Biologické centrum Akademie věd ČR

Stoprocentní účinnost. Otestovali jsme vakcínu proti lymské borelióze

Na světě již existuje látka, z níž by se mohla vyrábět vakcína proti lymské borelióze. Tuto nemoc způsobují bakterie rodu Borrelia, přenášejí ji klíšťata a dosud není možné se před ní chránit pomocí očkování. Parazitologové z Biologického centra AV ČR otestovali nadějnou látku, jež vykazuje stoprocentní účinnost. Očkovací látku vyvinul farmaceutický koncern Sanofi a pro její otestování na evropském klíštěti Ixodes ricinus si vybral právě české vědce.

Nová látka navazuje na dřívější americkou vakcínu, která byla založena na povrchové bílkovině borelií, označované OspA. Její tehdejší nevýhodou však bylo, že účinkovala jen proti jednomu druhu borelie, byla použitelná pouze v USA, a navíc měla řadu nežádoucích vedlejších účinků. Nová látka je podle laboratorních testů slibnější. Její strukturu tvoří jádro, na které jsou navázány různé povrchové proteiny OspA. „Tato unikátní struktura lépe stimuluje imunitní systém, který následně vyprodukuje vysokou hladinu protilátek, jež spolehlivě chrání hostitele před boreliemi přecházejícími z infikovaného klíštěte,“ řekl parazitolog Radek Šíma, který prováděl analýzy. Zásadní inovace vakcíny spočívá rovněž v tom, že cílí na všechny známé druhy borelií. Po úspěšném laboratorním testování však následuje ještě dlouhá cesta vakcíny k uživatelům. Nyní bude záležet na rozhodnutí farmaceutické firmy, zda bude do klinické studie (testování vakcíny na lidech) investovat a připraví vakcínu pro trh.

Velké Hincovo pleso ve Vysokých Tatrách.Snímek Jiří Kopáček

V lesích jižní Moravy je víc housenek než v tropech

Ubývání hmyzu je jedním z velkých ekologických problémů současnosti. Vymírají druhy, klesají i počty jedinců v hmyzích společenstvech. Kolik ale hmyzu vlastně je? A liší se množství hmyzu v českých lesích od bujných pralesů v tropech? Do zodpovězení těchto otázek se pustili vědci z Biologického centra AV ČR. „Pralesy i naše lesy se kácejí obrovským tempem, a my stále uspokojivě nevíme, co za živočichy v nich žije a jaké vazby mezi nimi jsou,“ říká ekolog Vojtěch Novotný. Data pro studii vědci sbírali na devíti pokusných plochách (o velikosti 0,1 ha) na třech kontinentech, mezi nimiž byly bohaté lužní lesy na jižní Moravě, nížinné lesy ve Virginii v USA a původní tropické pralesy na Papui Nové Guineji. Po spočítání všech housenek, pavouků, mravenců a dalších členovců ze všech stromů zjišťovali, jaká je početnost hmyzu a jak se hmyzí druhy navzájem ovlivňují.

Doslova mravenčí práce přinesla zajímavá zjištění. „Zjednodušeně lze říct, že v tropických pralesích žije desetkrát víc mravenců než v lesích mírného pásma. Překvapilo nás ale, že ve srovnání s tropy je v mírném pásmu v přepočtu na hektar lesa naopak více než dvojnásobně housenek a zhruba stejný počet pavouků,“ uvádí Petr Klimeš, jeden z autorů studie. Vědce překvapil také fakt, že druhy hmyzu se z hlediska početnosti navzájem neovlivňují. Ukazuje se, že největší vliv na množství hmyzu má velikost stromu a teplota. Data pro tento výzkum se sbírala 14 let a spolupracoval na ní mezinárodní tým desítek vědců, studentů a domorodců.

Proč mají rostliny gigantické genomy

Velikost genomu se mezi rostlinnými druhy liší více než dvatisícekrát, přitom však nezávisí na velikosti a složitosti rostliny ani na počtu genů, který je u všech vyšších rostlin řádově stejný. Tak např. genom dubu je 65× menší než genom drobné byliny vraního oka čtyřlistého. Právě vraní oko má asi dvacetkrát víc (58,8 miliardy) bází DNA než člověk, a je tak příkladem rostliny s gigantickým genomem.

Velikost genomu ovlivňuje řadu vlastností rostlin, např. délku buněčného cyklu. Ta je závislá na čase potřebném ke zkopírování DNA při dělení buněk, takže druhy s většími genomy obecně rostou pomaleji. Předpokládá se, že značná část variability velikostí genomů je způsobena rozdíly v hromadění repetitivní DNA. Ta sestává z mnohokrát se opakujících kousků genetického kódu, které mají schopnost se v genomu přemisťovat a množit. Zároveň je repetitivní DNA z genomu v určité míře odstraňována, a právě poměr množení k odstraňování repetic ovlivňuje výslednou velikost genomu daného druhu.

Tuto hypotézu potvrdil v časopise Nature Plants mezinárodní tým vědců pod vedením Jiřího Macase z Biologického centra AV ČR. Badatelé navíc odhalili, jak gigantické genomy rostlin vznikají. Vede k tomu nižší účinnost molekulárních mechanismů odstraňujících repetice a postupné hromadění mutací přeměňujících repetitivní DNA v „temnou hmotu“, kterou již buňka není schopna rozeznat a odstranit.

Experimentální povodí na Sokolovsku.Snímek Daniela Procházková

Tropičtí mravenci krejčíci při lovu housenky.Snímek Milan Janda

Co se děje s léky v půdě?

Užívání antibiotik a dalších léků u lidí, ale i u hospodářských zvířat s sebou přináší závažný problém pro zdraví našich půd. Léčiva se s odpady dostávají do půdy, odkud mohou přecházet do podzemních vod nebo zemědělských plodin, a tedy vstupovat do dalších potravních řetězců. O osudu léků v půdě rozhoduje to, jak silně se vážou na půdní částice, případně do jaké míry je mohou rozkládat živé mikroorganismy. Půdní mikrobiologové z Biologického centra AV ČR sledovali v laboratoři vliv 6 různých léčiv (antibiotik, léků proti alergiím, epilepsii, depresi a hypertenzi) a jejich směsi na společenstva mikrobů v 7 různých zemědělských půdách ČR.

„Zjistili jsme, že obzvláště antibiotika v uvedené směsi negativně působí na rozklad zkoumaných léčiv v půdách,“ říká mikrobioložka Alica Chroňáková. Také půdní mikroorganismy byly zasaženy aplikací léčiv a reagovaly různě (útlumem nebo stimulací jejich růstu či aktivity), přičemž nejčastěji utrpěly půdy horší kvality, jako je písčitá půda a hnědozem. Kvalitnější půdy vyvinuté na spraších (černozemě a phaeozem) byly díky jiným vlastnostem a většímu množství mikroorganismů vůči léčivům odolnější a lépe se zotavily. Při analýze složení mikrobiálních společenstev pak badatelé zjistili, že antibiotika a směs všech 6 léčiv nejvíce poškodily půdní bakterie a naopak v některých případech podpořily růst mikroskopických půdních hub. A právě na ty zaměřili badatelé svou pozornost. Pilotní výsledky totiž naznačují, že určité půdní houby dokážou rozkládat léčiva v laboratorních podmínkách. Dalším krokem bude ověřit tyto schopnosti v půdě.

Změny morfologie půdní houby při vzrůstající koncentraci léčiva.Snímek František Lorenc

Zotavování horských jezer

Dlouhodobý ekologický výzkum horských jezer a jejich povodí na Šumavě a ve Vysokých Tatrách nám pomáhá nejen pochopit přírodní procesy, které formují kvalitu i oživení vod, ale také poznat příčiny jejich změn v důsledku lokálních narušení i kvůli globálnímu znečišťování atmosféry či oteplování klimatu. Díky tomu můžeme například odlišit, jak na složení vod působí přírodní a zemědělské vlivy, nebo můžeme kvantifikovat skutečné dopady narušených lesů na zásoby a dostupnost živin v půdách a změny hydrologického režimu při různých scénářích hospodaření.

„V letošním roce se nám díky spojení 30letých šumavských a tatranských datových řad se 60letým výzkumem kvality vltavské vody podařilo zrekonstruovat dosavadní dlouhodobý průběh a namodelovat předpověď dalšího vývoje nejvýznamnějšího hydrochemického vztahu povrchových vod, tj. poměru koncentrací hydrogenuhličitanových a vápenatých iontů,“ říká vedoucí výzkumu Jiří Kopáček. V druhé polovině 20. století tento přírodní vztah silně narušily vysoké depozice síranů z kyselých dešťů a v zemědělských oblastech také vysoké vstupy síranů z průmyslových hnojiv. „Ukázali jsme, že míra a rychlost zotavování uhličitano- vápenatého systému našich vod závisí kromě omezování emisí síranů do životního prostředí též na způsobu hospodaření v lesních i zemědělských oblastech,“ dodává Jiří Kopáček. V jezerech nad hranicí lesa toto zotavování navíc významně podpořilo zvýšené zvětrávání vyvolané změnou klimatu. Ale i v některých lesních jezerech, jako je například šumavská Laka, se složení vody zlepšilo natolik, že se do nich opět navracejí ryby.

Jedinečné experimentální povodí

Má smysl stavět nové přehrady kvůli zadržování dešťové vody, povodním nebo suchu? Často zapomínáme na půdu, která zadržuje několikrát více vody než všechny naše přehradní nádrže dohromady. Je ale třeba přiznat, že o roli půdy v zadržování vody v krajině mnohé nevíme. „Například je zakořeněna představa, že voda, která odtéká z krajiny, je ta, co se nestačila vsáknout do půdy. Přitom současné výzkumy ukazují, že většina nové vody se vsákne, vytlačí tu starou z půdních pórů, a ta odtéká z krajiny,“ vysvětluje Jan Frouz, ředitel Výzkumné infrastruktury SoWa Biologického centra AV ČR. SoWa provozuje od minulého roku na Sokolovsku unikátní experimentální povodí, které umožnuje studovat tyto zákonitosti chování vody v půdě a v krajině. Ve světě existují jen dvě další terénní stanice s podobným zaměřením, ta česká je nejmodernější.

Experimentální povodí o rozloze větší než jeden hektar se nachází na území výsypky bývalého dolu na těžbu uhlí, je izolováno od okolí a osazeno přístroji tak, aby bylo možné sledovat hlavní ekosystémové děje. Zaznamenává se komplexní koloběh vody, živin, chemických prvků a plynů v půdě i atmosféře, plánuje se také rozšíření monitoringu izotopového složení srážkových vod. Díky této výzkumné ploše vědci získají obrovské množství informací, které nejenže prohloubí naše poznání, ale umožní také lépe se vypořádat s extrémními klimatickými jevy, suchem, povodněmi či erozí.

Biologické centrum Akademie věd ČR se svými pěti výzkumnými ústavy a osmi sty zaměstnanci patří mezi největší vědecká pracoviště ekologicky zaměřeného výzkumu v Evropě. Zároveň se řadí mezi nejlepší výzkumné instituce v přírodních vědách v České republice. Rozvíjíme trendy evoluční biologie a ekologie, které reagují na problémy globálního významu a udržitelnosti života na Zemi (www.bc.cas.cz).