Při loňských Nobelových cenách praktikům a výzkumníkům pracujícím v průmyslu asi radostí zaplesalo srdce. Na řadu se totiž dostaly i výzkumy – především pak objev modrých LED světel –, které bezprostředně souvisejí s průmyslovými aplikacemi, a jejich kolegové přímo z firem. Nobelův výbor si ale zřejmě byl letos tak trochu vědom toho, že musí rovnováhu napravit. A ke slovu se tak dostala v některých případech vysloveně základní věda – což ale možná znamená jen tolik, že praktikové se mohou s předstihem začít připravovat na to, co budou dělat za pár desítek let. Fyzika: Změna v přímém přenosu Začneme u té nejméně „praktické“ ceny za letošní rok, a tou byla cena v oboru fyzika. V něm došlo na ocenění jedné tak trochu „módní“ záležitosti, o které většina laiků asi neslyšela. Nositeli Nobelovy ceny za fyziku jsou dva experimentální fyzici, kteří potvrdili dlouhodobé podezření a velmi přesvědčivě dokázali, že neutrina se během svého dlouhého života mohou měnit z jednoho typu – odborně se tomu říká vůně – na jiný. Kajitův a McDonaldův úspěch se může zdát jako triviální záležitost, ale detekce neutrin je velmi, velmi obtížná. Tyto částice běžnou hmotou kolem nás prolétávají neustále, ale „srazí“ se s ní jen zcela výjimečně. Detekce neutrin tak probíhá na velmi citlivých, pečlivě konstruovaných a specializovaných detektorech, kterých je po světě jenom několik. (MacDonald jeden z nich – kanadský SNO – dlouhodobě vede a byl jedním z jeho duchovních otců. Kajita pracoval spíš na interpretaci údajů z japonského detektoru Super-Kamiokande.) V odborných kruzích se trochu debatuje o tom, zda cenu dostali skutečně ti praví, ale to pro nás není příliš důležité; věnujme se raději tomu, čím je jejich práce vlastně zajímavá. Velmi zjednodušeně jde o další důkaz toho, že hlavně teoretičtí fyzikové v posledních desetiletích postupovali správně a jejich obraz světa je v podstatě přesný. Navíc je tento směr výzkumu možná způsobem, jak nahlédnout za velmi bolestná omezení našeho současného vědění. Neutrina jsou jedny za základních částic. Jsou naprosto běžná a tvoří významnou část všech částic ve vesmíru, ale protože jsou stavěna, jak jsou stavěna, žijí obrazně řečeno v trochu jiném vesmíru než my. S hmotou, ze které jsme my, se prakticky neustále míjejí, a tak jsme tuto klíčovou částici dlouho nedokázali důkladně poznat. Letošní laureáti (spolu se stovkami svých kolegů) dovedli tuto záhadu trochu poodhalit. Dokázali na svých detektorech, že neutrina během svého života obrazně řečeno mění kabát. Jak k tomu dochází? Neutrina vznikají při srážkách či rozpadech částic ve třech různých „vůních“ (to je jen obrazný název, samozřejmě, s vůní to nic společného nemá – ale jak chcete pojmenovat vlastnost, která nemá v našem běžném světě obdoby?). Vůně nejsou příliš důležité, ale dají se měřit a fyzikové podle nich mohou neutrina rozdělovat – alespoň tedy těch pár nešťastníků, které dokážou zachytit. Postupně se ovšem začaly objevovat náznaky: to znamená, že velká část neutrin vznikajících třeba na Slunci (to je silný zdroj) k nám dorazí jako jiný typ, než jako který vznikla. Experimenty letošních laureátů byly prvními, které přesvědčivě doložily, že výsledky měření se výrazně odlišují od předpovědi bez oscilace – čili naznačují, že teoreticky předpovězená oscilace neutrin skutečnost velmi dobře vysvětluje. Fyzikální důsledek existence proměny neutrin je na pohled trochu nelogický, ale z matematického hlediska z pozorování vyplývalo, že jednotlivé vůně neutrin se liší svou hmotností; což zase znamená, že neutrina vůbec nějakou hmotnost mají. To bylo pro fyziky poměrně velkým překvapením. Dlouho jsme neutrina pokládali za nehmotné částice a dodnes nevíme, proč by tomu mělo být jinak – tedy jaký princip těmto částicím vlastně hmotnost dává a proč je výrazně nižší než u jiných částic. I proto se neutrina mohou stát velmi zajímavým oknem do světa fyziky, která přesahuje naše současné znalosti. Z tohoto důvodu se na ně v posledních necelých 20 letech soustředil zájem mnoha fyziků a fyzikálních experimentů. Zatím jsme ale jen na začátku. Abychom to ilustrovali: vědci například nevědí, jaká je absolutní hmotnost neutrin (rozhodně je velmi blízká nule). Vědci přesně nevědí, jak získávají neutrina hmotnost, ale vědí, jaký je rozdíl hmotností mezi jednotlivými typy. (Ve skutečnosti je to ještě trochu složitější: vědí, že dva ze tří stavů jsou si hmotnostně velmi blízké a že jeden je vyšší než druhý. Třetí stav je jim oběma vzdálenější, ale není jasné, jestli je vyšší, nebo nižší.) Abychom se vrátili ke zmíněné „nepraktičnosti“ letošní ceny: objev proměny vůní neutrin nemá zatím žádný praktický dopad a lze si jen poměrně těžko představit, že by v dohledné době vůbec nějaký měl. Chemie: Jak si léčíme DNA Ani chemici, kteří si v prosinci pojedou do Stockholmu pro své medaile, zatím neudělali „díru do světa“ jinde než v základní vědě. Letošní ocenění, totiž Tomas Lindahl (Švédsko), Paul Modrich (USA) a Aziz Sancar (Turecko), se věnovali otázce, která je sice potenciálně velmi zajímavá i pro průmysl, ale zatím k tomu nedošlo – přitom zní jednoduše: Jak odolná je DNA? Pro biologa je to otázka zcela přirozená. Ve většině buněk našeho těla se nacházejí zhruba dva metry DNA, v níž jsou zapsány prakticky všechny informace, podle kterých je naše tělo postaveno a funguje. Náš genetický materiál je neuvěřitelným způsobem naskládán do velmi kompaktních „klubek“, aby se do buněk vešel, ale to ho neochrání před celou řadou vnějších a vnitřních vlivů, které DNA poškozují a ničí. Poškozuje ji například voda, tedy sloučenina, které se nelze vyhnout. První oceněný, kterého jsme zmínili, Tomas Lindahl, si na začátku 60. let učinil vlastní experimenty a výpočty, které naznačovaly, že naše DNA by měla denně utrpět tisíce vážných poškození, která by se brzy stala „neslučitelnými se životem“. K poškození dochází i samovolně přímo v samotné buňce, bez jakýchkoliv vnějších vlivů. Přitom poškození DNA může vést k řadě problémů, obvykle sice zanedbatelných, ale časem nevyhnutelně zcela ničivých a nebezpečných. Třeba ke vzniku nekontrolovaného rakovinového bujení. Zřejmě tedy musejí existovat nějaké – a dosti účinné – mechanismy na opravu škod, které v naší genetické paměti vznikají, uvědomil si Lindahl a další. Stejně jako to, že evidentně musí jít o zásadně důležité mechanismy, kterým stojí za to se věnovat. Do zkoumání této otázky se tak postupně pustila celá řada vědců. A mezi nimi i letošní laureáti. Každý se věnoval problému po svém. Lindahl, u kterého jsme začali, byl jedním z těch, kdo celý obor otevřel. Byl mimo jiné prvním, kdo získal a popsal důležité enzymy, které mají na starosti opravy chyb vzniklých během kopírování DNA. (Ovšem dozor nad touto klíčovou činností je několikanásobný a Lindahl neobjevil vše.) I díky jím objeveným kontrolám udělají buňky ve výsledku chybu jen zhruba v jednom z miliard zkopírovaných písmen. Tím však Lindahlův přínos nekončil, problematikou oprav DNA se zabýval 35 let a popsal významnou část buněčného arzenálu, který se této otázce věnuje. Paul Modrich objasnil mechanismus, kterým buňky ověřují, že písmena DNA obrazně řečeno nejsou při kopírování či úpravě přeházena či špatně zapsána. Začalo to tím, že spolu s významným biochemikem Matthewem Meselsonem objevil poznávací znamení (byla to nepřítomnost metylové skupiny), podle níž bakteriální buňky rozeznávají, na které části zkopírované DNA by mohla být chyba. (U lidí má stejná metylová skupina jiné funkce a mechanismus tu funguje jinak, ale to nechme stranou.) Aziz Sancar zase přesně ukázal, jak se buňky zbavují materiálu poškozeného například ultrafialovým zářením nebo karcinogeny v tabákovém kouři. Popsal, jak buňka pozná a z DNA vystřihne kousky, které jsou poškozeny třeba UV zářením (na tomto příkladu jeho výzkum začal). Otázce se znovu věnoval celé roky a velmi trpělivě a podrobně popsal celý mechanismu nejprve u bakterií a pak u savčích buněk. Všechny tyto výzkumy sice otevřely vědcům oči, zatím však zásadním způsobem nepřispěly praxi (byť třeba vysvětlily, proč některé terapie fungují). Dlouhodobě je však potenciál nezanedbatelný, třeba v případě hledání terapií proti rakovině. Navíc se bez schopnosti oprav DNA život prakticky neobejde, a tak je její poznání nepochybně velkým úspěchem vědy a lidského poznání v tom nejzákladnějším smyslu. Medicína: Jak se bránit parazitům Náš příběh o „nepraktické“ povaze letošních Nobelových cen tak trochu „kazí“ ocenění za medicínu – ale jen v tom nejlepším slova smyslu. Rozdělila si ji totiž trojice vědců, kteří lidstvu přinesli lék proti dvěma velmi rozšířeným a nebezpečným infekcím. Američan William Campbell a Japonec Satoshi Omura stojí v pozadí vývoje léku proti hlísticím. Tito paraziti jsou pro Čechy možná jen exotickou zdravotnickou raritou, ale ve 20. století projevy nákazy těmito parazity trápily stovky milionů lidí. Vědci dokázali ve vzorku z půdy golfového hřiště nedaleko japonského výzkumného ústavu, kde působili, získat látku nazvanou později jako ivermektin. Ten se postupně stal jednou z nejdůležitějších látek v boji proti parazitům a hlavní měrou se zasloužil o to, že nemoci způsobované hlísticemi jsou celosvětově na ústupu a téměř vymýceny. Zajímavou a na Západě poměrně málo známou postavou je třetí oceněná, Číňanka Tchu Jou-jou (anglickou transkripcí Tu Youyou). Tato postavou malá, ale významná čínská chemička je tak trochu „znovuobjevitelkou“. V tradiční čínské medicíně vypátrala poznámky o účinnosti pelyňku ročního proti horečce a malárii. Čínská vědkyně dokázala určit, která látka v rostlině je vlastně biologicky aktivní. Tak vznikl zatím nejúčinnější a široce používaný lék proti malárii známý jako artemisinin. Práce na něm začala v době kulturní revoluce, v druhé polovině 60. let, kdy se Čína téměř dokonale izolovala od zbytku světa. Jedním z mála spojenců země byl ovšem Severní Vietnam, který právě bojoval s USA. Vietnamská armáda se ovšem nepotýkala jen s „imperialisty“, ale také s malárií. V boji s touto nemocí údajně ztrácela více mužů než ve střetech s americkou armádou. Nejúčinnějším lékem proti malárii byl chlorochin, objevený během vojenského výzkumu v USA v průběhu 2. světové války. Proti němu si ovšem původce malárie, parazit česky zvaný zimnička (lat. Plasmodium), postupně vyvíjel imunitu, navíc šlo samozřejmě o těžko dostupný lék západní provenience. Mao Ce-tung proto rozhodl přesně ke 23. květnu 1967 o vytvoření vojenské jednotky označované jako „Jednotka 523“, jejíchž 500 vědců mělo najít vhodné prostředky proti malárii. Tyto látky se hledaly i mezi přípravky tradiční čínské medicíny, a právě na té pracovala Tchu Jou-jou. Její skupina prošla zhruba dvě tisícovky receptů, z nichž zhruba třetina jevila nějaké známky toho, že by mohla účinkovat proti malárii. Zhruba 380 z nich pak vědci vyzkoušeli na myších nakažených malárií. Slibně vypadal i recept s využitím pelyňku, který se v čínské medicíně používal proti horečce. Postupně se podařilo jeho přípravu „vyladit“ a na zvířatech fungovala bezvadně. V roce 1972 se pak podařilo přesně identifikovat, která látka je v pelyňku účinná (budoucí artemisinin, což je forma sloučeniny C15H22O5), a v čínských laboratořích – a to nejen u skupiny Tchu Jou-jou – se ji podařilo přeměnit v účinný a běžně použitelný lék. V každém případ se artemisinin ukázal v klinických zkouškách účinnější než všechny ostatní látky a zhruba od konce 20. století je hlavní léčbou proti malárii. Díky němu se mezi lety 2000–2013 celosvětová úmrtnost na malárii snížila o 47 %, v Africe o 54 %. Ještě výraznější pokles byl ve skupině těch nejzranitelnějších pacientů, dětí do pěti let, u které se úmrtnost snížila celosvětově o 53 % (v Africe o 58 %). I tak nemoc v roce 2013 zabila podle odhadů zhruba 600 až 800 tisíc lidí. Josef Janků