Proč je svět zelený

Po večerech Kateřina Sam jako malá kreslila a snila o tom, že bude dělat animované filmy. Dokonce ji vzali na FAMU. Ona se ale nakonec rozhodla zkusit studovat přírodovědu − konkrétně chování ptáků, i proto, že měla jako malá holka doma poštolky. Volba školy se nakonec ukázala být správná, i když se její zájem oproti původním představám posléze přesunul jinam. Stala se expertkou na potravní vazby mezi hmyzem, jeho predátory (ptáky, netopýry a dravým hmyzem) a rostlinami v tropických pralesích i lesích mírného pásma.

Pomocí grantu teď bude odpovídat na otázku, proč je svět zelený. "Klasickou odpovědí je, že predátoři regulují populaci býložravé fauny, a tak může zelená vegetace vzkvétat. Zatím však přesně nerozumíme tomu, jaký má tento vertikální způsob kontroly význam pro různorodost a produktivitu lesů, které pokrývají téměř třetinu zemského povrchu, a jakou roli hrají obranné mechanismy samotných rostlin. Výzkum rolí určitých druhů predátorů, kteří se živí hmyzem, byl přitom dosud sporadický. Kateřina Sam by chtěla toto bílé místo zaplnit," píše se přímo na webových stránkách Evropské výzkumné rady. Tam zařadili projekt vědkyně z českobudějovického Biologického centra AV ČR mezi devět příkladů výzkumů podpořených v rámci celé Evropy. Sam na něj dostala 1,4 milionu eur a je teprve třetí ženou, která prestižní grant na pět let do Česka přivedla.

Teď může významně rozšířit svou srovnávací studii, kterou provádí na studijních plochách v Číně, Malajsii, na Papui-Nové Guineji a v Austrálii. Výzkumníci tam v lesích pomocí jeřábů dosahujících nad koruny stromů experimentují s množstvím predátorů a pozorují, co se stane po jejich odstranění s hmyzími společenstvy a lesní vegetací.

"Zabýváme se několika typy predátorů: ptáky, mravenci, netopýry, nově přibudou pavouci a také parazitoidi. Snažíme se zjistit, kteří z přirozených nepřátel hmyzu jsou schopni držet věci pod kontrolou. Spousta býložravého hmyzu je považována za škůdce, kteří mohou poškodit lesní i hospodářské plochy jak v tropických lesích, tak v lesích mírného pásma. Abychom škodám mohli předcházet, potřebujeme vědět, jak fungují mechanismy držící býložravý hmyz pod kontrolou a na které predátory se zaměřit, pokud systém nějak narušíme," popsala Sam pro LN.

Její tým už například zjistil, že když se vykácí tropický deštný les, v ostrůvcích zbývající vegetace se změní důležitost predátorů − ubude například ptáků a více se začnou činit mravenci.

Díky jeřábům zkoumá Sam a její tým chování a složení predátorů jinak, než je běžně zvykem − vertikálně, od země až po vrchol korun stromů. Zásluhou grantu se teď tým může dostávat až nahoru častěji než dříve − práce z jeřábu totiž stojí až 1700 dolarů na den.

Ačkoliv svůj výzkum ukotvila v laboratořích v Českých Budějovicích, vydává se často do terénu. Na Papui-Nové Guineji v současnosti vede ornitologickou sekci National Forest Inventory, kde šest ornitologických týmů provádí biologický průzkum celkem na 1000 sčítacích bodech ležících po celé zemi. V ostrovní zemi si našla i manžela − papuánského biologa Legiho Sama, s nímž se přestěhovala kvůli zakládání vlastní laboratoře do Budějovic.

V superlativech se o Kateřině Sam vyjadřuje i Libor Grubhoffer, současný ředitel Biologického centra Akademie věd ČR. "Grant si nesmírně zasluhuje. Je to velký talent pro experimentální ekologii. Pro práci v ekosystémech musí mít člověk speciální nadání a toho se Kateřině dostalo v míře víc než vrchovaté. Její úspěch je také potvrzením, že štěstí přeje připraveným. Má za sebou již pěknou řádku projektů a na svém kontě více než sedm desítek vesměs velmi citovaných původních vědeckých sdělení v prestižních časopisech," řekl ředitel pro odborný server Vědavýzkum.cz.

Loni například její tým zaujal zapojením se do mezinárodního výzkumu, který pomocí falešných housenek z plastelíny mapoval vazby mezi hmyzími škůdci a predátory. Výsledky unikátního pokusu publikoval prestižní vědecký časopis Science.

Kočka v klobouku

Ve srovnání s jinými hvězdami ve vesmíru působí naše Slunce poněkud osaměle. Běžně totiž kolem většiny hvězd krouží aspoň jedno "dvojče". Čas od času pak taková dvojhvězda za velkého zjasnění pozorovatelného na obloze splyne do jedné hvězdy. Co se při tom odehrává, se chystá díky grantu následujících pět let zkoumat astrofyzik Ondřej Pejcha z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy.

Tento článek patří do placené sekce.

Pro vás jej odemknul někdo, kdo má předplatné.


Pokud budete předplatitelem, budete moci stejným způsobem odemykat placené články i pro své přátele.
A získáte i řadu dalších výhod.

Může se to zdát jako situace pozemšťanům vzdálená, Pejcha si ale bude pohrávat mimo jiné s velkou neobjasněnou otázkou astrofyziky: původem prvků. Když se například spojí dvě neutronové hvězdy s obrovskou hustotou, část hmoty odletí do prostoru a vytvoří ty nejtěžší prvky, jako je třeba uran, zlato nebo stříbro. "Naše modelování může v důsledku objasnit, jak probíhá vývoj dvojhvězdy, která je zřejmě naprosto nezbytná k tomu, aby těžké prvky vznikly," popisuje Pejcha. Vesmír ho začal fascinovat už jako kluka. Od pozorování hvězd dalekohledem na hvězdárně se postupně dostal k teorii.

Teď se jeho práce točí hlavně kolem výpočtů.

Grant poslouží k vývoji dvou programů na unikátní modelování situací, kdy kolem sebe obíhají dvě hvězdy podobné našemu Slunci nebo hmotnější, načež se velmi rychle spojí do jedné. Přes 1,2 milionu eur z grantu využije Pejcha na mzdy a cestovné pro tým expertů a také pořízení malého superpočítače − několika spojených počítačů, které vývoj programů výrazně usnadní. Ty se ale neobejdou bez fyzikální intuice, která vědcům slouží coby kompas, zda počítačové výpočty dávají smysl.

O grant usiloval Pejcha už loni, letos zaujal komisi tím, že představil odvážnější projekt. "Popsal jsem typ výpočtu, který dosud v tomto kontextu nikdo neudělal. Víc jsem přemýšlel nad tím, co by měl být výsledný stav, a od toho se pak odvíjelo, jak to udělat. Cílem je nasimulovat strukturu dvojité hvězdy po mnohem delší dobu a s větším rozlišením, než bylo možné v minulosti," popisuje svůj projekt se zkratkou Cat-In-hAT (tedy "kočka v klobouku").

Pětiletá vyhlídka, kterou teď před sebou díky grantu má, je v astronomii poměrně dlouhá doba. "Díky raketovému technologickému pokroku se stále objevují nové věci, za pět let se mohou vědci zabývat úplně jiným druhem objektů než nyní. Co ale člověk může udělat, je zkoušet rozpracovat různé malé nápady. Protože z malých pokusů a malých projektů vznikají ty velké," popisuje Pejcha. Ostatně, na počátku výzkumu, na který teď dostal štědrý grant, byl krátký, čtyřstránkový článek. Vznikl ještě v době, kdy Pejcha působil jako postdoktorand na slavné Princetonské univerzitě, sídlící v americkém New Jersey. Doktorát získal na univerzitě v Ohiu. Zpátky do Prahy ho pak přitáhl mimo jiné grant Univerzity Karlovy Primus, který umožňuje mladým špičkovým vědcům založit si vlastní skupinu.

Ač Ondřej Pejcha většinu času upírá pozornost ke hvězdám, neznamená to, že by si nevšímal pozemského dění. Do Prahy například nedávno pozval přednášet americkou astrofyzičku Jessiku McIverovou. Přijela povyprávět studentům o své špičkové vědě − pracuje s jedněmi z nejcitlivějších zařízení sestrojených člověkem, detektory LIGO, které jako první přímo zachytily gravitační vlny z vesmíru. Přivezla ale také otázky rovnosti a zastoupení žen ve vědě, což je pro manžela úspěšné vědkyně (fyzičky atmosféry) a otce dvou dcer silné téma.

"V Česku se o překážkách, kterým ženy čelí ve vědě, oproti Americe moc nemluví. Jessica se tomu věnuje, potkal jsem ji na konferenci a přišlo mi jako dobrá příležitost na téma upozornit," vypráví skromný vědec. "Nevím, jestli jsem k tomu nejpovolanější, ale myslím si, že mám zodpovědnost zlepšovat místní prostředí," krčí rameny. Upozorňuje, že v Česku chybí například možnosti péče o děti předškolkového věku. "Špičková vědkyně přitom nemůže zmizet na několik let z výzkumu," podotýká.

Poznávání tajemné molekuly

Bádal po boku jedné z největších osobností v oblasti výzkumu leukemie, profesora Thomase Kippse na Kalifornské univerzitě v San Diegu. Předtím si lékař a biolog Marek Mráz vyzkoušel práci na prestižní americké klinice Mayo.

Z Ameriky se pak tento čtyřiatřicetiletý vědec vrátil před čtyřmi lety zpátky do Česka a na brněnském centru Ceitec založil vlastní výzkumnou skupinu. V laboratořích moderního ústavu Masarykovy univerzity v bohunickém kampusu zkoumá vznik a léčbu chronické lymfocytární leukemie, nejčastějšího typu leukemie u dospělých lidí. A jeho tým už si připsal zásadní objevy.

Jen letos vydal dvě studie v uznávaném vědeckém časopise Leukemia a jeden článek v Bloodu. Vysvětlují mimo jiné, jak se aktivuje dráha takzvané B buněčné signalizace v nádorových buňkách vedoucí k jejich množení. A jak to souvisí s "tajemnou molekulou" s názvem CD20, která se vyskytuje na povrchu nádorových buněk. Přestože onkologové k léčbě leukemií a lymfomů využívají už dvacet let protilátky, které se vážou právě na tuto molekulu, doposud nevěděli, jakou má u nádorů funkci.

Teď může svůj výzkum díky prestižnímu evropskému grantu ERC ve výši 1,5 milionu eur na pět let posunout ještě dál.

"Typ leukemie, který zkoumáme, vzniká z B lymfocytů, což jsou buňky, které nás za normálních okolností chrání proti infekcím tím, že produkují protilátky. Při vzniku chronické lymfatické leukemie mají nádorové lymfocyty aktivní stejnou dráhu, která je aktivována infekcí, ale nevíme, proč se dráha 'zapne'. Vznik této choroby a její chování je jednou ze záhad hematologie. Mě zajímá, jaké molekulární mechanismy ovlivňují aktivitu oné zmiňované dráhy (B buněčné signalizace) a jak lze toto využít terapeuticky," popisuje lékař a molekulární biolog.

Klíčová je pro jeho tým spolupráce s Interní hematologickou a onkologickou klinikou Fakultní nemocnice Brno, kde se pacienti s leukemií léčí. "S pomocí lékařů na klinice bychom rádi pochopili vznik a progresi chronické lymfatické leukemie do takových detailů, že budeme moci u pacientů trvale kontrolovat chorobu jinak než chemoterapií," vysvětluje Mráz s tím, že má za cíl najít vhodný "lék" do kombinace s dnes už velmi účinnými léčivy nazývanými "inhibitory B buněčné signalizace". "V budoucnu tím snad alespoň u části pacientů dokážeme chorobu trvale kontrolovat, nebo dokonce vyléčit."

Právě možnost spolupráce s nemocnicí a založení vlastní laboratoře v Brně jej přivedla ze zahraničí zpátky do Česka, i když zdejší vědecké prostředí nevnímá bez výhrad. "Umožňuje mi do jisté míry pracovat podobně jako v USA, ale těžce se potýkáme s nedostatečným a nesystémovým financováním vědy v Česku. V tom naší laboratoři právě evropský ERC grant významně pomůže. Veřejnost a politici by měli trvat na navyšování financování základního medicínského výzkumu," míní Mráz. Znepokojují jej prý různá vyjádření politiků o tom, že je potřeba podporovat hlavně takzvaný aplikovaný výzkum, ušitý na míru průmyslu. "V USA v tomto již mají desetiletí jasno, podpora základního výzkumu tam vedla k patentům mnoha nových léčiv a vývoji medicínských postupů," popisuje Mráz. Možná i proto, že nasákl kalifornským uvažováním, už přemýšlí, že na objevech svého týmu založí start-up, aby je dostal rychleji do klinické medicíny.

Zájem o přírodu a zkoumání světa má od dětství. "Na vědě je úžasné, že máte malou, ale reálnou šanci čas od času poznat díky experimentům, jak nějaký děj skutečně funguje. Je to úplně jiný pocit, než když si to přečtete v knize," popisuje biolog, kterému se daří už od dob studií − dostal cenu ministerstva školství pro výjimečné doktorandy. Před čtyřmi lety jej ocenila i Evropská hematologická asociace, o rok později Česká onkologická společnost.

Udělat pořádek v imunitních buňkách

Bylo poledne a podlouhlou prosklenou místnost ve třináctém patře budovy Evropské komise v Bruselu zalilo slunce. Imunolog Ondřej Štěpánek zrovna představoval svůj plán na pětiletý výzkum komisi expertů a bál se, že kvůli ostrému světlu nebude jeho prezentace k přečtení. Nakonec ale obstál, komise Evropské výzkumné rady ocenila jeho neotřelý nápad, jak rozpoznat funkce imunitních buněk pomocí myších modelů, a svěřila mu grant ve výši 1,7 milionu eur.

Se svou skupinou na Ústavu molekulární genetiky v krčském areálu Akademie věd bude podrobně studovat takzvané T-lymfocyty. Bílé krvinky, které zodpovídají za imunitní odpovědi vůči virovým, bakteriálním i kvasinkovým infekcím, v určitých případech dokážou zabíjet i rakovinné buňky. "Víme, že se dělí na velkou spoustu podtypů. Někdy mají úplně protichůdnou funkci − jeden zánět tlumí, druhý podporuje. Problém je, že ač se to zkoumá desetiletí, nikdo neví, kolik různých populací skutečně máme. V literatuře je chaos," vysvětluje Štěpánek.

Jeho tým má ambici udělat v druzích T-lymfocytů pořádek. Zvolil si pro to netradiční startovací pozici: "První krok je zapomenout na všechno, co se doteď za posledních deset dvacet let udělalo. Dnes máme pokročilejší metody a uděláme celou klasifikaci znovu," popisuje čerstvý držitel grantu. Jakmile jednotlivé druhy rozliší, budou pomocí myších modelů zkoumat, jak se různí ve své funkci. Vytvoří proto mimo jiné geneticky upravený myší kmen, kde budou "zapínat" v jednotlivých typech T-lymfocytů modelový antigenní receptor − klíčovou bílkovinu na jejich povrchu. Součástí projektu je i hledání molekulárních drah zodpovědných za chování dané populace T-lymfocytů.

Štěpánkův výzkum by měl směřovat i k lidské imunologii − postupně se dostane na zkoumání krve dárců. "V pozdější fázi bychom chtěli spolupracovat s dětskou endokrinologií v nemocnici v Motole a analyzovat T-lymfocyty u diabetických pacientů," popisuje 35letý imunolog.

Do svého týmu teď hledá kromě postdoktorandů také bioinformatika. "To bude asi oříšek, chybí po celém světě. V biologii vládne trend, že všichni generují obrovská data a biologové nejsou schopni se v tom vyznat. Přitom v datech jsou často velmi zásadní informace. Je obrovská poptávka po lidech, kteří to dokážou analyzovat," říká.

Štěpánkova laboratoř se navíc letos podílela na významných studiích o T-lymfocytech, které otiskly renomované mezinárodní časopisy EMBO Journal a Nature Immunology. V té první popisuje společně s kolegy z Německa a Švýcarska speciální typ paměťových T-lymfocytů. Ve druhé se zapojili do projektu špičkového imunologa Arthura Weisse z Kalifornské univerzity v San Francisku − vytvořili unikátní buněčný model pro studium způsobů, jak T-lymfocyty rozpoznávají patogeny.

Než si Ondřej Štěpánek založil laboratoř v Ústavu molekulární genetiky, sbíral zkušenosti jako postdoktorand na univerzitě v Basileji, v týmu světoznámého imunologa Američana Eda Palmera. "Byla to nenahraditelná zkušenost, ačkoliv jsme ve spoustě věcí protiklady. On rád věci zjednodušoval a dělal obecné závěry, já jsem si stál za tím, že detaily jsou důležité. Naučil mě hledat mezi tím kompromis," vzpomíná Štěpánek. Palmer ho inspiroval také svou vstřícností a uměním komunikace. "I ve vědě je kus marketingu, člověk musí umět závěry své práce prodat. Úspěšný vědec dnes nemůže být morous, který je někde schovaný," míní biolog, kterého k oboru přivedla prostá fascinace životem − odmalička například pěstuje masožravé rostliny.

Skrytý život rostlin

Žádost o evropský grant sepisoval biolog Matyáš Fendrych po večerech, ještě když pracoval v rakouské laboratoři uznávaného odborníka na polaritu rostlinných buněk Jiřího Frimla. Projekt měl hotový asi za tři týdny, a když mu pak po ústním pohovoru před expertní komisí v Bruselu přišlo e-mailem vyrozumění, že nápad získá štědrou podporu, nemohl tomu uvěřit. "Myslím, že pro rostlinné biology je obzvlášť těžké grant získat, většinou dostávají přednost projekty s dopadem na medicínu. Měl jsem obrovskou radost," popisuje vědec, který se jako otec tří dětí i kvůli rodině rozhodl s manželkou vrátit z ciziny zpět do Prahy, kde teď buduje vlastní laboratoř na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy.

Výzkum zaměří na hormon auxin − podívá se na to, jak přesně ovlivňuje růst rostlin. "Přestože je to jedna z podstat rostlinného života, zatím jen málo chápeme, co přesně se na úrovni molekul děje," vysvětluje Fendrych. Kořeny mohou například v odpovědi na různé podněty bleskově měnit intenzitu růstu a tým 36letého vědce se bude snažit zjistit, co přesně a jak se uvnitř odehrává. Coby modelová rostlinka mu poslouží drobný plevel huseníček rolní.

Biolog nyní hledá kolegy do týmu a ve své nové laboratoři na pražském Albertově zatím sestavuje speciální mikroskop pořízený z grantů. Je zvláštní tím, že stojí "na boku", což umožňuje zkoumat kořeny vertikálně, jak přirozeně rostou. A ve spojení s dalším vybavením to bude v Česku unikát − za 1,5 milionu eur od Evropské výzkumné rady jej doplní takzvaný spinning disk, zařízení, které umožní vzorky opticky "řezat". "Můžete se koukat do jednotlivých hloubek vzorku, vytvořit 3D obrázky," popisuje Fendrych. Pomohou i speciální "komůrky" ze silikonu z dílny VŠCHT − rostlinky zafixují, aby pak vědci mohli na jejich kořeny pohodlně působit různými látkami. Vše pak budou pod mikroskopem zkoumat živě, pomocí fluorescenčních metod.

Ačkoliv se vědec nerad chlubí svými úspěchy − včetně získání ERC grantu −, několik z nich stojí za zmínku. Když například působil jako postdoktorand na univerzitě v belgickém Gentu, svým výzkumem pomohl určit směřování tehdy mladé laboratoře Moritze Nowacka. Pod mikroskopem vypozoroval, že právě na kořenech huseníčku je možné zkoumat buněčnou smrt. Tu chtěli v laboratoři původně sledovat v semenech rostlin.

"Díval jsem se i na kořeny, protože se s nimi zkrátka lépe pracuje. Najednou jsem zpozoroval něco zajímavého, díky tomu jsme pak mohli detailně popsat mechanismy v článku," vzpomíná.

Ještě jako doktorand vydal významné články o dělení buněk v kořenu, později si připsal i nové poznatky o růstu buněk a vlivu auxinu, které vyšly v prestižních magazínech Nature Plants a eLife. Mimochodem, ačkoliv je jeho výzkum ryze základní, zkoumání auxinu může mít nepřímo dopad i v zemědělství − různé analogy hormonu se používají jako nejrozšířenější herbicidy.

"Spoustu věcí o hormonu nevíme. Když to zjistíte, budete moci vyvinout jiné, specifičtější herbicidy," podotýká Fendrych.

Související

Líbil se vám článek? Chcete víc takových článků?

Kupte si předplatné a můžete si je číst všechny. Navíc bez reklam a s možností sdílet přátelům.

Vyzkoušejte předplatné HN+