Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Centrum pro bioindikaci a revitalizaci

Základna úspěšného aplikovaného výzkumu v Botanickém ústavu AV ČR, v. v. i.

V současné době, vyznačující se expanzivním růstem lidské populace s narůstajícím tlakem na dostupnost zdrojů a globálními změnami klimatu, je ve všech oblastech průmyslu a zemědělství nutné uplatňovat ekologické biotechnologie, které povedou ke snížení nákladů, energie, snižování emise skleníkových plynů, ke snížení vlivu na přírodní prostředí, šetrnému zacházení se zdroji včetně hledání alternativ pro obnovování zdrojů. Tento tlak lidé v posledních letech vyvíjejí na všech úrovních řízení společnosti; odtud vyvstává vzrůstající poptávka soukromých i veřejných subjektů po vhodných ekologických biotechnologických postupech s využitím funkcí rostlin a mikroorganismů.


Všechna fota: Archiv autora
Zapojený porost chrastice rákosovité na experimentální ploše

Centrum pro bioindikaci a revitalizaci (CBR; www.ibot.cas.cz/cbr) se ve spolupráci s komerčními a státními subjekty zabývá ekologickým a botanickým výzkumem nových metodik indikace znečištění životního prostředí a vývojem metod čištění a revitalizace vodních a suchozemských ekosystémů. Centrum vzniklo v roce 2005 na základě přidělení dotace MŠMT (projekt č. 1M0571). Původně plánované pětileté trvání Centra se díky úspěšnosti nového pracoviště v loňském roce prodloužilo o dvouleté pokračování; bude tak fungovat až do roku 2011. Centrum je součástí Botanického ústavu AV ČR a spolutvoří jej tři výzkumné skupiny. Pracovníci první skupiny se zaměřují na výzkum detekce toxinů sinic ve vodárenství, druhá skupina se zabývá výzkumem řas, využitím jejich biomasy pro různé účely (např. energetické, farmaceutické) a potlačením jejich rozvoje v chladicích nádržích elektráren. Třetí tým zkoumá využití mikrobiálního očkování kořenů rostlin v rekultivacích a při pěstování rostlin v umělých nebo narušených substrátech (část 3. výzkumného programu řeší také Výzkumný ústav rostlinné výroby v Praze-Ruzyni, v. v. i.).

Časná detekce toxinů sinic (cyanotoxinů) ve vodárenství a obecně v povrchových vodách byla a je pro vědce velkou celosvětovou výzvou, protože toxiny sinic jsou tak jedovaté, že je odborníci považují za potenciální látky pro teroristické útoky. K nekontrolovanému rozvoji sinic dochází za vhodných podmínek v letním období ve vodních nádržích, kdy se zdroj pitné vody může v několika dnech přeměnit na biologickou zbraň ohrožující tisícové populace lidských sídel. Časná, spolehlivá a finančně nenáročná detekce rozvoje sinic v nádržích je proto v současné době jedním z prioritních směrů ekologického výzkumu na celém světě. Tým vedený doc. Blahoslavem Maršálkem si dokázal s touto výzvou poradit; vyvinul přístroj pro on-line monitorování výskytu řas a sinic ve vodárenských nádr­žích pomocí nově vyvinuté ponorné fluorescenční sondy. „Je to originální a unikátní přístroj, který umožňuje nepřetržitě detekovat výskyt sinic. Náš výzkum umožnil vodárenským společnostem levný a kontinuální monitoring cyanotoxinů již ve vodárenských nádržích,“ vysvětluje doc. Maršálek. V současné době vědci zaregistrovali průmyslový vzor Vzorkovací zařízení pro pasivní vzorkování microcystinů, další technologické celky se připravují k patentové ochraně.


Miniaturizovaný řasový biotest používá bohatou instrumentaci pro imunologické testy ELISA, multipipety, čtečky destiček aj. Každá z jamek sérologické destičky je kulturou o objemu 0,2–2 ml a může být opakovaně a nedestruktivně proměřována.

Tým doc. Vladislava Cepáka (2. výzkumný prog­ram) se zabývá využitím biomasy řas napěstovaných v přečištěných vodách z čistírny komunálních odpadních vod. Biomasa může sloužit jako zdroj energie – bioplynu, biologicky aktivních látek, olejů, karotenoidů, které mají protirakovinné účinky aj. Vědcům se podařilo izolovat několik perspektivních kmenů řas, nyní pracují na jejich uvedení do praxe. Další téma této skupiny je testování účinnosti biocidů pro potlačení rozvoje řas v chladicích bazénech elektrárny Temelín. Přemnožení řas snižuje účinnost chladicích výměníků zarůstáním a ucpáváním potrubí, čerpadel a filtrů, produkce kyslíku navíc způsobuje korozi systému. Proto je v tomto zařízení za statisíce korun dávkován algicid. V současné době se testuje využití biologických filtrátorů – zooplanktonu, což by mohlo ušetřit velké finanční prostředky v elektrárnách a dalších průmyslových zařízeních, která využívají chlazení vodou. „Spolupráce s JETE nepřináší jen peníze, ale také podněty pro základní výzkum. Například v bazénu JETE jsme našli nový druh řasy v České republice, který je velmi perspektivní jako producent mastných kyselin,“ ozřejmuje dr. Jaromír Lukavský.


AOM (Algal Online Monitor): fluorescenční přístroj určený pro kontinuální on-line monitoring výskytu sinic a řas ve vodárenských nádržích, na jehož vývoji spolupracoval tým doc. Blahoslava Maršálka s firmou PSI, Brno.

Třetím výzkumným programem centra je využití symbiotických mikroorganismů, zejména arbuskulárních mykorhizních (AM) hub, při rekultivaci stanovišť, která vznikla v důsledku činnosti člověka. Princip funkční symbiózy s mykorhizními houbami spočívá v lepším příjmu živin a vody díky síti houbových vláken napojených na kořen a rozrůstajících se do mnohem většího objemu substrátu, než který by rostlina obsáhla pouze svými kořeny. Mimo to ale mykorhizní symbióza zvyšuje celkovou odolnost rostliny vůči ostatním stresovým faktorům či půdním patogenům. Houba naopak odnímá rostlině část uhlíku získaného fotosyntézou. Symbióza mezi kořeny rostlin a mykorhizními houbami je v přirozených ekosystémech běžná u naprosté většiny suchozemských rostlin, pro které je to přirozený způsob získávání živin a vody z půdy. Na antropogenních stanovištích (výsypky, úložiště popílku, odkaliště, doprovodné pásy liniových staveb apod.) se však mohou AM houby vyskytovat v omezené míře, nebo zpočátku vůbec ne. Očkování vhodnou kombinací mikroorganismů proto může zásadním způsobem zlepšit přežívání rostlin, zefektivnit rekultivace a využití těchto ploch. Na výsypkách lze např. pěstovat různé druhy plodin pro získání technického vlákna (len, technické konopí) nebo biomasy pro spalování – chrastice. Konvenční technologický postup zahrnující velké dávky kompostu je zčásti nahrazován mikrobiálním očkováním prospěšnými mikroorganismy. Nový biotechnologický postup, který vyvíjí skupina dr. Davida Püschela a jenž využívá mikrobiální inokulace, přináší potenciální úspory prostřednictvím snížení drahých vstupů velkého množství organické hmoty a celkově rekultivaci zefektivňuje.


Mykorhizní inokulace experimentální plochy na hnědouhelné výsypce

V současné době je v mykorhizním výzkumu též velkou celosvětovou výzvou detekce nově vnesených AM hub do cílových substrátů, díky čemuž můžeme prokázat úspěšnost umělého očkování biotechnologickými preparáty s mykorhizními houbami. Pro zjištění úspěšnosti inokulace se povedlo zavést metodiku molekulární zpětné detekce vnesených AM hub, jejímž prostřednictvím vědci v terénním experimentu prokázali přítomnost inokulovaného izolátu v kořenech chrastice. Na tomto úspěchu se hlavní měrou podílela dr. Zuzana Sýkorová, která v centru pracuje druhým rokem poté, co úspěšně ukončila doktorandské studium ve Švýcarsku.

Dalším tématem třetího výzkumného programu je obohacování pěstebních substrátů symbiotickými houbami přímo u výrobce. Nemusí jít jen o substráty používané ve školkách, ale také o substráty určené pro pěstování např. okrasných nebo léčivých rostlin. Vědci nyní testují vliv přídavku AM hub do pěstebních substrátů na růst a kvetení rostlin, na obsah a složení silic či na odolnost rostlin vůči nedostatku vody. V poslední době se do popředí zájmu dostávají rovněž tzv. zelené střechy, pro jejichž zakládání se používají uměle připravované substráty. Právě v poměrně extrémních podmínkách střešních trávníků lze předpokládat velmi pozitivní vliv mykorhizy na vytvoření a udržení stabilního porostu a omezení nároků na hnojení či zálivku.


Průtoková cytometrie představuje ideální techniku pro stanovení nejrůznějších cytogenetických charakteristik rostlin. Díky její přesnosti, vysoké rychlosti a nízkým finančním nákladům na analýzy ji vědci uplatňují jak při studiu kulturních, tak planých rostlin. Často se používá při určování ploidního stupně (viz obr.), na jehož základě lze provést selekci jedinců s požadovanými vlastnostmi (s praktickými dopady pro zemědělství či šlechtitelství) nebo podrobně zhodnotit diverzitu přírodních populací, a tak metodu prakticky využít při ochraně přírody.

„Centrum pro bioindikaci a revitalizaci je dobrým příkladem oboustranně prospěšného propojení akademické výzkumné sféry základního i aplikovaného výzkumu s výzkumem komerčně využitelným,“ doplňuje doc. Jana Albrechtová, zástupkyně koordinátora centra. Centrum doposavad spolupracovalo s celkem 18 podnikatelskými subjekty, malými i velkými firmami, které se také 10 % podílejí na financování nákladů výzkumu centra. Mezi tyto firmy patří ČEZ, Photon System Instruments, Pöyry, Asio, Labio, Symbio-m, Bio-Impro. Botanický ústav AV ČR – sídlo centra – je výzkumnou institucí s dobrou pozicí v mezinárodních strukturách a s výjimečným postavením v České republice, která svým výzkumem navazuje na dosavadní vynikající tradici botanických věd v českých a slovenských zemích. Excelentní zázemí základního botanického výzkumu v BÚ AV ČR se v posledním desetiletí stalo výborným východiskem pro vytvoření solidního aplikovaného výzkumu na bázi četných výzkumných projektů. Postupně se tak transformuje ve špičkovou moderní instituci, která se stává evropskou platformou pro propojení špičkového základního výzkumu s výzkumem aplikovaným a komerčním.

Na základě dlouhodobých zkušeností aplikovaného výzkumu se v loňském roce BÚ AV ČR rozhodl ucházet o získání dotace Evropské unie na vytvoření mezinárodního centra excelence INCENTECOL a předložil návrh projektu v rámci výzvy Evropská centra excelence. Projekt INCENTECOL se zaměřuje na výzkum a vývoj inovačních technologií, které využívají rostliny a mikroorganismy pro řešení problémů v klíčových ekologických oblastech (především trvalá udržitelnost kvality půdy a vodních zdrojů, které jsou zásadními prvky ekologického nakládání se zdroji v celosvětovém měřítku). V novém centru excelence by měla vzniknout vědecká základna pro řešení efektivnějšího čištění odpadních vod za současného získávání cenných surovin, hlavně fosfátů, biohnojiv či zdrojů energie pro ekologizaci kultivací na substrátech narušených lidskou činností. A to především snížením vstupu agrochemikálií do půdního prostředí.

Součástí projektu INCENTECOL je též vybudování Evropského centra cytometrických technik v biologii rostlin pod vedením doc. Jana Sudy. Průtoková cytometrie je unikátní technika, která umožňuje velmi rychlé analýzy prakticky jakýchkoli vlastností izolovaných částic (zejména buněk a jejich organel). V rostlinné biologii představuje průtoková cytometrie velmi silný a mnohostranný nástroj a její aplikace sahají od molekulární a buněčné úrovně až po studium celých populací a ekosystémů. Plánované centrum by mělo disponovat uceleným a vysoce moderním přístrojovým vybavením (jedno- i víceparametrové průtokové cytometry, laserový skenovací cytometr), a představovat tak jedinečné výzkumné a výukové pracoviště v evropském i světovém kontextu. V centru budou vědci vyvíjet a optimalizovat nové metodické postupy, které umožní efektivnější studium genetických vlastností rostlin, snadnější a přesnější sledování role mikroorganismů v ekologických procesech ovlivňujících fungování vodních ekosystémů a rychlejší a méně finančně náročné postupy biomonitoringu a bioindikace. Získané výsledky najdou praktické průmyslové uplatnění v oblasti monitoringu kvality pitné a užitkové vody, ochrany vodních zdrojů i při šlechtění nových plodin (ovocnářství, zahradnictví, semenářství).
V současné době je průtoková cytometrie rostlin jednou z vědeckých oblastí, v nichž patří Česká republika k absolutní světové špičce (jak v celkovém rozsahu aplikací a inovátorských přístupech, tak v počtu vědeckých publikací a jejich ohlasů). Cent­rum také přispěje k dalšímu posílení a dlouhodobému udržení vůdčí role českých vědců v této perspektivní disciplíně.

Centrum se bude profilovat jako špičkové pracoviště mezinárodního významu, které bude zajišťovat okamžitý přenos získaných poznatků do praxe a prohlubovat národní i mezinárodní spolupráci mezi základním a aplikovaným výzkumem i komerční sférou. Na spolupráci v rámci projektu INCENTECOL by rády participovaly významné světové univerzity. Výzkumné instituce a především mnohé české a zahraniční firmy ze čtyř světadílů (GB, Indie, JAR, USA atd.) v navrhovaném projektu přislíbily finanční účast. Půda, voda a zdroje pro výrobu chemických hnojiv – zvláště fosfátů – se postupně stávají strategickými komoditami a jejich efektivnější využití a hledání ekologických alternativ a recyklačních technologií jsou světovou prioritou. Fosilní zdroje fosfátů lidé vytěží v rozmezí 30 až 35 let. Ve světě dosud neexistují ekonomicky přijatelné technologie pro recyk­laci fosforu. Doktor Miroslav Vosátka, koordinátor centra, vysvětluje: „Pokud se podaří centrum excelence INCENTECOL realizovat, získáme technologický náskok, který podstatně zvýší mezinárodní konkurenceschopnost České republiky v tomto perspektivním oboru a umožní transfer vědomostí a technologií mezi českými a zahraničními institucemi a firmami.“

MIROSLAV VOSÁTKA,
JANA ALBRECHTOVÁ,
Botanický ústav AV ČR, v. v. i.