Výsledky vědecké spolupráce se Španělskem

V roce 2012 úspěšně skončilo deset dvouletých společných projektů mezi pracovišti Akademie věd ČR z I. a II. vědní oblasti a pracovišti španělské Nejvyšší rady pro vědecký výzkum (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas – CSIC), která je v současnosti hlavním španělským partnerem Akademie věd. Kooperace mezi oběma institucemi se uskutečňuje na základě dohody z 6. března 2002 (viz AB 9/2011), byť AV ČR a CSIC spolupracovaly již před tímto rokem – a to především v rámci dohody o vědeckotechnické spolupráci mezi CSIC a Ministerstvem pro strategické plánování ČSFR. Tentokrát si představíme čtyři ze společných projektů.

Badatelský tým Ústavu experimentální botaniky AV ČR vedený dr. Viktorem Žárským zkoumal funkce reaktivních forem kyslíku v komunikaci mezi pylem a pestíkem a při růstu pylové láčky. Za španělskou stranu na projektu participovala laboratoř oddělení biochemie, buněčné a molekulární biologie rostlin Zaidínské experimentální stanice v Granadě.

Foto: Viktor Žárský, archiv autora
Pracoviště španělské Nejvyšší rady pro vědecký výzkum v Granadě

Cíle dvouleté spolupráce byly následující: průzkum pletiv samčího i samičího plodolistu, který prokázal, že reaktivní formy kyslíku v nich vznikají několika různými cestami – v organelách (plastidy, mitochondrie), v cytoplasmě i na cytoplasmatické membráně (zde prostřednictvím NADPH oxidáz – NOX) a také v apoplastu na povrchu buňky; studium expresních profilů NOX jak v dostupných publikovaných expresních profilech, tak pomocí kvantitativní RT-PCR (především NOX v pylu), které prokázalo očekávanou specifitu pylových isoforem NOX; potvrzení, že hlavním zdrojem oxidu dusného (NO) v pylových láčkách jsou peroxisomy a že neexistuje jednoduchý vztah mezi jeho produkcí a produkcí ROS v ostatních kompartmentech pylové láčky; studium možné interakce ROS generujících systémů u pylu i na blizně během procesu opylení; možná účast NOX/ROS v pylu na rozvoji alergických reakcí u člověka.
Úkoly posledních dvou bodů byly především prací partnerské laboratoře v Granadě, kterou při řešení projektu čeští partneři navštívili v roce 2011 i v roce 2012. Výsledky společné práce při charakterizaci NOX v pylu loni otiskl časopis Journal of Plant Physiology.

Foto: Martin Potocký, archiv autora
Stimulace tvorby reaktivních forem kyslíku vápníkem v rostoucích špičkách pylových láček

Vědci Ústavu anorganické chemie AV ČR vedení dr. Drahomírem Hnykem spolupracovali s Institutem chemické fyziky CSIC v Madridu na teoretických a experimentálních studiích interakcí mezi metala- (hetero-) boranovými klastry a biomolekulami.
Bor a uhlík jsou sousedé v periodické tabulce. Podobně jako v každém sousedství mají také tito „sousedé“ mnoho společného i rozdílného. Bor, stejně tak jako uhlík, vytváří sloučeniny s vodíkem; tzv. uhlovodíky mají tvar různě dlouhých řetězců. U boru je tomu jinak – sice vytváří borovodíky, ale vzhledem k deficitu elektronů nemají tvar řetězců, ale prostorových útvarů. Jedním z nich je tzv. ikosahedron, který má blízký tvar fotbalovému míči, ale pětiúhelníky střídají trojúhelníky; je jich celkem dvacet s dvanácti BH vrcholy. Jako existují různé deriváty uhlovodíků, kde jsou atomy uhlíku nahrazeny jinými atomy, tak existují v chemii borovodíků tzv. heteroborany, v nichž BH vrcholy nahrazují vrcholy jiné – například CH, S, kovy. Uhlovodíky jsou obecně bez elektrického náboje, kdežto náš „trojúhelníkový míč“ je záporně nabitý. Jedním ze způsobů kompenzace tohoto náboje, byť jen částečné, je zdvojení ikosahedronů – například přes různě nabitý kovový kation, např. Co₃⁺ či takovým způsobem, že dva ikosahedrony mají společné tři vrcholy. Borová tyčinka s kovem nachází mj. uplatnění v klinických testech; blokuje totiž růst viru HIV (hlavičky virů mají právě tvar ikosahedronu, a tak si virus „splete“ svého „spoluagresora“ s borovou tyčinkou a přestane růst). Analogicky se chová i čistě borová tyčinka; zde ovšem výzkum ještě tolik nepokročil.

Zdroj: Drahomír Hynk, archiv autora
Borová tyčinka a borová tyčinka s kobaltem

Projekt ÚACH AV ČR a Ústavu chemické fyziky CSIC (vedoucí na španělské straně Dr. Josep M. Oliva) objevil podobné interakce obou tyčinek s jinými biomolekulami, s tzv. cyklodextriny (kroužky tvořené molekulami glukózy), v plynné fázi pomocí fyzikálně-chemické metody založené na detekci různě těžkých nabitých částic po „rozbití“ molekul, ale právě i komplexů molekul. Veškerá experimentální snažení podpořily kvantově-chemické výpočty. Tato technika též u borové tyčinky s kobaltem, v níž je jeden vodík z BH vrcholu nahrazen NH₃⁺ skupinou, detekovala tzv. superkyselost, což opět otevírá možnosti v medicíně, zvláště ve vztahu k dvěma španělským nositelům Nobelových cen za medicínu, Santiagovi Ramónu y Cajalovi a Severu Ochoovi, jejichž sochy se nacházejí v kampusu madridského CSIC, kde sídlí i Ústav chemické fyziky.

Foto: Josef Holub, archiv autora
Sochy nositelů Nobelových cen za medicínu, Santiaga Ramóna y Cajala a Severo Ochoa v kampusu madridské Nejvyšší rady pro vědecký výzkum

Botanický ústav AV ČR a Estación Experimental de Zonas Ádrias CSIC pracovaly na realizaci projektu Půdní procesy v měnícím se klimatu: proměnlivost srážek a jejich vliv na interakci rostlin a půdní makrofauny.
Tým doc. Jitky Klimešové založil tři terénní pokusy, které studovaly vliv půdní makrofauny na dekompozici rostlinného opadu. Ve dvou pokusech vědci simulovali změnu klimatických podmínek tak, že nad pokusnou plochou vybudovali stříšku odklánějící srážky. Jeden pokus se uskutečnil ve Španělsku (Andalusie, Tabernas, Plataforma solar de Almeria), druhý v České republice (Bílé Karpaty, kóta Lesná). V obou pokusech byly na jeden rok umístěny mikrokosmy jak přístupné, tak i nepřístupné pro makrofaunu. V ČR vědci ještě sledovali vliv odklonění srážek na druhové složení a produktivitu lučního rostlinného společenstva, které ale odklonění srážek neovlivnilo, pravděpodobně v důsledku nedostatku srážek v jarním období. Třetí pokus se uskutečnil ve Španělsku (Andalusie, Sierra Alhamilla, Mini Hollywood), kde vědci v polopouštní vegetaci sledovali vliv různých druhů keřů a nadmořské výšky na dekompozici rostlinného opadu.

Foto: Josef Holub, archiv autora
Sídlo madridské Nejvyšší rady pro vědecký výzkum

O zážitcích z realizace experimentů ve Španělsku vypráví dr. Ondřej Mudrák: „Ve spojitosti s třetím pokusem bylo pozoruhodné, že v Andalusii se nacházejí nejsušší a nejslunečnější místa Evropy a je zde také jediná evropská polopoušť, která přilákala i filmaře. V ní, na místě zvaném Mini Hollywood, byla založena část pokusu, jehož dějství se tak podobně jako u mnoha filmů odehrávalo ve stínu westernového městečka původně zvaného Yucca City. Pokus dospěl do zdárného konce možná i proto, že na něj přes údolí dohlížela bojovně vyhlížející indiánská vesnice. Další experiment jsme ale hlídali mnohem lépe. Přestože jsme se zabývali rozkladem rostlinného opadu v půdě, byl umístěn v areálu jednoho z největších výzkumných center zabývajících se slunečním zářením – Plataforma Solar de Almería. Většinu areálu pokrývají parabolická zrcadla, která koncentrují sluneční paprsky do věže uprostřed; při neopatrné chůzi na sluníčku se člověk mohl snadno spálit více, než je zdrávo. Areál proto bedlivě střežila ostraha, a protože jeho zakladatelé oplotili i kus polopouště, přilákal výzkum sluneční energie i terénní ekology. Ti pak pružně využili příležitosti, že zde můžou nechávat i velmi drahé přístroje pracovat po několik týdnů bez strachu z jejich krádeže.“

Foto: Ondřej Mudrák, archiv autora
Měření půdní respirace v dobře střeženém objektu výzkumného centra Plataforma Solar de Almería

Foto: Ondřej Mudrák, archiv autora
Pevnost Fort Bravo střežící turisty v Mini Hollywoodu. V této lokalitě sledovali vědci vegetaci v jediné evropské polopoušti.

Z první vědní oblasti (vědy o neživé přírodě) se spolupráce zúčastnili mj. vědci z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR vedení dr. Janem Kyselým. Společný výzkum se španělským pracovištěm CSIC Estación Experimental de Aula Dei se zaměřil na srážkové extrémy v simulacích klimatických modelů.

Foto: Jan Kyselý, archiv autora
Partnerské pracoviště CSIC – Estación Experimental de Aula Dei

Analyzovaly se ve velkém počtu regionálních klimatických modelů (RCM) v oblasti Středomoří. Řešitelé se zaměřili jak na validaci RCM (tedy srovnání simulovaných charakteristik s pozorovanými), tak na konstrukci scénářů srážkových extrémů při možné změně klimatu a jejich neurčitost. Posoudili rovněž schopnosti RCM zachytit vazby mezi atmosférickou cirkulací a srážkovými extrémy v simulacích nedávného klimatu. Výsledky vědci publikovali v časopise Global and Planetary Change a prezentovali na několika mezinárodních konferencích.

DANUŠE PAZOURKOVÁ,
Kancelář Akademie věd ČR,
VIKTOR ŽÁRSKÝ,
Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.,
DRAHOMÍR HNYK,
Ústav anorganické chemie AV ČR, v. v. i.,
ONDŘEJ MUDRÁK,
Botanický ústav AV ČR, v. v. i.,
JAN KYSELÝ,
Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v. v. i.