Grantová agentura České republiky v druhém ročníku soutěže JUNIOR STAR podpořila 16 vysoce výběrových projektů začínajících vědců. Vybrané z nich představujeme v rámci webového seriálu.
Granty JUNIOR STAR umožnují badatelům a badatelkám se vědecky osamostatnit a věnovat se vlastním výzkumným tématům. Jsou určeny výhradně pro začínající vědce a vědkyně, kteří získali doktorát před méně než 8 lety a již mají zahraniční zkušenost. Na pět let řešení projektu mohou čerpat finanční podporu až 25 milionů Kč.
Vyhlášení výsledků soutěže JUNIOR STAR pro projekty s počátkem řešení od ledna 2023 proběhne již 4. listopadu 2022.
Počítačový návrh templatoveho sestavování, replikace a syntézy na iontových površích
Ing. Prokop Hapala, Ph.D., Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
„Vymýšlíme metodu, jak by se molekuly mohly samy skládat do složitých struktur podobně jako v živých organizmech.“
Nejambicióznějším cílem projektu Prokopa Hapaly je vytvořit univerzální metodu sestavování počítačových obvodů z molekul. Inspirací pro tuto metodu je způsob sestavování molekulárních strojů v živých organismech podle kódu zapsaném v DNA, ale v tomto případě se vše odehrává v bezvodém prostředí na povrchu pevného krystalu, které je vhodnější pro vývoj a výrobu nano-elektroniky, čímž se liší od biologických struktur. Současně s tím je také vyvíjen simulační software, pomocí kterého bude možné efektivně navrhovat a simulovat různé molekuly, způsob, jakým se spolu sestavují a reagují na povrchu iontových krystalů, nebo například jak vypadají jejich obrázky v sondovacích mikroskopech.
„Vždy mě zajímala chemie a počítače. Snil jsem o možnosti s atomy a molekulami manipulovat přímo, moci je vidět a mít nad nimi větší kontrolu. Proto jsem studoval kvantovou chemii a dostal se do laboratoře specializované na sondovací mikroskopii. V kvantových simulacích na počítači stavíte molekuly virtuálně z jednotlivých atomů jako lego. A teď se zase z druhé strany zabývám tím, jak z těch molekul postavit počítače,“ konstatuje řešitel projektu doktor Hapala.
Projekt se pokouší o počítačový návrh molekulární architektury pro samo-skladbu molekulárních obvodů a dalších složitých struktur na povrchu iontového krystalu ve vysokém vakuu (UHV) inspirované biologickými principy. Jako prostředek k tomu je také vyvíjen výkonný simulační software, který by měl výrazně usnadnit a zrychlit hledání molekulárních architektur a reakcí v tomto prostředí.
Ing. Prokop Hapala, Ph.D.
Funkční genomika a symbio-genomika v klíšťatech
Mgr. Jan Perner, Ph.D., Biologické centrum AV ČR, v.v.i.
„Máme technologické možnosti, které nám umožňují pochopit principy, příčinné souvislosti a důsledky molekulárního fungování klíšťat.“
Projekt Jana Pernera z Biologického centra Akademie věd zkoumá klíšťata z pohledu funkční genomiky, tedy přístupu, který podává funkční vysvětlení pro jednotlivé části klíštěcího genomu neboli genetické podstaty. Klíště má jakožto parazit některé části genomu zredukované. Tuto redukci si klíšťata kompenzují svým „loupežným“ metabolismem. V průběhu evoluce si vyvinuly mechanizmy, které jim umožňují získávat nezbytné látky z krve hostitele a ty pak zakomponovat do svých vlastních metabolických drah. Klíšťata navíc „hostí“ bakterie, které pro ně produkují látky nedostupné v krvi hostitele.
„Umíme pomocí systému 3D tisku a biotisku sát a zkoumat klíšťata bez použití živých zvířat. Sekvenováním a identifikováním makromolekul, které klíště tvoří, odhalujeme jeho molekulární repertoár umožňující několikadenní spojení s hostitelem, ale také kolik a jaké mikroorganizmy klíště v dané životní fázi okupují,“ říká řešitel projektu doktor Perner.
Funkční kontext aliance mezi klíštětem a jejím bakteriálním symbiontem neboli „spojencem“, žijícím uvnitř parazita je do značné míry neprozkoumaný. Projekt si tak klade za cíl odhalit integraci metabolismu symbiontních bakterií do fyziologie klíšťat a poskytne důkladný vhled do strategií evoluční molekulární diplomacie mezi bakteriemi a klíštětem, jakožto hostitelským eukaryotem.
Mgr. Jan Perner, Ph.D.
4D buněčná přepážka
Ing. Roman Pleskot, Ph.D., Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i.
„Vytvoříme podrobnou mapu procesu dělení rostlin na úrovni jednotlivých biomolekul.“
Buněčné dělení je základním procesem pro každou živou buňku na Zemi, avšak dělení rostlinných buněk se zásadně liší od dělení buněk živočichů a hub. V průběhu evoluce se u rostlin totiž vyvinul jedinečný membránový útvar, takzvaná buněčná přepážka, která svým růstem ze středu buňky odděluje dvě dceřiná jádra. Vědecký tým Romana Pleskota ve svém projektu usiluje o odhalení dosud neznámých detailů jejího vývoje, které budou sloužit ke studování dynamické souhry mezi proteiny, lipidy a polysacharidy buněčné stěny a k popsání transportních procesů rostlin, které jsou ke tvorbě přepážky klíčové.
„Ačkoliv se rostliny mohou zdát na první pohled nehybné a postrádající aktivní pohyb, jejich buněčné procesy vykazují přesný opak. Rostliny jsou jako modelový systém buněčné biologie často upozaděny, i když to byly právě rostlinné buňky, které daly vznik buněčné biologii jako vědní disciplíně. Rostliny jsou také absolutně nezbytné pro naši společnost, jako zdroje potravy, příbytku nebo léčiv,“ vysvětluje doktor Pleskot.
Podpořený projekt JUNIOR STAR popíše časoprostorovou dynamiku vývoje buněčné přepážky na úrovni jednotlivých proteinů a vytvoří podrobnou 4D mapu, která objasní unikátní dynamiku dělení rostlin a pomůže lépe pochopit její evoluci.
Ing. Roman Pleskot, Ph.D.
Data, algoritmy, moc: Ekonomické teorie informační společnosti
Ole Jann, Ph.D., Národohospodářský ústav AV ČR, v.v.i.
„Projekt si klade za cíl pochopit, jak nové technologie a internet ovlivňují způsob nakládání s informacemi a jaký dopad to má na současnou ekonomiku a společnost.“
Většina z nás je značnou část dne „online“ – kvůli práci, nakupování, zjišťování informací nebo komunikaci na sociálních sítích. To vše generuje obrovské množství dat a zanechává za námi nesmazatelnou digitální stopu, kterou dále využívají soukromé společnosti. Projekt Oleho Janna pomůže pochopit informační změny, k nimž dochází, jak v mnoha ekonomických sektorech, tak i ve společnosti jako takové. Zaměří se také na vztah mezi informacemi a mocí – zodpoví otázky týkající se soukromí, vlastnictví dat, jejich centralizace či decentralizace, algoritmů a výpočetních procesů.
„V obecné rovině chceme lépe pochopit, jak přemýšlet o ekonomice založené na datech, internetu a o tom, jak mění naše životy. Hodně se například diskutuje o tom, co jsou to data, jak fungují trhy s daty a jak by měly být regulovány. Jsou data ‚novou ropou‘, tj. podobnou komoditou, nebo jde o něco jiného, co vyžaduje nové způsoby chápání? Jak firmy využívají získaná data k ovlivňování a možná i kontrole našich životů a jak na to mohou reagovat jednotlivé vlády a spotřebitelé?“ ptá se řešitel projektu doktor Jann.
Vědec původem z Německa, který působí od roku 2019 na CERGE-EI – společném pracovišti Univerzity Karlovy a Národohospodářského ústavu AV ČR, bude na projektu spolupracovat s výzkumníky z Itálie, Velké Británie, Německa a dalších zemí.
Ole Jann, Ph.D.
O dalších podpořených projektech se začátkem řešení v letošním roce se můžete dozvědět v prvním díle tohoto seriálu.