Klaveska.cz ~ Zprávy ze serveru 'Akademie věd ČR - tiskovky'Akademie věd ČR

15.01.2025 09:42

Jak dlouho trvá „rok“ na exoplanetách? Doba oběhu kolísá v řádu dní

[https://www.avcr.cz/cs/veda-a-vyzkum/matematika-fyzika-a-informatika/Jak-dlouho-trva-rok-na-exoplanetach-Doba-obehu-kolisa-v-radu-dni/]
V hloubi vesmíru dochází k zajímavému chování dvou obřích planet. Jako by byly partnery v tanci, byť se nikdy nedotknou. Většinu času tančí na vesmírném parketu sóla daleko od sebe, ale jakmile se přiblíží, táhne je to k sobě vší silou jejich gravitačních polí. Přitažlivost mezi nimi je tak intenzivní, že je vytrhne z rytmu a ke svému původnímu sólu se vrací až po chvíli. Vědci z Astronomického ústavu AV ČR zaznamenali neuvěřitelně výrazné změny v periodě oběžné doby exoplanetárních tanečníků – v řádu dní. Zákryty v Lodním kýluPlanety nacházející se mimo Sluneční soustavu nazýváme exoplanety. Obíhají jinou hvězdu ve vzdálených systémech. Hledat nové vesmírné světy má za cíl už od roku 2018 satelit TESS, vypuštěný americkou agenturou NASA. Tím se odstartovala nová éra výzkumu těchto těles. Pomocí čtyř vestavěných kamer pátrá TESS po tranzitech – poklesech jasnosti hvězd v důsledku clonění obíhající exoplanety. Výsledky aktuálního výzkumu doplňuje i analýza spekter ze spektrografu FEROS na dalekohledu s průměrem 2,2 m umístěným v Chile. Jak funguje tranzitní metoda?Když pozorujeme hvězdu a máme štěstí, že planeta zrovna přejde přes její sluneční kotouč, jas nepatrně poklesne. Planeta zastíní malou část světla, které k nám přichází – podobně jako při vhodné konstelaci můžeme pozorovat přechod Venuše či Merkuru přes disk Slunce. Jakmile se planeta dostane ve svém putování z našeho pohledu mimo oblast hvězdy, její jas se opět vrátí na původní hladinu. Pomocí těchto metod astronomové objevili planetární systém TOI-4504 v souhvězdí Lodní kýl na jižní obloze. Skládá se ze dvou planet o něco větších než náš Jupiter a jednoho miniaturního Neptunu. Planeta s označením TOI-4504 c je z nich nejtěžší – náš Jupiter by se do ní vešel skoro čtyřikrát. Satelit TESS zaznamenal, že svou mateřskou hvězdu zakryje zhruba jednou za 82 dní. Jeho oběžnou dráhu ovšem gravitačně ovlivňuje netranzitující planeta TOI-4504 d s hmotností 1,4x větší, než je hmotnost Jupitera, a způsobuje tak dřívější nebo pozdější okamžiky průchodu „céčka“ před hvězdou. Lišit se mohou až o čtyři dny, což je doposud nejvýraznější rozkolísání v době oběhu exoplanety. Rekordy ve vesmíru„Byli jsme velmi překvapeni, když jsme detekovali změny s tak velkou amplitudou. Dosavadní rekordman měl totiž amplitudu změn poloviční a jednalo se o úplně jiný typ planety,“ říká hlavní autorka studie Michaela Vítková z Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově. Změny okamžiků tranzitů jsou zvláště výrazné u planet, které jsou v tzv. rezonanci. To znamená, že periody jejich oběžných dob jsou v poměru malých celých čísel. To je i případ planet TOI-4504 c a d, které mají poměry oběžných dob blízko k 2:1. Systémy s hmotnými planetami na drahách s periodami v řádu desítek dní jsou pro astronomy nesmírně důležité, protože mohou napovědět něco o historii a evoluci planetárních systémů. Zdá se totiž, že chování „céčka“ a „déčka“ v soustavě TOI-4504 má kořeny hluboko v minulosti a souvisí s formováním těles z prachu a plynu rotujícího okolo mateřské hvězdy, případně s migrací již vzniklých protoplanet. TOI-4504 navíc na vnitřní orbitě hostí i malou planetu o velikosti mezi Zemí a Neptunem s periodou oběhu 2,4 dne. Tento planetární systém tak ještě nevydal všechna svá tajemství. O výzkumu exoplanet jsme psali v magazínu A / Věda a výzkum 3/2019 v článku Nová Země na obzoru. 3/2019 (verze k listování)3/2019 (verze ke stažení) Mnoho zajímavostí prozradí i videa ze série Lovci exoplanet. Text: Jana Bečvářová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy Astronomického ústavu AV ČRFoto: archiv ASÚ AV ČR (úvodní foto – umělecká představa systému TOI-4504 vygenerovaná DeepAI) Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

15.01.2025 08:42

Vědci popsali proces přinášející naději pro léčbu genetických onemocnění

[https://www.avcr.cz/cs/pro-media/tiskove-zpravy/Vedci-popsali-proces-prinasejici-nadeji-pro-lecbu-genetickych-onemocneni/]
Vědci z Mikrobiologického ústavu AV ČR ve studii popisují, jak by bylo možné s pomocí upravených molekul tRNA odstranit onu „nechtěnou tečku“, a dokončit tím syntézu zmutovaných klíčových proteinů. Významně tak rozšířili chápání způsobu, kterým lze opravit chybné proteiny. Složité dekódování a překlad Genetická informace uložená v DNA se přepisuje do mRNA, která ji přenáší z jádra do cytoplazmy. Zde se mRNA setkává s ribozomem, jenž funguje jako vyladěný molekulární dekodér: překládá čtyřpísmenový kód mRNA na dvacetipísmenový jazyk bílkovin v procesu zvaném translace (překlad). Tento překlad umožňují molekuly transferové RNA (tRNA), jež ribozomu slouží jako výkladový slovník. tRNA se mimo jiné podílejí i na procesu tzv. programovaného pročítání terminačního (ukončovacího) kodonu. Ten umožní, aby pokračovala syntéza proteinu, která by za normálních okolností již skončila. „Aby syntéza proteinů pokračovala, musejí ty tRNA, které mají antikodony podobné terminačním kodonům, přelstít tzv. ukončovací proteinové faktory a začlenit se místo nich do ribozomálního dekódovacího centra tak, aby syntéza proteinů mohla dále pokračovat. Tedy tak, aby nedošlo k jejímu ukončení,“ vysvětluje Leoš Shivaya Valášek, vedoucí Laboratoře regulace genové exprese Mikrobiologického ústavu AV ČR, která se tímto procesem už řadu let zabývá. Všemocné kontakty Ne všechny tRNA ale tohle dokážou. Vědci z Mikrobiologického ústavu AV ČR nyní ukázali, že ty, které umí přelstít ukončovací faktory, utvářejí důležité kontakty s některými ribozomálními proteiny, jež tvoří dekódovací místo. Tyto kontakty jim pak umožní vytvořit natolik stabilní vazbu, že ji terminační faktory nenaruší a syntéza bílkovin tak může pokračovat dál. „Toho by mělo jít využít pro vývoj léčebných postupů právě u nemocí způsobených nesmyslnými kodony. U těchto nemocí je hlavním problémem předčasně ukončená syntéza konkrétního klíčového proteinu. Cíleně upravené tRNA, u kterých budeme vědět, že se v dekódovacím místě stabilně ‚zahnízdí‘, by měly velmi účinně a cíleně potlačit ukončení překladu a umožnit dokončení syntézy celého proteinu,“ vysvětluje Petra Miletínová z Mikrobiologického ústavu AV ČR. „Velkou výhodou tohoto přístupu je, že buňka molekuly tRNA velmi dobře zná, je na nich závislá. Jako terapeutikum bychom tedy do těla nevnášeli nic cizorodého, takže bychom neměli aktivovat imunitní odpověď,“ dodává Leoš Shivaya Valášek. Od laboratorního stolu je cesta dlouhá Nově popsaná zjištění otevírají dosud neprobádaný směr v biologii tRNA, který by mohl usnadnit návrh geneticky upravených tRNA se specificky pozměněnými dekódovacími schopnostmi pro léčení mnoha genetických onemocnění. Cesta ke konkrétnímu pacientovi je ale ještě dlouhá. „I když jsme se my i naši zahraniční kolegové dostali už poměrně daleko, stále zbývá celá řada nevyřešených otázek. Například jak zajistit, že se speciálně upravené tRNA v těle dostanou přesně na místo určení, tedy k nejvíce postiženým tkáním či orgánům,“ říká Zuzana Pavlíková z Mikrobiologického ústavu AV ČR. „Vyřešit se musí také stabilita takovýchto léčiv, dlouhodobost jejich účinku, univerzalita jejich použití pro různé typy těchto onemocnění,“ doplňuje Leoš Shivaya Valášek. „Další, zatím jen zpola vyřešenou otázkou je vliv těchto speciálně upravených tRNA na řádné ukončení syntézy proteinů všude tam, kde je to naprosto nezbytné, tj. na konci genetické informace všech ostatních genů,“ zdůrazňuje vědec. Na základě této a předchozích studií experti z Mikrobiologického ústavu AV ČR společně s českými a zahraničními kolegy podali velký ERC grant, jehož náplní je právě řešení těchto a dalších klíčových otázek, které se vynořují mezi laboratorními modely a klinickou praxí. Kontakt: Leoš Shivaya ValášekMikrobiologický ústav AV ČRvalasekl@biomed.cas.cz Mechanismus účinného pročítání terminačních signálů. Pouze ty tRNA, které jsou schopné vázat se na vybrané ribozomální proteiny tvořící jeho dekódovací centrum, např. eS25 a eS30, se stabilně v tomto centru „zahnízdí“. A i když je ribozom připraven syntézu ukončit, přítomnost těchto speciálních rti-tRNA předčasnému ukončení zabrání, umožní ribozomu pokračovat dál a syntézu celého proteinu dokončit.

14.01.2025 16:28

Nově objevená řasa může pomoci rozlousknout tajemství evoluce rostlin

[https://www.avcr.cz/cs/veda-a-vyzkum/biologicko-ekologicke-vedy/Nove-objevena-rasa-muze-pomoci-rozlousknout-tajemstvi-evoluce-rostlin/]
Na první pohled vypadala trochu jako mech. Lence Caisové z Ústavu molekulární biologie rostlin Biologického centra AV ČR se však na nenápadné rostlině uprostřed sardinské přírody něco nezdálo. V laboratoři pak pochopila, že natrefila na hotový poklad. „Zjistila jsem, že jde o dosud neznámou zelenou řasu, která má unikátní adaptace pro život ve vodním i suchozemském prostředí, jež lze vyvolat v laboratorních podmínkách. Dá se na ní tedy zkoumat, jak se řasy dostaly z vody na souš nebo jak vznikla mnohobuněčnost,“ vysvětluje vědkyně. Řasa Draparnaldia erecta na první pohled připomíná mech. Draparnaldia má navíc pro výzkum velmi praktické vlastnosti: snadno se kultivuje, velmi rychle roste a svůj životní cyklus dokončí během sedmi až devíti dnů. Rozmnožuje se zoosporami (jednobuněčnými stadii), které je možné vyvolat současně ve velkém množství, což je zásadní pro experimenty zaměřené na mnohobuněčnost. „Naším cílem je ustanovit Draparnaldii jako model pro základní výzkum. Kromě protokolů pro její laboratorní kultivaci už jsme detailně popsali její morfologii, vývoj a adaptace na vodní i suchozemské prostředí. Také jsme zmapovali její fytohormony a sekvenovali její genom,“ líčí Lenka Caisová. Není řasa jako řasaZelené řasy se dělí na dvě skupiny – chlorofytní a streptofytní řasy. Obě nezávisle vyvinuly mnohobuněčnost a často obývají stejná stanoviště. Jen řasy streptofytní však dokázaly přejít z vody na souš, tedy absolvovat tzv. terestrializaci, a rozrůznit se do tisíců druhů suchozemských rostlin, které známe dnes. Vědci se tak dlouhodobě snaží rozluštit záhadu, proč se přechod na souš zadařil pouze u streptofytních řas a ne u těch chlorofytních. Mnohobuněčnost a terestrializaci zelených rostlin obvykle studují na morfologicky složitých modelových organismech, jako jsou prostnice, čepenka a huseníček. Nově mezi modely figurují i streptofytní řasy, přímí předkové suchozemských rostlin – například parožnatka nebo jařmatka. Doposud však chyběl model ze skupiny chlorofytních řas, který by morfologicky připomínal rané suchozemské rostliny a zároveň měl adaptace pro život na souši. Draparnaldia tuto mezeru vyplňuje. „Je výjimečná tím, že jde o jedinou chlorofytní řasu, která se vyvinula do morfologické složitosti srovnatelné s ranými suchozemskými rostlinami. Má rozvětvený horní buněčný systém, který vypadá jako malá suchozemská rostlina, a dlouhé buňky, které připomínají kořenový systém,“ popisuje Lenka Caisová. Kořínky řasy jménem Draparnaldia erecta pod mikroskopem Tyto buňky ve vodním prostředí rostou směrem dolů. Po přechodu na souš se však celá rostlina v podstatě otočí a její „kořínky“ najednou směřují nahoru. Právě tato vlastnost dala řase druhové jméno erecta. Draparnaldia napovíJak se jednobuněčné řasy staly mnohobuněčnými a jak dokázaly osídlit souš? Právě na tyto otázky by podle vědců mohla nenápadná Draparnaldia, která mimochodem roste i u nás, přinést odpovědi. Přestože se tato řasa vyvíjela nezávisle více než miliardu let, vykazuje pozoruhodné analogie s procesy terestrializace u streptofytních řas a suchozemských rostlin. Vyvinula však alternativní mechanismy hormonální signalizace, jejichž studium poskytne důležitá vodítka pro pochopení toho, jak se rostliny dostaly z vody na souš. Zároveň může přinést cenné poznatky o funkcích rostlinných hormonů. „Pokud vše půjde dobře, mohli bychom v horizontu dvou let přijít s velmi zajímavými výzkumnými výsledky, které by mohly přispět k objasnění evoluce rostlin,“ věří Lenka Caisová, vedoucí oddělení terestrializace rostlin Ústavu molekulární biologie rostlin Biologického centra AV ČR . Více o výzkumu Draparnaldie se od Lenky Caisové dozvíte v následujícím videu: Text: Radka Římanová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy Biologického centra AV ČRFoto: archiv Lenky Caisové, Biologické centrum AV ČR Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

14.01.2025 11:28

Řasa roku 2025: nově objevená Draparnaldia erecta pomůže objasnit evoluci

[https://www.avcr.cz/cs/pro-media/tiskove-zpravy/Rasa-roku-2025-nove-objevena-Draparnaldia-erecta-pomuze-objasnit-evoluci/]
Proč studovat Draparnaldii?Zelené řasy se dělí na dvě skupiny – chlorofytní a streptofytní řasy. Obě nezávisle vyvinuly mnohobuněčnost a často obývají stejná stanoviště. Přesto pouze streptofytní řasy dokázaly přejít z vody na souš (tzv. terestrializace) a rozrůznit se do tisíců druhů suchozemských rostlin, které známe dnes. To vyvolává klíčovou otázku: Proč byl přechod na souš úspěšný pouze u streptofytních řas a ne u jejich sesterské skupiny, chlorofytních řas? Mnohobuněčnost a terestrializace zelených rostlin se obvykle studují na morfologicky složitých modelových organismech, jako jsou prostnice (Marchantia), čepenka (Physcomitrium) a huseníček (Arabidopsis). Mezi modely nově figurují i streptofytní řasy, přímí předkové suchozemských rostlin – například Klebsormidium, parožnatka (Chara) nebo jařmatka (Zygnema). Doposud však chyběl srovnatelný model mezi chlorofytními řasami, které by morfologicky připomínaly rané suchozemské rostliny a zároveň měly adaptace pro život na souši. Draparnaldia tuto mezeru vyplňuje. Jedinečnost DraparnaldieDraparnaldia je výjimečná tím, že je jedinou chlorofytní řasou, která se vyvinula do morfologické složitosti srovnatelné s ranými suchozemskými rostlinami. Má rozvětvený horní buněčný systém, který vypadá jako malá suchozemská rostlina, a dlouhé buňky, které připomínají kořenový systém. Má zcela unikátní adaptace pro život ve vodním i suchozemském prostředí, které lze navíc vyvolat v laboratorních podmínkách. Tato řasa je tak jediným modelem, který umožňuje zkoumat terestrializaci zelených rostlin z úplně nové perspektivy. Draparnaldia má zároveň praktické vlastnosti důležité pro výzkum: snadno se kultivuje, rychle roste a svůj životní cyklus dokončí během 7–9 dnů. Rozmnožuje se zoosporami (jednobuněčnými stadii), které lze vyvolat současně ve velkém množství, což je zásadní pro experimenty zaměřené na mnohobuněčnost. „Naším cílem je ustanovit Draparnaldii jako model pro základní výzkum. Kromě protokolů pro její laboratorní kultivaci už jsme detailně popsali její morfologii, vývoj a adaptace na vodní i suchozemské prostředí. Také jsme zmapovali její fytohormony a sekvenovali její genom,“ říká Lenka Caisová. Draparnaldia a evoluce mnohobuněčnosti a přechodu rostlin na souš Původ mnohobuněčnosti u řas stále není zcela objasněn. Při genetických analýzách Draparnaldie však vědecký tým popsal rozšířené genové rodiny spojené s mnohobuněčností, vývojem a abiotickými stresy. Stejně jako pro studium evoluce mnohobuněčnosti bude Draparnaldia klíčová pro odpovědi na otázku, jak přešly rostliny na souš. Přestože se tato řasa vyvíjela nezávisle více než miliardu let, vykazuje pozoruhodné analogie s procesy terestrializace u streptofytních řas a suchozemských rostlin. Vyvinula však alternativní mechanismy hormonální signalizace, jejichž studium poskytne důležitá vodítka pro pochopení terestrializace rostlin. Zároveň může přinést cenné poznatky o funkcích rostlinných hormonů. Publikace Caisová, L., Crombez, E., Arellano, M.S.T., Gut, M., Alioto, T.S, Gómez-Garrido, J., Dabad, M., Esteve-Codina, A., Petřík, I., Pěnčík, A., Novák, O., Van de Peer, Y., Vicoso, B., and Friml, J. (2024). The Draparnaldia genome: alternative mechanisms for multicellularity and terrestrialization in green plants. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.09.12.612648. Caisová, L. (2020). Draparnaldia: A chlorophyte model for comparative analyses of plant terrestrialization. Journal of Experimental Botany 71: 3305–3313. https://doi.org/10.1093/JXB/ERAA102. Kontakt: RNDr. Lenka Caisova, Ph.D.,Biologické centrum AV ČR, Ústav molekulární biologie rostlinlenka.caisova@umbr.cas.cz

13.01.2025 16:56

Držitelé Akademické prémie a prémie Lumina quaeruntur představí své výsledky

[https://www.avcr.cz/cs/o-nas/aktuality/Drzitele-Akademicke-premie-a-premie-Lumina-quaeruntur-predstavi-sve-vysledky/]
Třídenní konferenci budou moci zájemci sledovat online. Program úvodního dne (sledovat zde) se zaměří na první vědeckou oblast, tedy obory studující neživou přírodu (fyzika, matematika, informatika nebo vědy o Zemi). Prostřední den (sledovat zde) bude ve znamení druhé oblasti - chemie a věd o živé přírodě (biologie, ekologie, lékařství). Závěrečný den (sledovat zde) pak bude patřit třetí oblasti neboli humanitním a společenským vědám (sociálně-ekonomické, filologické a historické). Porozumět obrazu i molekulámJak naučit počítače dokonaleji analyzovat a zpracovávat obrazová data, rozpoznávat objekty a potlačit rušivé vlivy a chyby v digitálních obrazech? Metody a algoritmy k tomu určené, využitelné mimo jiné v medicíně, vylepšoval několik posledních let Jan Flusser z Ústavu teorie informace a automatizace AV ČR. V pondělí 10. února 2025 bude jedním z prvních, kdo představí výsledky svého výzkumu, podpořeného Akademickou prémií v roce 2017. V témže roce obdrželi Akademickou prémii také Petr Baldrian z Mikrobiologického ústavu AV ČR, který se zabývá půdními houbami a bakteriemi, a Michal Fárník z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, jenž zkoumá interakce molekul. (Ti se svými prezentacemi vystoupí v úterý 11. února 2025.) Se všemi třemi jsme pořídili rozhovor o jejich výzkumech v době, kdy prémii přebírali. Přečíst si je můžete v časopise A / Věda a výzkum 4/2017. Biosenzory a klimatické právoVybrat ze všech podpořených výzkumných projektů není snadné, protože všechny jsou zajímavé a přinášejí pozoruhodné výsledky. Jedním z nich je bezesporu bádání Hany Lísalové z Fyzikálního ústavu AV ČR, expertky na vývoj inovativních biomateriálů a biosenzorů. V roce 2018 obdržela prémii Lumina quaeruntur a svou práci představí v pondělí 10. února 2025 odpoledne. S Hanou Lísalovou si můžete přečíst rozhovor v časopise A / Věda a výzkum 2/2020 nebo si poslechnout interview v Podcastu Akademie věd ČR. Čím dál naléhavěji se ve společenské i vědecké diskuzi objevují témata krize klimatu a jeho ochrany. Právním aspektům rozvíjející se disciplíny se věnuje Hana Müllerová z Ústavu státu a práva AV ČR. Podporu ke svému výzkumu získala v roce 2019 prostřednictvím prémie Lumina quaeruntur a promluví o něm na konferenci 12. února 2025 kolem poledne. Ve stejný den vystoupí se svým příspěvkem také Marie Buňatová z Historického ústavu AV ČR, která se zabývá židovskou migrací na přelomu středověku a novověku. O její práci podpořené v roce 2018 prémií Lumina quaeruntur jsme psali v časopise A / Věda a výzkum 1/2022. Co jsou Akademická prémie a prémie Lumina quaerunturSmyslem Akademické prémie, jako přísně výběrového nástroje finanční a morální podpory vědecké excelence v Akademii věd ČR, je podpořit vynikající vědecké osobnosti, které jsou nositeli výzkumu na špičkové mezinárodní úrovni, a vytvořit jim takové podmínky, v nichž by mohli lépe rozvinout svůj potenciál ve prospěch Akademie věd ČR a celé české vědy. Návrhy na udělení Akademické prémie podávají ředitelé pracovišť AV ČR a předseda Vědecké rady AV ČR. Seznam všech držitelů Akademické prémie se nachází na webových stránkách Akademie věd ČR. Prémie Lumina quaeruntur zřízená Akademickou radou Akademie věd ČR jako nástroj podpory vědecké excelence je určena k ocenění význačných perspektivních výzkumných pracovníků při zakládání nových vědeckých týmů na pracovištích AV ČR, kterým umožní rozvinout jejich vědecký program zaměřený na nová témata významně posouvající hranice poznání nebo směřující ke společensky důležitým praktickým aplikacím. Návrhy na udělení prémie podávají ředitelé pracovišť AV ČR po projednání v radě pracoviště. Seznam všech držitelů prémie Lumina quaeruntur je k dispozici na webových stránkách Akademie věd ČR. Program konference ke stažení ve formátu PDF naleznete na tomto odkaze. Konferenci bude možné sledovat online prostřednictvím následujících odkazů: 10.2. https://youtube.com/live/VT0SCHMXIdc 11.2. https://youtube.com/live/86lgoiRDpVE 12.2. https://youtube.com/live/ak84z3PX11g Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČRFoto: Josef Landergott, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

13.01.2025 14:56

Jak vyztužit lidské tělo prostřednictvím biodegradabilních kovů

[https://www.avcr.cz/cs/veda-a-vyzkum/matematika-fyzika-a-informatika/Jak-vyztuzit-lidske-telo-prostrednictvim-biodegradabilnich-kovu/]
„Rez je pro lodě rakovinou.“ „Já vím, podlehlo jí kdysi moje kolo.“ Úryvek dialogu z hvězdného sitcomu Přátelé naznačuje téma tohoto článku. Koroze děsí majitele automobilů, jízdních kol nebo chat s plechovou střechou. Kovy se v náročných povětrnostních podmínkách doslova rozpadají. Prostředí lidského organismu je ještě složitější – tekutiny v něm neustále proudí, je tam poměrně teplo a hemží se to v něm ionty i rozličnými chemickými sloučeninami různých afinit, nábojů či „schopností“. Léta proto trvalo najít ideální složení kovových součástek pro medicínu tak, aby se z nich v těle nic neuvolňovalo, a byly tak pro člověka bezpečné. Dnes se takové implantáty běžně používají. Když už tedy vědci a lékaři disponují perfektními slitinami, které podmínkám v živém těle skvěle odolávají, rozhodli se pro opačné řešení: najít kovové materiály, jež se naopak v organismu rozpadnou. Čert aby se v tom vyznal. CNC zařízení využívané pro výrobu malých implantátů (CC) Účel je však nanejvýše praktický. V některých případech totiž lékaři voperují pacientovi ortopedické kovové součástky do těla pouze dočasně a později je nutné mu je pod narkózou vyjmout. Třeba při tříštivých či komplikovaných zlomeninách. Navíc, co když tkáň kromě hojení potřebuje ještě růst? U dětí se při fixacích kovovými spoji může kost vlivem růstu deformovat. A právě v těchto případech se nabízí myšlenka degradabilních kovů – materiálů, které jsou dost pevné na to, aby dokázaly kost fixovat, ale zároveň se „rozpadají“ v těle tak, aby se mimo jiné nemusely opět chirurgicky odstraňovat. Vstřebatelné šrouby, destičky, dlahy… ale nemusíme zůstávat jen v ortopedii, hodily by se třeba degradabilní stenty v kardiologii. A pokračovat by šlo dál, vždyť 80 procent implantátů, které do sebe lidé dostávají, je vyrobeno z kovů. Rozložitelné materiály můžou mít mnoho výhod, jejich uvedení do praxe ale zatím brání několik překážek. „Především musejí být pro lidský organismus netoxické a bezpečné,“ vysvětluje Jan Pinc z Fyzikálního ústavu AV ČR, který na vývoji takových materiálů pracuje. Kovy s problémyU degradabilních kovů se jako nejnadějnější jeví hořčík, železo a zinek. Každý z nich má však své nevýhody. Hořčík při rozpadu uvolňuje vodík. V těle tedy vzniká plyn, který prostupuje tkáněmi (molekuly vodíku jsou velmi malé). „Dost možná se usazuje v tukové tkáni, ale nikdo to momentálně přesně neví, je to teprve předmětem výzkumů,“ říká Jan Pinc. Nejde ovšem o jediný háček jinak lehkého hořčíku. V organismu se velmi rychle rozpadá. Až příliš. Běžná součástka pro ortopedii v těle musí přečkat dva až šest měsíců. Tak dlouho hořčík nevydrží. Na opačném pólu ze zmíněné trojice stojí železo – rozpadá se zase až příliš pomalu. Navíc i jeho produkty mohou tělu za určitých okolností škodit. Nejpřínosněji zatím teoreticky vypadá zinek. Rozpadá se tak akorát (asi tři desetiny milimetru za rok) a produkty degradace nejsou toxické. Vypadá jako skvělý kandidát, až tak jednoduché to s ním ale bohužel není. Chybí mu totiž ideální mechanické vlastnosti. Pokud má součástka fungovat, musí si i během degradace stále udržovat kupříkladu potřebnou pevnost, aby dostatečně podporovala třeba zlomenou kost. Proto přicházejí na řadu slitiny. Jako základ slouží zmíněný zinek, do kterého se přidávají další kovy. Kombinace a poměry příměsí je třeba zkoušet a prověřovat, co výsledný materiál vydrží a jak se v těle bude chovat. Bioreaktor a králíci z Nového Zélandu Testování na živých organismech je pro použití jakéhokoli přípravku či implantátu povinné. „V rámci jednoho projektu jsme dělali testy na králičích modelech. Je nutné použít speciální novozélandské plemeno a pouze samce, aby výsledky nebyly ovlivňované samičími hormony. Je to celé enormně drahé a samozřejmě, když na něco dáte nálepku ‚vědecké‘, tak to stojí čtyřikrát tolik,“ popisuje Jan Pinc nákup savců pro testování. Z etických i čistě pragmatických důvodů se proto zaměřil na výrobu vlastního bioreaktoru, aby testy in vivo alespoň částečně nahradil. Testování a zase testováníTéma je velmi komplikované a výzkumy jsou s nadsázkou řečeno v podstatě na začátku. A potřeba bude mnoho a mnoho testů. Jejich výsledky závisejí na řadě faktorů, mezi jinými na teplotě. Když vědci zkoušejí vlastnosti kovů při běžných podmínkách v laboratoři, mohou dostat zavádějící výsledky, protože součástky v praxi čeká prostředí v lidském těle, kde panuje 37 stupňů Celsia. „U některých kovů to nehraje až takovou roli. Zjistili jsme ovšem, že zrovna u mechanických vlastností zinku ano,“ vysvětluje Jan Pinc, který se hodně zaměřuje na testování možných budoucích implantátů. Běžné zkoušky s buněčnými kulturami jsou nastavené na testování kovů, které se v těle rozpadat nemají (třeba již zmíněných titanových šroubů nebo kloubních náhrad). Mladý vědec podotýká, že pro biodegradabilní kovy však vhodné nejsou. Nedílnou součástí před případnými aplikacemi v praxi jsou pak testy materiálů in vivo, tedy v živém organismu. Jenže ty jsou – mimo jiné – velice nákladné. Bylo by výhodné, kdyby se zkoušky v laboratoři přiblížily co nejvíce podmínkám, kterým bude součástka podléhat v živém organismu. „Mým cílem je proto vytvořit bioreaktor, který by simuloval podmínky toku, množství kyslíku v těle, teplotu a tak dále. Tyto věci se většinou při laboratorních zkouškách zanedbávají – korozní testování se třeba dělá prostým ponořením do kapaliny, což je dost odlišná situace, než jaké bude materiál vystavený ve skutečnosti v lidském těle,“ popisuje Jan Pinc. (CC) Ing. Jan Pinc, Ph.D.Fyzikální ústav AV ČR Vystudoval biomateriály a metalurgii na VŠCHT. Působil na ČVUT, od roku 2018 je vědeckým pracovníkem Fyzikálního ústavu AV ČR v oddělení funkčních materiálů. Specializuje se na biodegradovatelné materiály na bázi zinku. Jeho cílem je minimalizovat testování na zvířatech, pracuje také s umělou inteligencí, rozvíjí spolupráci se zahraničními partnery a domácími výrobci kovových implantátů a snaží se o mezioborové propojení znalostí v oblasti implantologie. Popsal mechanismus degradačního chování slitin na bázi Zn-Mg, který byl zveřejněn v prestižním časopise Bioactive Materials. Letos obdržel prestižní Prémii Otto Wichterleho pro mladé talentované vědce. Aby nebylo komplikací málo – podmínky nejsou stálé, ale mohou se měnit. Například pH: zmíněné kovy jsou stabilní při pH kolem sedmi. Pokud však tělo bojuje se zánětem, což není u poranění až tak neobvyklé, organismus v jeho místě pH sníží. A máme další proměnnou, která chování kovové biodegradabilní součástky může ovlivnit. Výzvy dneška i zítřkaJak vidno, kovy čeká v těle náročné prostředí a nelehký úkol stojí i před vědci. Čisté kovy se v podstatě použít nedají, z důvodů již zmíněných – nevýhod je příliš. Pracuje se tedy se slitinami. V podstatě se do kovu implementuje jiný kov. V materiálu vznikají takzvané fáze. Jakoby miniaturní zrníčka jiného kovu v matrici – v našem případě – zinku. V některém kousku je třeba atomů hořčíku více, v některém méně. Také jednotlivá místa se mohou v těle chovat odlišně, třeba se odbourávat jinou rychlostí. Může to trochu připomínat ementál. Nebo trojrozměrnou pavoučí síť. Pro úpravu vlastností se pak používá například takzvaná extruze. Kov se protlačí přes jakýsi lis, něco jako domácí výrobník na těstoviny. Vzniklá „špageta“ pak má homogennější strukturu než původní slitina. Zároveň se tímto postupem dají měnit mechanické vlastnosti. Zpracování vede ke zmenšení zrníček a jejich specifickému uspořádání, resp. natočení v rámci struktury. Výsledný materiál pak může mít mechanické vlastnosti závislé na směru, ze kterého na něj působíme. Třeba jinou pevnost podle toho, zda na něj tlačíme zespodu nebo ze strany. „Právě to je velmi výhodná vlastnost – například při použití dlahy v noze, v níž na součástku v každém směru působí jiná síla,“ dodává Jan Pinc. Porušený šroub analyzovaný pomocí rentgenové mikrotomografie (CC) Vlastnosti – kupříkladu rychlost degradace – lze také změnit speciálním povlakem. Vědci ve Fyzikálním ústavu AV ČR se chystají ve spolupráci s kolegy z Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR a z Katedry materiálů FJFI ČVUT potáhnout součástky určitou polymerní vrstvou. Na příští rok též připravují evropský projekt v kooperaci s badateli z Francie. Pro speciální aplikace se dá povrch kovu ostřelovat třeba ionty dusíku, které se začlení do povrchu materiálu. Uvnitř něj tak vzniknou enormní tlaky a v místech, kam dopadl dusík, se vytvoří miniaturní pór. „Jsme schopni připravit vysoce porézní nanometrové vrstvy, navíc rovnoměrné, o kterých přemýšlíme jako o nosičích léčiv,“ popisuje Jan Pinc. Jde o předběžnou myšlenku, kterou chce rozvíjet s kolegy z ČVUT a ze Slovenska. Objevují se i nápady na 3D tisk. A to nemluvíme o sterilizaci daných součástek, která také není úplně jednoduchá. V podstatě lze říci, že výzev je před vědci ještě víc než dost. Výhledy s otazníkemJan Pinc má k dispozici novou laboratoř na práškovou metalurgii, ve které se dá z kovových prášků namíchat přesný poměr pro kýženou slitinu. Vytvoří se spečením, resp. velmi vysokým proudem. Výhodou je, že takto vzniklý materiál může být poměrně porézní. Lze z něj vytvářet i odlehčená „lešení“ pro další výplně. Každá verze materiálu však musí nejen plnit předepsaný účel, ale fungovat jako celek. Drátenictví 21. století Ve Fyzikálním ústavu AV ČR umějí vyrobit speciální dráty z biodegradabilních slitin, které jsou tenké asi 300 mikronů. Aktuálně řeší jejich potažení polymerním povlakem. Takové dráty by se pak daly používat při zvláštních aplikacích. „Když si špatně zlomíte třeba prst na ruce uprostřed článku, tak vám tam navrtají dvě díry a svážou drátem. Také při operacích srdce se rozříznutý hrudní koš posléze svazuje pomocí drátů,“ popisuje Jan Pinc. Vědci ve Fyzikálním ústavu AV ČR přemýšlejí o problému v celé komplexnosti, nestudují jen jednu izolovanou charakteristiku materiálu. Vytvářejí celofunkční systém, který by v těle opravdu fungoval. Vyvinuli například dlahu – malou destičku se speciálními šroubky. „Chceme ji testovat z hlediska anizotropie mechanických vlastností – tedy mechanického zatěžování z různých směrů, a to nikoli jen každou část jednotlivě, ale jako celek. V souvislosti s tím je však nutné určit také degradační chování za stejných podmínek. Protože tam vzniká spousta dalších problémů,“ vysvětluje badatel. Jedním z nich by mohlo být napojení destičky a hlavičky šroubku. Nutně mezi nimi vznikne maličká štěrbina do velikosti 10 μm, ve které bude docházet k omezené výměně iontů s prostředím. V daném místě se tudíž začne zvyšovat agresivita prostředí. Může se stát, že ve výsledku se příliš rychle poškodí hlava šroubku a odpadne. Celý systém dlahy by pak samozřejmě byl nefunkční. Rez v těle Kovy v těle samozřejmě nerezavějí stejně jako železné zábradlí před školou. Spíše se dá říct, že se rozpadají, nebo lépe řečeno rozpouštějí se. Na místech kontaktu s albuminem, aminokyselinami či anorganickými látkami se kov začne rozpouštět v podobě iontů do okolního prostředí. „Tam interaguje s dalšími ionty a na povrchu se začne vytvářet velmi tenká vrstva fosforečnanů. Ty, alespoň co se týče zinku, nejsou pro tělo škodlivé. Vznikne tak určitá bariéra, která lehce sníží korozní rychlost. Většinou ještě vznikají mnohem komplexnější sloučeniny, klíčové je, aby nebyly pro tělo toxické,“ vysvětluje Jan Pinc. Výzvu představuje i šroubek sám. U titanového může operatér pořádně zabrat. Zinek je ale křehčí, mohl by se zlomit. Je tedy třeba myslet na to, aby materiál vydržel potřebné zacházení. Celá problematika vyžaduje mezioborový a komplexní přístup k problémům. Jsou potřeba odborníci na kovy, další materiály (polymery, keramika), chemici, biologové, lékaři… Jednou se však pravděpodobně degradabilních kovových implantátů na bázi zinku v lidském těle, třeba právě pro ortopedické využití dočkáme. A „rezavění“ tak vezmeme pro daný účel na milost. „S pokroky v umělé inteligenci věřím, že se dostaneme k tomu, že výběr materiálů, který teď děláme na základě vlastních zkušeností, se značně urychlí. Pak budeme schopni předpovídat vlastnosti jednotlivých slitin či materiálů, nebo přímo součástek předtím, než je vyrobíme,“ představuje si světlou budoucnost Jan Pinc. Článek vyšel v čtvrtletníku A / Magazín (4/2024 (verze ke stažení) Text: Viktor Černoch, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČRFoto: Shutterstock, Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

13.01.2025 09:42

Zběsilý tanec obřích exoplanet

[https://www.avcr.cz/cs/pro-media/tiskove-zpravy/Zbesily-tanec-obrich-exoplanet/]
Planetární systém TOI-4504, objevený vesmírnou misí TESS v souhvězdí Lodní kýl na jižní obloze, se skládá ze dvou planet o něco větších než náš Jupiter a jednoho mini Neptunu. Planeta TOI-4504 c s hmotností 3,8 hmotnosti Jupitera přechází z našeho pohledu přes disk své mateřské hvězdy a způsobuje tak mírný pokles její jasnosti a my pak můžeme pozorovat tzv. tranzity průměrně jednou za 82 dní, což je doba jejího oběhu. Orbita TOI-4504 c je gravitačně ovlivňována netranzitující planetou TOI-4504 d s hmotností 1,4x větší než je hmotnost Jupitera. Podle konkrétní konfigurace planet můžeme pozorovat dřívější nebo pozdější okamžiky průchodu planety TOI-4504 c před hvězdou, tedy variaci v okamžicích tranzitů. Amplituda těchto změn činí v případě planety c 4 dny, což je nejvíce, co bylo doposud detekováno. Kdyby tranzitovala planeta d, která byla díky změnám v periodě planety c objevena, pozorovali bychom dokonce změny v okamžicích tranzitů s amplitudou 6 dní. Hlavní autorkou studie, která byla publikována v Astrophysical Journal Letters, je doktorská studentka Michaela Vítková z Masarykovy univerzity v Brně, která svůj výzkum vedla na Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově. “Byli jsme velmi překvapeni, když jsme detekovali změny s tak velkou amplitudou. Dosavadní rekordman měl totiž amplitudu změn poloviční a jednalo se o úplně jiný typ planety,” říká Vítková. Změny okamžiků tranzitů jsou zvláště výrazné u planet, které jsou v tzv. rezonanci. To znamená, že periody jejich oběžných dob jsou v poměru malých celých čísel. To je i případ planet TOI-4504 c a d, které mají poměry oběžných dob blízko k 2:1. Systémy s hmotnými planetami na drahách s periodami v řádu desítek dní jsou pro astronomy extrémně důležité, protože mohou napovědět něco o historii a evoluci planetárních systémů. “Výzkum systému TOI-4504 upřednostňuje scénář, že by pozorovaná rezonantní konfigurace v systému mohla být výsledkem migrace planet během formování v protoplanetárním disku spíše než interakcí mezi planetami v systému, případně nějakým jiným tělesem,” vysvětluje Trifon Trifonov z MPIA v Německu. Studie byla založena na změnách jasnosti patrných v datech z vesmírné mise TESS a analýze spekter ze spektrografu FEROS na dalekohledu s průměrem 2,2 m umístěným v Chile. Autoři také potvrdili, že se v systému nalézá ještě jedna, menší planeta s hmotností asi 10 hmotností Země, na vnitřní orbitě s periodou oběhu 2,4 dne. “Systém TOI-4504 je velmi komplexní a získat dostatek dat pro dobrou analýzu vyžaduje čas. Naše studie demonstruje výhody velkých spoluprací,” doplňuje Rafael Brahm z UAI v Chile a koordinátor konsorcia WINE. “V budoucnu můžeme očekávat objevy planet, které vykazují ještě větší změny okamžiků tranzitů, než TOI-4504 c,” uzavírá Marek Skarka z Astronomického ústavu AV ČR. Odkaz na originální článek: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad9a53, DOI: 10.3847/2041-8213/ad9a53 Kontakt: Dr. Marek Skarka, vedoucí týmuAstronomický ústav AV ČR, Stelární oddělení, skupina výzkumu exoplanetEmail: skarka@asu.cas.cz Mgr. Michaela Vítková, hlavní autorAstronomický ústav AV ČR, Stelární oddělení, skupina výzkumu exoplanetMasarykova univerzita BrnoEmail: vitkova@asu.cas.cz Umělecká představa systému TOI-4504 vygenerovaná DeepAI

KLÁVESKA.cz

Zprávy ze serveru 'Akademie věd ČR - tiskovky'Akademie věd ČR - tiskovky