 15 publikací v impaktovaných zahraničních časopisech, které jsou pravidelně citovány. K úspěchu projektu také přispěla Grantová agentura České republiky. „Bez podpory GA ČR by se náš vědecký tým touto problematikou též zabýval, nicméně určitě ne tak intenzivně a nemohl by provádět experimentální část práce,“ doplňuje profesor Jiří Novák.

profesor Antonín Mikš a profesor Jiří Novák

Cesta nekončí, pokračujeme dál.
V současné době pokračuje tým profesora Mikše v základním výzkumu netradičních optických prvků a možnosti jejich využití v návrhu nových typů optických zobrazovacích a měřicích soustav, které do značné míry mohou změnit optické a optoelektronické systémy budoucnosti. Též spolupracuje na projektech aplikovaného výzkumu a vývoje v oblasti návrhu, konstrukce, výroby a kontroly vysoce precizních optických zobrazovacích soustav pro hi-tech aplikace.

Oblasti teoretického i experimentálního výzkumu, ve kterých bylo v projektu dosaženo znatelného pokroku, lze shrnout v následujících bodech:
 metody teoretické analýzy a počítačových simulací principů elastického chování deformovatelných membrán,
 metodika výběru vhodných optických transparentních materiálů pro membránové fluidní čočky,
 metody teoretické analýzy a počítačových simulací procesů návrhu membránových fluidních optických prvků s laditelnými optickými parametry,
 návrh a realizace unikátního laboratorního modelu membránových zařízení,
 metodika teoretického modelování a měření deformovatelných elastických membrán,
 metody teoretické analýzy, charakterizace a experimentálního ověřování modelů membránových fluidních čoček a hybridních optických soustav s kompenzovanými optickými vadami,
 návrh a analýza vícekomorové membránové fluidní čočky,
 realizace laboratorních modelů membránových čoček a ověření jejich funkčnosti,
 metodika návrhu složitých optických systémů s laditelnou ohniskovou vzdáleností za použití membránových fluidních čoček,
 metody teoretické analýzy a experimentální implementace membránových fluidních čoček do adaptivních optických systémů,
 oblast charakterizace a testování laboratorních modelů aktivních membránových čoček.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výsledky projektu mohou být využitelné v oblastech elektroniky či tkáňového inženýrství

Co se vám vybaví, když se řekne popálenina? Většina z nás asi ví, že popáleniny podle intenzity rozdělujeme do čtyř základních skupin. Ačkoli mohou být rozsáhlé popáleniny smrtelné, moderní způsoby ošetřování výsledky léčby výrazným způsobem zlepšily. Vědci v současné době pracují také na tom, abychom spálenou kůži dokázali zcela nahradit. Jedním z nich je také Ing. Alena Řezníčková Ph.D., která se po tři roky v rámci projektu „Fyzikálně deponované a ukotvené kovové nanostruktury na pevnolátkovém substrátu“ právě tímto úkolem zabývala. Talentovaná vědkyně se kromě obvyklých překážek provázející každé usilovné vědecké snažení, musela potýkat s rakovinou. Nevzdala se a projekt pod jejím vedením dosáhl skvělých výsledků, které byly kromě jiného také uveřejněny v prestižních světových vědeckých časopisech.

Pracujete v Ústavu inženýrství pevných látek. Můžete nám popsat, čemu se ústav věnuje?
Zaměření Ústavu inženýrství pevných látek VŠCHT Praha navazuje na široký chemický základ, který je dále doplněn o základní teoretické poznatky z oblasti nauky o materiálu, to znamená fyzika a chemie pevných látek, termodynamika materiálů, a materiálového inženýrství, kam patří fázové a chemické rovnováhy a přenosové jevy. Výzkum zde je zaměřen na vlastnosti materiálů a jejich charakterizaci, ale také na základní procesy jejich přípravy a zpracování. Studovány jsou materiály kovové, anorganické nekovové, organické polymerní i kompozitní užívané jak pro svoje mechanické vlastnosti, využitelné například ve strojírenství, tak pro vlastnosti elektrické, optické či magnetické, využitelné v mikro a optoelektronice, tak i materiály vhodné pro bioaplikace.

V čem je pro vás práce v Ústavu zajímavá?
Na Ústav jsem se dostala již jako studentka nejprve bakalářského, magisterského a poté doktorského studia. Tato katedra mne už jako studentku nadchla díky svému zaměření na pěstování buněk na polymerním substrátu jakožto náhrad popálenin kůže.

Ing. Alena Řezníčková, Ph.D.

Projekt, na které jste pracovala, laikovi asi mnoho neřekne. Můžete nám ho více přiblížit?
Téma projektu bylo vlastně pokračováním mojí disertační práce „Nanostrukturování povrchu pevnolátkového substrátu“. Hlavním cílem bylo upravit povrch zkoumaného vzorku, polymerního nebo skleněného, pomocí fyzikálních a chemických metod tak, aby došlo ke zlepšení jeho vlastností pro aplikace v medicíně a elektronice. Samotný polymerní substrát je inertní, není tedy vhodný pro další aplikace. V projektu jsem se zaměřila na přípravu nanostruktur na pevném substrátu pomocí modifikace v plazmatu, depozice kovových vrstev či ukotvením nanočástic.

Jaké byly další cíle projektu?
Studovat a optimalizovat povrchové vlastnosti substrátu po jednotlivých krocích modifikace tak, aby byl příznivě ovlivněn růst buněk. Růst buněk závisí na povrchovém náboji, chemickém složení povrchu, struktuře a topografii. Kromě kultivace buněk bylo také důležité zjistit, zda po určitém čase nedochází k zániku vypěstovaných buněk. Pokud by polymerní povrch s napěstovanými například kožními buňkami měl sloužit jako náhrada popálené kůže, nemělo by po určité době dojít k jejich zániku.

Dokážete kvantifikovat objem hodin, které jste na projektu strávila?
Hodiny, které jsem věnovala řešení projektu, jsem nikdy nepočítala. Během dne se kromě výzkumu věnuji také vedení bakalářských a diplomových prací a výuce laboratoří. V projektu jsem sice uvedena jako jediný řešitel, ale nepracovala jsem na něm sama. S řešením mi pomáhali hlavně studenti a také zaměstnanci VŠCHT, kteří prováděli analýzy.

Snímky myších fibroblastů (L929) kultivovaných 72 h na původním a plazmatem (po dobu 120, 240 a 480 s) aktivovaném polyetheretherketonu pořízené pomocí skenovací elektronové mikroskopie. Pro získání snímků byla použita 3 různá zvětšení.

V čem byla hlavní výzva? S čím se musí vědec, pracující na tak složitém úkolu, popasovat?
Hlavní výzvou pro dokončení projektu pro mne bylo hlavně překonání rakoviny. Musela jsem najít sílu hlavně sama v sobě a pokračovat dál ve výzkumu a ve vedení studentů, i když jsem na to zrovna neměla sílu ani myšlenky. U samotném projektu mě nic zásadního nepřekvapilo, už ze studia jsem zvyklá, že ne všechny experimenty probíhají a vychází tak, jak by si člověk představoval. Na pozici vědeckého pracovníka je kromě nápadů na bádání důležitá také trpělivost.

Jak finančně byl projekt náročný? Jak těžké je na podobné projekty získat finanční prostředky?
Roční náklady na projekt byly 1 040 000 Kč. Jelikož šlo o grant 3letý, tak celková finanční podpora od GA ČR byla 3 120 000 Kč. Osobně si myslím, že získat projekt není vůbec jednoduché, protože člověk musí přijít se zajímavým a neprozkoumaným tématem. Dále musí mít člověk dobré pracovní zázemí – od přístrojového vybavení až po podporu kolegů. Další velmi podstatnou roli pro získání projektu hrají publikace v odborných časopisech, které člověka naučí nejen sepisovat a obhajovat vlastní práci, ale také ukazují, že jeho výzkum má ve vědeckém světě smysl.

Ve stručném popisu projektu se píše, že byl „cele věnován atraktivnímu a v současnosti celosvětově široce a hojně studovanému tématu“. Předpokládám, že šlo o téma nanotechnologie.
Ano, je to tak. Buňky nerostou na jakémkoliv substrátu. Musí se vytvořit vhodné podmínky pro jejich kultivaci. Důležitou roli při pěstování buněk na pevném substrátu hraje povrchový náboj, chemické složení povrchu, struktura a topografie. V projektu jsem se snažila tyto podmínky optimalizovat. Kromě kultivace buněk na pevném substrátu je také důležitá jejich životaschopnost, která je také ovlivněna výše uvedenými podmínkami.

Jak mohou být získané informace využity v praxi? Můžete uvést nějaké konkrétní příklady, které by to přiblížily laikovi?
Jelikož se v rámci GA ČR jedná pouze o základní výzkum, aplikace v praxi nejsou jeho náplní. Samozřejmě připravené substráty by mohly najít uplatnění ve tkáňovém inženýrství, například jako náhrady cév a popálenin kůže či v elektronice (senzory).

Snímky z transmisní elektronové mikroskopie: (A) koloidního roztoku zlatých nanočástic (B) koloidního roztoku zlatých nanočástic funkcionalizovaných bifenyldithiolem; snímky z transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením: (C) koloidního roztoku zlatých nanočástic (D) koloidního roztoku zlatých nanočástic funkcionalizovaných bifenyldithiolem (E) detail snímku C.

Jakou roli v projektu hrál GA ČR?
Grantová agentura ČR hrála velkou roli, jelikož finančně podpořila projekt. Bez těchto financí by nebylo možné řešení projektu vůbec uskutečnit.

Na čem dalším zajímavém nyní pracujete? Jaké další výzvy/mety máte před sebou?
V současné době se zabývám přípravou magnetických nanostruktur na povrchu polymerního substrátu, které by mohly najít uplatnění při uchovávání dat. Jelikož mi v letošním roce končí grant, také u GA ČR, čeká mne v letošním roce podání grantu nového. V budoucnosti bych se také ráda habilitovala na docentku materiálového inženýrství.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Česká republika patří ve výzkumu vesmírných planetek k nejlepším na světě

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.

Flora

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.

Fortuna

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.

Hebe

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.

Itokawa

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.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

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

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.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY