Nastal čas pro epigenom

Už v roce 2004 bylo jasné, že sekvence genů různých druhů živočichů si jsou příliš podobné, než aby vysvětlily rozmanitost druhů. Naopak se ukázalo, že epigenetika, popisující změny v expresi genů dané chemickou modifikací DNA a příslušných proteinů může tuto diverzitu vysvětlit. Tato skutečnost vedla k založení Projektu lidského epigenomu a posléze koncem ledna 2010 v Paříži ke vzniku Mezinárodního konsorcia lidského epigenomu (IHEC) s cílem v první fázi deseti let zmapovat okolo tisíce referenčních epigenomů. IHEC nyní získává sponsory pro první fázi výzkumu odhadem na částku 130 milionů dolarů. Zájem o účast projevily už Kanada, Francie, Německo a několik zemí v Asii.

Role kyseliny sírové v atmosféře

Tisková zpráva AV ČR: Aerosoly mají přímý vliv na radiační bilanci Země tím, že odrážejí a absorbují sluneční záření. Hrají také důležitou roli jako kondenzační jádra při tvorbě oblaků. Porozumění těmto procesům je důležité nejen pro fyziku oblaků a atmosférickou chemii, ale i pro modelování změn klimatu. Na rozdíl od skleníkových plynů totiž aerosolové částice atmosféru ochlazují. Atmosférické částice vznikají buď lidskou činností, například spalovacími procesy, nebo přirozenou cestou, například z par produkovaných vegetací. Jedním z nejdůležitějších zdrojů aerosolů v atmosféře je kondenzace.

Velkou neznámou při studiu a předpovědích změn klimatu je v současnosti vznik a role těch nejmenších částic v atmosféře. Obvykle se předpokládá, že se procesu jejich vzniku účastní kyselina sírová. Tato hypotéza však zatím nebyla přímo potvrzena laboratorními měřeními – ta doposud produkovala nespočet rozporuplných výsledků. „Záhadu kyseliny sírové“ se neúspěšně pokoušelo vyřešit už mnoho vědeckých týmů. Až nyní mezinárodní tým s účastí Ústavu chemických procesů Akademie věd ČR prokázal v laboratorních experimentech, že při tvorbě nových částic v atmosféře je kyselina sírová opravdu hlavní složkou. Výsledky výzkumu, na kterém se podíleli: Mikko Sipilä, Torsten Berndt, Tuukka Petäjä, David Brus, Joonas Vanhanen, Frank Stratmann, Johanna Patokoski, Roy L. Mauldin III, Antti-Pekka Hyvärinen, Heikki Lihavainen, Markku Kulhala, byly publikovány v nejnovějším čísle časopisu Science.

Výzkum byl proveden ve dvou různých vědeckých institucích a na dvou různých, k tomuto účelu speciálně zkonstruovaných průtočných komorách. Klíčovou roli v řešení tohoto problému sehrála nově vyvinutá metoda detekce nanočástic, schopná rozpoznat částice dvakrát menší (o velikosti pouhých 1,5 nanometru!) než všechny dosud dostupné metody. Nový přístroj založený na uvedené metodě je navíc schopen přesně změřit nejen počet vzniklých částic, ale také jejich velikostní rozdělení.

V tomto experimentálním výzkumu se také poprvé podařilo zreprodukovat vznik nových částic při koncentracích kyseliny sírové blízkých koncentracím v atmosféře (obvykle milion až deset milionů molekul v krychlovém centimetru). Koncentrace kyseliny sírové byla stanovena stejným způsobem jako při atmosférických měřeních, tedy chemickou ionizační hmotnostní spektrometrií. Bylo zjištěno, že při těchto koncentracích mohou vzniklé částice dosáhnout detekčního limitu existujících čítačů částic za poměrně dlouhou dobu, a to až desítek sekund. To vysvětluje, proč ve dřívějších studiích nebylo možné rychlost nukleace nově vzniklých částic spolehlivě určit.

Polymer vodí teplo

Tým prof. Ganga Chena z amerického MIT připravil pomalým tažením z taveniny tepelně vodivý polyetylen. Plasty patří mezi špatné vodiče tepla, protože nemají volné elektrony, na rozdíl od kovů, jež elektřinu i teplo vedou dobře. Při tomto způsobu se dlouhé makromolekuly polymeru uspořádají víceméně rovnoběžně. Tímto směrem vedou teplo podstatně lépe než v ostatních. Odvádění tepla jedním směrem by se mohlo uplatnit při chlazení malých zařízení, které se silně ohřívají, jako jsou např. procesory, anebo při získávání tepla ze slunečních kolektorů.

Další krok v poznání příčin některých neurologických a psychiatrických onemocnění

Tisková zpráva AV ČR: Moderní vědecké metody umožňují postupně objasňovat molekulární podstatu mnohých geneticky podmíněných chorob. To je nezbytnou podmínkou pro racionální hledání případných léků či moderních léčebných postupů, ale také prenatální diagnostiky a preventivní medicíny. V poslední době se daří takto poznávat i příčiny některých neurologických a psychiatrických onemocnění, jejichž patogeneze byla neznámá.

Pro normální komunikaci mezi jednotlivými nervovými buňkami je kromě mnoha jiných věcí důležitá i správná struktura a funkce útvarů v kontaktních místech mezi neurony, v synapsích. Ty obsahují řadu bílkovin, včetně stěžejního PSD95, který pomáhá správně umístit ostatní molekuly včetně receptoru pro hlavní excitační přenašeč nervového vzruchu – glutamát. Mutace genu kódujícího protein zvaný IL1RAPL1(Interleukin-1-Receptor Accessory Protein Like 1) způsobují závažné psychiatrické poruchy včetně mentální retardace či autismus.

Spolupráce badatelů z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR a několika italských a francouzských laboratoří vedla nyní k objevu, jaký je vlastně mechanismus fungování proteinu IL1RAPL1 na molekulární úrovni a proč jeho mutace vedou k neurologickým poruchám. Ukazuje se, že jednou z jeho hlavních úloh je regulace správného rozmístění proteinu PSD95, který kontroluje správnou funkci glutamátového receptoru. V důsledku mutací proteinu IL1RAPL1 je tedy porušena glutamatergní signalizace, jež se klinicky projevuje výraznými kognitivními poruchami.

Výsledky tohoto výzkumu mají zatím význam především teoretický (objasnění dosud nerozřešené záhady), ale možná v budoucnu umožní docílit nápravy v porouchané spolupráci těchto molekul účastnících se přenosu informace mezi neurony farmakologicky, nebo postupy moderní molekulární medicíny.

Detektor zachytí jedinou molekulu

Chemičtí inženýři z amerického MIT vedení Michaelem Stranoem sestrojili z uhlíkových nanotrubic detektor, který zaregistruje jedinou molekulu peroxidu vodíku. Jejich detektor má složit ke sledování peroxidu vodíku při biologických procesech, takže ho tvoří uhlíkové nanotrubice s navázanými fluorescenčními skupinami zabudované v kolagenu. Na něm mají růst buňky, které vědci chtějí tímto způsobem sledovat. Peroxid vodíku na jedné straně sice biologické struktury poškozuje, na druhé straně se v malém množství podílí na přenosu informací na molekulární úrovni. Detekce peroxidů má význam i v boji proti terorismu, protože se stále více šíří používání trhavin založených na peroxidech, které jsou standardními postupy, jež detekují oxidu dusíku, nezjistitelné (akademon.cz 25.3.2008).

Týmu prof.Briana Wardla rovněž z MIT se podařilo připravit uhlíkové nanotrubice bez použití dosud nejrozšířenějších kovových katalyzátorů. Zjistili, že oxid zirkoničitý funguje neméně dobře.

Přenosná hydroelektrárna

Kalifornská společnost Bourne Energy brzy uvede na trh přenosnou vodní elektrárnu. Celé zařízení za 3.000 USD o váze 13 kg se složí do pouzdra, které můžeme nést na zádech jako batoh. Na dvojici lan ho zavěsíme do vodního toku. Dosahuje-li rychlost proudu 2,3 m/s, vyrábí minielektrárna 500 W elektřiny. Dražší vojenská verze o váze 11 kg dosáhne výkonu 600 W.

Savci na Madagaskaru

Tento ostrov v jihozápadním Indickém oceánu vykazuje velmi specifickou a pozoruhodnou faunu, která je pouze vzdáleně příbuzná se savci v Africe a vyvíjela se zřejmě odděleně po desítky milionů let. Jak se předkové dnešních savců na ostrov dostali, bylo předmětem mnoha debat, od názoru, že byl Mdagaskar spojen pevninou s Afrikou až po přeplutí na přirozených plovoucích vorech. Avšak bylo prokázáno, že suchozemské spojení tehdy neexistovalo a že mořské proudy se pohybují v Mozambickém průlivu naopak od východu na západ. Teprve v roce 2009 bylo prokázáno, že v době předpokládané migrace, před 20 až 60 miliony let, se mořské proudy pohybovaly od západu k východu, a tak lze vysvětlit, že lemuři se dostali na sever Madagaskaru před 50–60 miliony let, bodlíni před 25–45 miliony let, šelmy před 19–26 miliony let a hlodavci před 20–24 miliony let.

Atmosféra exoplanet

Infračervená spektroskopie z kosmických sond získala údaje o různých molekulách v atmosféře extrasolárnách planet typu horkého Jupitera, totiž o vodě, methanu, oxidu uhličitém a oxidu uhelnatém. Nyní byly získány informace o emisním spektru exoplanety HD 189733b, kde se vyskytuje nečekaný jasný pruh při vlnové délce 3,25 mikrometru. Jde pravděpodobně o fluorescenci danou methanem, podobnou jako v atmosférách planet sluneční soustavy.

Komponenty fotovoltaických článků rostou na poli

Vědci z University of California v Berkeley pod vedením Matthew B. Francis modifikovali virus tabákové mozaiky tak, že v buňkách tabáku vytváří svou proteinovou schránku s pravidelně uspořádanými barevnými pigmenty, které jsou shodné s chlorofylem. Po jeho viru a jeho stabilizaci na podložce by pak mohlo být možné získávat elektřinu ze slunečního záření. Jednalo by se vlastně o nový typ fotovoltaického článku, který by mohl být mnohem levnější než dosavadní konstrukce při zachování vysoké účinnosti.

Mikroorganismy vyrábějící biopaliva

Rostlinné a živočišné oleje jsou základním materiálem pro výrobu biopaliv, detergentů, rozpouštěděl a mazadel. Zvýšená poptávka a omezená produkce těchto olejů vede ke konkurenci s potravinami a zvyšování jejich cen. Alternativou je tady produkce těchto látek přímo z hojných a obnovitelných zdrojů pomocí fermentace. Pracovníci z několika kalifornských ústavů nyní vyvinuli metodu, kterou modifikovali bakterie Escherichia coli tak, aby produkovaly komplexní biopaliva, tedy lipidní estery a alkoholy, přímo z jednoduchých cukrů. Zpracovali bakterii i pro sekreci hemiceluláz, takže jsou schopny vyrábět potenciální biopaliva přímo z hemicelulosy, což je hlavní složka biomasy rostlin.

Grafen a nitrid boritý

V laboratoři prof. Pulickela Ajayana z americké Rice University se podařilo připravit hybridní materiál tvořený jednou monomolekulární vrstvou čistě uhlíkového grafenu, k níž připojili stejně silnou vrstvu rovněž hexagonálního nitridu boritého. Vzhledem k tomu, že grafen je vodič, zatímco BN izolant, otevírá se tím cesta k přípravě materiálů, jejichž vodivost může být libovolně nastavena. Praktické využití nového materiálu zatím není příliš jasné, rozhodně však jde o technologicky zajímavý kousek.

Lepí i pod vodou

Larvy i kukly chrostíků až do vylíhnutí žijí ve vodě. Na rozdíl od suchozemských druhů musejí vlákna, která tvoří jejich kukly i schránky larev, dobře přilnout i ve vodě, což není tak snadné. Russell Stewart z University of Utah v Salt Lake City zjistil, že toho dosahují fosforylací molekul aminokyseliny serinu, jež tvoří až 20% materiálu bílkovinných vláken. Za běžných podmínek, v nichž nedospělí chrostíci žijí, nesou fosforylované seriny záporný náboj, který se velmi pevně váže na kladné náboje odlišných aminokyselin ve vláknech. Nových poznatků se možná podaří využít při výrobě nových typů náplastí, fungujících i ve vlhku.

Zpamované genomy

Když se v roce 1996 objevila zpráva o prvním zmapovaném genomu eukaryontního organismu (kvasinky Saccharomyes cerevisiae) a o čtyři roky později o „rozluštění“ lidského genomu, vypadalo to na Nobelovu cenu. Nyní, o deset let později, se stalo sekvenování genomů záležitostí téměř triviální, i když značně náročnou. Ať tak či onak, na začátku roku 2010 jsme měli údaje o kompletních genomech 76 archebakterií, 982 bakterií a 198 eukaryontních organismů od hlístice po neanderthálce. Je však třeba upozornit, že příslušné informace se vyskytují v nepřehledné formě, kdy se do počtu zpracovaných organismů někdy započítávají i jednotlivé chromosomy, takže pro eukaryontní druhy se vyskytují i údaje od 1094 do 1189, a dokonce i organely (především mitochondrie), kdy se objevují čísla okolo 2243, nemluvě o 42 plasmidech. Tak se dozvíme, že eukaryontních genomů nebylo zmapováno pouze 198, nýbrž například 3379. Kromě toho údaje o kompletním genomu mohou, ale nemusí obsahovat počty genů mitochondriálních, popřípadě chloroplastových; nadto tu jsou údaje získané odlišnými metodami. Podobný zmatek platí i o genomech virů, kde se uvádí celkových 2330 druhů virů, ale 3552 záznamů o virových genech. V každém případě je úsilí vědců v tomto oboru třeba hodnotit velmi vysoko, protože nám mezi jiným umožňuje zjistit, zda jsme bližší příbuzní šimpanze nebo orangutana.

Asiaté v Římské říši

Při archeologickém výzkumu starého římského hřbitova v italském Vagnari se podařilo nalézt ostatky s DNA, která pochází z východní Asie. Vedoucí výzkumu Tracy Prowse z americké McMaster University dle izotopové analýzy soudí, že šlo o osobu narozenou mimo Apeninský poloostrov. Chudost hrobu svědčí o tom, že šlo o osobu nízkého společenského postavení, nejspíše otroka na císařských statcích. Nemusela se nezbytně narodit ve východní Asii, může jít i o blízkého potomka někoho takového.

Bakterie v lidském těle

Nikdo to ještě nespočítal, ale odhaduje se, že lidské tělo se skládá přibližně z 10 bilionů (10¹³) buněk, ale – co je ohromující – ve svém těle poskytujeme obydlí 100 bilionům buněk (10¹⁴) bakteriálních. Vyskytují se především v zažívacím traktu, zejména v tlustém střevě. Počet bakteriálních druhů je neméně překvapivý – skromné odhady uvádějí 500–5000 druhů ve střevech, 300–500 druhů v ústech a 120 druhů na kůži. Byly však publikovány i hodnoty 35 000 druhů, což je podstatně více, než kolik druhů bakterií bylo popsáno. Z tohoto neuvěřitelného počtu druhů je pouze necelá stovka patogenních, i když nezpůsobují žádnou chorobu. Běžné druhy tu jsou Helicobacter pylori (50 % zkoumaných osob), Staphylococcus aureus (též 50 %) a Mycobacterium tuberculosis (33 %). Je tu ovšem i Escherichia coli (ve střevě), Actinomyces viscosus (v ústech), Lactobacillus acidophilus (v pochvě) a dále archebakterie Methanobrevibacter a Methanosphaera. V lidském organismu se vyskytují i různé plísně, tedy eukaryontní organismy, byť v mnohem menším počtu.

Využití 3D projekce v biomedicínském inženýrství na ČVUT v Praze

Tisková zpráva ČVUT: Na společném pracovišti Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze a 1. LF Univerzity Karlovy v Praze na Albertově vznikla laboratoř 3D virtuální reality k rehabilitaci pacientů s poruchami rovnováhy.

Rovnováha je u člověka zajištěna součinností více smyslových systémů, zejména zraku a rovnovážného ústrojí. Při standardním postupu je pro rehabilitaci využívána stabilometrická plošina, která snímá rozložení váhy pacienta. Ten je v průběhu terapie informován zpětnou vazbou z monitoru o poloze svého těžiště.

Využití 3D projekce nově dává lékařům a inženýrům možnost lépe modulovat právě zrakový vstup, který je pro systém lidské rovnováhy velmi důležitý. Polohovací stabilometrická plošina, na níž jsou pacienti v prostředí virtuální reality umístěni, dále umožňuje i směrovou manipulaci s pacientem a tedy stimulaci rovnovážného ústrojí.

Spojení těchto dvou prvků umožňuje efektivní diagnózu a terapii v případě postižení center rovnováhy, které zajišťují vzájemnou koordinaci jednotlivých vstupů. K poruchám center rovnováhy může dojít například při cévních mozkových příhodách nebo ložiskových poranění mozku a následná rehabilitace je běžně velmi obtížná. Na vypracování nových diagnostických a terapeutických postupů využívajících třírozměrné virtuální reality se spolu s kladenskou Fakultou biomedicínského inženýrství ČVUT podílí Klinika rehabilitačního lékařství 1. LF UK a VFN, která přijímá do programu tzv. denního stacionáře pacienty po poškození mozku.

Gadoliniem modifikované diamanty

Týmu Thomase Meadeho z Northwestern University se podařilo připravit nanodiamanty modifikované gadoliniem, které velmi výrazně zvyšují signál při zobrazování pomocí jaderné magnetické rezonance, mnohem více, než gadolinium samotné. Tento prvek ze skupiny lanthanoidů má velký magnetický moment díky svým sedmi nepárovým elektronům v f orbitalu. Využívá se již delší dobu jako kontrastní látky při zobrazování pomocí jaderné magnetické rezonance. Nanodiamanty se vyznačují velikou biokompatibilitu. Díky své chemické stabilitě nereagují s ničím v živých organismech. Chemickou modifikací jejích povrchu pak lze zajistit jejich zapojení do nejrůznějších procesů, takže jich bude možné využít při zobrazení různých částí těla či procesů.

Spolupráce francouzských vědců a vědců z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR naznačuje nové možnosti v léčbě AIDS

Tisková zpráva AV ČR: Retroviry jsou častými původci nádorových a imunitních onemocnění zvířat a člověka. Nejaktuálnějším lidským patogenem z této skupiny je virus HIV, který rozvrací imunitní systém hostitele a vyvolává komplexní onemocnění AIDS. Pacienti ve vyspělých zemích jsou léčeni účinnými virostatiky, často vyvinutými v Akademii věd ČR, která brání množení viru v krvi a vypuknutí AIDS.

Toho je ovšem dosaženo za cenu nepříjemných vedlejších příznaků a vysokých nákladů, navíc virus postupně vyvíjí rezistenci vůči virostatikům, a léčbu je tedy třeba průběžně obměňovat. Úplnému vyléčení a likvidaci viru brání jeho schopnost začlenit se do DNA hostitele a dlouhodobě přežívat ve vybraných buňkách v latentním stavu, kdy se virus nemnoží, ani se nevytvářejí virové bílkoviny. Molekulárně biologické a buněčné mechanismy ustanovení virové latence jsou v centru zájmu současné virologie. Pochopení těchto mechanismů by mohlo pomoci vyvinout strategii k reaktivaci latentních retrovirů a spolu s virostatiky k racionální léčbě AIDS.

Virologové z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR dlouhodobě sledují, jak je aktivita retrovirů ovlivňována methylací DNA. Ve spolupráci s francouzskými kolegy z Marseille studovali možnosti reaktivace latentního viru HIV a prokázali, že methylace DNA účinně brání reaktivaci, která je obvyklá při imunitní reakci. Tento poznatek byl získán studiem modelových buněčných linií in vitro a potvrzen na klinickém materiálu získaném od pacientů infikovaných virem HIV a léčených virostatiky. Popsaný výzkum naznačuje, že reaktivace latentního viru bude obtížná a bude třeba doplnit stávající léčbu virostatiky o látky zabraňující methylaci DNA a s ní spojených bílkovin typu histonů. Takové látky jsou již známy a byly schváleny pro léčbu nádorů. Některé kombinace těchto látek již byly v rámci této česko-francouzské vědecké spolupráce testovány.

Zde najdete další informace.

Jak vznikají rostlinné průduchy?

Otvory v rostlinném povrchovém pletivu umožňují výměnu oxidu uhličitého a kyslíku v rostlinách. Dosud nebylo jasno, co řídí vývoj průduchů čili stomat. Teprve nyní se japonským vědcům podařilo prokázat, že za otvírání stomat v huseníčku Arabidopsis je zodpovědný peptid obsahující 45 aminokyselin a bohatý na cystein, který vzniká z prekursoru o 102 aminokyselinových zbytcích, nacházejícího se v mezofylových vrstvách buněk a zvaného stomagen. Ten se váže na povrchový receptor TMM. To dává naději, že stomagen bude možno použít v zemědělství i lesnictví pro tvorbu rostlin s vysokým obsahem průduchů, a to nejen pomocí genového inženýrství, ale i postřikem stomagenem nebo podobnými syntetickými peptidy.

Genová sekvence sójového bobu

Sójové boby (Glycine max) jsou důležitým potravinovým zdrojem jak co do proteinů tak do oleje a jejich symbióza s bakteriemi vázajícími dusík z nich činí nepostradatlnou plodinu v rotačních zemědělských systémech. Jejich genom byl nyní sekvenován – obsahuje 1,1 gigabází, což je největší rostlinný genom sekvenovaný touto metodou. V genetické minulosti sójových bobů je mnoho zajímavého: k duplikaci genomu došlo před 59 a 13 miliony let, což vedlo k tomu, že téměř 75 % genů se vyskytuje ve dvou nebo více kopiích.

Větší mozek se učí déle

Neurofyzilogové ze švédské Lunds universitet vedení Martinem Garviczem studovali u 24 savců dobu, kterou potřebují k tomu, aby se naučili chodit. Zjistili, že čas od početí do zvládnutí chůze je přímo úměrný velikosti mozku. Čím větší mozek, tím delší dobu potřebuje. Vlastní způsob chůze má pouze nevelký vliv. Ti savci, kteří při chůzi mají patu na zemi jako my, potřebují o něco více času, než ti, kteří chodí jen po špičkách, jako kočky a koně.

Úplná syntéza palau´aminu

Palau´amin je extrémně komplikovaná molekula obsahující šest kruhů s 16 atomy uhlíku a 6 atomy dusíku, řazená mezi pyrrol-imidaziolové alkaloidy a vyskytující se v mořské houbě Stylostella agminata z okolí ostrovní republiky Palau v západním Pacifiku. Látka má protinádorové, antibakteriální a antifungální účinky. Na jeho syntéze pracovaly tři vědecké týmy a nejúspěšnější z nich vyvinul 25stupňový postup, při němž pouze dvě z počátečních 10 000 molekul se dostaly do konečného produktu.

CZECHGLOBE - Centrum pro studium dopadů globální změny klimatu

Tisková zpráva AV ČR: Realizací projektu CzechGlobe dojde k vybudování prostorově rozmístěné infrastruktury výzkumu pokrývající území České republiky, kterou tvoří: (i) Meteorologická měřící věž umístěná v centrální oblasti České republiky, jež doplní celoevropskou síť dosud chybějícím českým národním bodem sledování skleníkových plynů v referenční vrstvě atmosféry. (ii) Síť ekosystémových stanic zaměřených na sledování, kvantifikaci a vyhodnocování toků uhlíku v základních typech ekosystémů České republiky a síť sledování koloběhu základních bio-geochemických prvků v malých povodích - příspěvek k celistvosti evropské a světové databáze ukládání a produkce skleníkových plynů. (iii) Centrální fyziologická, izotopová a metabolomická laboratoř rostlin a nově budovaná zařízení pro dlouhodobé experimenty s dopady změny prostředí umožňující studium procesů spojených s asimilací uhlíku v měnících se podmínkách. (iv) Letecká laboratoř dálkového průzkumu Země a stanice příjmu a zpracování leteckých a satelitních zaměřená na výzkum a vývoj zobrazování procesu uhlíkového cyklu pomocí satelitních snímků. (v) Inkubátor aplikačních výstupů zaměřeného na nové technologie se vztahem ke globální změně klimatu. Zejména se bude jednat o nové postupy biologického vázání uhlíku a výrobu biopaliv 3. generace. Poznatky získané badatelskou činností centra budou okamžitě transformovány do vývoje technologií zaměřených na zmírnění či adaptaci k účinkům GZK včetně fungování spin-off firmy. (vi) Kabinet socioekonomických studií zaměřený na dopady důsledků globální změny klimatu. (vii) Výukové, informační a demonstrační centrum.

Projekt CzechGlobe přispívá na národní úrovni k řešení nejzávažnějšího a mnohdy velmi kontroverzního globálního environmentálního problému současnosti – projevů a dopadů globální změny klimatu (GZK). Konkrétní podoba projektu směřuje k vybudování centra výzkumu v rámci evropských strukturálních fondů operačního programu Vědy a výzkumu pro inovace. Tradice výzkumu GZK, vytvořené prvky infrastruktury výzkumu a postupné formování badatelského týmu napříč institucemi VaV v ČR (ústavy AV, univerzity a resortní organizace VaV) s přímou účastí špičkových zahraničních odborníků vytvořilo vhodný základ pro formulování projektu, do kterého jsou smluvně zapojeny významné zahraniční instituce zabývající se danou problematikou (Výzkumné centrum Helmholtzovy společnosti Jülich, Ústav agro-ekologie a lesnické biologie centra národního výzkumu Řím a Universita v Curychu). Činnost centra se zaměřuje na základní tématické segmenty působení GZK, tj. atmosféru - ekosystémy – socioekonomické systémy.

Germaniové antireflexní pokrytí

Ali Javey z University of California v Berkeley se svými kolegy vypěstoval germaniové nanojehlice, které pohltí prakticky veškeré na ně dopadající světlo. Lze jich využít pro antireflexní úpravu povrchů anebo při konstrukci fotodetektorů či solárních článků. Každá jehlička se začne usazovat z germaniových par na niklové nanočástici. Tento způsob přípravy umožňuje pokrytí i ohebných povrchů.

Co způsobuje zvyšování hladin oceánů?

Globální oteplování vede ke zvyšování hladiny moří dvěma způsoby: táním ledovců a expanzí vody způsobenou jejím ohříváním. Práce laboratoře pro studium vesmírné geofyziky a oceanografie ve francouzském Toulouse, založená na údajích gravitace z družice GRACE a záznamech teploty ze sítě Argo ukázaly, že oteplování vody se nedávno zpomalilo a přispívá k růstu hladiny pouze o 0,3 mm za rok, zatímco tání ledovců způsobuje růst o 2 mm za rok.

Genomová encyklopedie říší Bacteria a Archaea

V současnosti známe úplné sekvence genomů téměř tisíce eubakterií a archebakterií. Jejich výběr byl většinou založen na znalosti jejich fyziologie, ale nyní skupina amerických a německých vědců založila projekt tzv. genomové encyklopedie bakterií a archeí (GEBA), který se soustřeďuje na druhy fylogeneticky zajímavé (už jich analyzovala 56) a který umožní objevit nové skupiny proteinů s jedinečnými biologickými vlastnostmi a předpovědět funkce genů známých z jiných organismů.

Kolik udrží kapilární síly?

Prof.Paul Steen a Michael Vogel z Cornell University vynalezli zařízení, které pomocí kapilárních sil přilne velikou silou k povrchu. Tvoří ho destička s póry mikrometrových rozměrů, pod níž se nachází nádrž s vodným roztokem solí. Vložené napětí žene vodu kvůli elektroosmotickému jevu (pohyb vody vyvolaný pohybem iontů, který způsobí vložené elektrické pole) skrze póry, takže na jejich konci se vytvoří drobounké kapičky. Pomocí kapilárních síl udrží nové zařízení zhruba 10 tun na čtvereční metr. Obrácení polarity natlačí vodu zpět do nádrže, spoj vyschne a soudržné síly zmizí.

Dlouhodobé nebezpečí kouření

Chemici Hugo Destaillats, Mohamad Sleiman, Lara Gundel a Brett Singer z Lawrence Berkeley National Laboratory zjistili, že nikotin, který se částečně uvolňuje při kouření do vzduchu, reaguje s kyselinou dusitou HNO₂ za vzniku silně karcinogenních produktů. Protože tato reakce probíhá na povrchu stěn, nábytku nebo koberců či závěsů, vznikající nitrosaminy přetrvají delší dobu. Kyselina dusitá ve vzduchu vzniká z oxidů dusíku.

Objev z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR ovlivní přípravu kmenových buněk

Malé RNA, takzvané mikroRNA, jsou důležité negativní regulátory genů. MikroRNA kontrolují aktivitu jiných genů tím, že se specificky váží na konce RNA produkovaných těmito geny a blokují jejich aktivitu (produkci proteinů = bílkovin). Zhruba tisíc různých mikroRNA reguluje až jednu polovinu z necelých 30 000 genů v lidském genomu. Role mikroRNA je významná pro správnou funkci genů v jednotlivých buněčných typech (neuronech, krevních buňkách a podobně) a pro jejich správný vývoj. Bez mikroRNA se tělní buňky správně nevytvoří.

Skupina Petra Svobody z Ústavu molekulární genetiky AV ČR, v. v. i., v úzké spolupráci s laboratoří Richarda Schultze z University of Pennsylvania v právě vycházejím článku v časopise Current Biology ukázala, že funkce mikroRNA molekul je v savčím vajíčku potlačena. Související článek v tisku v Biology of Reproduction pak ukazuje, že mechanismy normálně zajišťující funkci mikroRNA získávají ve vajíčku unikátní roli při vytváření zásob mateřských RNA. Proteiny produkované těmito mateřskými RNA molekulami jsou velmi důležité pro proces, který vede k vytvoření jednobuněčného embrya, jež je schopné se vyvinout v celý organismus.

Význam tohoto objevu spočívá v nečekaném zjištění, že navzdory nezastupitelné funkci mikroRNA v jiných buňkách unikátní proces vzniku nového života z oplozeného vajíčka mikroRNA nepotřebuje. Tento poznatek je důležitý pro přípravu kmenových buněk. Donedávna bylo možné získat kmenové embryonální buňky pouze z embryí (u člověka pak z přebytečných embryí z programů asistované reprodukce), což s sebou neslo řadu etických a jiných problémů. Před několika lety bylo poprvé ukázáno, že ekvivalent kmenových embryonálních buněk je možné získat experimentálním přeprogramováním jiných tělních buněk. Nicméně jenom velmi malé procento buněk bylo přeprogramováno úspěšně, zřejmě také kvůli přítomným mikroRNA. Aktuální výsledky dokládají, že pro přirozený vznik kmenových embryonálních buněk je důležité potlačit funkci mikroRNA. První (zatím nepublikované) výsledky z experimentální přípravy myších kmenových buněk z buněk tělních tuto domněnku potvrzují. Zjednodušeně řečeno, v blízké budoucnosti bychom díky tomuto objevu měli být schopni připravovat kmenové buňky z tělních buněk mnohem úspěšněji. Úspěšná a kontrolovaná produkce kmenových buněk bude potom zásadní pro programy buněčné terapie, ať už jde o napravování poruch krvetvorby, poruch produkce inzulínu či opravy poškození nervového systému.

Odezva rostlin na změny teploty

Mechanismus, jakým rostliny reagují na změny teploty, se podařilo odhalit S. Vinodu Kumarori a Philipu A. Wiggemu z John Innes Centre v britském Norwichi. Citlivou odezvu na nevelké změny teploty způsobuje histon H2A. Histony jsou velké molekuly bílkovin, na kterých je za normálního stavu namotána jaderná DNA. Změna struktury jeho molekuly vyvolaná vzrůstem či poklesem teploty aktivuje nebo deaktivuje stovky genů, což ve svém důsledku způsobí odezvu rostliny. Byť experimenty proběhly jen na huseníčku rolním (Arabidopsis thaliana), zjevně jde o mechanismus obecný.

Využití oleje po dekontaminaci

Laboratoř Davida Schiraldiho na Case Western Reserve University připravila nový materiál, který se může uplatnit při odstraňování olejových skvrn. Jde o tzv. aerogel (viz akademon.cz 4.8.2007, 4.8.2007 a 9.5.2002), tedy látku s extrémně nízkou hustotou. Připravuje se smísením stejného dílu jílu a polymeru s velkým nadbytkem vody. Po zmrznutí voda v chladu odsublimuje a zůstane struktura, kterou z 96% vyplňuje vzduchu. Jde o velmi hydrofobní materiál, takže ze zamořené vody selektivně pohltí pouze olej, který můžeme lisováním znovu získat v čisté, použitelné podobě.

Závod se změnou klimatu

V případě změny podnebí musí živočišné i rostlinné druhy putovat, aby si zachovaly stejnou průměrnou teplotu okolí. Jejich naděje na přežití tedy spočívá ve schopnosti udržovat krok s měnícím se klimatem. Nyní byl vypracován nový index kvantifikující změny klimatu v tomto století. Jeho hodnota udávající lokální rychlost na zemském povrchu potřebnou pro udržení konstantní teploty v celosvětovém průměru je 0,42 km za rok. Vzhledem k topografickým vlivům je tato rychlost nejnižší v horských oblastech s tropickými a subtropickými jehličnatými lesy (0,08 km za rok) a nejvyšší v záplavových travných porostech (1,26 km za rok), ale i v mangrovech a pouštích. Zdá se, že pouze horské oblasti jsou schopny udržet mnoho druhů do příštího století.

Asijci mají shodný původ

Člověk se stěhoval z Afriky do Asie podél jižního pobřeží a dále do Indonésie. Nyní se podařilo vyřešit otázku, zda na sever Asie se stěhovali lidé později jinou cestou. Vzorky 55 000 variant genů z 2000 lidí prokázaly, že šlo o jedinou migrační vlnu. Vysoká podobnost se nachází u populace jihovýchodní a východní Asie, o něco menší s kavkazskou oblastí a zmenšující se od jihu k severu Číny.

Stopa po malárii

Nejzhoubnější ze čtyř parazitů způsobujících malárii, Plasmodium falciparum, zanechal stopu v lidském genomu ve formě ochranných mutací, včetně těch, které způsobují srpkovitou anémii. Pracovníci Pasteurova ústavu v Paříži nyní ukázali, že P. vivax může udržovat běžný enzymový nedostatek v jihovýchodní Asii, který způsobuje žloutenku a anémii. Lokální varianta spojená s enzymovým defektem byla spojena s 30–60 % redukcí parazita P. vivax, ale nikoli P. falciparum. Ukazuje to, že P. vivax mělo větší vliv na lidský genom, než se až dosud předpokládalo.

Systém šetřící miliony při plánovaných odstávkách elektráren

Tisková zpráva AV ČR: Nový systém, který umožní v předstihu plánovat opravy turbin jaderných i parních elektráren během jejich pravidelných odstávek, byl vyvinut v Ústavu termomechaniky AV ČR, v. v. i. Vhodným plánem lze např. opravy urychlit a tím docílit mnoha milionových úspor.

Metoda pro bezdotykové vyšetřování složitých strojních systémů byla vyvinuta pro účely základního výzkumu. Na principu této metody byl navržen systém, který sleduje pohyb a zjišťuje vibrace a dynamické zatěžování strojních součástí za rotace. Systém byl úspěšně testován na rotorech parních turbín. Dalším vývojem systému se podařilo, že data mohou být přenášena do počítače umístěného v laboratoři nebo ve velíně obsluhy, kde jsou vyhodnocována.

Během provozu systém např. obsluhu upozorní na případné nadměrné namáhání lopatek. Z těchto informací lze určit, které lopatky turbiny bude nutné při následné pravidelné odstávce opravit. Systém tímto umožňuje připravit opravy předem tak, aby byly provedeny v co nejkratší době.

Systém byl v loňském roce v době letní plánované odstávky namontován i na oběžná kola rotoru NT1 a NT3 turbogenerátoru TG2 Jaderné elektrárny Temelín.

Z kancelářského toaletní papír

Japonská společnost Oriental Co., Ltd. sestrojila stroj, který z použitého kancelářského papíru vyrobí toaletní. Monstrum, pojmenované Bílá koza, je vysoké 1,8 m a váží 600 kg. Nejprve listy rozřeže a pak za vlhka rozmělní na klasickou papírovinu. Z ní formuje běžné role. Celý proces trvá asi 30 minut. Leckteré výtvory, které na kancelářském papíru najdeme, si jistě nezasluhují lepší osud. Otázkou zůstává, jaký bude o nové zařízení zájem. I když na každé roli ušetříme asi půl dolaru, při ceně 100.000 USD návratnost při nepřetržitém provozu přesahuje deset let. Přihlédneme-li k velikosti stroje, sotva ho kdy najdeme jako běžnou součást kancelářského vybavení. Nicméně jako vybavení velkých kancelářských komplexů by se možná mohl uplatnit.

Více oxidu uhličitého, větší stromy

Ekolog Geoffrey Parker v uplynulých dvaceti letech prováděl rozsáhlé studie stromových porostů ve východní části Severní Ameriky. Se svými kolegy a řadou občanských spolupracovníků provedli na jeden milion měření. Jen na území státu Maryland sledoval růst dřevin na 55 stanovištích. Podařilo se mu prokázat, že růst stromů se v poslední době zrychlil dvoj až čtyřnásobně oproti lineární prognóze vytvořené z údajů o růst stromů za uplynulých 225 let. Znamená to, že jeden hektar lesa vyprodukuje ročně o pět tun dřeva více. Nepochybně to souvisí s rostoucím obsahem oxidu uhličitého v atmosféře, který je základní potravou rostlin. Vliv má i vzrůst teploty a s tím spojené prodloužení vegetačního období o jeden týden. Parkerova práce dokládá, jak složitý systém představuje koloběh oxidu uhličitého na Zemi a kolika vlivy může být zatížen. Z tohoto pohledu se jednoduché modely, jaké používají prorokové globální změny klimaty, jeví jako zcela nedostačující.

Tisková zpráva AV ČR

Nositelem Moultonovy medaile za rok 2009 se stal vědecký tým, jehož členem byl prof. Ing. Václav Tesař, CSc. , z Ústavu termomechaniky AV ČR. Tým získal ocenění za článek On the design and simulation of an airlift loop bioreactor with microbubble generation by fluidic oscillation publikovaný v časopise Food and Bioproducts Processing, 2009. Toto ocenění uděluje každoročně již od roku 1929 Institut chemického inženýrství (IchemE) za nejlepší vědeckou publikaci v oboru.

Profesor W. Zimmerman z univerzity v Sheffieldu ve Velké Británii přišel s myšlenkou, jak odstranit CO2 z kouřových plynů. Princip spočívá v probublávání škodlivých plynů bioreaktory, kde budou pěstovány řasy (Algae). Ty rozloží CO2 na kyslík a uhlík, který potřebují jako každá rostlina ke stavbě svých těl. Řasy bude možno dále ještě využít jako biomasu k výrobě kapalného paliva.

Úkolem profesora Tesaře v tomto projektu bylo zajistit co největší produktivitu bioreaktoru. Navrhnul a sestavil fluidický oscilátor, který umožňuje vytvářet bubliny CO2 o řád menších rozměrů, než byly doposud vytvářeny. Díky velkému povrchu pro přestup plynu a pomalému pohybu extrémně malých bublinek se dosáhlo podstatně rychlejšího růstu řas a větší produktivity.

Milan Prokop 2.3.2010: Udělení ceny se mně nezdá z energetického hlediska. Jestliže v elektrárně spálím uhlík na CO₂, získám energii, ale musím minimálně stejnou energii dodat zářením řasám, aby fotosyntezou opět oddělily kyslík od uhlíku. Není tedy ekonomicky možné řasám svítit uměle. Musí se využít slunce a tak je potřeba obrovská plocha bioreaktorů. Je to tedy mnohem větší problém, než vyrobit malé bublinky pro zmenšení zařízení. Prunéřov pracuje s výkonem 1050 MW, který se získává hořením uhlíku (též zjednodušeno). Na zemský povrch dopadá energie slunce v zimním dni při zamračené obloze do 100 W na 1 metr čtvereční. Mohu tedy spočítat pouhým vydělením, že potřebuji 10,5 km² na získání potřebné energie na fotosyntézu, aby z CO₂ dokázala uvolnit kyslík. Protože musím ještě zpracovat CO₂ z nočního provozu (patrně v zásobnících), potřebuji v době zimního slunovratu plochu třikrát větší, tedy 31,5km². Vše je přibližné, nejsou uvažovány cesty mezi bioreaktory a účinnost, která by plochu ještě zvětšila. Musíme totiž počítat z velikosti dopadající sluneční energie na zemský povrch právě v zimním období, kdy je největší potřeba elektrické energie a zároveň je krátká doba slunečního svitu. Dny jsou třeba týden pochmurné. Neumím si představit velikost zásobníků CO₂ z produkce elektrárny za pouhou noc. Je i nutné tuto plochu řas sklízet, sušit a především bioreaktory vytápět, jinak řasy zmrznou. Je to celé nereálné, medaile nebyla udělena oprávněně. Mám rád pokrok, takže budu jen rád, pokud se mýlím. Prostě si myslím, že i když je to hezké, nepomůže nějaké naštosování na sebe a umělé svícení. Je to stejně nereálné jako hořením vodíku vyrábět elektřinu a tou pak následně rozkládat vodu opět na vodík s očekáváním, že ještě nějaká energie nebo vodík zbude.

Obrněná šupinovka

Neobvyklého plže se podařilo odhalit v hloubce 2500 m pod hladinou Indického oceánu. Jeho ulitu tvořenou z běžného uhličitanu vápenatého a organických materiálů navíc kryje z vrchu ještě vrstva sulfidu železnatého. Šupinovka Crysomallon squamiferum, jak se obrněný plž jmenuje, se vyskytuje v oblasti hydrotermálních vývěrů, ze kterých proudí přehřátá voda s vysokým obsahem síry a mnoha dalších látek.