Rozhovor: DNA se učí gymnastiku na supertenké „žíněnce“

aktualizováno 
Oběd vědců mívá občas překvapivé následky. Například při rozpravě nad talíři vznikne nápad zkoumat chování živých molekul na supertenkých neživých podložkách. Profesor Michal Otyepka z Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého právě na takový projekt obdržel od Nadačního fondu Neuron milion korun.

Michal Otyepka nositel Neuron Impulzu pro rok 2014 v oboru chemie | foto:  Michal Šula, MAFRA

Zdaleka nejdůležitější soukromý fond na podporu české vědy, Neuron, na konci minulého týdne předával ceny pro odborníky v několika oborech. Ocenění od fondu, který založil Karel Janeček, se dočkaly uznávané vědecké kapacity i mladí vědci. Největší objem finanční prostředků směřoval na podporu nových vědeckých projektů v rámci tzv. Neuron Impulzů.

Michal Otyepka

(*1975) V roce 2004 získal titul Ph.D., o tři roky později se habilitoval na docenta a v roce 2012 převzal titul profesora Univerzity Palackého Olomouc v oboru fyzikální chemie. Na své alma mater přednáší a bádá na Přírodovědecké fakultě jako vedoucí Katedry fyzikální chemie. Opakovaně krátkodobě působil v Itálii, Německu, Francii, Dánsku, USA, Velké Británii a Řecku.

Jejich cílem je podpořit projekty převážně základního vědeckého výzkumu v oborech fyzika, matematika, medicína, chemie a společenské vědy. Každý z oceněných obdržel necelý milion korun na jeden vědecký projekt.

Přinášíme krátké rozhovory se všemi pěti nositeli Neuron Impulzů za rok 2014 a nahlédneme do toho, jaké problémy jejich obory v současné době řeší. Čtvrtým laureátem je chemik Michal Otyepka, který se zabývá jedním z „nejmódnějších“ materiálů v současné vědě, grafenem.

Živou molekulu umístíte na podložku z grafenu. Čím je tento materiál zajímavý pro váš výzkum?
Grafen je laicky řečeno destička z jedné, nebo dvou vrstev atomů uhlíku. Je více než 300krát pevnější než ocel a list grafenu o velikosti fotbalového hřiště by vážil pouze jeden gram. Je to tedy lehká, pevná, mechanicky odolná hmota, navíc mimořádně dobře vede elektřinu, má nízkou úroveň šumu a velkou citlivost na okolí.

Ve svém projektu chcete objasnit chování vlásenkové molekuly ribonukleové kyseliny (RNA) na grafenu. Jaké vlastnosti má zmíněná molekula?
Je docela zajímavá, vytváří totiž krátké, tvarově roztodivné útvary, které reagují na elektrické a chemické změny prostředí. Molekula, kterou jsme si vybrali k prvním pokusům, tvarem skutečně připomíná sponku do vlasů. Na ohybu této „vlásenky“ je specifická oblast schopná rozpoznávat bílkoviny ve svém okolí. Mohla by proto sloužit jako senzor v živém organismu. Molekulu vlásenkové RNA jsme zvolili rovněž kvůli tomu, že má ve své struktuře úsek, který je hydrofobní, jinými slovy nemá rád vodu, a může se tedy připojit k povrchu grafenu, který má rovněž podobné vlastnosti. Nicméně se nechceme omezit jen na grafen, ale chceme studovat i jeho deriváty, které lze dispergovat ve vodě (např. grafen oxid), s cílem popsat jejich interakce s dalšími důležitými biomolekulami včetně molekuly života, DNA.

Jak budou experimenty probíhat?
Molekuly naneseme na jednovrstvý, nebo vícevrstvý grafen, či jeho deriváty. Potom budeme pomocí mikroskopie atomárních sil analyzovat jevy na hranici mezi grafenem a RNA. Souběžně proběhnou počítačové experimenty, které pomohou mikroskopické pozorování dále vysvětlit.

Podobné pokusy dělají i na jiných pracovištích. V čem je váš přístup unikátní?
Sledujeme chování molekul přímo ve vodném prostředí, takže molekula má díky tomu podmínky velmi podobné jako v živém organismu. Navíc pokusy kombinujeme s počítačovými simulacemi. Dovolím si tvrdit, že na světě je to zcela ojedinělý přístup. Snažíme se ovlivnit chování biomolekul pomocí vlastností atomárně tenkých substrátů. Jednoduše řečeno jsme přišli na to, že molekuly života, jako jsou DNA a RNA, lze donutit k jakési „tvarové gymnastice“, neboť jsou citlivé k chemické úpravě nebo počtu vrstev ve struktuře grafenu a jeho odvozenin. Nedělají na grafenu zrovna salta či kotrmelce, ale dokážou měnit svůj tvar nebo se organizovat do složitějších struktur. Toto chování může mít zásadní důsledky v budoucích aplikacích v oblasti vývoje tzv. chytrých materiálů.

Jak vás napadlo kombinovat grafen s molekulou RNA?
Šlo tak trochu o náhodu. Během návštěvy v Dánsku jsme se při obědě bavili s kolegou z Aarhuské univerzity. Vyprávěl o pokusech sledujících interakci grafenu s kovy a pak se zmínil, že nyní analyzují biomolekulární systémy ve vodném prostředí. My deset let provádíme simulace biomakromolekul, a díky tomu víme hodně i o RNA. Napadlo mě, že by mohla ribonukleová kyselina s povrchem grafenu zajímavě interagovat. Upřímně jsem tehdy netušil, jak obrovské možnosti se tímto výzkumem otvírají.

Fond Neuron

Nadační fond Neuron je nezisková organizace založená za účelem rozvíjení mecenášství v oblasti vědy a výzkumu v České republice. Z prostředků mecenášů fond uděluje Neuron Impulsy ve výši milion korun na výzkumné projekty v oborech fyzika, chemie, matematika, medicína a společenské vědy. Ve stejných oborech pak špičkovým vědcům uděluje Cenu Neuron za přínos světové vědě a nadějným vědcům Cenu Neuron pro mladé vědce, která je spojena s odměnou 250 tisíc korun. Novým projektem, který naváže na slavnou éru výprav českých vědců, je Expedice Neuron. Ta povede k Hranické propasti, která je možná vůbec nejhlubší zatopenou propastí na světě.

Jaký přínos bude mít váš výzkum?
Hybridní materiály, například vhodně upravený grafen svázaný s biomolekulou, vypadají velmi slibně pro vývoj citlivých a selektivních senzorů. Nicméně, lze jít ještě dál, hybridní materiály by se mohly použít nejen pro pasivní čtení informací, ale rovněž jako oboustranný komunikátor mezi buňkou a okolím. A také je možné uvažovat o jejich využití například v nervových implantátech. Náš výzkum přispěje k objasnění zásadních procesů mezi biomolekulami a grafenem či jeho deriváty ve vodném prostředí na molekulární úrovni. Tyto poznatky najdou jistě uplatnění při vývoji senzorů a jednou snad i neuronálních protéz.

Text vznikl pro nadační fond Neuron, byl redakčně upraven.

Autor:

50. výročí přistání na Měsící

Americký kosmický let Apollo 11 splnil svoji misi 20. července 1969. Na povrch Měsíce jako první člověk vstoupil velitel posádky Neil Armstrong. Doprovázel jej Edwin "Buzz" Aldrin, zatímco Michael Collins zůstal na palubě vesmírné lodi.

Téma Apollo 11 v článcích Technet.cz:
O čem si povídali kosmonauti Apolla 11. Poslechněte si tisíce hodin „ticha“
Co kdyby Apollo 11 zůstalo na Měsíci? Pohřbili by je přes rádio zaživa
Vlajky na Měsíci stále stojí. Podívejte se na důkaz ze sondy LRO

Nejčtenější

U Prochorovky to bylo jinak. Němci nám kradou tankovou bitvu, zuří Rusko

U Prochorovky se v červenci 1943 odehrála jedna z největších tankových bitev.

Nejslavnější tanková bitva u Prochorovky je ruská propaganda, napsal Die Welt s odkazem na zjištění německých a...

K síti se připojila největší solární elektrárna. Rekord dlouho nevydrží

Pohled na elektrárnu Nur Abú Zabí ze vzduchu

Ve Spojených arabských emirátech k začátku července spustili největší fotovoltaickou elektrárnu na světě. Má maximální...

Amatérský astronom vyfotografoval supertajný americký raketoplán X-37B

Americký raketoplán X-37B na orbitě

Nizozemský pozorovatel satelitů a vědecký novinář Ralf Vandebergh nejspíš udělal nejlepší fotku svého života. Podařilo...

Jeho formule chtěl každý. Autor slavných vystřihovánek slaví devadesátiny

Richard Vyškovský se svým modelem cisternové stříkačky CAS 32 na podvozku Tatra...

Richard Vyškovský je pro laickou veřejnost nepříliš známé jméno, v modelářské komunitě je však doslova celebritou. S...

Největší dobrodružství 20. století začalo o tři čtvrtě sekundy později

Tři Američané právě odstartovali na misi, kterou bedlivě sleduje celý svět.

Ani ostřílený hlasatel vesmírného střediska na Mysu Canaveral nedokáže zakrýt pohnutí. Je 16. července 1969, 9:32 ráno...

Další z rubriky

„Psí oči“ nejsou náhoda, ale dílo evoluce. Psi si na ně vyvinuli svaly

Pes (ilustrační foto)

Ten nevinný pohled zná každý. Když upře čtyřnohý přítel na svého pána „psí oči“, vzbudí to širokou škálu emocí....

Samé otázky. Vědci pronikli do neznámých prostor u hrobky zpovědníka krále

Podle jasně čitelného letopočtu na papírku se vzkazem od dělníků, kteří...

Skupina historiků a dalších odborníků v přímém přenosu vyzvedává schránu s ostatky králova zpovědníka Jindřicha...

Google má zřejmě peněz nazbyt. Zaplatil výzkum fyzikálního přeludu

Nechtěl by to mít v garáži každý? Takhle kouzelně vypadá provoz fuzoru

Společnost Google během posledních let v experimentu, o kterém prakticky nikdo nevěděl, nechala prověřit proslulou...

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

Najdete na iDNES.cz