Zajímavé projekty ústavů Akademie věd ČR

Co způsobuje dědičné oční onemocnění V sítnici (latinsky retina) lidského oka se nacházejí miliony buněk, které citlivě vnímají dopadající světlo a umožňují nám vidět okolní svět ostře i v barvách. Při dědičném onemocnění sítnice zvaném retinitis pigmentosa odumírají světločivné buňky, což vede k postupnému zhoršování zraku a v nejhorších případech i k oslepnutí. Onemocnění, kterým trpí 2 až 3 mil. lidí na celém světě, je způsobeno mutacemi různých genů, z nichž většina má důležitou roli v procesu detekce světla. Záhadou jsou však mutace v genech, které potřebuje k životu každá buňka v našem těle a které se přesto negativně projeví jen v oční sítnici. Vědci z Ústavu molekulární genetiky AV ČR pod vedením Davida Staňka jednu z těchto „záhadných“ mutací nacházející se v genu HPRP31 charakterizovali a zjistili, jakým způsobem ovlivňuje chování zasažené bílkoviny. Takto mutovaný protein není schopen se řádně začlenit do buněčných struktur a je buňkami likvidován. I přes tuto snahu však zůstává malé množství mutovaného proteinu v buňkách přítomno a i toto malé množství nepříznivě ovlivňuje základní buněčné procesy; buňky obsahující mutovaný protein rostou pomaleji než jejich zdravé sousedky. Vědci dále zjistili, že nemocné buňky se dají „uzdravit“, je-li do nich vpraven pomocný protein, který mutované bílkoviny vychytá a neutralizuje. Pokud by se našel způsob, jak u pacientů s mutací v genu HPRP31 zvýšit expresi tohoto pomocného proteinu, mohl by postižení zraku oddálit. L Efektivní úprava vody – proces vysokorychlostního čiření Při provozu úpraven vody jsou optimalizovány provozní podmínky úpravy. Tento proces zahrnuje především optimalizaci chemických faktorů ovlivňujících úpravu vody (dávky činidel, reakční pH atd.). Fyzikálním podmínkám, při kterých úprava vody probíhá, však není věnována pozornost žádná nebo jen značně omezená. Výzkum pracovníků Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i. však prokázal, že právě fyzikální podmínky (intenzita a doba míchání tvořené suspenze) mají zásadní vliv na charakter a separační vlastnosti tvořených agregátů, a tím i na celkovou účinnost úpravy vody. Obvykle je suspenze v praxi tvořena při nízkých intenzitách míchání, důsledkem čehož se tvoří poměrně velké agregáty s nehomogenními vlastnostmi (strukturou a hustotou). Ty mají nepříznivé separační vlastnosti a účinnost jejich odstranění bývá nízká. Výzkum v ústavu vedl k poznatku, že při agregaci za vysokých intenzit míchání vznikají kompaktní husté agregáty, které vykazují významně vyšší účinnost separace oproti agregátům připraveným při nízkých hodnotách míchání. Na základě těchto poznatků navrhli v ústavu dva základní technologické postupy, jež vedou k tvorbě agregátů vhodných vlastností. Jde o metodu průběžné tvorby agregátů vysoké hustoty, tzv. IHDS proces (Inline High Density Suspension) a metodu post-orthokinetické aglomerace (POA), která vede k tvorbě velkých a rychle sedimentujících agregátů. Pro oba procesy jsou navrženy i dvě základní technologická zařízení. Jde o vysokorychlostní HR čiřič s dokonale vznášeným vločkovým mrakem, který je vhodný pro kontinuální vyrovnaný provoz úpraven, a vysokorychlostní P sedimentační čiřič, který je vhodný pro přerušovaný provoz. Na základě navržených postupů a technologických zařízení se značně zefektivnila technologie úpravy vody, uspořily se chemikálie, energie a méně se zatížilo životní prostředí. Účinnost těchto postupů dosahuje hodnot až 98 %, množství vznikajících problematických kalů se podařilo snížit o cca 30 %. Studium dědičné informace banánovníku – pomoc pro šlechtitele a farmáře v rozvojových zemích Banány nejsou pouze ovoce, ale pro mnoho lidí také základní potravina. Například ve východoafrické Ugandě znamená slovo matoke jak jídlo, tak banán. Uganďanům poskytuje matoke polovinu denního příjmu kalorií. Podobný význam má banánovník asi pro půl miliardy obyvatel Země, kteří konzumují různě upravené plody škrobových odrůd. Škrobové banány se většinou pěstují na malých farmách zásobujících místní trhy. Sladké banány, jaké známe z našich obchodů, tvoří jen asi šestinu světové produkce. Pro řadu zemí však jejich export představuje důležitý zdroj příjmů. Přílišná závislost na banánovníku se ovšem může vymstít – hlavně při výskytu nebezpečných chorob. Farmáři totiž pěstují odrůdy, které nevytvářejí semena (s nimi by se banány nedaly jíst), proto se musí množit odnožemi. Všechny rostliny určité odrůdy pak nesou shodnou dědičnou informaci, takže jsou vůči chorobám stejně citlivé. Z jediné napadené rostliny se infekce může rychle rozšířit na celou plantáž. Největším nepřítelem pěstitelů banánovníku jsou houbová onemocnění. Komerční plantáže se jim brání pomocí chemických postřiků (fungicidů), které aplikují každý týden. Malí farmáři bohužel na tyto drahé přípravky nemají peníze a choroby jim ničí úrodu. Řešením by mohly být banánovníky odolné proti závažným onemocněním. Vylepšování současných odrůd (kultivarů) je ale obtížné. Protože se nemnoží semeny, lze u nich běžné šlechtitelské postupy použít jen omezeně. Alternativou je zopakovat dílo přírody a vytvořit nové bezsemenné kultivary z původních planých druhů, které semena mají, a tudíž je lze křížit. Ani to však není snadné, neboť přesně neznáme původ – tedy plané „rodiče“ – dnešních odrůd, pěstovaných od nepaměti. Velké naděje se proto upínají ke genetikům. V Laboratoři molekulární cytogenetiky a cytometrie Ústavu experimentální botaniky AV ČR se zabýváme analýzou dědičné informace (genomu) banánovníku. Její uspořádání studujeme jak na úrovni chromozomů, tak na úrovni samotné DNA. Jedním z našich cílů je přispět k odhalení původu pěstovaných kultivarů. Náš tým navíc jako první na světě zjistil, že genom banánovníku je relativně malý. Tvoří jej asi půl miliardy „písmen“ genetického kódu, zatímco genom člověka jich obsahuje zhruba tři miliardy. Nyní se laboratoř jako člen mezinárodního konsorcia podílí na čtení genetické informace banánovníku. Teprve její rozluštění umožní plně využít moderní techniky molekulární biologie a biotechnologií pro šlechtění odolných odrůd. l Doc. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc., vedoucí Laboratoře molekulární cytogenetiky a cytometrie Ústav experimentální botaniky AV ČR O přírodních ohroženích na Machu Picchu v Peru Ve spolupráci Přírodovědecké fakulty UK a Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR od roku 2002 probíhá soustavný výzkum potenciálně nebezpečných přírodních procesů v rámci archeologické lokality Machu Picchu. Pozornost je věnována především sesuvům půdy, řícení skal a hluboce založeným skalním sesuvům. V rámci výzkumu byla vytvořena technicky nenáročná, esteticky vyhovující a zároveň dostatečně přesná síť dilatometrických a extenzometrických měření pohybů skalních bloků uvnitř vlastní památky. Výsledky měření, spolu s dalším rozsáhlým terénním výzkumem v okolí, jednoznačně vyvrátily alarmující informace o akutním nebezpečí sesutí archeologické památky. Měření z velké míry zajišťují pracovníci správy archeologické památky. Vědci také věnovali pozornost periodicky se opakujícím přívalovým proudům v okolí archeologické lokality, které ohrožují obyvatelstvo i střediska cestovního ruchu soustředěná většinou na aluviálních kuželech v údolí řeky Urubamby. Zkoumání vysvětlilo mechanismus vzniku těchto přívalových proudů, frekvenci a nejčastější dobu jejich výskytu. Vědci též navrhli jednoduchá ochranná opatření pro místní turistické středisko Machu Picchu (dříve Aguas Calientes), která by měla zamezit opakovaným ztrátám na životech v důsledku přívalových proudů.