DATA

Chtěli byste mít doma v zimě teplo a v létě příjemně chladno? Pak zvažte, zda nezateplit dům, protože vytápění a chlazení tvoří až 50 % Vašich výdajů za energie ročně! VŠCHT Praha podporuje snižování těchto nákladů výzkumem nano- a mikrocelulárních polymerních pěn. Vyvíjíme tak nejen vlastní tepelně izolační materiály nové generace, ale také počítačové programy, který pomohou dalším výzkumníkům a firmám připravovat a vyrábět tepelně izolační materiály s vylepšenými vlastnostmi.

Přestože lepíme již od pravěku, teorie molekulárních dějů v lepidlech se teprve vyvíjí. Míchání lepidel mnohdy připomíná spíše umění než vědu. Firmy dnes formulují vysoce účinná lepidla, know-how však zůstává utajené. Biopolymer PHBV je základem nové generace rozložitelných lepidel použitelných i v potravinách. Lepidlo vyrobené částečně z odpadu jsme během Erasmu namíchali na TU Delft a možná se brzy objeví ve výrobcích na regálech Vaší večerky.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808qOrywKjVbwUhBVyEktbgkv-zwwrzDaxWKjq6vyju8NzlDITs_tyC_KjNZISe1IDMlJxFEH16bDEQZCsXZOfk6CgWJQIEihUyFgpzE4pJKAA.jpg [ogobrazek] => [pozadi] => [obsah] =>

První lidé lepili nástroje pryskyřicemi ze stromů. Přírodní lepidla z kaučuku nebo živočišných proteinů—zejména mléčného kaseinu nebo zaječího kolagenu—byly také v portfoliu středověkých řemeslníků a umělců. Příchodem syntetických materiálů ve 20. století se možnosti ještě rozšířily.

Základem lepidla jsou molekuly dlouhých polymerních řetězců a další pomocné látky. Polymery jsou jako špagety—čím delší, tím více jsou propletené a tím těžší je odlepit jednotlivé nudle třeba ode dna hrnce. Pomocné látky dolaďují žádané vlastnosti, na které samotný polymer nestačí. Jako se do špaget přidává olej, díky kterému těstoviny při nabírání lépe kloužou, tak i polymery se díky změkčovadlům lépe pohybují. To se projeví třeba v pružnosti nebo tepelných vlastnostech lepidel.

Dále se mohou přidávat třeba látky zvyšující přilnavost polymerů k povrchu, pigmenty k zabarvení, ale i plniva, která snižují potřebné množství polymeru, a tím i cenu lepidla. Zkušenosti s jednotlivými látkami doplňují nejnovější poznatky z polymerní vědy. Metodou pokus-omyl se pak dosahuje synergie správného poměru složek ve finální formulaci lepidla pro žádanou aplikaci.

Dnes známe celou řadu různých lepidel, tmelů, či cementů používaných v konstrukčních materiálech, lepicích páskách, nebo v medicíně. Trendem je nahrazovat lepením i tradiční způsoby spájení kovů nýtováním nebo svařováním, protože lepený spoj dokáže lépe rozkládat síly a tlumit vibrace. Lepidla v obalových materiálech potravin jsou oříškem nejen pro zdravotní nezávadnost, ale i pro zpracování obalového odpadu a jeho recyklaci.

Tavná lepidla jsou preferovanou alternativou v potravinářství díky tomu, že při jejich vytvrzení nevznikají výpary rozpouštědel. Využívají se k lepení papírových krabic nebo etiket. Běžně používané netoxické tavné lepidlo je třeba syntetický ethylenvinylacetát (EVA)—alternativa živočišných lepidel—který se používá také v biomedicíně nebo restaurátorství.

Polymery lepidel v samolepkách na ovoci nebo na obalech potravin obvykle nejsou rozložitelné nebo totožné s polymerem obalu, čímž snižují jeho recyklovatelnost. Tento problém lze eliminovat použitím rozložitelného lepidla za předpokladu, že je možné papírovou etiketu s lepidlem před zpracováním plastu zcela rozložit. Pokud je celý obal z biologicky rozložitelného materiálu—bioplastu nebo papíru—není problémem ani akumulace syntetického polymeru z lepidla v průmyslových kompostárnách.

Konsorcium nizozemských společností vyrábí z bioodpadu biopolymer PHBV, což je zásobní látka mikroorganismů. Na nizozemské TU Delft se nám podařilo namíchat lepidlo právě na bázi PHBV. Toto lepidlo lepí sklo, papír, dřevo, ale i některé plasty. Je odolné vůči vodě a lze ho použít i v mínusových teplotách mrazničky. Spolu s aditivy rostlinného původu dosahuje dobrou pevnost nejen pro běžné aplikace. Jelikož je rozložitelné a použitý PHBV má původ v bioodpadu, bude lepidlo udržitelnější a usnadní zpracování obalového odpadu. Firmy o něj už projevily zájem a je možné, že výroba tohoto rozložitelného lepidla bude zahájena v nejbližších letech.

Autor je studentem chemického inženýrství

[urlnadstranka] => [iduzel] => 58544 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/alchymie-lepidel [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [58541] => stdClass Object ( [nazev] => Bioplast, na který jsme čekali [seo_title] => Bioplast, na který jsme čekali [seo_desc] => [autor] => Lukáš Šatura [autor_email] => satural@vscht.cz [perex] =>

Ve skutečnosti však na nás čekal on. Přírodní biopolymer PHBV—poly(3-hydroxybutyrát-co-3-hydroxyvalerát) je něco jako tuk buněk. Vývojem levnějších výrobních procesů přišla jeho chvíle, jelikož má variabilní vlastnosti a celou řadu možných použití. Pro svou biokompatibilitu v medicíně, pro mechanické vlastnosti v obalech. Během Erasmu v Nizozemsku jsme se podívali na paletu vlastností, kterou mu namíchali „holandští mistři“ na TU Delft, kde se vyvíjívýroba PHBV z bioodpadu.

[ikona] => [obrazek] => 0002~~808qOrywKjVbwUhBVyEAyD66MDu_7PBehQAPpzCFgqMzMwvycw-vzTu8UKGsKiMnNSU1VyFToezo-rzDaxWKS48uTM07vFIhN-fwyux8AA.jpg [ogobrazek] => [pozadi] => [obsah] =>

Bakterie si ve stresu vytvářejí zásoby polyhydroxyalkanoátů (PHA) na horší časy. Pro tkáně člověka jsou biopolymery PHA také chemicky přirozené a nevyvolávají imunitní reakci. Jsou tedy vhodné jako nosiče cílené léčby nebo „umělých“ orgánů. Jedním z PHA je i PHBV—kopolymer kyselin b-hydroxymáselné a b-hydroxyvalerové. Ve světě se zatím skloňoval jen PHB, tedy čistý homopolymer první z těchto kyselin. Jelikož PHB je poměrně křehký materiál, přítomnost druhé kyseliny, b-hydroxyvalerové, je právě tím, co dělá PHBV tak výjimečným.

Nejen obal léčiv, ale i obal obalů

PHBV drží v mechanických vlastnostech krok s mnohými syntetickými polymery. Některé vlastnosti mu může závidět i polymléčná kyselina (PLA)—biopolymer dnes již běžně používaný v obalech, medicíně nebo v 3D tisku. PHBV je méně křehký, je elastický, odolný vůči UV záření a dobře drží aroma nebo vlhkost. Na rozdíl od PLA je rozložitelný i ve vodě a v půdě, a tedy nezatěžuje planetu jako mikroplasty. Přesné vlastnosti PHBV lze navíc podle obalového materiálu doladit poměrem jednotlivých hydroxykyselin v polymerním řetězci. Zní to dobře, tak kde byl dosud problém?

Plasty nejsou z cukru. Bioplasty ano

Výroba plastů z ropy je zatím levnější než výroba z biomasy. Dnešní produkce PHBV třeba z cukrové třtiny je podobná výrobě rumu. Zkvašením rostlinných cukrů se však nezískává alkohol, nýbrž takzvané nižší mastní kyseliny. Těch se pak zhostí bakterie, které je polymerují na PHBV. Na ceně PHBV se tedy podílí i vstupní surovina. Bioplasty z brambor tedy jistě nejsou konečným ani optimálním řešením.

Vyrábět bioplasty z jídla? Raději z odpadu z jídla!

Potravinový odpad je dnes globálním a klimatickým problémem. Ročně se vyhodí až třetina jídla—1,3 miliardy tun. Díky obalům je však v Evropě „foodwaste“ z produkce pouze 3 %. Balením se totiž prodlužuje životnost potravin, čímž se také šetří energie a voda. Zhruba pětina domácího odpadu je však pořád bioodpad. Slupky z banánů, pecky z avokád, ale i prošlá šunka mají nepochybně lepší způsoby zhodnocení než spálení na teplo. Třeba v Praze lze po objednání hnědé popelnice třídit zatím jen rostlinný bioodpad k výrobě kompostu.

Čím více odpadu z jídla, tím méně odpadu z jídla

V rámci výzkumného projektu na TU Delft jsme zkoumali možnosti použití právě PHBV v obalech potravin. Výrobu PHBV patentovanou technologií z bioodpadu zavádí ve spolupráci s TU Delft konsorcium nizozemských společností, které staví na zdejší infrastruktuře tříděného bioodpadu. Rozložitelné PHBV se tak může vracet v koloběhu bioodpadu, pokud by jej ovšem nešlo opakovaně použít nebo recyklovat.

Slunce, seno a kejda z prasátek

Naši předkové ve vesnicích měli příklady dobré praxe cirkulárního využití bioodpadu z hospodářství. Ve sterilním prostředí rozvinutých velkoměst je potřeba také zavést způsoby minimalizace a efektivního využití bioodpadu. PHB z odpadních fritovacích olejů vyrábí v Česku společnost Nafigate, na Slovensku by zase měla letos začít výroba plastu Nonoilen®—směsi PHB a PLA.

Autor je studentem chemického inženýrství

[urlnadstranka] => [iduzel] => 58541 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/bioplast-na-ktery-jsme-cekali [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [56261] => stdClass Object ( [nazev] => Je sodno-draselná ATPasa pouze transportním proteinem? [seo_title] => Je sodno-draselná ATPasa pouze transportním proteinem? [seo_desc] => [autor] => Ing. Jiří Bejček [autor_email] => bejcekj@vscht.cz [perex] =>

Objevy učiněné v posledních letech vrhají na Na⁺/K⁺-ATPasu nové světlo.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~8_N2BAA.jpg [ogobrazek] => 0002~~8_N2jC8vBgA.jpg [pozadi] => [obsah] =>

Sodno-draselná ATPasa (Na⁺/K⁺-ATPasa; NKA), protein přítomný v živočišných buňkách, byla objevena v roce 1957 dánským biochemikem Jensem Christianem Skouem, který za tento objev obdržel o čtyři desetiletí později Nobelovu cenu za chemii. Dlouhou dobu se předpokládalo, že tento protein zaujímá v buňce pouze úlohu aktivního transportu sodných a draselných iontů přes cytoplasmatickou membránu. Nicméně v posledních desetiletích se pohled na NKA značně proměnil a stal se z ní významný prvek signalizační kaskády a také cíl potenciálních protinádorových léčiv.

J. C. Skou se původně zabýval studiem schopnosti lokálních anestetik pronikat do monovrstvy nervových membránových lipidů. Tuto schopnost měřil jako změnu povrchového tlaku monovrstvy a jako indikátor těchto změn mu sloužil protein, který původně považoval za sodný kanál. V roce 1957 publikoval výsledky studie zaměřené právě na tento protein. V té době již věděl, že se jedná o ATPasu a ačkoli provedené experimenty ukázaly, že na transportní funkci mají vliv sodík, draslík, vápník a hořčík, stále se domníval, že transportovaným iontem je pouze sodík. Z tohoto důvodu dal také svému odbornému článku, kde svůj objev publikoval, poněkud zdrženlivější název: „The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves“. Nicméně výzkum v této oblasti neustával a v 60. letech minulého století již bylo z článků publikovaných J. C. Skouem a dalšími zřejmé, že zmíněný protein je skutečně NKA a dokonce, že je NKA schopna za vhodných termodynamických podmínek naopak ATP syntetizovat z ADP a fosfátu.

Spolu s tím, jak se prohlubovalo poznání o NKA samotné, rostlo množství informací ohledně modulátorů její aktivity. Mezi nejznámější modulátory aktivity NKA patří kardioglykosidy (KG), látky přírodního původu, které se vyskytují v širokém spektru rostlin, především pak z rodu náprstníků (Digitalis). Podstatou biologického působení KG je inhibice NKA, která v konečném důsledku zvyšuje intracelulární koncentraci Ca²⁺ iontů a dochází tak k zesílení svalové kontrakce. Mezi nejznámější zástupce KG patří digitoxin a digoxin, které se z tohoto důvodu využívají v léčbě srdečního selhání a srdečních arytmií. Nicméně v současné době se interakce KG s NKA studují v souvislosti s možným využitím v léčbě rakoviny.

Protirakovinné působení KG ve spojitosti s NKA tkví ve dvou odlišných mechanismech. První mechanismus byl znám už v minulém století a je jím již zmíněná inhibice NKA. Zvýšená intracelulární koncentrace Ca²⁺ sice zesiluje svalovou kontrakci, nicméně v dlouhodobém horizontu způsobuje apoptózu buňky. Hranice mezi těmito ději je tenká a právě proto mají KG poměrně úzké terapeutické okno.

Druhý mechanismus působení KG byl objeven až na přelomu tisíciletí. V tomto případě je důležité, aby koncentrace KG byla dostatečně nízká a nedocházelo tak k inhibici NKA. Za takové situace jsou aktivovány signalizační kaskády, které následně stimulují buněčnou proliferaci. Avšak tímto způsobem působí KG v nenádorových buňkách. Oproti tomu v nádorových buňkách dochází k potlačení buněčné proliferace, a ačkoli bylo popsáno, že i v tomto případě hrají úlohu signalizační kaskády, přesný mechanismus nebyl dosud objasněn.

V naší laboratoři na Ústavu biochemie a mikrobiologie VŠCHT Praha se zabýváme studiem KG z hlediska jejich možného využití v terapii a diagnostice nádorových onemocnění. Studujeme vlastnosti jak nemodifikovaných přírodních látek, tak i jejich konjugátů s různými fluorescenčními molekulami, které umožní jejich vizualizaci a díky tomu uplatnění nejen v terapii, ale také v diagnostice (tedy teranostice) nádorových onemocnění. V naší práci využíváme výpočetní techniku k modelování interakcí studovaných molekul s NKA. Rovněž se zajímáme o jejich cytotoxické vlastnosti, konkrétně o to, jak se po strukturní modifikaci změní cytotoxicita a z toho vyplývající selektivita vůči nádorové tkáni. Důležitá je také znalost lokalizace látek ve specifických buněčných kompartmentech, protože díky tomu víme, zda si modifikovaná látka zachovala svoji funkčnost. Získané poznatky nás pak přibližují k vysněnému cíli, kterým by byla molekula s ideálními vlastnostmi pro léčbu nádorových onemocnění. To vše díky proteinu, který byl dříve považován za „pouhý“ nástroj pro transport iontů v buňce.

Autor je doktorským studentem na Ústavu biochemie a mikrobiologie

[urlnadstranka] => [iduzel] => 56261 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/je-sodno-draselna-atpasa-pouze-transportnim-proteinem [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [55968] => stdClass Object ( [nazev] => Mitotické jedy v protinádorové terapii [seo_title] => Mitotické jedy v protinádorové terapii [seo_desc] => [autor] => Vladimíra Pavlíčková [autor_email] => pavlickv@vscht.cz [perex] =>

V oblasti protinádorové terapie byl v posledních letech zaznamenán značný vývoj, i přes to je však onemocnění rakovinou a s tím spojená léčba stále opředena mnohými otázkami. Spolu s novými poznatky o příčinách vzniku a průběhu tohoto onemocnění, vznikají stále nová léčiva a jsou dostupné nové možnosti terapie. Základem mnoha chemoterapeutik však dlouhodobě zůstávají takzvané mitotické jedy cílící na buněčné pochody spojené s dělením buněk neboli mitózou.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~TY2xDcIwEEVX-SWRoGEDsgAFYgDHORTnHF9k-yIlE7ADE1BkCsNeuKR9T3rv0qDV75NXeNcnLu9BIClTlGQiy6Q43E_n661BImzkKXxeeHiVSIl1LLst--QwOY6StVO_HtE2iLLNpv_DmAXLmrJZKJQdndYOV58lO1u3dTRSr2DxdnDWBf0B.jpg [ogobrazek] => 0001~~TY2xDcIwEEVX-SWRoGEDsgAFYgDHORTnHF9k-yIlE7ADE1BkCsNeuKR9T3rv0qDV75NXeNcnLu9BIClTlGQiy6Q43E_n661BImzkKXxeeHiVSIl1LLst--QwOY6StVO_HtE2iLLNpv_DmAXLmrJZKJQdndYOV58lO1u3dTRSr2DxdnDWBf0B.jpg [pozadi] => [obsah] =>

Mitóza, je proces nezbytný pro správné fungování lidského organismu. Buňky, tvořící tkáně lidského těla se mohou dělit různou rychlostí a celý proces buněčného dělení je přísně regulován řadou mechanismů. Vlivem různých vnějších i vnitřních faktorů však může dojít k poruše těchto mechanismů a k nekontrolovanému dělení buněk za vzniku nádoru. Základní myšlenkou, jak léčit nádorová onemocnění, tak byla snaha zastavit toto nekontrolované buněčné dělení. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout je právě využití mitotických jedů, které cílí na mikrotubulová vlákna buněk. Tato vlákna složená z proteinu tubulinu, jsou důležitá pro udržení tvaru buňky, transport molekul uvnitř buňky, ale především pro správné rozdělení genetické informace při mitóze tvorbou tzv. dělícího vřeténka. Je-li funkce mikrotubulů narušena, buňka nemůže dokončit své dělení a obvykle dochází k její smrti.

Mohlo by se tak zdát, že mitotické jedy jsou ideálním kandidátem protinádorové léčby. Jejich použití je však mnohdy limitováno vysokou systémovou toxicitou, která vede k řadě nežádoucích vedlejších účinků. Mezi ty patří známé vypadávání vlasů, nebo střevní problémy po chemoterapii. K těm dochází z důvodu, že buňky střevního epitelu patří k rychle se dělícím buňkám, a proto na ně mitotické jedy působí obdobně jako na rychle se dělící buňky nádorové. Snahou vědců je tedy tyto vedlejší účinky byly minimalizovat.

Vývojem a testováním mitotických jedů, konkrétně derivátů kolchicinu, který je známým alkaloidem Ocúnu jesenního (Colchicum autumnale), a paklitaxelu vyskytujícím se převážně v kůře jehličnanů rodu Tis (Taxus) se zabývá i naše výzkumná skupina Ústavu biochemie a mikrobiologie na VŠCHT v Praze. Naším cílem je vyvinout nové sloučeniny na bázi mitotických jedů s pozměněnými terapeutickými vlastnostmi. Modifikací struktury výchozích sloučenin dochází například ke snížení systémové toxicity, zvýšení specifity pro nádorové buňky a tím také zvýšení terapeutického indexu. Díky spojení mateřské sloučeniny s fluorescenčními a/nebo fotosenzitivními značkami je možné tyto látky využít v teranostice, zobrazování a fotodynamické terapii nádorů. To vše v závislosti na typu použitého fotosensitizéru/fluoroforu. I přes to, že vývoj nových látek a zejména jejich testování jsou časově náročné, věříme, že naše úsilí do budoucna napomůže k vývoji účinného protinádorového léčiva.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu biochemie a mikrobiologie

[urlnadstranka] => [iduzel] => 55968 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/mitoticke-jedy-v-protinadorove-terapii [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [55909] => stdClass Object ( [nazev] => Teranostika – spojení, které se vyplácí [seo_title] => Teranostika – spojení, které se vyplácí [seo_desc] => [autor] => Ing. Jan Škubník [autor_email] => skubnikj@vscht.cz [perex] =>

Objev a znič! Tak zní úkol pro moderní protirakovinné látky, kterými se zabývá vědní obor teranostika. Látky s teranostickými vlastnostmi nám umožňují diagnostikovat, tedy objevit, nádor a rovnou jej léčit, což zvyšuje komfort pacientů, šanci na jejich dřívější vyléčení, a zároveň spoří čas i finance.

[ikona] => [obrazek] => 0002~~K84uTcrLzI4vSS1KzMsvLsnMTowvyEwuKS1KjQ9ycgcA.jpg [ogobrazek] => 0002~~K84uTcrLzI4vSS1KzMsvLsnMTowvyEwuKS1KjQ9ycgcA.jpg [pozadi] => [obsah] =>

Látky kombinující v sobě diagnostické a terapeutické účinky jsou známy již několik desítek let. Na prvopočátku stálo využití radioaktivního jódu pro zobrazení nádorů štítné žlázy a jejich současnou destrukci. Toto veskrze geniální použití jednoho jediného prvku odstartovalo již kolem roku 1940 výzkum teranostických přípravků, přičemž dnes registrujeme nespočet vzájemně velmi odlišných látek, z nichž některé svou složitou strukturou překvapí i mnohé vědce.

Principy, které se při vývoji teranostik uplatňují, jsou velmi rozmanité. Díky nezměrným možnostem organické syntézy lze dnes již připravit takřka jakoukoli sloučeninu, byť v praxi jsme široce limitováni hlavně ekonomickými možnostmi. Jednoduchým principem je přímé spojování známé funkční protinádorové látky se známým diagnostickým činidlem. Diagnostická část takového konjugátu je založena především na radioaktivitě (stále se používá např. radioaktivní jód pro zobrazení nádorů štítné žlázy), přičemž, jak již bylo zmíněno výše, radioaktivity využíváme také při samotné léčbě nádoru. K využívaným diagnostickým principům patří také fluorescence, nebo jakékoli jiné značení pro zobrazovací přístrojové techniky, jako je například počítačová tomografie. Terapeutickou práci poté zastávají klasická nádorová chemoterapeutika, nebo nověji protilátky, vyvolávající imunitní odpověď organismu, enzymy, jiné proteiny, fragmenty nukleových kyselin atd.

K současným trendům takřka v jakémkoli oboru lidské činnosti, biochemii a chemii nevyjímaje, patří využití nanotechnologií. Ty se uplatňují také v teranostice. Diagnostické a terapeutické činidlo lze totiž společně uzavřít do specifických nanočástic, které jsou snadno modifikovatelné a pro své dobré biologické vlastnosti nachází v medicíně čím dál větší uplatnění. Jejich použití je natolik obecné, že s malou mírou nadsázky lze říci, že do nanočástic dnes můžeme uzavřít vše, co nás napadne. Samozřejmě lze také vyvíjet, či v přírodě objevovat, zcela nové látky, které by samy v sobě kombinovaly obě vlastnosti teranostik. Tento přístup je však spíše okrajovou záležitostí.

Také my na Ústavu biochemie a mikrobiologie na VŠCHT v Praze věnujeme pozornost výzkumu teranostických látek pro léčbu nádorů, a to především těm, pocházejícím z přírody. V naší skupině zkoumáme fluorescenční deriváty již známých léčivých přírodních látek, jako je kolchicin z ocúnu podzimního, paklitaxel z tisu tichomořského nebo digitoxin z náprstníku červeného, a zjišťujeme, zda po změnách v jejich struktuře je nebo není zachována protinádorová aktivita, případně, a to je samozřejmě naším cílem, zda je protinádorový účinek vyšší, než účinek mateřské látky, a také, zda látka zároveň nepoškozuje zdravé tkáně. Posuzujeme samozřejmě také diagnostický potenciál těchto derivátů, tedy zda je jejich fluorescence dostatečně silná pro případné medicinální využití. Zatím jsme však stále na začátku extrémně zdlouhavého a náročného procesu zdokonalování takové látky. Dílčí úspěchy nás nicméně silně motivují k další práci, která, věřme tomu, bude v budoucnu oceněna hlavně onkologickými pacienty.

Autor je doktorským studentem na Ústavu biochemie a mikrobiologie

[urlnadstranka] => [iduzel] => 55909 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/teranostika-spojeni-ktere-se-vyplaci [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [54727] => stdClass Object ( [nazev] => Je opravdu kyselina mléčná jen metabolickým odpadem? [seo_title] => Je opravdu kyselina mléčná jen metabolickým odpadem? [seo_desc] => [autor] => Martina Koncošová [autor_email] => koncosom@vscht.cz [perex] =>

Kyselina mléčná (2-hydroxypropanová) byla dvě století považována za pouhý odpadní produkt metabolismu. V posledních několika letech však stále více odborníků dochází k poznatku, že kyselina mléčná a její anion laktát hrají významnou roli v prevenci nebo naopak patogenezi různých onemocnění. Z toho důvodu je pochopení fyziologické i patologické úlohy kyseliny mléčné klíčem k efektivnější ochraně organismu před chorobami a případně k léčbě některých onemocnění. V naší laboratoři na Ústavu biochemie a mikrobiologie se zabýváme především úlohou laktátu v nádorovém bujení a v prevenci obezity, stárnutí a sexuálního přenosu HIV.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~88wpLS4pSjzSm3d4rUJafkm-gq6Cb2JRSWZeooJ3fl5y_tGF-WWHFwIA.jpg [pozadi] => [obsah] =>

V lidském těle vzniká kyselina mléčná primárně při anaerobní glykolýze, resp. při odbourávání glykogenu. Uvedenou cestou vzniká přibližně 65% této kyseliny. Jejím dalším zdrojem jsou aminokyseliny: hlavně alanin, serin, threonin, cystein a glutamin. Společným znakem všech metabolický cest, které přispívají ke vzniku kyseliny mléčné, je postupná přeměna vstupujících metabolitů na pyruvát, který je následně za katalýzy enzymem laktátdehydrogenasa redukován na laktát.

U zdravého člověka vzniká kyselina mléčná hlavně při fyzické námaze v intenzivně pracujících svalech. Metabolická dráha, jejímž produktem je kyselina mléčná, totiž nevyžaduje přítomnost kyslíku a je rychlým zdrojem energie. Dále jsou zvýšené hladiny kyseliny mléčné pozorovány v rostoucích tkáních, v aktivních částech mozku a v tukové tkáni intenzivně metabolizující glukózu. V tlustém střevě kyselina mléčná vzniká při zpracování zbytků potravy střevní mikroflórou a ve vaginálním sekretu jsou jejími primárními producenty přirozeně přítomné laktobacily. Právě vaginální kyselina mléčná díky svým antiseptickým účinkům zabraňuje sexuálnímu přenosu různých bakteriálních a virových patogenů a tím snižuje riziko šíření pohlavních chorob.

Nejvíc nečekaným objevem posledních roků je, že kyselina mléčná slouží též jako signalizační molekula. Bylo zjištěno, že stimuluje redoxní a stresovou signalizaci v buňkách. Mechanismus těchto procesů spočívá v aktivaci transkripčních faktorů, které ovlivňují transkripci genů zodpovědných za tvorbu mitochondrií a antioxidační ochranu buněk. U rostoucí nebo hojící se tkáně stimuluje vyšší hladina laktátu tímto mechanismem tvorbu nových kapilár. V mozku je zase laktát nezbytný pro tvorbu dlouhodobé paměti, protože je zodpovědný za expresi proteinů účastnících se vzniku paměťové stopy a stimulujících tvorbu nových neuronů. Z naší laboratoře pochází objev, že laktát zpomaluje stárnutí kmenových buněk, takže může mít významný podíl na lepším zdraví sportovců. V neposlední řadě laktát ovlivňuje aktivitu buněk imunitního systému.

Zvýšené hladiny kyseliny mléčné jsou však často pozorovány i u různých patologických stavů. Nejprobádanější je laktátová acidóza spojená s nádorovým onemocněním, kdy kyselina mléčná vzniká jako důsledek intenzivní glykolýzy a nedostatečného cévního zásobení nádoru. I zde bylo popsáno několik signalizačních účinků laktátu, které přispívají k agresivitě tohoto onemocnění.

V první řadě slouží laktát jako metabolické palivo a tím podporuje růst nádorů. Dále bylo zjištěno, že dokáže aktivovat opravné mechanismy DNA, čímž pravděpodobně přispívá k ochraně nádorových buněk při ozařování i chemoterapii. Kromě toho tlumí imunitní odpověď bílých krvinek proti rakovinným buňkám a podporuje tvorbu nových kapilár, bez nichž nádor nemůže růst. Některé studie ukázaly, že vyšší hladiny kyseliny mléčné v primárním nádoru souvisejí s větším výsevem metastáz, které jsou převládající příčinou úmrtí onkologických pacientů.

Mé výsledky získané zkoumáním účinků laktátu na izolovaných nádorových buňkách ukazují, že metabolismus laktátu v mitochondriích je nezbytný pro jejich ochranu před oxidačním stresem. Toho lze využít pro zvýšení efektivity některých druhů protinádorové terapie, například fotodynamické terapie.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu biochemie a mikrobiologie

[urlnadstranka] => [iduzel] => 54727 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/je-opravdu-kyselina-mlecna-jen-metabolickym-odpadem [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [54972] => stdClass Object ( [nazev] => Víš, čím se myješ? [seo_title] => Víš, čím se myješ? [seo_desc] => [autor] => Ing. Karolína Keprtová [autor_email] => keprtovk@vscht.cz [perex] =>

Znáte to, lidé se dělí na ty, kteří se raději sprchují a na ty, kteří se rádi ponoří do horké vany. Co máme ale společného? Bublinky! Sprchové gely, šampóny, pěny do koupelí a jiné koupelové přípravky nás lákají opojnými vůněmi a pestrobarevnými lahvičkami, a že jich v regálech obchodů najdete mraky. Věnujete se ale někdy tomu, co je napsáno titěrnými písmenky v části INGREDIENTS? Pokud ne, tak bystě možná měli...

[ikona] => [obrazek] => 0001~~C6pMyjzSm52oUKaQnV9akJqTCQA.jpg [pozadi] => [obsah] =>

Na začátku, jak to tak bývá, byl dobrý úmysl. Ferdinand Münz ve 30. letech 19. století vyvinul látku, která měla nahradit importovanou kyselinu citronovou v procesu barvení látek. Touhle látkou je kyselina ethylendiamintetraoctová, zkráceně EDTA. EDTA má úžasné vlastnosti, je chelatačním činidlem, které váže ionty kovů do komplexů, což z ní udělalo nepostradatelnou pomocnici v průmyslových výrobách, jako jsou výroba papíru nebo textilu. Má ale i antioxidační a konzervační účinky a napomáhá tvorbě pěny, takže díky ní zůstávají kosmetické výrobky dlouho použitelné a tvoří lepší pěnu.

Když je tak úžasná, tak proč se o ní zajímáme? Protože je biologicky nerozložitelná, to znamená, že v čistírnách odpadních vod, kam teče voda z průmyslových závodů i našich koupelen, nebude odstraněna a popluje dál do řeky. I když nepatří mezi látky pro člověka nebezpečné, tak v přírodním prostředí může uvolňovat kovy uložené v sedimentech řek.

V současné chvíli neexistuje způsob odstranění EDTA, který by bylo možné plošně použít, neboť se EDTA nachází ve vodách ve velice nízké koncentraci. Proto jsme se rozhodli hledat řešení, které by bylo účinné i v prostředí konkurenčních látek, které se ve vodě nachází ve větších koncentracích, a proto při neselektivním odstraňování organických látek mají takříkajíc přednost.

Naším cílem je najít efektivní způsob, jak odstranit nebo alespoň zpřístupnit produkty částečného rozkladu EDTA mikroorganismům v čistírnách odpadních vod, ovšem s ohledem na finanční dostupnost. Mezi způsoby, jak odstranit EDTA jsme zařadili efektivní a používané pokročilé oxidační procesy (AOP), sorpci a použití membránových procesů. Hlavní důraz je kromě účinnosti kladen na finanční náročnost, protože k čemu je dobrá technologie, když si ji nemůže nikdo dovolit… Ačkoliv nás čeká ještě dlouhá cesta k nalezení optimálního řešení, tak na jeho hledání usilovně pracujeme a věříme, že budeme úspěšní. Kolegové z Ústavu chemie ochrany prostředí se dlouhodobě věnují vývoji a ověřování technologií pro odstranění perzistentních látek z různých složek životního prostředí, takže pro to máme dobré předpoklady.

Autorka je doktorskou studentskou na Ústavu chemie ochrany prostředí

[urlnadstranka] => [iduzel] => 54972 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/vis-cim-se-myjes [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [52582] => stdClass Object ( [nazev] => Léčba nádorových onemocnění světlem? [seo_title] => Léčba nádorových onemocnění světlem? [seo_desc] => [autor] => David Kodr [autor_email] => kodrd@vscht.cz [perex] =>

Tato otázka může někomu na první pohled připadat hodná spíše časopisu o ezoterice a alternativní medicíně. Nicméně opak je pravdou!

[ikona] => [obrazek] => 0001~~8zm88khvUqJC3uGFKflF-WWH9yZnKOTnpebmJ-cdmZ13eK1CcdmR2SU5qbkA.jpg [obsah] =>

Ale teď vážněji. Disciplína nazývaná fotodynamická terapie se skutečně zabývá možností léčení nádorových onemocnění postupy, kde se světlo využívá jako jedna z komponent. Světlo samo tedy není tím, co léčí, je ale jednou ze tří složek, jejichž kombinace již může vytvořit efektivní nástroj pro odstranění nádoru. Druhou částí systému je látka specificky citlivá vůči světlu, která se kvůli této vlastnosti odborně nazývá fotosenzitizér. Tou třetí je velmi obvyklá a přirozená látka – molekula kyslíku.

Stručně vysvětleno, existují látky, které jsou ve tmě jen velmi málo toxické. Pokud jsou ale vystaveny dennímu světlu (ještě lépe pak světlu o specifické vlnové délce), přeměňují jinak neškodný kyslík ve svém okolí na velmi toxické reaktivní kyslíkové částice. Není to tedy nakonec ani ona látka citlivá vůči světlu, která je zodpovědná za léčbu, je to obyčejný kyslík.

Dobře, mluví se tady ale o produkci jedovaté formy kyslíku, jak ten nám může pomoci při léčbě nádorových onemocnění? Odpověď pak může vypadat velmi jednoduše: Dopravíme fotosenzitizér a světlo pouze do místa nádoru. Kyslík tam je přítomen již je (stejně jako v ostatních tkáních), a tak již nic nebrání jeho aktivaci pro zničení nádoru.

To, co vypadá jednoduše, je ve skutečnosti někdy docela složité. Vypracovat proces přesného a selektivního doručení látky do cílové tkáně může být běh na dlouhou trať. Obvykle se využívá odlišnost nádorových buněk od buněk normálních. Často se dá jako jejich slabin využít vlastností, které je vůči normálním buňkám obvykle zvýhodňují. Taková “hladová” rychle rostoucí nádorová buňka například přijímá mnohem více látek ze svého okolí. Některé z nich je možné využít k cílenému transportu.

Tento princip využívá v současné klinické praxi pozitronová emisní tomografie. Ta využívá radioktivně značený derivát esenciálního zdroje buněčné energie – glukózy. Obdobně mohou být využity i jiné, tělu přirozené látky, například steroidní hormony a jejich analoga.

I toto je jedno z mnoha zajímavých témat výzkumu, se kterými se můžete setkat na Ústavu chemie přírodních látek.

Autor je doktorským studentem na Ústavu chemie přírodních látek

[urlnadstranka] => [iduzel] => 52582 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020/lecba-nadorovych-onemocneni-svetlem [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [iduzel] => 52581 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2020 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_submenu [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [46374] => stdClass Object ( [nazev] => Čím se zabýváme na VŠCHT Praha v roce 2019? [seo_title] => 2019 [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [perex] => [ikona] => [obrazek] => [obsah] => [urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [50096] => stdClass Object ( [nazev] => Data, relace a korelace dat - jak interpretovat data? [seo_title] => Data, relace a korelace dat - jak interpretovat data? [seo_desc] => [autor] => RNDr. Luděk Bouška [autor_email] => bouskal@vscht.cz [perex] =>

Data jsou základem. Když už je konečně máme, stojíme před novým problémem: co nám vlastně říkají? Chemometrické postupy nám pomohou zjistit, zda data splňují určitou hladinu spolehlivosti. Možná bude třeba zbavit se některých dat, která obsahují tzv. odlehlé hodnoty, které jsou hodně jiné než ostatní. Mohlo dojít k nějaké chybě v měření nebo vyhodnocování. A když takto data vypipláme, učešeme, vyspravíme a upravíme do správného tvaru - co pak s nimi? Co když interpretace výsledků není jasná? Nějaká data máme, ale vlastně nevíme, co nám říkají? Je v nich nějaká informace, která je k něčemu použitelná? Vlastní získání dat může být pracné, ale až jejich interpretace dělá z dat vědeckou studii. Práce výzkumníka je tak podobná zkoumání kriminalisty, který má určitá data, ale zatím neví, co znamenají.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~CyrIyS-JNzCMNzI2MTUziE8sAQA.jpg [obsah] =>

Pokud máme jednoduchou úlohu, která spočívá třeba ve zjištění obsahu něčeho v něčem na několika vzorcích, pak jsme možná u konce práce. Sečteme, podtrhneme a máme výsledek. Analyticky zpracujeme a statisticky vyhodnotíme, což nemusí to být jednoduchá práce. Možná k tomu použijeme znalosti výpočtu střední hodnoty, rozptylu, metodu Anova nebo něco jiného. Interpretace výsledků často vychází z toho, co jsme očekávali už na začátku. Možná jsme dost přesně věděli, co chceme. A to jsme změřili a vyhodnotili.

Jednoduše interpretovatelná data jsou například z měření obsahu tuků v určitých výrobcích. Změříme obsahy tuků v máslech od několika výrobců. A pak prostým porovnáním s tabulkami minimálního a maximálního obsahu tuku můžeme vyvodit patřičné závěry. Samo porovnání nemusí být jednoduché, nicméně interpretace dat je známá už od začátku, když jsme začali měřit. Jedná se o odpověď na uzavřenou otázku: splňují měřené vzorky normu nebo ne? Když víme, co chceme, a správně měříme a používáme odpovídající postupy, tak se k výsledku ANO nebo NE dostaneme.

Složitěji interpretovatelná data vyžadují práci s relacemi. Relace nám vlastně naše data relativizují, dávají je do relací. K tomu jsou výborně uzpůsobené a přímo připravené relační databáze. Dovolují pracovat s daty v relacích. A relace mezi daty mohou být velmi složité. Za základní relaci, se kterou se v relačních databázích pracuje, lze považovat relaci 1:N. Jeden prvek může mít N výskytů. V relačních databázích pracujeme s pojmem "tabulka". Do tabulek importujeme naše data. A můžeme mít další tabulky, kde kromě názvu budeme mít třeba i chemické složení, zdravotní rizika nebo údaje o dostupnosti. Když spojíme naše data s těmito tabulkami, nemusíme pracně všude uvádět chemické složení, protože přes relaci se chemická struktura připojí k našim datům.

Užitečné je data a výsledky převést do grafu a podívat se na ně z různých pohledů. Ale co když nám data mohou dát mnohem více informací? Co když data spolu korelují složitějším způsobem? Vztah může být podmíněný nějakým jiným parametrem nebo například podmínkou "když A tak B ale nesmí C". Jak takovéto závislosti zjistit?

Příklad z praxe

Získali jsme data z projektu sledování exprese genů u pilotů. Data o expresi genů byla odebírána spolu s údaji o aktuální hladině alkoholu v krvi. Na odebraných vzorcích krve se pak zjistila exprese genů. Autoři projektu hledali odpověď na jednoduchou otázku: Které geny se nejvíce exprimují při zvyšující se hladině alkoholu v krvi? U těchto genů pak předpokládali, že budou těmi, které stačí sledovat při testech vlivu alkoholu na organismus. Jednalo se tedy o hledání korelace exprese genů s hladinou alkoholu v krvi. Exprese genů se u různých lidí i etnik chovají různě. Závisí třeba na tom, zda jsou dotyční zvyklí alkohol konzumovat nebo na tom, zda jde o Evropana nebo člověka z východu.

Pro hledání vztahů a korelací jsme použili databázový stroj Postgres s interfacem DBeaver a RStudio pro grafy. Po importu dat se tato dají v databázi různě propojovat, filtrovat a zobrazovat. Brzy bylo patrné, že geny se pod vlivem alkoholu chovaly v čase velmi různě. Produkce jedněch nejprve stoupala a pak klesala. Na začátku konzumace alkoholu exprese stoupla, v průběhu konzumace klesla. A u jiných genů to bylo obráceně. Nebo dokonce stoupla, klesla a na konci zase stoupla. Napadla nás otázka: které geny mají podobnou dynamiku exprese? Tedy které geny se chovají při zvyšování hladiny alkoholu podobně u různých lidí? Bylo třeba si vytvořit nástroj, jak sledovat dynamiku exprese. V relační databázi stačilo vytvořit několik funkcí, které změny v expresi převáděly do porovnatelných hodnot. Nalezli jsme pak určité korelace v chování dynamiky exprese některých genů.

Hledání korelací v datech by mělo být základní metodou výzkumu. Stojí za to nad daty přemýšlet a hledat, co je v nich obsaženo. Umět pracovat s daty tak, abychom v nich neviděli jen čísla. Musíme být připraveni na to, že data mohou obsahovat něco, o čem jsme dopředu nevěděli a možná ani netušili. Nezapomeňme ale, že nalezené korelace neznamenají nutně kauzalitu. Ukazují nám určité tendence a možnosti. Napovídají nám, jak a pro co hledat vysvětlení.

Když tedy konečně data máme, naše práce nekončí, ale interpretace dat může začít. Získáním dobrých, spolehlivých dat vědecká práce a dobrodružství poznání nekončí, ale začíná.

Autor je doktorským studentem na Ústavu analytické chemie

[urlnadstranka] => [iduzel] => 50096 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/data-relace-a-korelace-dat-jak-interpretovat-data [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [50288] => stdClass Object ( [nazev] => Jak využít genetiky pro zvýšení obranyschopnosti rostlin proti patogenům [seo_title] => Jak využít genetiky pro zvýšení obranyschopnosti rostlin proti patogenům [seo_desc] => [autor] => Stehlik Daniel [autor_email] => stehliki@vscht.cz [perex] =>

Často diskutovaným tématem dnešní doby je, jak ochránit rostliny před různými patogeny bez zvyšování spotřeby pesticidů. Ač pesticidy pomáhají zvyšovat výnosy zemědělských plodin, aktuální požadavky společnosti na zdravější potraviny a nižší zátěž pro životní prostředí volají po snížení jejich používání. Jak ovšem snížit jejich spotřebu, aniž bychom přišli o zásadní část výnosů? Tento problém se dá aspoň z části řešit využitím vlastní genové výbavy rostliny a správnou volbou jejích odrůd.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0jNUCMgvyi_LO7ww7_Bahcy8tMzs_LLEvMMrM_IVEhXyUlFFcjKLS0oVjs5MLciuVMjPSc3KrgQA.jpg [obsah] =>

Člověk a jiní živočichové jsou od narození vybaveni imunitou, která jim pomáhá se vypořádat s patogeny, na které narazí v průběhu svého života. Podobně jako oni jsou i rostliny vybaveny určitou vlastní imunitou, která je brání proti různým patogenům, avšak na rozdíl od živočichů postrádá vlastnost buněčné paměti. V čem se naopak neliší je schopnost rozpoznat určité buněčné motivy patogenů a spustit tím kaskádu reakcí vedoucí k zastavení šíření infekce v rostlině.

Kromě rozpoznání určitých buněčných motivů jako jsou například proteiny bičíku bakterií nebo chitin v buněčné stěně hub, jsou rostliny schopné rozeznat i určité genetické motivy. Tyto genetické motivy jsou známy jako geny avirulence a najdeme je v mnoha rostlinných patogenech zejména v bakteriích, houbách a oomycetách. Jejich původním smyslem bylo poskytnout patogenu výhodu při infekci hostitele. Rostliny však v rámci evoluce byly schopny selektovat takzvané geny rezistence, které jim umožnily rozpoznat tyto geny avirulence. Pokud rostlina obsahuje gen rezistence, dojde k rozpoznání produktu korespondujícího genu avirulence v patogenu a rostlina spustí naprogramovanou buněčnou smrt napadené buňky nebo i části rostlinného pletiva, ve kterém se nachází patogen a ubrání se tak jeho dalšímu šíření. Nicméně tato obrana má tu zásadní nevýhodu, že patogen je schopen obměňovat svou genetickou výbavu tak, aby nebyl rozpoznán a daný gen avirulence pozměnit například bodovou mutací. Touto změnou v genu je schopen překonat rezistenci dané odrůdy rostliny a dále se šířit na daném stanovišti. Takovéto překonání rezistence může trvat pouhé 3 roky, jak ukázaly polní studie z Francie.

I přes tuto citelnou nevýhodu je ovšem možné vcelku efektivně využít této genetické rezistence, a to cíleným screeningem populací patogenu na území, kde je plodina pěstována. Jednou z možností ochrany je pěstování odrůd rezistentních proti dané populaci patogenu s dostatečnou diverzitou genů rezistence mezi setými odrůdami, tak aby se zabránilo rychlému překonání rezistence změnami v genech avirulence v populaci patogenu na daném stanovišti. V naší laboratoři se zabýváme zkoumáním patogenů odpovědných za nemoc známou jako fómové černání stonku, které způsobují dva závažné, velmi příbuzné houbové patogeny řepky olejky (Brassica napus), a to Leptosphaeria maculans a Leptosphaeria biglobosa. V rámci našeho projektu monitorujeme jejich výskyt v různých oblastech ČR a zastoupení jejich genů avirulence (aktuálně 8 známých genů). Díky sběru vzorků z pěstitelských oblastí na území České republiky a analýze genové výbavy populací L. maculans na jednotlivých stanovištích bychom měli být schopni připravit mapu výskytu genů avirulence tohoto patogenu na území ČR využitelnou pro efektivní výsev odrůd řepky. Tyto odrůdy budou přirozeně rezistentnější i díky snížení rizika vzniku mutací v genech avirulence což pomůže zachovat rezistenci rostlin co nejdéle a také díky tomu sníží potřebu použití pesticidů.

Autor je doktorským studentem Ústavu biochemie a mikrobiologie.

[urlnadstranka] => [iduzel] => 50288 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/jak-vyuzit-genetiky-pro-zvyseni-obranyschopnosti-rostlin-proti-patogenum [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [50094] => stdClass Object ( [nazev] => Pesticídy – dobrý sluha, ale zlý pán [seo_title] => Pesticídy – dobrý sluha, ale zlý pán [seo_desc] => [autor] => Tamara Pacholská [autor_email] => pacholst@vscht.cz [perex] =>

Od počiatku civilizácie sa ľudstvo snažilo zlepšovať svoje životné podmienky, preto začalo hľadať spôsoby, ako ochrániť svoje plodiny, a tak začala moderná éra syntetických pesticídov, ktorej počiatok siaha do tridsiatych rokov 20 storočia. Postupom času sa však zistilo, že tieto látky nemajú len pozitívne vlastnosti, ale naopak, sú toxické a ohrozujú nielen celkový ekologický stav, ale aj zdravie človeka. Použitie pesticídov sa od roku 1950 zvýšilo 50-násobne, čo znamená, že každoročne sa použije vyše 2,5 milióna ton priemyselných pesticídov.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~C0gtLslMPrw2pVLhUcNkhZT8pKLDexWKc0ozEnUUEnNSFapygPyCwwvzAA.jpg [obsah] =>

Rýchly nárast industrializácie a urbanizácie po celom svete spôsobil obrovské problémy so znečistením životného prostredia. Najmä intenzívne používanie pesticídov spôsobilo v mnohých krajinách určité environmentálne problémy. Pesticídy, najmä tie, ktoré sú odolné voči fyzikálno-chemickému rozkladu, biodegradácii a sú biologicky perzistentné, sa v prírode rozkladajú niekoľko mesiacov, rokov, výnimočne viac. Príkladom, že zamorenie pesticídmi je v súčasnej dobe veľmi závažné, je pesticíd DDT. Jedná sa o prvý ,,globálny ‘’ pesticíd, ktorý sa začal používať po druhej svetovej vojne, zakázaný bol od roku 1974. Táto látka sa dodnes nachádza v tukových tkanivách živočíchov a predovšetkým v materskom mlieku cicavcov, teda aj človeka.

Na našom ústave technológie vody sa, pochopiteľne, venujeme znečisteniu týmito mikropolutantmi vo vodnom prostredí. Jedná sa o vody podzemné a povrchové, ktoré sú zdrojom na výrobu vody pitnej. Do vodného prostredia sa tieto látky dostávajú pri väčšom prúdení vzduchu vo forme úletu, výparom prchavých pesticídov z rastlín a pôdy a následným atmosférickým transportom a zrážkami dochádza k diaľkovému prenosu pesticídov do miest, kde sa predtým tieto látky vôbec nevyskytovali. Ďalšou možnosťou kontaminácie je splach pesticídov dažďom priamo z plodín do podzemných a povrchových vôd.

Dnešná zvýšená aplikácia pesticídov je taktiež vynútená v dôsledku opakovaného pestovania technických plodín pestovaných na výrobu biopalív a spôsobuje plošnú kontamináciu celého územia ČR. Monitoring podzemných vôd v Českej republike realizovaný v posledných rokoch poukazuje na prítomnosť pesticídnych látok v 63 % sledovaných objektoch, v 43 % sledovaných objektoch koncentrácie pesticídov prekročili limit 0,1 µg/l pre podzemnú vodu. Vo väčšine prípadov sa jedná o metabolity herbicídov používaných v minulosti, ale aj súčasnosti na ošetrenie repky olejnej, kukurice a cukrovej repy, t.z. na plodiny prevažne pestované ako suroviny na výrobu biopalív. Koncentrácie pesticídov v podzemných vodách dosahujú v ojedinelých prípadoch až desiatky µg/l.

Klasická vodárenská technológia nie je účinná v odstránení pesticídnych látok a ich metabolitov, preto sa tieto látky vyskytujú v pitnej vode aj niekoľkokrát nad požadovaný limit. Na účely ich odstránenia sa v poslednej dobe ukazujú ako vhodné pokročilé oxidačné procesy (AOPs) v kombinácii so sorpciou na granulovanom aktívnom uhlí (GAU). Zo súčasných poznatkov totiž vyplýva, že oxidáciou dôjde ku štiepeniu pesticídnych látok na menšie častice, ktoré sú následne odstraňované sorpciou na GAU s vyššou účinnosťou než samotným sorpčným stupňom. Príkladom pokročilých oxidačných procesov je napríklad kombinácia ozónu s peroxidom vodíka alebo ozónu s UV žiarením. Princípom AOPs je generovanie hydroxylových radikálov, ktoré sa vyznačujú vysokou oxidačnou silou a sú schopné degradovať širokú škálu organických a anorganických znečisťujúcich látok.

Štúdiu a optimalizácii týchto procesov sa intenzívne venuje Ústav technologie vody a prostředí.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu technologie vody a prostředí

[urlnadstranka] => [iduzel] => 50094 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/pesticidy-dobry-sluha-ale-zly-pan [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [49946] => stdClass Object ( [nazev] => Včelí plástev – může být inspirací v tkáňovém inženýrství? [seo_title] => Včelí plástev – může být inspirací v tkáňovém inženýrství? [seo_desc] => [autor] => Klára Neznalová [autor_email] => klara.neznalova@vscht.cz [perex] => [ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVHjUMFmh7Ehvak6lQjGEcXitQkHO4YXFJWWH1wIA.jpg [obsah] =>

Když se řekne včelí plástev, člověk si hned představí skupinu pracovitého hmyzu z řádu blanokřídlých. Kdo by neznal čaj s medem nebo nevyráběl ve školních letech svíčky z včelího vosku? Není náhoda, že se včely při budování včelího úlu zaměřují na získání maximálního množství prostoru za pomocí minimálního množství stavebního materiálu. Ve 4. století řecký geometr Pappus napsal: „Na základě jisté geometrické předvídavosti včely vědí, že šestiúhelník je větší než čtverec nebo trojúhelník a pobere víc medu se stejnou spotřebou materiálu a práce.“ Faktem je, že hexagonální struktura je pro přírodu tou nejstabilnější. Tato struktura má dobré mechanické vlastnosti, velký specifický povrch a nízkou hustotu. Struktura včelí plástve (z ang. HCP – honeycomb like pattern) byla inspirací pro mnoho odvětví, od architektury po chemické inženýrství a medicínu. Hlavním cílem těchto oborů bylo porozumět skvělým vlastnostem včelích pláství, které záleží na jejich struktuře, tvaru a použitém materiálu.

Během posledních několika desetiletí byla vyvinuta řada technik top-down a bottom-up, včetně fotolitografie, měkké litografie, fázové separace blokových kopolymerů a emulze k vytvoření uspořádané HCP konstrukce s kontrolovatelnými rozměry pórů v rozsahu jednotek nano- až mikrometrů. Tyto metody však obvykle zahrnují několik komplikovaných a nákladných kroků a v konečné fázi mohou poškodit HCP vzor. V roce 1994 Widawski a kol. jako první uvedl, že použitím takzvané Breath Figure (BF) metody, mohou být připraveny vysoce uspořádané filmy se vzorem včelích pláství. Ve srovnání s jinými metodami je BF všestrannou, jednoduchou, levnou metodou, avšak možnou nevýhodou metody BF může být požadavek velmi vlhkých podmínek okolní atmosféry a nízká použitelnost pro komerční polymery, které mohou omezit průmyslovou výrobu a její aplikační potenciál. Bylo provedeno několik pokusů, kterými lze připravit porézní struktury HCP tvaru v suchém prostředí, a to díky napodobení okolní vlhké atmosféry zavedením vody nebo málo těkavých špatných rozpouštědel do roztoku polymeru. Nicméně uniformita a uspořádanost vytvořených porézních vzorů byla poměrně malá vzhledem k náročnosti stabilizace kapek z takto připravené emulze.

Nedávno Bui a kol. popsali ve své studii techniku sestávající ze dvou kroků, tzv. metodu vylepšené fázové separace (z ang. IPS – improved phase separation), která byla úspěšně použita při výrobě HCP filmů bez přítomnosti vlhkého prostředí a bez použití povrchově aktivních látek. Metoda IPS byla vyvinuta pro biokompatibilní a biologicky odbouratelnou kyselinu polymléčnou (PLLA), ale byla také testována na několik dalších komerčně dostupných polymerech, jako polymethylmethakrylát a polystyren. Bylo prokázáno, že uspořádaná HCP struktura z PLLA poskytuje vhodný substrát pro dobrou adhezi a proliferaci NIH3T3 buněk pro využití v budoucích biomedicínských aplikacích. Poskytuje buňkám trojrozměrné prostředí, ve kterém se mohou chovat stejně, jako se chovají in vivo.

Na našem ústavu Inženýrství pevných látek se zaměřujeme na přípravu těchto vrstev z různých polymerů na pevnolátkových substrátech. Jejich aplikaci cílíme na tkáňové inženýrství, kdy se snažíme vzniklé vrstvy dále upravovat – přidávat aminokyseliny, nanočástice kovu, modifikovat povrch plazmatem či excimerovým laserem a zatraktivnit je pro následnou kultivaci buněk. Dále se zaměřujeme na nosiče léčiv, kde do mikroporézní vrstvy zabudujeme léčivo a sledujeme jeho následné uvolňování či na antibakteriální vlastnosti, kdy na povrch deponujeme kovovou vrstvu stříbra nebo zavedeme kov přímo do polymerní matrice a sledujeme, zda dochází k antibakteriálním účinkům.

Reference:

Widawski, G.; Rawiso, M.; Francois, B. Advances in Fabrication. Self-organized honeycomb morphology of star-polymer polystyrene films. Nature 1994, 369, 387–389.

Bui, V. T.; Ko, S. H.; Choi, H. S. A surfactant-free bio-compatible film with a highly ordered honeycomb pattern fabricated via an improved phase separation method. Chem. Commun. 2014, 50, 3817–3819.

Bui, V. T.; Thuy, L. T.; Nguyen, V. T.; Dao, V. D.; et al. Ordered honeycomb biocompatible polymer films via a one-step solution-immersion phase separation used as a scaffold for cell cultures. J. Chem. Eng. 2017, 320, 561–569.

P. Slepička, K. Neznalová, D. Fajstavr, N. Slepičková Kasálková, V. Švorčík, Honeycomb‐like pattern formation on perfluoroethylenepropylene enhanced by plasma treatment, Plasma Proc. Polym. 2019, 16, 1900063.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu inženýrství pevných látek

[urlnadstranka] => [iduzel] => 49946 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/vceli-plastev-muze-byt-inspiraci-v-tkanovem-inzenyrstvi [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [48708] => stdClass Object ( [nazev] => Využití chemometrie při analýze paliv [seo_title] => Využití chemometrie při analýze paliv [seo_desc] => [autor] => Ing. Olga Pleyer [autor_email] => smidkovo@vscht.cz [perex] =>

Chemometrie je vědní disciplína zaměřená na využití matematických a statistických funkcí ke zpracování fyzikálně-chemických dat. Ačkoli byly podobné principy využívány k analýze dat již dříve, k prvnímu použití výrazu chemometrie a rozšíření jejího využití došlo až s nástupem počítačové techniky v 70. letech 20. století.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBV8MxLK0o80ptaVJaad3ihQnFBanZJUaJCUma-bn5OalaqQqJCSll-qUJBUX5KaXbJ0fUKWakZ-QoZlSlF-empeUCteYfXAgWqCooSk_PLDi8EcgE.png [obsah] =>

Jedním z hlavních cílů použití chemometrie je transformace informací, obsažených ve fyzikálně-chemických datech, na srozumitelný výstup či výsledek. Ten pak umožňuje provést popis a zhodnocení sledovaného systému. V závislosti na tom, co je třeba o sledovaném systému zjistit, dochází k volbě vhodných vstupních dat, optimální metody pro zpracování těchto dat a v neposlední řadě k volbě formy výstupních dat, čili výsledků. Rozhodnutí, zda je vhodné chemometrii pro analýzu dat využít, zpravidla souvisí s tím, co za data máme nebo můžeme mít k dispozici, jakou formu výsledků potřebujeme získat a jaký prostor a úsilí můžeme zpracování dat věnovat. V případech, kdy je možné sledovaný systém popsat známými fyzikálními či chemickými zákony, nemusí využití chemometrie přinést moc velkou přidanou hodnotu. Jelikož však fyzikální a chemické zákony nelze vždy aplikovat, může chemometrie i v této oblasti poskytnout důležité poznatky či odstranit nedostatky jednodušší formy zpracování dat. Časté uplatnění pak chemometrie nachází při zpracování vícerozměrných dat, tedy tam, kde je sledovaný systém popsán více (jednotky, desítky, stovky, tisíce, atd.) parametry a využití výše zmíněných zákonů by bylo značně komplikované. Jedním z možných rozdělení chemometrických metod, resp. obecně metod používaných ke zpracování dat, je na metody klasifikační (kvalifikační) a kvantifikační. Cílem klasifikačních metod může být například rozdělení analyzovaných vzorků do skupin podobného charakteru (např. benzín, petrolej, nafta) nebo třeba jen porovnání analyzovaných vzorků mezi sebou nebo s nějakým referenčním materiálem (např. sledování kvality při výrobě). Kvantifikační metody si pak zpravidla kladou za cíl stanovení číselné hodnoty jednoho či více parametrů.

Příkladů využití kvantifikačních chemometrických metod je možné najít nepřeberné množství, a to ať už ve výzkumných publikacích nebo standardizovaných analytických metodách. Data charakterizující sledovaný systém mohou mít mnoho podob. Jednou z nejpoužívanějších forem jsou data získaná pomocí infračervené spektroskopie (infračervená spektra). Jejich výhodou je totiž to, že obsahují kompletní nebo téměř kompletní informaci o chemickém složení analyzovaných vzorků. Jejich získání (změření) je navíc poměrně jednoduché, rychlé a levné. To pak umožňuje změřit a zpracovat data pro velké množství vzorků, což zpravidla vede k vytvoření přesnějších a robustnějších výpočetních modelů. Právě výpočetní modely jsou srdcem celého chemometrického zpracování dat. K jejich vytvoření dochází na základě zpracování dat pro sadu standardů, u nichž jsou známa jak vstupní tak výstupní data. Jak již bylo zmíněno, jako vstupní data je možné využít například infračervená spektra. Výstupními daty pak mohou být v podstatě jakékoli parametry daných vzorků. V případě automobilových paliv se může jednat například o oktanové číslo, cetanové číslo, hustotu, viskozitu, bod vzplanutí, obsah kyslíku, parametry destilační zkoušky atd. Kalibrace nebo vývoj výpočetního modelu pak probíhá tak, že dojde k vytvoření matematického vztahu mezi maticí vstupních dat a maticí výstupních dat. Takto je tedy možné vytvořit jeden nebo více modelů umožňujících stanovit parametry analyzovaných vzorků, např. na základě infračervených spekter, a to bez nutnosti dané parametry fyzicky měřit, což je zpravidla velmi nákladné, časově náročné a vyžaduje to velké množství vzorku. I přes to, že skutečné měření parametrů zůstává rozhodčí metodou pro jejich stanovení v případě potřeby zkontrolovat splnění předepsaných hodnot, může využití chemometrie poskytnout rychlý průzkum (screening) vzorků a případně odhalit vzorky nesplňující příslušné limity.

Na našem ústavu v současnosti probíhá několik projektů zaměřených na testování podmínek procesů určených pro výrobu alternativních motorových paliv. V rámci těchto projektů vzniká poměrně velké množství produktů, které jsou následně charakterizovány a vzájemně porovnávány. Součástí charakterizace vznikajících produktů je pak v mnoha případech i analýza pomocí infračervené spektroskopie a následné zpracování naměřených dat pomocí chemometrických metod. Příkladem může být porovnání produktů hydrogenačního zpracování pyrolyzního oleje (bio-oleje). Ukázka infračervených spekter bio-oleje a dvou produktů jeho hydrogenačního zpracování (Obr. 1) a výstupu z jedné z chemometrických metod (Obr. 2) je zobrazena na přiložených obrázcích. Zatímco jednotlivá infračervená spektra se skládají z několika set až tisíců bodů, díky zpracování dat pomocí metody zvané Analýza hlavních komponent je každé infračervené spektrum reprezentováno jedním bodem a je tak možné provést poměrně snadné porovnání jednotlivých produktů.

Kvantifikační chemometrické metody byly na našem ústavu využity například pro stanovení obsahu hydrogenovaného rostlinného oleje v motorové naftě nebo hydrogenovaných esterů a mastných kyselin v leteckém petroleji. Stanovení těchto alternativních paliv ve směsích s ropnými palivy (nafta, petrolej) je problematické, protože obě skupiny mají podobné složení a běžně dostupné analytické metody nejsou při stanovení schopné dosáhnout dostatečné přesnosti. Vyvinuté chemometrické modely byly opět vytvořeny s využitím infračervených spekter, která poskytla dostatečné množství informací k tomu, aby bylo při stanovení dosaženo dostatečné přesnosti.

Pojem chemometrie v sobě zahrnuje spoustu různých metod pro zpracování dat, přičemž volba vhodné metody vždy záleží na konkrétní situaci. V některých případech může být využití chemometrie dokonce jedinou možností, jak naměřená data využít.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu technologie ropy a alternativních paliv

[urlnadstranka] => [iduzel] => 48708 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/vyuziti-chemometrie-pri-analyze-paliv [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [47294] => stdClass Object ( [nazev] => Využití netradičních zdrojů přírodních látek při výrobě masných výrobků [seo_title] => Využití netradičních zdrojů přírodních látek při výrobě masných výrobků [seo_desc] => [autor] => Ing. Markéta Adamcová [autor_email] => adamcovm@vscht.cz [perex] =>

Při výrobě masných výrobků se využívá řada potravinářských přídatných látek. Ty zajišťují mikrobiální a oxidační stabilitu výrobků, přispívají k barvě, textuře a chutnosti masných produktů. Výhody používaných přídatných látek ale mohou být vyváženy některými riziky. Citliví jedinci mohou na vysoké koncentrace určitých přídatných látek, případně na jejich kombinace, reagovat alergiemi nebo dermatitidami. Medializace různých nežádoucích dopadů konvenčně používaných přídatných látek pak vyvolává ve spotřebitelích nedůvěru a zvyšuje poptávku po látkách z přírodních zdrojů, které by byly schopné nahradit stávající přídatné látky.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBViEopys9KVSg4OvPw2qL8lLzDa5MzFHIOLyxJzVZIVCg7vLcoPym7UqHq0IK8TKCMRmZOaXFJUeKRXqBKhfykosMLq1KzNQE.jpg [obsah] =>

V posledních letech byla vypracována řada studií zabývajících se náhradou některých kontroverzních „chemických“ přídatných látek v masných výrobcích tzv. „přírodními látkami“. Těmi rozumíme nejrůznější extrakty a přípravky z bylin, koření a zbytků po zpracování rostlinných materiálů. Mezi nejvíce zkoumané zdroje přírodních látek patří beze sporu rozmarýn lékařský, dobromysl obecná, lilek rajče, česnek kuchyňský, cibule kuchyňská a jiné. U všech zmíněných rostlin si, s trochou fantazie, jejich využití jako přísady do masných výrobků představit umíme. Co ale takové využití čajovníku čínského, révy vinné a chmele otáčivého?

Čajovník čínský (Camellia sinensis) je stálezelená rostlina původem z jihovýchodní Asie. Listy čajovníku jsou známy jako bohatý zdroj polyfenolových látek, které jim propůjčují antioxidační a antimikrobiální účinky. Množství aktivních látek, především katechinů ale i dalších látek, v čajových listech se pak liší v závislosti na způsobu pěstování a klimatických podmínkách, a rovněž i na způsobu úpravy listů. Nejsilnější antioxidační a antimikrobiální účinky má zelený čaj. Ten je díky obsahu účinných látek využíván v různých odvětvích potravinářského, farmaceutického a kosmetického průmyslu. V masné výrobě může působit jako zdroj antioxidantů a bránit tak masné výrobky před zhoršením nutričních vlastností a rozvojem nežádoucího aroma a chuti. Antioxidační účinky vodných extraktů zeleného čaje jsou v různých druzích masných výrobků srovnatelné, nebo i lepší než u běžně využívaných antioxidantů kyseliny askorbové (vitaminu C) a α-tokoferolu (vitaminu E). Vodné extrakty zeleného čaje mohou působit rovněž antimikrobiálně, neboť obsažené katechiny mají schopnost inhibovat růst patogenních bakterií Salmonela enterica a Escherichia coli. Přídavek extraktů zeleného čaje však může mít i negativní vliv na vlastnosti masných výrobků, jedná se především o mírné zešednutí a při vysokých koncentracích i o zhoršení textury a vaznosti.

Réva vinná (Vitis vinifera) je teplomilná liánovitá dřevina s bobulovitými plody. Bobule révy vinné obsahují kromě vody a sacharidů i řadu vitaminů (B1 – B9, C, A, E, K), minerálních látek a polyfenolů, mezi které patří především katechiny a u červených odrůd resveratrol. Obsahy zmíněných látek jsou závislé na odrůdě, způsobu pěstování a klimatických podmínkách. Jako zdroj bioaktivních látek jsou využívány zejména výlisky z bobulí. I u révy vinné se uvádí, že její antioxidační účinky jsou silnější než u vitaminu C a E. Katechiny obsažené v semenech vinné révy pak účinně potlačují růst patogenních bakterií Escherichia coli, Salmonela typhimurium, Staphylococcus aureus a Listeria monocytogenes. Přídavek révy vinné pak při vhodném dávkování významně nemění chuť a vůni masných výrobků, neovlivňuje negativně barvu, ani další testované technologické vlastnosti masných výrobků.

Chmel otáčivý (Humulus lupulus) je popínavá dvoudomá víceletá bylina, jejíž nejžádanější části jsou samičí neoplozené hlávky. Ty po očesání a vysušení obsahují okolo 15 % pryskyřic, 2- 5 % polyfenolů a 0,5 – 2 % silic. Chmelové polyfenoly se částečně podílejí na hořkosti chmele a jsou silnými antioxidanty, řadíme mezi ně například flavonoly, katechiny a fenolové kyseliny. Chmelové pryskyřice jsou zodpovědné za hořkou chuť chmele a mají významné antimikrobiální účinky, řadíme mezi ně α- a β-hořké kyseliny. Chmelové silice jsou těkavé složky chmele zodpovědné za jeho typické aroma, společně s chmelovými pryskyřicemi jsou pak hlavními antimikrobiálními látkami chmele. Polyfenoly chmele mají, podle dostupné literatury, stejnou nebo vyšší antioxidační aktivitu než běžně používaný vitamin C a než polyfenoly zeleného čaje. Chmel se do masných výrobků může přidávat v podobě prášku a v podobě vodných, či etanolových extraktů ze sušeného chmele. Z dostupných studií je patrné, že přídavek všech zmíněných chmelových preparátů ve vhodném dávkování významně omezuje oxidaci lipidů v tepelně neopracovaných i vařených masných výrobcích. Ve chmelu obsažené pryskyřice, silice a taktéž i polyfenoly mají antimikrobiální účinek. Obzvláště účinné jsou pak β-hořké kyseliny silně potlačující růst grampozitivních bakterií (včetně patogenní Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus aj.). Poněkud nižší účinek mají zmíněné látky na gramnegativní bakterie, zvláště odolné jsou pak druhy Salmonela enterica a Escherichia coli. Přídavek chmele a chmelových preparátů může způsobit snížení celkové přijatelnosti výrobků, neboť je pozměněna barva, chuť a vůně masných výrobků. Vlastnosti masného výrobku jako jsou například textura, ztráty vývarem, pH aj. nejsou přídavkem chmele ovlivněny.

Přírodní látky nabízejí díky obsahu účinných látek možnost nahradit některé přídatné látky, případně otevřít cestu k inovacím při výrobě masných výrobků. Dá se očekávat, že jejich použití bude v budoucnu výrazně narůstat. Přípravky z čajovníku čínského, chmele otáčivého i révy vinné se zdají být slibnými zdroji účinných látek. Před jejich průmyslovým využitím je ale nutné ověřit účinnost a smysl dané formy a množství přídavku přírodní látky pro daný typ masného výrobku. A kdo ví? Třeba za pár let budete v restauraci ochutnávat chmelový, čajový či vinný salám a budete ho zapíjet příslušným nápojem.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu konzervace potravin

[urlnadstranka] => [iduzel] => 47294 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/vyuziti-netradicnich-zdroju-prirodnich-latek-pri-vyrobe-masnych-vyrobku [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [46375] => stdClass Object ( [nazev] => Vývoj restaurování kamene „u nás“ [seo_title] => Vývoj restaurování kamene „u nás“ [seo_desc] => [autor] => Monika Remzová [autor_email] => monika.remzova@jh-inst.cas.cz [perex] =>

Z průzkumu památek je známo, že důsledky degradace kamene se projevily již v minulosti a každá doba se s tímto problémem vypořádala dle svých možností a dostupných vědomostí. Zprávy o vlivu dřívějších zásahů na památku v současnosti jsou cenným zdrojem poznání.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~C0otLkksLcovO7ww7_BahezE3NS8VAVdhcyc0uKSosQjvSDRYiCRm5qtoJGWX5IPlPTNz8vMTlQISs2tAmnUBAA.jpg [obsah] =>

Restaurování se jako samostatný obor začíná vyučovat teprve v roce 1946 na Akademii výtvarných umění, a to v oboru závěsného obrazu. Obor restaurování sochařských děl se zaváděl na odpovídající úrovni jen velmi pomalu. Restaurování sochařských děl tak zůstává ještě do 80. let minulého století v rukou spíše sochařů a kameníků než specialistů v oboru restaurování.

Významným posunem oproti předchozím obdobím je dokumentace restaurátorského zásahu. Právě z 60. let se dochovalo několik na svoji dobu kvalitních restaurátorských zpráv, které jsou pro dnešní dobu cenným zdrojem informací. Snaha kombinovat dostupné materiály a vytváření z dnešního pohledu nemožných kombinací poukazuje na absenci vhodného materiálu pro zpevňování narušeného kamene a na snahu restaurátorů se s tímto problémem vyrovnat na základě tehdejších materiálových možností a poznání problematiky. 80. léta se v našich zemích nesou ve znamení experimentování s novými materiály. Po odstranění „nevhodných“ cementových vysprávek z předchozích oprav byla pro zpevňování narušeného kamene pod vysprávkami použita epoxidová pryskyřice. Umělého kamene na bázi epoxidu bylo využito také při dusání chybějících artefaktů. Petrifikace a hydrofobizace byla prováděna silgelem.

Přes snahu restaurátorů využít dostupných vědomostí a technologií dané doby — se v budoucnosti ukázala jako problematické. Právě příklady z historie jsou důležitým varováním, že užití jakéhokoli nového materiálu při restaurování by mělo být prováděno na základě znalostí jak kmenné památky, tak aplikovaném materiálu a jejich vzájemné interakci. Kvalitu a kompatibilitu materiálu s daným substrátem prověří teprve čas, a proto by mělo být užití nového materiálu vždy řádně prověřeno zkouškami.

V 90. letech lze vysledovat postupné zapojení technologů do procesu restaurování, ve zprávách jsou dokumentovány odběry vzorků. Při zpevňování je již výhradně používán etylsilikát. K proměně dochází i v případě restaurátorských zpráv, kde jsou uvedeny konkrétní materiály a technologie.

V průběhu 90. let a v první dekádě 21. století se postupně uplatňuje nový přístup k restaurování. Restaurátorskému zákroku předchází restaurátorský průzkum, který se snaží mapovat důsledky korozních procesů a stanovit příčiny poškození. Vlastní restaurování potom řeší nejen důsledky korozních procesů, ale snaží se eliminovat zdroje poškození a stanovit režim preventivní péče o památky.

Úkolem studentů VŠCHT oboru Fyzikální chemie s místem působení na UFCH JH AV v Centru pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií je fyzikálně-chemicky prozkoumat daný historický materiál a připravit nový konsolidační (zpevňovacích) materiál, na bázi etylsilikátu nebo dihydrogen fosforečnanu amonného, doplněný o nanočástice SiO₂, TiO₂nebo ZnO, které dávají ošetřovanému materiálu kromě samotného zpevnění další funkce jako např. nesmáčivost povrchu, samočistění povrchu, biocidu.

Abychom mohli připravit materiál, který by se co nejvíce svými vlastnostmi podobal historickému objektu, je nutná podrobná charakterizace poškozeného objektu. Poté následuje syntéza a aplikace nového konsolidantu a opětovná charakterizace interakce konsolidantu s ošetřovaným materiálem, účinnost a testy urychleného stárnutí. Proto jsme do našeho výzkumu zařadili sofistikované metody, které se používají k charakterizaci rozličných materiálů (Obrázek 1). Některé z metod byly použity v oboru restaurování kamene poprvé. Jmenovitě se jedná o nanoindentační testování pevnosti a pružnosti materiálu v nanoměřítku. Použitím takového přístroje jsme schopni určit, pomocí několika nanometrového hrotu, jak se daný konsolidant chová v mikrometrových pórech ošetřovaného kamene. Takové měření přineslo nové výsledky, které mohou potvrdit vznik Si — O — Si vazeb mezi křemičitou památkou a etylsilikátovým konsolidantem.

Autorka je studentkou doktorského studia na VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [iduzel] => 46375 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019/vyvoj-restaurovani-kamene-u-nas [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [iduzel] => 46374 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2019 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_submenu [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41936] => stdClass Object ( [obsah] => [poduzel] => stdClass Object ( [42845] => stdClass Object ( [nazev] => Tepelně izolační materiály nové generace, které výrazně sníží Vaše náklady za energie [seo_title] => Tepelně izolační materiály nové generace, které výrazně sníží Vaše náklady za energie [seo_desc] => [autor] => Andrea Nistor a Pavel Ferkl [autor_email] => Andra.Nistor@vscht.cz [perex] =>

Chtěli byste mít doma v zimě teplo a v létě příjemně chladno? Pak zvažte, zda nezateplit dům, protože vytápění a chlazení tvoří až 50 % Vašich výdajů za energie ročně! VŠCHT Praha podporuje snižování těchto nákladů výzkumem nano- a mikrocelulárních polymerních pěn. Vyvíjíme tak nejen vlastní tepelně izolační materiály nové generace, ale také počítačové programy, které pomohou dalším výzkumníkům a firmám připravovat a vyrábět materiály s vylepšenými vlastnostmi.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~HcqxDcMgEADAVX4Bp0lGSJ-sQPAXFvCPHrCEd_AAkSuXKZjiyV6WXZ50r4_c4AEDvP9fHCPPfVuQdIf7E1KW4nIRA2FywhZ98boLaYPIvqZcBYln_UHsG1VYtCVn6DQHtlfrq7Zs-nq1NIXijcUD.png [obsah] =>

Izolační materiály šetří energie

Vytápění a chlazení představuje až 50 % roční spotřeby energie v EU. Mezi hlavní spotřebitele této energie patří většina z nás. Podle Evropské komise budou v roce 2050 dvě třetiny obytných budov tvořit budovy, které byly postaveny v době, kdy byly požadavky na energetickou hospodárnost omezené či žádné. Proto se rozhodla tímto tématem zabývat a počátkem roku 2016 představila historicky první strategii pro vytápění a chlazení.

Jeden z přístupů, jak snížit energetickou spotřebu na vytápění a chlazení, je využívání tepelně izolačních materiálů. Tyto materiály v posledních pěti letech studují vědci a studenti ze skupiny profesora Juraje Koska z Ústavu chemického inženýrství na VŠCHT Praha. V rámci grantových projektů a průmyslových spoluprací s národními i zahraničními partnery se zaměřují na studium polymerních pěn, jakými jsou např. polystyrenové či polyuretanové pěny, s cílem nalézt a zefektivnit způsob výroby pěn s výrazně lepšími vlastnostmi. Tyto pěny nám umožní místo současných panelů o tloušťce až 25 cm použít materiály dokonce o poloviční nebo až třetinové tloušťce, čímž dojde nejen k významné úspoře materiálu, ale také k esteticky akceptovanějšímu zateplení starších budov s výraznými fasádami.

Úskalí, která je třeba vyřešit

Aktuálně je stále několik otevřených otázek spojených s výrobou pěn. Za prvé můžeme zmínit nadouvadla. Nadouvadla jsou plyny, které se používají k vypěňování polymerů. Podobně jako když CO₂ „napěňuje“ pečenou buchtu (tj. uvolňuje se z kypřícího prášku v těstě), tak nadouvadlo obsažené v polymeru při zahřátí na vyšší teplotu napění polymer. Hledání nových nadouvadel se zintenzivnilo po zákazu freonů na přelomu 80. a 90.let, kvůli jejich negativnímu efektu na ozonovou vrstvu. V současnosti nejčastěji používaná nadouvadla mají minimální negativní dopad na životní prostředí, ale bohužel nedosahují tepelně izolačních vlastností freonů.

Za druhé zmíníme výrobu tzv. nanocelulárních pěn s velmi malými bublinami. Podobně jako jiné nanomateriály těží z uplatňování odlišných fyzikálních jevů než těch, které známe z našeho makroskopického světa, v tomto případě je to šíření tepla v materiálu na nanoměřítku. Nanocelulární pěny díky tomu dosahují výrazně lepších tepelně izolačních vlastností. Největší výzvou pak zůstává nalezení způsobu, jak nanocelulární pěny vyrábět levně.

A do třetice zmíníme lepší kontrolu nad vypěňovacím procesem. Každá změna v chemickém složení nebo výrobním postupu vyžaduje časově náročné laboratorní a provozní zkoušky. Alespoň částečné nahrazení těchto zkoušek počítačovými simulacemi má potenciál značně uspořit čas a finanční prostředky. Třemi výše představenými problémy se mimo jiné zabývá výzkumná skupina profesora Koska.

Hledáme nové způsoby výroby pěn a zdokonalujeme současné

Existuje mnoho způsobů, jak vyrobit pěny. Vědci a studenti na VŠCHT Praha navrhli a sestavili několik unikátních aparatur a analytických metod a zaměřili se na tři méně probádané metody vypěňování: (i) vysokotlakým CO₂, (ii) laserem a (iii) teplotně vyvolanou separací polymeru a rozpouštědla. Každá z těchto metod má své výhody a umožňuje připravovat jiné spektrum pěn lišících se nejen velikostí bublin, ale také jejich prostorou strukturou.

Doktorandka Andra Nistor uvádí: „Podařilo se nám připravit vzorky pěn s až o dva řády menšími bublinami než v komerčních pěnách a tím se přiblížit k žádaným nanocelulárním pěnám.“ Pro představu, komerční polystyrenové pěny (Obr. 2) mají v sobě bubliny o průměru přibližně 100 mikrometrů, což je průměrná tloušťka lidského vlasu. Díky současně vyvinutým počítačovým simulacím jsou vědci schopni pěnové struktury také předpovídat a připravovat nové unikátní struktury (Obr. 3, 4), které otevírají inovativní možnosti využití pěn. Vnitřní struktura pěn totiž výrazně ovlivňuje jejich mechanické i tepelné vlastnosti.

V rámci evropského projektu MoDeNa a jeho navazujícím projektu se vědci a studenti podílejí na vývoji softwaru pro propojování výpočetních nástrojů. Doktorand Pavel Ferkl zdůrazňuje: „Proces vypěňování je poměrně složitý proces, který vyžaduje popsat chemické reakce, fyzikální vlastnosti látek, tok tekutin a mnoho dalšího. V současnosti sice existuje řada nástrojů, jak tyto jevy matematicky popsat, ale je k tomu také třeba řada odborníků, kteří se vyznají v širokém spektru matematických modelů. Cílem námi vyvíjeného softwaru je zpřístupnit tyto sofistikované nástroje široké komunitě vědců a firmám, a tím jim napomoci při zlepšování tepelně izolačních vlastností vyráběných pěn.“

Výsledky výzkumu lze rozšířit i do dalších aplikačních oblastí

Pěny se využívají nejen jako tepelné izolanty, ale také jako zvukově izolační materiály, matrace, polstrování, interiér v autech, podrážky sportovních bot apod. To vytváří potenciál využití výsledků výzkumu i v těchto oblastech.

Více o aktivitách výzkumných laboratoří vedených profesorem Jurajem Koskem najdete na www.kosekgroup.cz.

Seznam použitých obrázků:

Obr. 1 - Ukázka snížení tepelných ztrát po zateplení budovy komerční tepelnou izolací podložené snímky z termovizní kamery. Zdroj: By Passivhaus Institut - Copied to Commons from http://en.wikipedia.org. Original source Passivhaus Institut, Germany – http://www.passiv.de, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1256683

Obr. 2 - Snímek komerční polystyrenové pěny s uzavřenými bublinami z elektronového mikroskopu

Obr. 3 - Unikátní mikrocelulární polystyrenová pěna s otevřenými bublinami

Obr. 4 - Předpovězená 3D struktura mikrocelulární polystyrenové pěny získané pomocí počítačové simulace

[urlnadstranka] => [iduzel] => 42845 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/tepelne-izolacni-materialy-nove-generace [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45352] => stdClass Object ( [nazev] => Laktobacily – mléčné bakterie, které najdeme i ve vaginálním traktu [seo_title] => Laktobacily – mléčné bakterie, které najdeme i ve vaginálním traktu [seo_desc] => [autor] => Monika Kumherová [autor_email] => kumherom@vscht.cz [perex] =>

Řada z Vás jistě někdy slyšela něco o laktobacilech. Jsou to bakterie, které jsou hojně využívány při výrobě fermentovaných mléčných výrobků či fermentované zeleniny. Jedná se však i o bakterie, které jsou součástí těla savců. V lidském těle osídlují dutinu ústní, gastrointestinální a vaginální trakt. A právě ve vaginálním traktu žen hrají laktobacily důležitou roli, podílí se na jeho zdraví a chrání ho před rozvojem nežádoucích infekcí.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBV8M3MLsovzs4vyEzOPrxXoTjv8Nrc1GyFssT0zLzDC3OA3Ix8heKSI7OLShU0khKLylLz8hVSclIV3IsScxOtFarKjswuObowFahQwdDMwKBCEwA.jpg [obsah] =>

Vaginální mikroflóra žen je dynamicky se měnícím ekosystémem, který je ovlivněn řadou faktorů, mezi které patří věk, hormonální stav, fáze menstruačního cyklu, hygiena, výživa či etnikum. U zdravých žen bývají dominantní složkou vaginální mikroflóry právě laktobacily. Druhové zastoupení laktobacilů je rozmanité a vyskytují se zde druhy jako Lactobacillus crispatus, L. gasseri, L. jensenii, L. iners, L. fermentum, L. vaginalis nebo L. rhamnosus.

A proč jsou laktobacily ve vaginálním traktu tak důležité?

Laktobacily jsou důležité především z ochranného hlediska. Mají antimikrobiální mechanismy, kterými ženy chrání před rozvojem nežádoucích infekcí. Prvním antimikrobiálním mechanismem je specifická adheze, kdy se laktobacily uchytí na vaginální sliznici a zabrání tak uchycení patogenních mikroorganismů. Druhým antimikrobiálním mechanismem je produkce antimikrobiálních látek. Hlavní antimikrobiální látkou, kterou laktobacily produkují, je kyselina mléčná, která snižuje pH ve vaginálním traktu na hodnoty 3,5 – 4,5. Takto nízké pH vytváří nepříznivé prostředí pro růst patogenních mikroorganismů a zabraňuje tak rozvoji infekcí. Nicméně, laktobacily produkují i jiné antimikrobiální látky (peroxid vodíku či bakteriociny)

Co by se stalo, kdyby laktobacily z vaginálního traktu zmizely?

V prvé řadě by se vaginální pH zvýšilo a stalo se příznivým pro růst patogenních mikroorganismů a rozvoj vaginální infekce. Mezi nejčastější infekce patří bakteriální vaginóza, jejíž původcem je Gardnerella vaginalis, dále aerobní vaginitida, kterou způsobují Staphylococcus aureus a Escherichia coli, a v neposlední řadě může dojít ke zvýšení počtu bakterií Streptococcus agalactiae. Poslední zmíněný patogen je velkým problémem především u těhotných žen a jeho výskyt během porodu nese velké riziko pro novorozence, kterého streptokok během porodu kolonizuje. Jelikož novorozenec nemá dostatečně vyvinutý imunitní systém, může u něj dojít k rozvoji streptokokové infekce, která může mít fatální následky. Obecně u těhotných žen je nežádoucí výskyt jakékoliv vaginální infekce, jelikož se zvyšuje riziko předčasného porodu.

Pro prevenci a léčbu vaginálních infekcí mohou být využívány vaginální probiotické přípravky, které obsahují laktobacily. Tyto přípravky napomáhají při obnově fyziologické vaginální mikroflóry a podporují léčbu vaginálních infekcí. U přípravků, které obsahují laktobacily původem z jiného než vaginálního prostředí, se může stát, že se laktobacily po aplikaci neuchytí na sliznici. Je žádoucí, aby laktobacily v těchto přípravcích byly vaginálního původu, jelikož se po aplikaci dostanou zpět do svého přirozeného prostředí a šance na jejich zpětnou kolonizaci sliznice je vyšší.

V mikrobiologické laboratoři na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky se, mimo jiné, zabýváme izolací vaginálních laktobacilů, jejich funkčními vlastnostmi a vyvíjíme přípravky vhodné pro vaginální aplikaci. Dále se zde zabýváme chemií a technologií mléka a mléčných výrobků, mikrobiologií mléka obecně, bakteriemi mléčného kvašení a sledováním jejich funkčních vlastností. Dále se zabýváme chemií a technologií olejů a tuků a technologií detergentů a kosmetiky.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky.

[urlnadstranka] => [iduzel] => 45352 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/laktobacily-mlecne-bakterie-ktere-najdeme-i-ve-vaginalnim-traktu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45347] => stdClass Object ( [nazev] => Jak dezinfikovat historické černobílé fotografické sbírky? [seo_title] => Jak dezinfikovat historické černobílé fotografické sbírky? [seo_desc] => [autor] => Kateřina Hricková [autor_email] => [perex] =>

Různé druhy historických fotografií jsou jedinečným dokladem lidské minulosti – vývoje vědy, techniky i kultury a mají tak právem čestné místo ve fondech archivů, knihoven, muzeí a všech památkových institucí. Bohužel ale nepřitahují pouze zájem náš, jako svědkové starých časů, ale i zájem mikroskopických hub (plísní) a bakterií, kteří se jimi za vhodných podmínek živí a znehodnocují tak jejich svědectví. Takové znehodnocení nelze z pohledu konzervátorské péče tolerovat a při napadení mikroorganismy je zapotřebí rychle jednat – vhodnou dezinfekční metodou.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBVCMivyizJLFM4ui81J7EkMy-_7PBehbxEhaTEosoSIGdlrkJBYsHhtUWlAA.jpg [obsah] =>

Je to ale skutečně tak jednoduché, jak se zdá?

Od vynálezu fotografie r. 1839 byla až do současnosti užívána nepřeberná škála černobílých fotografických procesů, mezi ostatními např. daguerrotypie, ambrotypie, ferrotypie, mokré kolódiové a suché želatinové negativy, pozitivy albuminové, kolódiové i želatinové na barytovém i RC papíru nebo modernějších nitrátových, triacetátových a PET podložkách. Některé techniky přežily dodnes, jiné byly oblíbené pouze v určitém období a brzy zanikly. Liší se vzhledem, provedením i konkrétním složením. Jedno mají ale společné: fotografie jsou vrstevnaté struktury složené z několika dílčích materiálů – obvykle fotografické podložky (např. kov, sklo, papír, nitrátový, triacetátový a PET film) substrátové vrstvy a světlocitlivé vrstvy. Právě světlocitlivá vrstva nese fotografický obraz, protože právě zde je světlocitlivá látka (většinou halogenidy stříbrné) rozptýlena v emulzní vrstvě (albumin, kolódium, želatina).

Tato kompozitní struktura fotografií vnáší četná úskalí konzervátorské péči. Přistoupí-li konzervátor k zásahu, jakým je např. dezinfekce, musí posoudit možné nežádoucí účinky na všechny přítomné materiály, což ale není vždy splněno. Hodně úsilí bylo doposud věnováno např. průzkumu vlivu dezinfekčních metod na papír, tedy i papírovou podložku fotografií, ale vlivu na ostatní složky složitého fotografického systému nebylo prozatím věnováno příliš studií. Přitom nevhodně zvolená metoda může způsobit vážné poškození ošetřovanému předmětu, v nejzazším případě ztrátu čitelnosti fotografického obrazu nebo jeho úplný rozpad.

Je tedy nasnadě, že problém je třeba hlouběji studovat s cílem vyvinout vhodné konzervační metody a metodické postupy s ohledem na všechna specifika té které fotografie, které by byly široce využitelné při běžné konzervátorské praxi. Tímto výzkumem se aktuálně zabýváme na půdě Ústavu chemické technologie restaurování památek. Zkoumáme zde vliv dezinfekčních metod na jednotlivé fotografické vrstvy samotné jako i na celé fotografie, modelové i reálné. Vyhodnocujeme, jak se změní optické vlastnosti, mechanické vlastnosti nebo struktura fotografických materiálů po dezinfekci a po umělém stárnutí, modelujícím ve zkráceném čase dlouhý časový úsek života fotografie a reziduí dezinfekčního prostředku v ní. Využíváme pro to celou škálu analytických technik, od mikroskopických (optický mikroskop, elektronový mikroskop) po spektroskopické (IČ spektroskopie, UV-VIS spektroskopie) nebo chromatografické (HPLC, GPC) aj.

Ačkoliv již máme k dispozici některé dílčí informace a např. pro želatinové fotografie máme vytipovány některé dezinfekční metody, které jsou vhodné (např. expozice v parách butanolu) a které naopak vůbec ne (např. gama záření), největší část úkolu máme stále ještě před sebou.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu chemické technologie restaurování památek

[urlnadstranka] => [iduzel] => 45347 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/jak-dezinfikovat-historicke-cernobile-fotograficke-sbirky [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45345] => stdClass Object ( [nazev] => Laktobacily a jejich schopnost snižovat hladinu cholesterolu [seo_title] => Laktobacily a jejich schopnost snižovat hladinu cholesterolu [seo_desc] => [autor] => Kristina Bialasová [autor_email] => kristina.bialasova@vscht.cz [perex] =>

Laktobacily patří mezi bakterie mléčného kvašení, které jsou velmi důležité technologické mikroorganismy. Využívají se především v potravinářských technologiích při výrobě mléčných, cereálních, masných či ovocných a zeleninových produktů. Stále častěji jsou některé z těchto bakterií využívány také jako probiotika z důvodu prokázaných pozitivních efektů na lidské zdraví.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~VYyxDcIwEEVX-QtAAVVETYfEDLZlieCLzzqfLZEJWCFlSoqMQGVlL9zSvvf07laOOOOAK_mgwpFr-yLHtk0-4GacsjVuJCoZiUxUI2XCaRgqKtK-tE15ipx1hHsw-axemMoFM9hKW-dQ8PRIRiW2D6KpnbW1___6LmDL_g6vHw.jpg [obsah] =>

Probiotické bakterie jsou živé bakterie, které při užívání v dostatečném množství mohou přinášet svému hostiteli zdravotní prospěch. Příznivý účinek probiotik na lidský organismus může spočívat ve zlepšení metabolických procesů, které pak mohou vést ke snížení rizika výskytu řady onemocnění nebo omezení jejich doby trvání. Jednou z vlastností probiotických mikroorganismů může být schopnost snižování cholesterolu.

Co je to cholesterol a proč je jeho vysoká hladina v krvi nebezpečná?

Cholesterol je nejrozšířenější živočišný sterol, který má pro lidský organismus nepostradatelný význam. Je základní stavební složkou biologických membrán buněk, důležitý pro syntézu vitaminu D a hormonů, které jsou zodpovědné nejen za metabolismus minerálů a vody, ale také za pohlavní a reprodukční funkce. Z cholesterolu vychází také syntéza žlučových kyselin, které jsou nezbytné pro správné trávení tuků.

Zvýšená hladina cholesterolu v krvi může být jednou z příčin vzniku kardiovaskulárních onemocnění, které jsou v posledních letech častou příčinou úmrtí dospělých. Hypercholesterolémie, tedy vysoká hladina cholesterolu v krvi, vede ke vzniku aterosklerózy (kornatění tepen), která zvyšuje riziko zdravotních problémů, zejména vznik infarktu nebo mozkové mrtvice. Již několik let je kardiovaskulárním onemocněním věnována velká pozornost a hledají se stále nové mechanismy možnosti snížení obsahu sérového cholesterolu, včetně možnosti využití probiotik. V jedné z mnoha klinických studií bylo dokázáno, že snížení koncentrace sérového cholesterolu o 1 % může snížit riziko vzniku aterosklerózy o 2 – 3 %.

Jak mohou laktobacily snížit množství sérového cholesterolu?

Hypocholesterolémický účinek probiotik, tedy snížení koncentrace cholesterolu v krvi, je přisuzován několika mechanismům, které často fungují v součinnosti. Mezi tyto mechanismy je zahrnováno např. snížení koncentrace cholesterolu během růstu laktobacilů, adsorpce cholesterolu na jejich buněčnou stěnu a enzymaticko-chemické změny. Některými studiemi byla potvrzena schopnost probiotik zlepšit lipidový profil pacientů, což vedlo ke snížení rizika vzniku a rozvoje kardiovaskulárních onemocněních. Jako lipidový profil je označována skupina vyšetření na celkový cholesterol, LDL cholesterol (tzv. špatný cholesterol), HDL cholesterol (tzv. dobrý cholesterol) a triacylglyceroly (tuky). Toto vyšetření odhaluje riziko vzniku kardiovaskulárních onemocnění, tedy podchytí možná onemocnění srdce a cév.

Na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky se zabýváme funkčními a probiotickými vlastnostmi bakterií mléčného kvašení. Také zkoušíme možnosti aplikace těchto bakterií do nových funkčních potravin. Dále se věnujeme analýze mlékárenských výrobků a jejich reologickým vlastnostem. Snaha je také izolovat biologicky aktivní látky z mléka a mleziva. Zabýváme se také technologií tuků a vývojem nových kosmetických výrobků.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky.

[urlnadstranka] => [iduzel] => 45345 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/laktobacily-a-jejich-schopnost-snizovat-hladinu-cholesterolu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45289] => stdClass Object ( [nazev] => Co je to kybernetika a jak se dá využít v medicíně? [seo_title] => Co je to kybernetika a jak se dá využít v medicíně? [seo_desc] => [autor] => Jan Kohout [autor_email] => jan.kohout@vscht.cz [perex] =>

Podobně jako se v očích laika matematika zabývá čísly či biologie živou přírodou, kybernetika se zabývá tím, jak věci řídit. Jeli jste ráno do práce metrem? Nový mobil? Bez kybernetiky byste neměli to ani ono. Kybernetika je poměrně mladá věda, která se zabývá řízením - tedy jak něco dostat ze stavu A do stavu B. Obecně. Umí popsat neskutečnou řadu dějů i interakcí a navrhnout a realizovat jejich řízení. Její pole působnosti je obrovské, ale původně nacházela největší uplatnění hlavně pro řízení strojů. My se ale společně podíváme, jak může pomáhat v medicíně.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBVCCjKzEvOLKhUqCo4Mrsk7_BKhbLEqqRKAA.png [obsah] =>

Když někomu řeknu, že jsem studoval kybernetiku, většinou na mě kouká, jako kdybych právě spadl odněkud z Marsu (kolikrát mám pocit, že jeho pohled nenápadně pátravě zkoumá moji hlavu, jestli na ní nenalezne nějaká malá zelená tykadla). Když se mu pak snažím vysvětlit, že kybernetika je vlastně jen věda o řízení, často slyším reakci: “Aha, řízení - takže manažeři a tak, že?” Ne prosím, tak to není. Podobně v médiích často člověk slyší, že se stal nějaký kybernetický zločin. Hodně lidí tak má slovo “kybernetika” spojeno právě s tím, ale to je také hodně zavádějící. Mnoho laiků má též mylný názor typu: “Kybernetika - aha, tak to jsou roboti, že jo?” Bohužel je také zklamu. Rovnítko mezi to rozhodně nepatří.

Slovo kybernetika pochází z řeckého Kybernetés, což znamená kormidelník, protože kormidelník řídí (v jeho případě loď). Za praotce kybernetiky je považován Hérón Alexandrijský (1. století n. l.), který třeba vymyslel samočinné zavírání dveří chrámu. Za skutečného otce kybernetiky je ale považován až Norbert Wiener a jeho kniha z roku 1948 “Kybernetika aneb řízení a sdělování u organismů a strojů”.

Klíčovým pojmem kybernetiky je zpětná vazba (abstraktní pojem označující informaci o aktuálním dění), snímač (měřící nějakou fyzikální veličinu), akční člen (starající se o akce, třeba pohyb) a regulátor (mozek celé soustavy). Obrázek 1 znázorňuje princip zpětné vazby - všimněte si, že regulátor kombinuje informaci z čidel s naším cílem řízení a na základě toho pomocí akčního členu ovlivňuje řízený systém. Fyzické nástroje, které kybernetika využívá k řízení věcí, se souhrnně označují jako řídicí technika. S kybernetikou úzce souvisí i celá řada dalších oborů - počítače, sítě, technika, přenos informace, matematika, fyzika, elektrotechnika, ale třeba i již zmíněná robotika.

Pojďme si to ale ukázat raději na analogii s lidským tělem. Vezměme příklad, který zná asi každý z nás - sprchu. Když si chcete dát sprchu, aniž jste o tom možná dosud věděli,
aplikujete principy kybernetiky. Otočíte kohoutkem a pokožkou ruky (snímač) zjistíte, jaká je teplota vody. Když je moc nízká či vysoká, mozek (regulátor) pomocí informace o teplotě
vody (zpětná vazba) vyhodnotí, zda máte přidat teplou či studenou, tedy otočit rukou (akční člen) patřičným kohoutkem. U řízení strojů to chodí podobně. Jen místo mozku bývá třeba
počítač, ruku nahrazují motory a pokožku například teploměr či jiná čidla.

K čemu ale taková věda o řízení vlastně je? Přináší řadu věcí: ve stručnosti lepší využívání techniky kolem nás, pokrok, automatizaci a tím související větší pohodlí pro člověka. Využití řídicí techniky najdeme dnes prakticky všude - v dopravě se stará o to, abyste se vůbec hnuli z místa, našli svůj kufr na letišti, aby se nesrazily vlaky, lépe fungovala silniční doprava nebo třeba aby se lidé neudusili v tunelech zplodinami. V budovách se stará o to, aby lidem nebylo zima ani teplo, v energetice řídí výrobu a distribuci energie. Průmysl je kapitola sama o sobě - drtivá většiny výroby je dnes zcela závislá na řídicí technice. V oblasti chemie najdeme mnohé aplikace ve výrobě pohonných hmot, chemických látek či třeba čištění odpadních vod. I ve vojenství nebo kosmonautice nalezneme ohromnou spoustu aplikačních příkladů (jak navigovat raketu, aby sestřelila tu nepřátelskou, jak dostat družici na oběžnou dráhu apod.).

V medicíně řídicí technika pomáhá také - existují robotické nástroje, které ulehčují práci chirurgům. V Motolské nemocnici dokonce už řadu let automatizovaní roboti vozí ložní prádlo (celé jedno z podzemních pater, kam se normálně dostanete výtahem, je vyhrazeno právě pro ně - člověk si tam chvilku připadá jako někde v budoucnosti).

Na našem ústavu se zabýváme zejména využitím automatického zpracování medicínských obrazů (rentgeny, CT snímky), tedy aplikovanou informatikou, která ovšem s kybernetikou úzce souvisí. Skládáme třeba obrázky do 3D modelů, které mají lékařům sloužit pro lepší přípravu na operaci. Cílem je, aby si lékař před samotným zákrokem mohl problematickou část pacientova těla prohlédnout například ve virtuální realitě nebo si mohl ortoped vytisknout třeba model komplikovaně zlomené kosti na 3D tiskárně a získat tím názornější představu o následném zákroku.

Dalším z aplikačních případů využití kybernetiky v medicíně, kterému se u nás věnujeme, je třeba sledování poruch chůze u pacientů po specifické operaci mozku. K němu využíváme mobilní robotickou platformu, která jezdí před pacientem a kamerou zaznamenává jeho chůzi. Robot má tedy snímač (kameru), akční člen (pohon kol) a pomocí zpětné vazby (informace o vzdálenosti pacienta) regulátor (počítač, který si robot veze) nastavuje, zda má zrychlit či zpomalit tak, aby pacientovi neujížděl a mohla se tak dobře zaznamenat dynamika jeho chůze, která se následně vyhodnocuje.

Posledním příkladem, který zmíním, může být třeba sledování obličeje pacientů po jiném operačním zákroku, kdy kamera snímá a počítač vyhodnocuje během několika měsíců úspěšnost rehabilitace. V tomto případě je kamera snímačem a funkci regulátoru zastává lékař, který na základě měřených dat dostává objektivní zpětnou vazbu o tom, jak se rehabilitace daří a může díky tomu případně léčbu individuálně uzpůsobit.

Autor je doktorandem na Ústavu počítačové a řídicí techniky

[urlnadstranka] => [iduzel] => 45289 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/co-je-to-kybernetika-a-jak-se-da-vyuzit-v-medicine [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45282] => stdClass Object ( [nazev] => Nový lepší insulin [seo_title] => Nový lepší insulin [seo_desc] => [autor] => Terezie Páníková [autor_email] => Terezie.Panikova@vscht.cz [perex] =>

Cukrovka (latinsky Diabetes mellitus) je onemocnění, při kterém tělo nezvládá regulovat množství glukosy v krvi. O insulinu a jeho roli v diabetu víme už od začátku 20. století. Ve 30. letech 20. století se začal insulin používat pro terapeutické účely. V 70. letech se začalo experimentovat se změnou struktury insulinu, aby lépe sloužil pacientům. V dnešní době se na trhu vyskytuje 6 různých analogů insulinu, ale stále není k dispozici insulin specifický pro játra. A proč bychom měli chtít insulin specifický pro játra? Neváhejte číst dál a dozvíte se!

[ikona] => [obrazek] => 0002~~8_MNUtBVKC4pKs0uKS1KVMjMKy7NycwrBQA.png [obsah] =>

U zdravého člověka slinivka břišní po jídle, kdy se zvýší množství glukosy v krvi, vyplaví insulin, který dá signál svalům a tukové tkáni, aby glukosu začaly přijímat a používat, a pokud je jí moc, také skladovat. Každá tkáň, jejíž příjem glukosy je řízen insulinem, má pro něj specifický receptor. Pro játra má tento signál ještě další význam. Ta mají za úkol upravovat množství glukosy v krvi. Pokud je jí málo, mají v zásobě glykogen (dlouhý a rozvětvený řetězec glukos), ze kterého ubírají a také vyrábějí glukosu procesem zvaným glukoneogeneze (syntéza glukosy ze tří uhlíkatých prekurzorů). Pokud je jí moc, dozví se to navázáním insulinu na tento receptor, přestanou produkovat další glukosu a začnou ji zpátky shromažďovat a ukládat.

Lidé s cukrovkou mají tuto regulaci porušenou. Lidé s cukrovkou typu I (většinou začíná v dětském věku) mají zničené buňky slinivky břišní, které normálně produkují insulin (Beta buňky Langerhansových ostrůvků). Je to pravděpodobně způsobeno autoimunitní reakcí, která je spuštěna vnějším podnětem, ale vědci ani lékaři dosud nepřišli na to, jak tomu zabránit. Neprodukují tedy žádný insulin. Lidé s cukrovkou typu II (většinou začíná u starších lidí) mají neporušenou produkci insulinu, ale receptor pro insulin na něj nereaguje tak, jak by měl. Stejně jako u diabetu typu I, není známa příčina diabetu typu II na molekulární úrovni. Jisté je, že obezita v tom hraje důležitou roli. Vnější dodávka insulinu je život zachraňující pro diabetiky typu I. Diabetici typu II nejdříve začínají s nízko sacharidovou dietou a redukcí váhy, pokud to nestačí, musí také dostávat insulin.

Jak se insulin v případě léčby do těla dopravuje? Nejčastěji injekcemi do podkoží na břiše, ale existují i insuliny podávané intravenózně, nosem, inhalační a jsou snahy o vyvinutí tabletek pro orální podání. Jsou všechny insuliny na molekulární úrovni stejné? Nejsou. Liší se délka působení insulinu. Existují insuliny, které si diabetik může píchnout jen dvakrát denně, a ony se uvolňují z podkožní tkáně do krve dlouhodobě (tzv. pomalý insulin). Jiné typy insulinu naopak působí velmi rychle. Rychle sníží množství glukosy v krvi, ale je třeba si je píchat mnohem častěji.

Když už je takových typů insulinu, dal by se insulin ještě nějak vylepšit? Jedním významným nedostatkem dodávání insulinu do podkoží je, že se nejdříve dostane k vnějším tkáním jako svaly a tuková tkáň a až poté doputuje krví do jater. Během této prodlevy ale játra stále produkují glukosu do krve, protože ještě nedostala signál, že je jí dost. Dal by se insulin upravit tak, aby rychleji doputoval do jater s tím, aby si nejdříve „nevšímal“ ostatních tkání? Na tuto otázku se snaží odpovědět skupina doktora Jiráčka, která pracuje na Akademii věd ČR v Ústavu Organické chemie a biochemie.

Jak se dá takový analog vyrobit? Insulin je peptid, který se skládá ze dvou řetězců spojených mezi sebou dvěma disulfidovými můstky (aminokyseliny cystein spojené vazbou mezi sírou). Pokud změníme jednu aminokyselinu za jinou s jinými vlastnostmi (např. Valin, který je hydrofobní, za aspartát, který je polární), může se změnit i prostorová struktura insulinu. Jak se tako struktura změní a jaký to bude mít vliv na vazbu na insulinový receptor se těžko odhaduje a je třeba každý nový analog vyzkoušet, jak se bude vázat na receptor nebo jak bude stabilní. Aminokyseliny se neobměňují jen tak na slepo. Na základě změny krystalových a NMR (nukleární magnetická rezonance, na obrázku) spekter, se snažíme zjistit změnu prostorové struktury a jaký bude mít vliv na vazbu insulinu na jeho receptor a jakou bude mít biologickou aktivitu.

Cílem těchto experimentů je lépe prozkoumat interakci insulinu s receptorem a vyvinout nové deriváty insulinu, které by mohly poskytnout pacientům větší komfort.

Obrázek: NMR struktura insulinu. U NMR se vzorky měří v roztoku, kde se molekula insulinu pohybuje (jedna obrázek struktury je složen z mnoha měření). Je vidět, že rozvětvené konce řetězců jsou flexibilnější, než jejich prostředek.

Autorka je doktorskou studentkou VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [iduzel] => 45282 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/novy-lepsi-insulin [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44618] => stdClass Object ( [nazev] => Laserové nanostrukturování – jak malé struktury ovlivňují vlastnosti velkých materiálů [seo_title] => Laserové nanostrukturování – jak malé struktury ovlivňují vlastnosti velkých materiálů [seo_desc] => [autor] => Dominik Fajstavr [autor_email] => dominik.fajstavr@vscht.cz [perex] =>

„Tam dole je spousta místa.“ Tak zní název přednášky, která dala vzniknout novému oboru nanotechnologie. Jedním ze způsobů jak vytvářet na povrchu materiálu struktury malých rozměrů a tím měnit jeho vlastnosti je laserové nanostrukturování. Tím můžeme zajistit, že materiál bude vhodnější pro růst kožních buněk, reakci povrchu s okolní atmosférou či vedení elektrického proudu daným směrem.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~JY3LCcMwEERbmQKSQCrJIRXIQkRCK61ZfcDuxEcfc3AVwn1lTW5vPsy8JnngiTveeRzJRaxIIQqXyHODqZzGLhpZjxIIM9OS3GV4VtHF-nbjdezn5vL4qkmmOHEJBXYcpNCX2vncQsWHeGr030Op0mJt0rQg3LPJrAgKOVxvPw.jpg [obsah] =>

V průběhu posledních desetiletí bylo úspěšné zvládnutí procesu nanostrukturování (tvorby struktur velmi malých rozměrů) značnou technologickou výzvou. Důvodem, proč se do toho vůbec pustit a překonat tuto výzvu je celá řada výhod a nových materiálových vlastností, které by s sebou zvládnutí procesu nanostrukturování přineslo. Proces je založen na přípravě tvarů různých vzorů v řádu nanometrů na povrchu umělohmotných materiálů, což propůjčuje materiálu nové fyzikální a chemické vlastnosti (například teplota tání materiálu, jeho ochota chemicky reagovat s okolím,…). Mezi nejpopulárnější příklady nanostrukturních vzorů, které lze nalézt v přírodě je noha gekona či lotosový list, kdy v prvním případě nanostruktura poskytuje vysoce přilnavé schopnosti nohy k podložce a v druhém případě schopnost vypuzovat vodu z povrchu. Historicky první inspirace pro vznik oboru nanotechnologie je přisuzována fyziku R. Feynmanovi: „Ukázalo se, že pokud vezmete všechny knihy ze všech knihoven,všechny z celého světa, (...) tak se to všechno vejde do objemu materiálu o hraně jedné setiny palce, což je nejmenší zrnko prachu, které jste schopni vidět.“ Zejména v posledních několika letech bylo možné pozorovat vznik nového odvětví nanostrukturních technik se specifickými funkcemi založenými na laserovém využití.

Laserové nanostrukturování představuje vhodnou alternativu pro tvoření struktur o vysokém rozlišení. Tyto techniky se přizpůsobují jak vlastnostem materiálu, tak požadované struktuře na ploše a to řízením laserových parametrů, jako jsou intenzita, tok, vlnová délka, doba trvání impulsu, celková dávka fotonů, úhel dopadu paprsku a další podmínky ozařování. Nejčastěji dochází ke tvorbě pravidelných bodových a liniových struktur v závislosti na těchto podmínkách. Studie zabývající se oblastí Laserem indukované periodické povrchové struktury (LIPSS) zkoumají způsob, jak laserový svazek vypisuje pravidelnou strukturu na povrch materiálu.

Pravidelný nanostrukturovaný povrch materiálu nachází své uplatnění v biotechnologii jako biosenzory či v mikroelektronice, kde se využívá zlepšených povrchových vlastností k pokovení substrátu.

Současný zájem o využití laserů, ať už jde o vědecký výzkum či průmyslové aplikace, je přímo spojen s jedinečnými vlastnostmi laserového svazku. Laserový paprsek je totiž možno soustředit na malou plochu s velkým množstvím energie. Vzhledem k tomu, že laserový svazek je v podstatě „nehmotný nástroj“, není třeba žádných mechanických upevnění. Výhodou aplikace laserového svazku je rovněž v rychlosti opracování, které lze dosáhnout obtížněji při použití mechanických nástrojů, či běžných zdrojích ohřevu. Pokud je paprsek správně seřízen, zaručuje stálé vlastnosti zpracování. Také, oproti mechanickým nástrojům, laserový svazek nepodléhá opotřebení a ani nekontaminuje sterilní vzorek, což je naprosto zásadní schopnost v oblasti lékařských a biologických aplikací.

Právě v lékařství se nejčastěji využívá tzv. excimerové laser. Název excimerový pochází z excitovaného dimeru. Jedná se o skupinu molekul tvořených kombinací dvou atomů ve vybuzeném stavu, z nichž vždy jeden je vzácný plyn. Excimerové lasery jsou nesilnější lasery existující v UV oblasti. Charakteristické vlastnosti pro mikrostrukturní aplikace excimerového laseru jsou jeho krátké vlnové délky, vysoká energie a vysoký průměrný výkon. Každá funkce podmiňuje specifické aplikace, avšak jejich společným znakem je využití krátkých vlnových délek umožňující ještě vyšší přesnost zobrazování. Využití je vhodné pro vysoce přesné zpracování materiálu, jako například expozice polovodičového materiálu a mikrostrukturování či modelování lidského oka. Příkladem zpracování materiálů je tvorba mřížkových struktur, které mají rozměry sub-mikrometru.

Ozařování excimerovým laserem, obzvláště o vlnové délce 193 nm je vhodné pro práci s buněčnou tkání. Vzhledem ke krátkému času působení paprsku na tkáň po několik ns, dosahuje hloubka tkáně zasažené laserem pouze 100 nm a méně. Mikrochirurgické zákroky, jako je refrakční chirurgie oka, tohoto faktu využívají. Avšak kvůli slabému přenosu záření o vlnové délce 193 nm optickými vlákny, jsou endoskopické operace uvnitř organismu nemožné. Refrakční chirurgie zasahující do povrchu rohovky lidského oka pomocí UV excimerového laseru byla prvně představena roku 1983 a počátkem devadesátých let byly prováděny první operace. Dnes je zcela rutinní chirurgickou operací.

Na ústavu Inženýrství pevných látek VŠCHT také zkoumáme způsoby, jak při práci s excimerovým laserem připravit různé zajímavé struktury na povrchu materiálu. Podařilo se nám za daných podmínek připravit struktury lineární i globulární a měnit jejich velikost a počet podle naší potřeby. Dále je možné plastový materiál pokovit ultra tenkou vrstvou a připravit vzorek, který je zároveň elektricky vodivý a to v množství a směru, jak já potřebuji. Tuto schopnost připravit povrch s přesnou drsností a vodivostí lze využít při výrobě mikroelektronických prvků, biosenzorů nebo v oblasti tkáňového inženýrství. Nanostruktury připravené laserem je totiž možné využít jako substrát pro růst buněk, které se o zdrsněný povrch snadněji zachytí. Navíc při pokovení stříbrem lze využít antibakteriálních vlastností materiálu.

Autor je doktorským studentem Ústavu inženýrství pevných látek.

[urlnadstranka] => [iduzel] => 44618 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/laserove-nanostrukturovani [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44616] => stdClass Object ( [nazev] => Vícečetné emulze v/o/v jako součást funkčních potravin [seo_title] => Vícečetné emulze v/o/v jako součást funkčních potravin [seo_desc] => [autor] => Iveta Klojdová [autor_email] => klojdovi@vscht.cz [perex] =>

Mléčné výrobky jsou velmi často tvořeny jednoduchými emulzemi typu o/v (olej ve vodě) či v/o (voda v oleji), kdy příkladem emulze o/v je mléko a emulze v/o pak máslo. Vícečetné emulze v/o/v (voda v oleji ve vodě) jsou složité struktury, které mohou být součástí funkčních potravin. Z Obr. 1. je patrné, že se jedná o systém, kdy je olejová fáze v jednoduché emulzi o/v nahrazena emulzí v/o. Hovoříme tak vlastně o emulzi v emulzi. Svou průmyslovou aplikaci našly vícečetné emulze v/o/v již v oblasti vývoje léčiv a kosmetice.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~Czu8Njn1SG9qSd7hlQqpuaU5VakKugqZOaXFJUWJR3rzDq9VyE8qOrywKjUbAA.jpg [obsah] =>

A jak se mohou emulze v/o/v uplatnit v potravinách?

V současné době jsou velmi populární funkční potraviny se sníženým obsahem tuku a pozitivním vlivem na lidské zdraví. Mnoho obyvatel vyspělých zemí se totiž potýká s problémem obezity a civilizačních chorob, a tak neustále hledají řešení, jak zlepšit své stravování. „Když on ten nízkotučný jogurt není tak dobrý jako ten smetanový.“ zní pak často od konzumentů. Emulze v/o/v umožňuje přípravu výrobků se sníženým obsahem tuku. A vzhledem k tomu, že vnitřní vodná fáze není během konzumace výrobku v přímém kontaktu s našimi chuťovými buňkami, nevnímáme nižší tučnost výrobku, zdá se nám „smetanový“. Tato vlastnost by tedy mohla být pro mnoho spotřebitelů velmi atraktivní.

Dalším benefitem je, že do vnitřní vodné fáze emulzí v/o/v lze zaenkapsulovat nějakou citlivou bioaktivní látku. Struktura vícečetné emulze v/o/v pak tuto látku ochrání během průchodu trávicím traktem, a snižuje tak její ztráty během trávení. K citlivým bioaktivním látkám patří například vitamíny rozpustné ve vodě či laktoferin, přirozený glykoprotein mateřského mléka, který inhibuje růst mnoha nežádoucích bakterií a plísní a navíc podporuje růst probiotických bakterií. Při vhodně zvolených podmínkách přípravy lze přistoupit i k enkapsulaci probiotických mikroorganismů.

Vzhledem k tomu, že jsou emulze v/o/v složité struktury, musíme ale věnovat velkou pozornost jejich přípravě a stabilizaci. Nejobvykleji příprava probíhá dvoukrokovou emulgací pomocí laboratorního míchadla a homogenizátoru (Obr. 2.), což je zařízení, které se používá při homogenizaci (zmenšení tukových kuliček) mléka. Vhodnou stabilizaci pak zajišťují emulgátory, kdy u mléčných výrobků využíváme emulgačních vlastností mléčných bílkovin, a mimoto i například přídavku polysacharidů. Z těch je v této technologii nejvíce využívaný karagenan, neboť zlepší strukturu celé emulze v/o/v a zamezí vyvstávání olejové fáze. S touto vlastností karagenanu se v běžném životě setkáváme při nákupu šlehačky, u které přídavek karagenanu zabraňuje vyvstávání a lepení mléčného tuku po stěnách balení.

V našich laboratořích na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky (322) se zabýváme technologií mléčných výrobků, jejich fyzikálně-chemickými vlastnostmi a inovacemi, kam spadají právě i vícečetné emulze v/o/v, využitím složek mléka, nedílnou součástí je potom mikrobiologie mléka a výzkum v oblasti bakterií mléčného kvašení. Další skupiny jsou zaměřeny na tukařskou technologii, vlastnosti a využití olejů z různých zdrojů. Zabýváme se i kosmetickými výrobky, kdy se podílíme na jejich vývoji a inovaci složení.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu mléka, tuků a kosmetiky.

[urlnadstranka] => [iduzel] => 44616 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/vicecetne-emulze-jako-soucast-funkcnich-potravin [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44544] => stdClass Object ( [nazev] => Moderní kameny mudrců? [seo_title] => Moderní kameny mudrců? [seo_desc] => [autor] => Violetta Pospelova [autor_email] => violetta.pospelova@vscht.cz [perex] =>

Kámen mudrců je bezpochybně jedním z nejznámějších mýtických předmětů. Již od starověku byl objektem bádání alchymistů z celého světa. Co na něm bylo tak zvláštního? Dle legend se daly pomocí kamene mudrců přeměnit kovy na zlato, vyléčit všechny nemoci a dosáhnout nesmrtelnosti. Opomineme-li léčivé schopnosti, kámen mudrců můžeme považovat za prototyp moderního katalyzátoru.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMw1FPwTixJzKmsOrywJL-oUiEvUSHp8MKqTIXcI7NTMhUSFaoy87JLAQ.jpg [obsah] =>

Katalyzátor totiž kouzelným způsobem pomáhá zahájit reakce, které v jeho nepřítomnosti neprobíhají. Toto „kouzlo“ je založeno na snížení tzv. aktivační energie, což je energie potřebná pro zahájení chemické reakce. V současné době se setkáváme s činností katalyzátorů téměř ve všech oblastech běžného života. Katalytické procesy se používají pro výrobu plastů, čisticích prostředků, potravin, paliv a v neposlední řadě pro snížení emisí výfukových plynů motorových vozidel. Přibližně 90 % vyrobených produktů přišlo do styku s katalyzátorem během produkce.

Ze široké škály katalytických procesů nás v laboratoři zaujal konkrétní proces, a to je výroba dvojsytných alkoholů (tzv. diolů). K čemu jsou ty dioly dobré? Používají se například pro výrobu polyuretanů, které určitě znáte v podobě pěnové izolace nebo také se používají jako materiál pro výrobu koleček pro kolečkové brusle.

Ptáte se, co se dá dále zlepšovat, když se zdá, že máme těchto polyuretanů dost? Ano, je to pravda, že produkce je dostačující, nicméně vidíme zásadní problém v používaném katalyzátoru obsahující měď a chrom. Dostáváme se k tomu, že není každý katalyzátor skvělý i přesto, že nám urychluje reakci. V případě CuCr katalyzátorů se během přípravy tvoří velké množství odpadu náročného na likvidaci kvůli obsahu solí s toxickým chromem. Také je obtížná a finančně náročná likvidace použitého katalyzátoru. Jednoduše řečeno, katalyzátor obsahující chrom není „eco-friendly“ a nám na „zelené chemii“ hodně záleží. Vzali jsme si proto za cíl nahradit chrom zinkem, případně hliníkem a optimalizovat katalyzátor tak, aby byl alespoň stejně anebo dokonce i účinnější než stávající katalyzátory.

Proto na Ústavu technologie ropy a alternativních paliv vznikla v roce 2017 nová pracovní skupina s moderním názvem „Copper-zinc group“. Za rok jsme připravili, otestovali a ocharakterizovali více než dvě desítky různých CuZn a CuZnAl katalyzátorů. Dokonce jsme objevili i nové, v literatuře nepopsané, látky v reakční směsi, které přispívají ke tvorbě hlavního produktu. Rozhodně ale máme stále hodně práce před sebou a v současně době hledáme posily mezi studenty.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu technologie ropy a alternativních paliv

[urlnadstranka] => [iduzel] => 44544 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/moderni-kameny-mudrcu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44450] => stdClass Object ( [nazev] => Testování korozivních vlastností lihobenzínových směsí [seo_title] => Testování korozivních vlastností lihobenzínových směsí [seo_desc] => [autor] => Olga Pleyer [autor_email] => Olga.Pleyer@vscht.cz [perex] =>

Ropa je základním pilířem moderního života a najedeme ji ve všem, co nás obklopuje. Stačilo 150 let a tato surovina změnila lidský život natolik, až se stala motorem globální ekonomiky. Výroba a spotřeba se neustále zvyšuje a to co příroda tvořila miliony let je v současné době nedostatkovým zbožím. Vzhledem k tomu, že největší část surové ropy je využita na pohonné hmoty (benzin, motorová nafta) je snahou částečně nebo zcela tyto fosilní paliva nahradit. Jednu z alternativ představují biopaliva, tj. paliva vyrobená z biomasy. Navíc je přimíchávání biosložky do pohonných paliv dáno národními legislativními předpisy a požadavky automobilového průmyslu.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~DczNCYQwEAbQVr4GFAL24c27SQYyJM5IfhbWTixhD1uCp2Bfen-82eYRBgOWfpVEniKiZj2k_4Niz-qoNOwKM8ELuYAP_FfWjV3svw2VSm2QFS9MjHqfb2dg6QBLYMtVcxsf.jpg [obsah] =>

Pro automobilové benziny je nyní stanoven obsah bio-lihu na max. 5% obj., což je pro současný stav vozového parku (benzinových automobilů v ČR) plně vyhovující. Podle evropské normy ČSN EN 228 bude od roku 2020 vyžadováno navýšení obsahu bio-lihu až na 10% obj.

Řešení:

Řešení problematiky úspory produkce oxidu uhličitého může představovat náhrada automobilového benzínu bioethanolem vyráběným fermentační technologií z biomasy.

Nevýhody a výhody bioethanolu:

Nevýhody biethanolu spočívají v tom, že má výrazný vliv na opotřebení motoru, má nižší výhřevnost, je hydroskopický a legislativou je omezeno přidávání látek obsahujících vázaný kyslík na maximální hranici 2,7 % hm. O₂ v palivech. Oproti benzinu má bioethanol značné výhody, zejména vyšší hodnotu oktanového čísla a během spalování čistého bioethanolu nebo vysoko-ethanolových lihobenzínových paliv (minimální obsah ethanolu 85% obj.) dochází při analýze emisí ke snížení obsahu CO, nespálených uhlovodíků (UHC) a poklesu oxidu dusíku (NO_x).

Obecně veřejný problém:

Použití bioetanolu jako pohonné hmoty v dopravě je spojeno s řadou technických problémů, avšak největší veřejný strašák je koroze. Strach veřejnosti z destrukce jejího majetku je limitujícím faktorem pro širší využívání těchto bio-paliv v běžném provozu.

Řešení problému:

Jedním ze způsobů, jak ochránit kov před nežádoucí korozí je výběr vhodného materiálu a využití inhibitoru koroze. Inhibitor je určitá látka (nebo směs látek), která potlačuje proces koroze.

Výběr inhibitoru závisí na korozním prostředí (vodné, nevodné), přítomností stimulátorů koroze a na mechanizmu daného inhibitoru. V současné době navíc neexistuje žádná dostupná univerzální databáze či klasifikace, která by umožnila snadnou volbu vhodného inhibitoru.

Na ústavu technologie ropy a alternativních paliv se zabýváme testováním: materiálové kompatibility, korozní rychlosti a účinnosti konkrétních typů inhibitoru koroze v prostředí lihobenzínových směsí. Máme k dispozici vlastní návrh krátkodobého dynamického testu (kolektiv ústavu 215), ale i dlouhodobý statický test, přičemž tyto metody jsou založeny na ztrátě hmotnosti za požadovaný časový interval.

Autorka je doktorandkou Ústavu technologie ropy a alternativních paliv VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [iduzel] => 44450 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/testovani-korozivnich-vlastnosti-lihobenzinovych-smesi [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44448] => stdClass Object ( [nazev] => Krystaly, které zesilují světelné záření [seo_title] => Krystaly, které zesilují světelné záření [seo_desc] => [autor] => Jakub Cajzl [autor_email] => cajzlj@vscht.cz [perex] =>

Fotonika je vědní obor zabývající se vznikem a využíváním světla, respektive světelné energie. Patří do ní celá škála aplikací, jako například světelné zdroje typu laser nebo LED, předávání a zpracování informací „opticky“ v digitálních přenosech včetně internetu pomocí optických vláken, detekce nebezpečných látek pomocí optických senzorů, laserové operace očí, termovize, laserové svařování a řezání kovů, holografie a stále větší množství aplikací z mikro- a nano-fotoniky. Žádná z těchto aplikací by ale nebyla možná, kdyby neexistovaly materiály umožňující vytváření a „ovlivňování“ světla. A právě jedním typem těchto materiálů jsou krystaly. Ovšem ne všechny, nebo alespoň ne v jejich původním „stavu“. Studiem ovlivňování struktury krystalů pro vytváření opticky aktivních krystalů se zabývá skupina materiálů pro fotoniku na ústavu anorganické chemie, VŠCHT Praha.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~JYsxCsIwGEav8o0KtqDgAdRBnRykimNqf2lNTORPGmjv4AHEydGh9AROae9lwfG9x9ulHGOKCIkM71oKcN_WOnzPOTIu875FqRyLSyGU8eF7wyg5jGF993KKbjDWh-ZM_-GiSsNkB-weetA5JFfWCdW3E0hHHD7wVS36Z3kNDTzBF1nhSOkh2DtJx-E9QAOTKmFdEWO1wvIU7ReYxXNshNZksWaTUrQ4bn8.jpg [obsah] =>

Krystalické materiály byly od pradávna považovány za něco cenného a unikátního, především poté, co se lidé naučili krystaly brousit a dělat z nich krásné ozdobné předměty a šperky. Byly známy i typy luminiscenčních – světlo vyzařujících – krystalických materiálů, které dokázali lidé těžit. Nevěděli ale, jak připravit materiály nové, které by měly podobné, nebo dokonce jiné, vlastnosti. Co tedy je luminiscence? Luminiscence z definice není záření způsobené tepelným zářením – jako například rozžhavené wolframové vlákno klasické žárovky – ale jev, kdy objekt vyzařuje světelné záření přechodem mezi energetickými hladinami elektronů ve struktuře materiálu nebo látky po předchozím dodání energie. Energii můžeme dodat luminiscenčnímu objektu různým způsobem – elektricky nebo výbojem (jako např. zářivky nebo LED světla), chemicky (jako např. světlušky), světlem (jako např. lasery), radiací neboli ionizačním zářením (jako např. tritiové luminiscenční prvky u hodinek), tepelně (jako např. termoluminiscenční krystal fluoritu) a dalšími způsoby.

Trvalo velmi dlouho, než lidé objevili způsob, jak cíleně upravovat strukturu krystalických materiálů tak, aby „svítily“ ve specifickém světelném spektru pro jejich využití ve fotonice například pro lasery. Až v průběhu minulého století se podařilo vyrábět specificky „obohacené“ nebo „dotované“ materiály – krystaly, polovodiče, skla, atd. – které vykazovaly luminiscenci v různých spektrálních oblastech – například v ultrafialovém, viditelném i infračerveném světelném spektru. Dotováním nebo obohacením krystalu se myslí proces, kdy se pomocí různých metod do struktury čistého krystalu přidává příměs, která ve výsledku způsobuje požadované vlastnosti – například luminiscenci. Příměsi ve struktuře krystalu totiž způsobují vytvoření nových – a i změny stávajících – elektronových energetických hladin v krystalu, a tudíž mohou být povoleny takzvané zářivé energetické přechody, neboli luminiscence.

Zvídavý čtenář by v tomto bodě možná namítl, proč se k výrobě takto obohacených opticky aktivních materiálů nevyužívají jen skelné materiály, které jsou podstatně levnější na výrobu. A samozřejmě by měl z části pravdu, jelikož převážná většina opticky aktivních fotonických součástek se samozřejmě vyrábí ze skelných materiálů z již řečeného ekonomického důvodu. V optických telekomunikacích jsou hlavním důvodem optická vlákna sloužící pro přenos informací, která se vyrábí ze skelných materiálů. Skelná optická vlákna se lépe navazují a navařují na součástky ze skelných materiálů než krystalických. Jaké jsou tedy výhody (a nevýhody) krystalických materiálů oproti klasickým skelným materiálům? Pro vysvětlení si musíme nejdříve říci, co to krystalický materiál je a jak se liší od amorfního (například skelného) materiálu. Z definice mají krystalické materiály uspořádání atomů (nebo jiných částic, jako například iontů, molekul, klastrů, atd.) na „dlouhou vzdálenost“, čímž se zpravidla myslí více než 10-100 nanometrů – to odpovídá zhruba 100-1000 atomům v řadě. Skelné materiály mají naproti tomu amorfní strukturu, která má relativně náhodné uspořádání, respektive není uspořádána na „dlouhou vzdálenost“. Jelikož mají krystalické materiály uspořádanou strukturu, vykazují řadu „speciálních“ vlastností – jako například jevy: feroelektrický, piezoelektrický, akustooptický, elektrooptický, opticky nelineární, atd. – které skelné materiály nemají. Tyto vlastnosti jsou u krystalů primárně umožněny uspořádaností jejich elektronové struktury a spinů elektronů. Proto mají tyto obohacené krystaly hlavní výhodu oproti obohaceným sklům, že se jimi dá světlo nejen generovat, ale také ovlivňovat – měnit jeho směr, vlnovou délku, absorpci a mnoho další vlastností dané kvantovou povahou světla. Hlavní výhodou skel oproti krystalům by byla naopak jejich nižší cena výroby a velká variabilita složení skla, které můžeme připravit (u krystalů je potřeba zachovat určité přesné složení a podmínky přípravy, aby se vytvořilo uspořádání na dlouhou vzdálenost).

V naší skupině materiálů pro fotoniku se zabýváme přípravou a analýzou vlastností řady skelných a krystalických materiálů dotovanými ionty vzácných zemin (nebo také lanthanoidy) – jako např. erbium, ytterbium, thulium, holmium, neodym, europium, atd. – a také ionty přechodných kovů – jako např. stříbro, měď, chrom, železo, nikl, atd. Z krystalických materiálů se zabýváme nejvíce niobičnanem lithným (LiNbO₃), safírem (Al₂O₃) a oxidem zinečnatým (ZnO). Podařilo se nám úspěšně připravit erbiem obohacený niobičnan lithný pro použití v telekomunikacích jako laditelný optický zesilovač díky celé řadě speciálních optických vlastností LiNbO₃. Všechny uvedené krystaly se nám podařilo obohatit různými metodami lokalizovaného obohacování – např. iontová implantace, dotace z taveniny anorganických solí, vysokoteplotní difúze z napařené vrstvy kovu nebo oxidu, pulzní laserová depozice, atd. – což nachází uplatnění jako přesné fotonické prvky. Mimo obohacování materiálů různými ionty se také zabýváme vytvářením optických vlnovodů v jejich povrchové vrstvě. Díky tomu je možné tyto materiály využívat k vedení světla pro použití v optických telekomunikacích. Na této problematice spolupracujeme s několika českými fotonickými firmami a vědeckými institucemi. V současné době se zabýváme strukturou monokrystalického a nanokrystalického diamantu, který se jeví jako materiál s atraktivními vlastnostmi pro použití ve fotonice – hlavní jsou jeho odolnost a vysoký index lomu světla (každý asi zná, jak blýskají vybroušené diamanty neboli brilianty). Nedávno se nám podařilo obohatit strukturu diamantu ionty erbia, u kterého byla naměřena luminiscence v blízké infračervené oblasti používané pro telekomunikace. Obohacený krystalický diamant může najít uplatnění v laserových aplikacích s vysokým výkonem i u velmi kompaktních vlnovodů díky vysokému indexu lomu diamantu.

Kromě experimentální práce s krystaly a skly se v naší skupině také intenzivně zabýváme teoretickými výpočty a simulacemi obohacených krystalických materiálů. Dokážeme teoreticky vypočítat, jak bude ovlivněna struktura a elektronové hladiny v krystalu změnou pozice dotovaného iontu ve struktuře. To má totiž hlavní vliv na výsledné spektrum světelného vyzařování obohaceného krystalu. Simulaci následně porovnáváme s experimentem.

Již v současné době je vidět, že obor fotoniky – čili vytváření a vedení světla – hraje klíčovou roli jak v digitálním přenosu informací (hlavně internet, TV, ...), tak i v průmyslu, medicíně a dalších oborech. Dnes se pomocí velmi přesných svazků světelného záření neboli laserů obrábí materiály, sváří, ale i provádí přesné chirurgické zákroky. V blízké budoucnosti bude fotonika – a tedy i opticky aktivní krystalické a skelné materiály – čím dál více ovlivňovat naše životy a pomáhat nám.

Autor je doktorandem na Ústavu anorganické chemie VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [iduzel] => 44448 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/krystaly-ktere-zesiluji-svetelne-zareni [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44446] => stdClass Object ( [nazev] => Matrix biofilmů [seo_title] => Matrix biofilmů [seo_desc] => [autor] => Martina Boháčová [autor_email] => bohacovm@vscht.cz [perex] =>

Vážené dámy, Vážení pánové, už jste někdy viděli biofilm? Pravděpodobně ano, jen jste to možná netušili nebo jste přesně nevěděli, o co se vlastně jedná.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBVSErMLkktykxVKFNIysxPy8zJLQUA.jpg [obsah] =>

Biofilmy nejsou žádné filmy s biologickou tématikou, ani filmy z dobře rozložitelného materiálu. Jedná se o živá společenstva mikroorganismů přisedající k povrchu (Obr. 1). Existence těchto společenstev nachází uplatnění v bioremediačních procesech, např. při čištění odpadních vod. Biofilmy ale také významně negativně zasahují do potravinářského průmyslu, kde se podílejí na kontaminaci potravin. V medicíně biofilmy rostou na katetrech či kloubních implantátech a znepříjemňují léčbu pacientům i doktorům.

Biofilmy nacházíme v prostředí mnohem častěji, než se původně myslelo. Vědci zjistili, že až 98 % všech bakterií vytváří v prostředí biofilmy, ať už jedno- nebo vícedruhové, na živém nebo neživém povrchu.

Kladete si otázku, jak si takový biofilm v praxi představit? Někdo by snad řekl, že se jedná o „špínu v koupelně“ nebo o „povlaky v trubkách“ a vlastně má pravdu. Já osobně bych ale dala přednost komplexnější představě obřích měst plných bakterií (Obr. 2). V těchto městech dochází k opravdovému transportu hmoty, komunikaci, toku informací, produkci odpadu nebo konzumaci živin. Také se zde boří staré domy a dochází ke stavbě nových čtvrtí i domů. Ať už se jedná o mrakodrap nebo rodinou vilku, obsahují tyto domy vodu, ale i živé bakterie slepené matricí, díky které drží celé společenství pospolu.

Matrix se skládá z několika mimobuněčných polymerních látek, jako jsou bílkoviny, cukry nebo extracelulární DNA. Tyto látky však plní mnohem více funkcí než jen podpůrnou, jsou důležité pro ochranu buněk biofilmu proti stresovým vlivům okolního prostředí nebo k vytvoření ochranné bariéry při aplikaci dezinfekčních prostředků a antibiotik. Neméně důležité jsou také pro prvotní přilnutí bakterie k povrchu.

Analýza částí matrice povede k prohloubení znalostí o struktuře biofilmu a následně i jeho odstraňování. V naší laboratoři studujeme matrici biofilmů různých potravinářských patogenů, jejich odolnost k antimikrobiálním látkám a možnosti rozrušení biofilmů pomocí nových technologií jako jsou matrix narušující enzymy nebo nanočástice.

Autorka je doktorandkou Ústavu biochemie a mikrobiologie VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [iduzel] => 44446 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/biofilmy [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [43148] => stdClass Object ( [nazev] => Nanočástice stříbra - ochránce stavebních materiálů [seo_title] => Nanočástice stříbra - ochránce stavebních materiálů [seo_desc] => [autor] => Radek Žouželka [autor_email] => radek.zouzelka@jh-inst.cas.cz [perex] =>

Stříbro se už dávno před antibiotiky používalo pro léčebné účely. I v současnosti se rozvíjí výzkum, jak využít stříbro jako alternativu k antibiotikům, proti kterým některé bakterie získaly rezistenci, nebo ve stavebnictví.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwdFTQVfBLzMs_0nt4YXFJZnKqQnHJ0ZmH1yYVJSpoGJsq5OVqKlQpFORn5KSmlCqUFCXmFedmFucdXquQmpOaXVKUn5dfdnilQm5mdlF-cXZ-QWYqAA.png [obsah] =>

Antibakteriální aktivita stříbra je známa již po staletí. Od dob antického Řecka a Říma se používají stříbrné nádoby na uchovávání a konzervaci vody i jiných tekutin, protože zajišťují jejich zdravotní nezávadnost. Panovníci jedli ze stříbrného nádobí, aby si chránili své zdraví. Od 19. do počátku 20. století bylo koloidní stříbro používáno v mikrobiologii a v lékařství. Krystalický dusičnan stříbrný, tzv. pekelný kamínek, se používal k léčbě bradavic. S objevem penicilinu roku 1928 sirem Alexanderem Flemingem využití stříbra v lékařství ustupuje, protože výroba penicilinu byla značně levnější a množství potřebné k léčbě bylo několikanásobně nižší. Hojné užívání antibiotik v druhé polovině 20. století však přineslo i významný negativní aspekt, a sice vznik rezistence bakterií k antibiotikům. Výzkum se proto vrátil k nanočásticím stříbra, protože u nich dosud nebyla objevena rezistence k patogenním bakteriím. Nanočástice stříbra ničí velké množství druhů bakterií, plísní a virů, zatímco antibiotika jen některé z nich.

Mechanismus biocidního účinku působení nanočástic zatím není zcela objasněn. Existuje několik teorií. Velmi malé nanočástice (1–15 nm) mohou do buňky vstupovat přes její stavební jednotky (buněčná stěna, lipidická membrána) difuzí. Mohou být rovněž do buňky deportovány prostřednictvím vesikuly (bilipidický útvar). Jakmile se vesikula dostane do buňky, zvýšený osmotický tlak způsobí proniknutí vody do vesikuly, což vede k jejímu prasknutí. Uvolněné nanočástice stříbra následně reagují s thiolovými skupinami proteinů, čímž dojde k jejich inaktivaci a ukončení důležitých metabolických pochodů v buňce. Dalším způsobem, jak mohou nanočástice nenávratně poškodit buňku je náraz do buněčné stěny. Zejména se jedná o částice velikosti jednotek nanometrů, které se pohybují vysokou rychlostí v důsledku Brownova pohybu. Po nárazu buňka může být natolik poškozená, že přestane plnit své životní funkce. Nanočástice se mohou rovněž na povrchu buňky adsorbovat a poté se rozpouštět na ionty, které difundují do buňky. Tento mechanismu je charakteristický opět pro velmi malé částice o velikosti jednotek nanometrů, u nichž dochází k produkci významného množství stříbrných iontů.

V současné době je široce diskutované téma srovnání toxicity nanočástic a iontů. Avšak je obtížné rozhodnout, co je toxičtější. Je nutno vzít do úvahy, že v přítomnosti nanočástic se nacházejí i ionty, které se z těchto částic uvolňují. S klesající velikostí částice je stále větší podíl atomů stříbra přítomen na povrchu. U nanočástice o velikosti jednotek nanometrů je jich na povrchu přítomno až 50%, což vede k uvolnění velkého množství stříbrných iontů do okolního prostředí. Z toho plyne, že při biocidním působení dochází k synergii částic a iontů. Naproti tomu u částic o velikosti 15-ti a více nanometrů k tomuto efektu nedochází, protože podíl uvolněného iontového stříbra je nižší než 1%. Důležitou roli hraje také tvar stříbrných nanočástic. Nanočástice tvaru trojúhelníku hubí některé kmeny bakterií účinněji než částice kulovité. V našem výzkumu jsme zjistili, že nanočástice stříbra mají srovnatelnou nebo lepší antibakteriální aktivitu než stříbro iontové.

Nanočástice lze připravit v zásadě dvěma způsoby. První možností je metoda top-down, kdy pomocí mletí, rozbíjení či rozrušování dochází ke zmenšování částic. Dosažení rozměru v řádu jednotek až desítek nanometrů je touto metodou však velmi obtížné. Proto se častěji používá metoda bottom-up, při níž se z iontového stříbra jeho redukcí a následným růstem vytvářejí stabilní nanočástice malých rozměrů.

Z technologického hlediska je však aplikace nanočástic dispergovaných ve vodě nevýhodná, protože dochází k jejich nerovnoměrnému nanesení. Částice mohou tvořit shluky, ztrácet svou funkci a rovněž mohou být z povrchu smyty. Povrch může časem zčernat vlivem působení okolního prostředí. V případě, že povrch je mikroorganismy či zelenými řasami již napaden, je velmi účinné použít disperzi nanočástic v nevodném prostředí, např. v alkoholu. Tímto způsobem dojde k zesílenému efektu dvou biocidních látek, kdy v první fázi alkohol mikroorganismy naruší nebo zcela usmrtí a po jeho odpaření začne působení nanočástic.

V Centru pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se zabýváme využitím těchto nanočástic jako preventivní ochranu povrchů stavebních materiálů před napadením organismy, jako např. plísní Penicillium chrysogenum či zelenou řasou Chlorella vulgaris. Prokázali jsme, že nanometrové nanočástice stříbra již při velmi nízkých koncentracích účinně likvidují uvedené organismy. V současnosti se snažíme nanočástice zabudovat do gelové struktury, protože tato forma má hned několik výhod: (i) snadno se nanáší na ošetřovaný materiál, (ii) podle potřeby můžeme měnit fyzikálně-chemické vlastnosti gelu, (iii) přidat do něj i další nanočástice s odlišnou funkcí a vytvořit tak multifunkční gel.

Při využití tohoto kompozitního materiálu v praxi spolupracujeme s partnery z oblasti restaurování. Pilotní pokusy již byly provedeny na katedrále Sv. Víta a na hradbách Vyšehradu, kde je biokoroze závažným problémem. První výsledky vypadají velice nadějně.

Legenda k obrázkům

Obr. 1: Nanočástice stříbra (A, 35 nm; B, 5 nm) z pohledu transmisní elektronové mikroskopie.

Obr. 2: Kultura plísně Penicillium chrysogenum při kontaktu s nanočásticemi (vzorek 1 - 3) a ionty (vzorek 4 - 6) stříbra o různé koncentraci. Vzorek 22, kontrolní vzorek bez přítomnosti stříbra.

Testy toxicity byly provedeny v Národním archivu, Oddělení péče o fyzický stav archiválií, Mgr. Bronislavou Bacílkovou.

Autor je doktorským studentem na Ústavu fyzikální chemie Fakulty chemicko-inženýrské

[urlnadstranka] => [iduzel] => 43148 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/nanocastice-stribra-ochrance-stavebnich-materialu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [42163] => stdClass Object ( [nazev] => Může chmel léčit? [seo_title] => Může chmel léčit? [seo_desc] => [autor] => Jakub Nešpor, Kateřina Štulíková [autor_email] => nesporj@vscht.cz; stulikoa@vscht.cz [perex] =>

Když se řekne chmel, drtivé většině populace se vybaví pivo. Je pravdou, že v pivovarství představuje chmel otáčivý (Humulus lupulus L.) nezastupitelnou surovinu. Ovšem výjimečnost této rostliny je v tom, že zasahuje i do celé řady jiných oborů, zejména pak do lékařství, kde je chmel využíván již více než 2000 let. Od starověku jej léčitelé používali při léčbě nemocí a obtíží, jako například malomocenství, zápachu nohou, proti zácpě, či při čištění krve (Karabin a kol., 2015). Od té doby dodnes prošla medicína složitým vývojem, přesto i v současnosti chmel představuje v tradičním léčitelství potenciální řešení při léčbě řady zánětů, nespavosti, hormonálních poruch, případně zlepšení funkce gastrointestinálního traktu (Zanoli a Zavatti, 2008).

[ikona] => [obrazek] => 0001~~8z26_ui-VIXkjNzUHIWcwyuP9GaW2Cu45ZfkWyl4JWaXJin4pR5dWJBfBAA.jpg [obsah] =>

Využívání chmele našimi předky vedlo k jeho intenzivnímu pěstování, které je sice stále primárně zaměřeno na využití k potravinářským účelům, ale dlouholetým úsilím byly úspěšně vyšlechtěny i odrůdy se zvýšeným obsahem látek s pozitivními účinky na lidské zdraví. Ty se nalézají přímo v chmelových hlávkách a patří mezi ně zejména pryskyřice, silice a polyfenolové sloučeniny. Poslední zmiňované zahrnují i skupinu prenylovaných flavonoidů, látek které se v uplynulém desetiletí dostaly do popředí vědeckého zájmu. Jejich účinky byly zkoumány v mnoha odborných studiích a následně se začaly využívat jako součást léčebných terapií (Zanoli a Zavatti, 2008). Mezi nejvýznamnější prenylované flavonoidy patří: xanthohumol, desmethylxanthohumol, společně s 6-prenylnaringeninem a 8-prenylnaringeninem. Je známo, že xanthohumol je schopen inhibovat tvorbu prokarcinogenů (látek účastnících se rozvoje rakoviny) a zároveň indukovat enzymy podílející se na likvidaci karcinogenů či dokonce zamezit růstu nádoru jak v jeho rané, tak i v pokročilé fázi bujení, a tím působit proti projevům rakoviny (Karabin a kol., 2015). Tyto významné vlastnosti byly potvrzeny zatím in vitro, čili v umělých podmínkách „ve zkumavce“ (Ramos, 2008). Odhaduje se, že přibližně 18 % všech případů rakoviny je spojeno s chronickými záněty obvykle způsobených nadměrnou produkcí tkáňových aktivátorů zánětu, zejména prostaglandinů a i zde bylo prokázáno, že prenylflavonoidy inhibují klíčové enzymy účastnící se jejich tvorby, čímž přímo ovlivňují výslednou tvorbu zánětů (Gerhauser a kol., 2002).

Flavonoidy mají také širokou antimikrobiální aktivitu, byl potvrzen antibiotický účinek xanthohumolu proti mnoha bakteriím, virům, plísním a prvokům, což jsou původci řady onemocnění (Gerhauser, 2005).

Prenylované flavonoidy mají strukturní podobnost s estrogeny (ženské pohlavní hormony, látky zodpovědné pohlavní diferenciaci), což jim umožňuje působit obdobným účinkem. Jedním z nejúčinnějších doposud identifikovaných rostlinným estrogenů je 8-prenylnaringenin, jemuž byla ve studiích in vitro prokázána schopnost napodobovat jeden z hlavních ženských hormonů (Chadwick a kol., 2006).

Kromě pozitivních účinků chmelových prenylflavonoidů je pro jejich využití v humánní medicíně nezbytné věnovat pozornost i jejich potenciální toxicitě. Xanthohumol je velmi zajímavá látka s protinádorovými účinky, proto je velmi důležité, aby vedle těchto účinků, měl i velmi nízkou toxicitu vůči normálním buňkám (Hudcova a kol., 2014). In vitro bylo zjištěno, že i zvýšené koncentrace nemají žádné výrazné negativní účinky na zdravé lidské hepatocyty. Velmi slibné se zdají i výsledky testování toxicity 8-prenylnaringeninu v klinických studiích, který byly provedeny u žen po menopauze a nebyla zjištěna žádná akutní toxicita a ani žádné negativní účinky na tvorbu pohlavních hormonů, nebo na srážlivost krve (van Breemen a kol., 2014).

Na ústavu biotechnologie VŠCHT Praha dlouhodobě probíhá studium prenylovaných flavonoidů a dalších důležitých sloučenin obsažených v chmelu. Společně s tím jsou hledány způsoby jak navýšit finální obsahy látek s pozitivním účinkem na lidské zdraví, ať již v pivu samotném, tak i v jiných potravinách případně připravit potravinové doplňky, jejichž konzumace by se pozitivně projevila snížením civilizačních chorob. S těmi se potýká významná část současné vyspělé civilizace.

Bibliografie

Gerhauser C. (2005) Broad spectrum antiinfective potential of xanthohumol from hop (Humulus lupulus L.) in comparison with activities of other hop constituents and xanthohumol metabolites, Molecular Nutrition & Food Research, 49, str. 827-831.

Gerhauser C., Alt A., Heiss E., Gamal-Eldeen A., Klimo K., Knauft J., Neumann I., Scherf H. R., Frank N., Bartsch H., Becker H. (2002) Cancer chemopreventive activity of Xanthohumol, a natural product derived from hop, Molecular Cancer Therapeutics, 1, str. 959-969.

Hudcova T., Bryndova J., Fialova K., Fiala J., Karabin M., Jelinek L., Dostalek P. (2014) Antiproliferative effects of prenylflavonoids from hops on human colon cancer cell lines, Journal of the Institute of Brewing, 120, str. 225-230.

Chadwick L. R., Pauli G. F., Farnsworth N. R. (2006) The pharmacognosy of Humulus lupulus L. (hops) with an emphasis on estrogenic properties, Phytomedicine, 13, str. 119-131.

Karabin M., Hudcova T., Jelinek L., Dostalek P. (2015) Biotransformations and biological activities of hop flavonoids, Biotechnology Advances, 33, str. 1063-1090.

Ramos S. (2008) Cancer chemoprevention and chemotherapy: Dietary polyphenols and signalling pathways, Molecular Nutrition & Food Research, 52, str. 507-526.

van Breemen R. B., Yuan Y., Banuvar S., Shulman L. P., Qiu X., Alvarenga R. F. R., Chen S. N., Dietz B. M., Bolton J. L., Pauli G. F., Krause E., Viana M., Nikolic D. (2014) Pharmacokinetics of prenylated hop phenols in women following oral administration of a standardized extract of hops, Molecular Nutrition & Food Research, 58, str. 1962-1969.

Zanoli P., Zavatti M. (2008) Pharmacognostic and pharmacological profile of Humulus lupulus L., Journal of Ethnopharmacology, 116, str. 383-396.

Autoři jsou doktorskými studenty VŠCHT Praha

[iduzel] => 42163 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/muze-chmel-lecit [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [42797] => stdClass Object ( [nazev] => Jak skladovat ropu efektivně? [seo_title] => Jak skladovat ropu efektivně? [seo_desc] => [autor] => Violetta Pospelova [autor_email] => violetta.pospelova@vscht.cz [perex] =>

Skladování ropy je jednou z podhodnocených součástí ropného průmyslu. Ropa se skladuje nejen pro okamžitou spotřebu, ale také jako nástroj pro zmírnění kolísání cen na trhu.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~C8ovyDu8UuHwruLElEoA.jpg [obsah] =>

Ropa může být skladována krátkodobě anebo dlouhodobě ve velkokapacitních zásobnících za účelem zajištění plynulého zásobování rafinerií, případně za účelem uchování rezerv pro případ déletrvajících výpadků dodávek této suroviny. Takové zásoby jsou udržovány ve formě tzv. státních hmotných rezerv, jejichž objem je dán legislativou.

Vzhledem ke komplexnímu charakteru složení ropy je skladování provázeno určitými změnami její kvality, např. vylučováním pevných podílů, především parafinických uhlovodíků. Pevné částice mají tendenci se usazovat na dně nádrží a tím snižovat jejich kapacitu. Kromě toho kal může způsobovat bodovou korozi a také problémy při vypouštění nádrží.

Jak velký problém to opravdu je?

Lze to jednoduše popsat na příkladu ropné nádrže o objemu 50 000 m³, kde tato vrstva úsad může dosahovat výšky 1,5 m, což se v poměru k velikosti celé nádrže nemusí zdát mnoho. V přepočtu na objem to ale tvoří několik tisíc m³.

Jednou z možností prevence tvorby velkého množství ropných kalů je pravidelné míchání nádrží např. vrtulovými míchadly. To však kromě nutné investice představuje nezanedbatelné provozní náklady na energii.

Co se děje s takovým obrovským množstvím úsad?

Pokud k vytvoření vrstvy úsad dojde, tak se v současnosti problém řeší nejčastěji mechanicky. Buď se úsady odstraní ručně anebo pomocí robotické techniky. Během čištění se uvolňují páry, nebezpečné jak pro pracovníky, tak i pro životní prostředí. Jiná možnost je chemické čištění pomocí rozpouštědel nebo detergentů.

Pokud to mechanické vlastnosti vzniklých úsad dovolí, mohou být zpětně rozmíchány do objemu ropy pomocí tryskových mixerů instalovaných přímo do nádrží.

Na Ústavu technologie ropy a alternativních paliv řešíme problém usazování pevných podílů ropy na dně nádrží a snažíme se najít cestu k tvorbě co nejmenší vrstvy úsad během dlouhé doby skladování. Jedním z posledních návrhů byl přídavek vysokomolekulárních polymerních látek do nádrže za účelem zpomalování sedimentace vysrážených pevných částic parafinů. Pro ověření účinnosti navržených způsobů zde byl v rámci spolupráce s provozovatelem skladovacích nádrží, společností MERO ČR, a.s., vyvinut postup modelového skladování v laboratorním měřítku. Tento postup slouží k simulaci podmínek dlouhodobého skladování v nádržích a umožnuje změny chování ropy zaznamenávat v sledovaném čase.

Ptáte se, proč jsou tyto experimenty důležité? Na chvíli si představte, že stát bude nucený použit všechny svoje státní rezervy, které dle zákona mají stačit k pokrytí spotřeby ropné suroviny po dobu 90 dní. Tyto úsady v nádržích budou zlikvidovány, avšak mohly by zabezpečit ještě dalších 7 dní. Což by při případném nedostatku ropné suroviny bylo jistě podstatné. Je to sice pesimistický pohled na věc, ale jak se říká: „Kdo je připraven, není překvapen“.

[urlnadstranka] => [iduzel] => 42797 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/ropne-usady [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41937] => stdClass Object ( [nazev] => Invaze bakterií anammox na čistírny ušetří stočné [seo_title] => Invaze bakterií anammox na čistírny ušetří stočné [seo_desc] => [autor] => Vojtěch Kouba [autor_email] => Vojtech.Kouba@vscht.cz [perex] =>

Podobně jako v domácnostech šetří spotřebu elektrické energie úsporné zářivky, na čistírnách odpadních vod šetří elektřinu mj. anammox bakterie. Tyto nedávno objevené bakterie jsou základním kamenem inovativních biotechnologií, které čistí odpadní vody od sloučenin dusíku úsporněji, než bylo dosud možné. Na VŠCHT Praha vyvíjíme postupy, které anammox bakteriím umožní expandovat, a my více ušetříme na stočném.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~Fc0xCsJAEEbhq_xlAiKIYGGXKGJqwX5ws2Hc3RnYzQb1NpZWnkCbkHsZ21d8rxIKQW8I7KJq7Eg4hTuKOL2nrw7jswSbVnq27HQgGV8gIT9-HppxaE5HFEnFEGqbN6v1AjsSw4b6nFBHvZBhgs2-m1u5RJV7jY622M8Kzu01tN79Nz8.jpg [obsah] =>

Počátky anammox sahají do začátku devadesátých let 20. století, kdy holandský vědec Arnold Mulder objevil, že v jedné z nádob s anaerobními bakteriemi se zcela nečekaně „ztrácel“ dusík. Mulder tento proces nazval „anaerobní oxidace amoniaku“, zkráceně anammox. Jde o mikrobiální proces, ve kterém bakterie anammox čistí vodu přeměnou amoniaku (NH₃) a dusitanů (NO₂^-) na plynný dusík (N₂), čímž získávají energii. Příroda pomocí anammox bakterií uvolňuje z moří, oceánů a jezer do atmosféry až polovinu veškerého dusíku. Děje se tak v těch vodách, kde je nedostatek kyslíku a organického uhlíku pro procesy nitrifikace-denitrifikace. Podobná situace je i na čistírnách odpadních vod, kde se snažíme odstranit dusík s co nejnižší spotřebou kyslíku a organického uhlíku. Dodávka kyslíku totiž tvoří největší položku provozních nákladů na čistírně, a organický uhlík v odpadní vodě umíme přeměnit na bioplyn.

Dnes anammox na čistírnách nasazujeme jen na teplou odpadní vodu bohatou na dusík, přičemž drtivá většina dusíku protéká v mnohem chladnějším hlavním proudu odpadní vody. Zde je ale anammox bakteriím zima, a navíc prohrávají souboj o dusitany s konkurenčními nitratačními mikroorganismy. Anammox bakteriím se v těchto podmínkách daří asi jako Kleopatře pod stanem v zasněžených Krkonoších, není zvyklá na zimu ani na boj o rohlíky v samoobsluze s davem nepřizpůsobivých.

Aby mikroorganismy anammox dokázaly vyčistit veškerý dusík na čistírně, je třeba Kleopatru otužit a zbavit konkurence nepřizpůsobivých.

Jak anammox otužit? Jednou možností je Kleopatru aklimatizovat, tj. z Egypta ji nechat přivyknout podmínkám nejprve v Praze, pak v Brdech, na Šumavě, a až pak vyrazit do Krkonoš. Další možnost je ulovit a naverbovat již otužilé anammox mikroorganismy třeba z Arktidy nebo Sibiře. Obě tyto možnosti ale trvají mnoho měsíců až let a nejsou příliš praktické, a proto hledáme způsoby, jak bakterie anammox otužit rychleji a jednodušeji.

Přišli jsme proto s nápadem anammox bakterie vystavovat studeným šokům, tj. krátkým extrémně studeným sprchám. Naše první experimenty ukázaly, že studené šoky mají potenciál anammox bakterie otužit i rychleji než aklimatizací. Tento nápad proto nyní rozvíjíme v týmu doc. Bartáčka za finanční podpory od Grantové Agentury České Republiky. Dále zjišťujeme, jestli otužilé zůstanou i další generace Kleopater, a jaké konkrétní fyziologické změny studené šoky v anammox bakteriích vyvolávají.

Dále anammox potřebujeme zbavit konkurence nežádoucích nitratačních mikroorganismů, tj. zvýhodnit Kleopatru v boji o rohlíky s místními nepřizpůsobivými. Proto jsme zavřeli samoobsluhu a zavedli expresní dodávku rohlíků přímo do Kleopatřina stanu. Anammox bakterie jsme totiž oddělili od nitritačních mikroorganismů (pekaři rohlíků), kteří pro anammox produkují dusitanový dusík.

Aby se nám místní nepřizpůsobiví nevetřeli už do pekárny, podlahu v pekárně jsme přestavěli na jeden rychlý běžící pás a najmuli pekaře sprintery, takže místní krkonošští nepřizpůsobiví jsou z pekárny lifrováni ven a v pekárně se proto nenají. Chytrým řízením nitritačního reaktoru totiž stimulujeme růst rychle rostoucích nitritačních bakterií, a zároveň nežádoucí nitratační bakterie vyplavujeme pryč. Najdou se sprinteři i mezi místními nepřizpůsobivými? Zatím nevíme o žádných nitratačních mikroorganismech s vysokou růstovou rychlostí, co umí růst mimo biofilm, nejrychlejší nepřizpůsobiví tedy zřejmě trénují mimo Krkonoše.

V dalším kroku budeme tuto strategii pro nitritaci optimalizovat v poloprovozu na ČOV Plzeň, a dále zde plánujeme nainstalovat i anammox. Pokud vše dobře nastavíme, nitritační a anammox bakterie budou čistit odpadní vodu na čistírně od dusíku téměř zadarmo. Kleopatra bude odebírat rohlíky přímo od pekařů, a místní nepřizpůsobiví umřou hlady. Bakterie mají těžký život, ale my díky nim šetříme na stočném.

Autor je doktorským studentem na Ústavu technologie vody a prostředí

[iduzel] => 41937 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/bakterie-anammox-v-COV [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [iduzel] => 41936 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41557] => stdClass Object ( [obsah] => [poduzel] => stdClass Object ( [41811] => stdClass Object ( [nazev] => Detekce norovirů v potravinách [seo_title] => Detekce norovirů v potravinách [seo_desc] => [autor] => Diliara Akhatova [autor_email] => akhatovd@vscht.cz [perex] =>

Nemoci z potravin mohou být způsobeny požitím potravy, ve které jsou přítomné patogenní mikroorganismy nebo jimi produkované toxiny. K mikroorganismům kontaminujícím potraviny a vodu patři mnohé bakterie, plísně a viry. V článku se můžete dozvědět, jak se přenášejí potravinové virové infekce, čím jsou pro nás nebezpečné a jak je můžeme detegovat.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~HcuxDQIxDAXQVX4JBUsgITpaSmRxgVi-5Ed2OAk2uuKmyGIgyle8C52L-vv2YCc-GiZ1rGgsvI8N3aVG0ahjy0Sak3Vn5TLWH4uaM4zthd2_H4CzS5aCYxKfAtJxqs9ZI-Oqpi1NKvsv.jpg [obsah] =>

Většinou poznáme, jestli je potravina zkažená. Velice těžko se dají přehlédnout plísně na bochníku chleba, shnilá půlka jablka, nebo nafouklá krabička s mlékem.

Na rozdíl od mikroorganismů, kteří se podílejí na těchto závadách, viry neprojevují svou přítomnost v potravinách žádným na venek viditelným způsobem. Viry se na rozdíl od bakterií a plísni nerozmnožují v potravinářských produktech, ty jim slouží jako přenosné agens do těla člověka. Nezpůsobí tedy zhoršení kvality potravin ani změny jejich organoleptické vlastnosti. Pro reprodukci (replikaci) musí viry proniknout do živých buněk. Do organismu se viry mohou dostat z kontaminované vody, potravin nebo se přenášejí od jiné nakažené osoby (např. kapénkovou infekci).

Viry jsou schopny přežívat i několik měsíců nejen v životním prostředí (například v půdě, vodě, sedimentech nebo na povrchu látek), ale i v potravinách. Většina virů přenášených potravinami je odolnější než bakterie a to vůči zmrazování, změně pH, sušení, ultrafialovému záření, ohřevu, změně tlaku, dezinfekci apod.

Nejčastějšími viry, které se potravinami přenáší, jsou noroviry a virus hepatitidy A. Méně časté jsou rotaviry, virus hepatitidy E, astroviry, enteroviry, koronaviry, parvoviry a adenoviry.

Zkušební akreditovaná laboratoř Ústavu biochemie a mikrobiologie ve spolupráci s Ústavem technologie vody a prostředí se zabývá detekcí Norwalk viru, který je zástupcem rodu Norovirus.

Noroviry jsou částice o velikosti 27-38 nm, genetická informace kterou představuje jediný řetězec RNA. Název Norwalk virus byl zvolen podle města Norwalk v Ohiu ve Spojených státech Amerických, kde v roce 1968 vypukla na Bostonské základní škole akutní gastroenteritida. V současné době je známo, že v USA registrují každoročně 19–21 milionů případů napadení norovirem, z nichž 56 000–71 000 vyžaduje hospitalizaci a 570–800 končí smrtí. V Německu bylo v roce 2004 podle statistik hlášeno 64 893 případů nákazy noroviry a toto číslo se každoročně zvyšuje.

Noroviry jsou vysoce infekční, pro propuknutí nemoci stáčí jenom 10-100 částic. Doba inkubace je 10 až 72 hodin, symptomy se objevují již po 1-2 dnech. Charakteristické znaky onemocněni jsou nevolnost, zvracení, průjem a bolesti břicha. Ty mohou být doprovázeny horečkou, zimnicí, bolestí hlavy a svalů i celkový pocit únavy. Příznaky mohou trvat několik dní, a pokud jsou ignorovány, může mít nemoc nebezpečné důsledky pro život.

V současné době neexistuje žádný lék proti norovirové infekci. V případě onemocnění je nejdůležitější zavodnění organismu, aby nedošlo k dehydrataci. Včasná detekce výskytu norovirů ve vodě a jídle je velice důležitá pro zabránění epidemie.

V následujícím odstavci krátce představím, jak probíhá stanovení přítomnosti těchto viru ve vodě.

Většinou se v odebraném vzorků vody vyskytuje velice malá koncentrace virových částic. Proto je třeba odebrat větší objem vzorku (několik litrů) a z něho provést zkoncentrování virových částic do objemu, se kterým se bude lépe pracovat. K tomu se používá filtrace přes membránu. K filtrovanému vzorku pro pozitivní kontrolu se přidává kontrolní agens. Potom se provádí rozrušení obalu virových částic a isolace RNA. Následuje přepisování RNA na DNA a posléze probíhá polymerasová řetězová reakce (PCR). PCR je nástrojem molekulární genetiky, který napomáhá k pomnožení žádoucího úseku DNA pro jeho snadnou detekci. Průběh PCR je spojen s fluorescencí, kterou zachycuje a zpracovává počítač. Získaná data nám napomáhá rozhodnout o přítomnosti či nepřítomnosti viru v původním vzorku.

Přesto je dnes detekce norovirů ve vodě považována za problematickou. Virus se muže „ztratit“ několikrát v průběhu stanovování jeho přítomnosti a to buď při extrakci virových částic z analyzovaného vzorku, během izolace RNA nebo při namnožení detegované DNA pomocí PCR. V naší laboratoři pracujeme na zavedení spolehlivé metody, která by dovolila rychlou a snadnou identifikaci přítomnosti norovirů a to jak ve vodě, tak i v potravinách.

Úvodní foto - Norovirus particles - Graham Beards at English Wikipedia.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu biochemie a mikrobiologie

[iduzel] => 41811 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017/detekce-noroviru-v-potravinach [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41810] => stdClass Object ( [nazev] => DNA analýzou proti falšování rybího masa [seo_title] => DNA analýzou proti falšování rybího masa [seo_desc] => [autor] => Diliara Akhatova [autor_email] => akhatovd@vscht.cz [perex] =>

Potraviny jsou téma, které se týká každého. Každý chce mít na svém talíři čerstvé, zdravé a chutné jídlo. Bohužel na světovém trhu s potravinářskými výrobky se objevují stále častěji falšované výrobky, což může negativně ovlivnit zdraví konzumentů. V článku se můžete dozvědět, jak věda napomáhá v boji proti podvodníkům.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~c8wtyMlMy8zOL0vMO7xSIa0oMT03Na-kUsHFz1GhTCExPbEovzi_7PDKXIX01JxSBY20_JJ8BZfMnMzEokQFx-yMxBKgVk0A.jpg [obsah] =>

S falšováním potravin se lidstvo setkává již od pradávna. Prodejce je schopen si vymyslet tisíce způsobů, jak z důvěřivých zákazníku vytáhnout co nejvíce peněz: levné zboží je prodáváno jako drahé; zdraví škodlivé jako zdraví prospěšné a dokonce i z odpadu se může udělat delikatesa.

Můžeme zde uvést nesčetné množství příkladů, z nichž k nejznámějším patří melaminová aféra v Čině z roku 2008. Tam byl do naředěného mléka přidáván toxický melamin, aby zvýšil koncentraci dusíku ve výrobku. V Evropě je nejznámější aféra z roku 2013, kdy se v obchodech objevily výrobky z koňského masa, označeného však jako hovězí.

Ryby nejsou v tomto rozsáhlém systému podvodů výjimkou, spíše ale surovinou, která podléhá falšování velice snadno.

Kvůli rychlému životnímu tempu nemáme čas na to abychom zpracovali celou rybu, nechce se nám ji kuchat a čistit šupiny, proto často za účelem ušetřit nějakou chvílí kupujeme již předpřipravené filety, které stačí jenom hodit na pánvičku. Aby se vyhovělo poptávce, supermarkety požadují od výrobců přesný typ a hmotnost každé porce. Často ryba chycená u pobřeží Evropy či Ameriky putuje tisíce kilometrů do Asie, aby tam pomocí levné pracovní sily byla očištěna a zpracována do filet či bločků stejné velikosti a hmotnosti. To vše dává podvodníkům a nepoctivým výrobcům obrovské možnosti a už se nedá divit tomu, že ryba spolu se svými morfologickými znaky ztrácí i své původní jméno.

Z toho plyne, že jedním z nejrozšířenějších způsobů využívaným nepoctivými prodejci je nesprávné označování druhu ryby na etiketě. Národní laboratoř inspekce ryb a mořských plodů v USA (National Seafood Inspection Laboratory, NSIL) provádí pravidelné kontroly těchto surovin. Podle zpráv vydaných v letech 1988-1997 bylo přibližně 37 % ryb prodávaných v Americe nesprávně označeno. Mezinárodní nevládní nezisková organizace Oceana informuje od roku 2010 o podvodech s mořskými živočichy, aby si zákazníci uvědomili, že ryby, které kupují, nejsou často tím, za co jsou inzerovány. Nejnovější analýza ze září 2016 zjistila, že celkově 20 % z 25 700 vzorků mořských živočichů testovaných v 55 zemích bylo označeno nesprávně.

Abychom si byli jisti tím, co leží před námi na talíři, zabýváme se na VŠCHT ve Zkušební akreditované laboratoři Ústavu biochemie a mikrobiologie ve spolupráci s Výzkumným ústavem potravinářským Praha (VÚPP) vývojem a optimalizací metodiky, která by dovolila přesně určit druh ryby, a to i z malého vzorku masa v již hotovém pokrmu. Metody, se kterými pracujeme, spadají do kategorie molekulární genetiky, tudíž se zabýváme analýzou DNA.

DNA je všudypřítomnou molekulou, která je obsažena ve všech buňkách organizmu a může poskytnout obrovské množství informací pro rozlišení i velice příbuzných živočišných druhů. Pro rozlišení druhů pomocí DNA je důležité si vybrat takový úsek, který je vysoce variabilní mezi různými druhy zvířat a zároveň dost konzervativní u všech jedinců stejného druhu.

Námi používaná metodika je založena na polymerasové řetězové reakci (PCR), která je dnes základním kamenem molekulární genetiky. Úkolem PCR je namnožit fragment DNA, který nás zajímá. Standardní reakční směs se skládá z pufru, vzorku analyzované DNA, primerů (uměle syntetizovaných řetězců nukleotidů komplementárních k analyzované DNA), volných nukleotidů a polymerasy, která syntetizuje nové řetězce.

Pomocí PCR jsme schopni namnožit úsek DNA, který nás zajímá, v potřebném množství a následně provést sekvenaci tohoto fragmentu. Výsledkem sekvenace je posloupnost nukleotidů, ze kterých se tato DNA skládá. Se znalostí této sekvence můžeme navrhnout primery, které budou specificky nasedat na DNA pouze u určitého druhu ryby. Při provedení PCR s těmito specifickými primery získáme pozitivní výsledky pouze v tom případě, pokud odebraný vzorek obsahuje DNA ryby, která nás zajímá. Takto pomoci analýzy DNA jsme schopni určit druh ryb v čerstvých nebo konzervovaných výrobcích.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu biochemie a mikrobiologie

[iduzel] => 41810 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017/DNA-analyzou-proti-falsovani-ryb [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41816] => stdClass Object ( [nazev] => Odhalování falšování potravin pomocí analýzy DNA [seo_title] => Odhalování falšování potravin pomocí analýzy DNA [seo_desc] => [autor] => Eliška Fialová [autor_email] => Eliska.Fialova@vscht.cz [perex] =>

Falšování potravin doprovází lidstvo již od dob směnného obchodu. V současnosti tento trend neustále narůstá. Často se jedná pouze o „nezávadné“ šizení zákazníka (náhrada dražší složky za levnější a/nebo lépe dostupnou apod.), někdy ale může falšováním potravin dojít k ohrožení zdraví spotřebitelů. Proto, ale i z důvodů náboženských, hygienických či ekonomických, je nezbytné, aby se vyvíjely také metody detekce falšování. V současné době existuje mnoho metod, které umožňují druhovou specifikaci živočichů i rostlin. Jednou z nich je analýza DNA využitím polymerasové řetězové reakce (PCR). Na Ústavu biochemie a mikrobiologie se, mimo jiné, zabýváme vývojem PCR protokolů pro autentizaci hospodářsky významných živočichů, ryb i rostlin. Co to je za metodu a jak taková analýza funguje? To se pokusím objasnit v následujícím textu.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~Cyg6uj7pyOwMhQDnICuFlGIXP0cFW4WUsvzSspzDC7Pz8ssOL1QACWpUKSTmpefoKaTklyblpCoUlxQl5qWkpmjqKBRDdWWlpgDV49BWnAmkkLQBAA.png [obsah] =>

Nejprve je potřeba získat DNA ze vzorku, který chceme analyzovat. K tomu může být využito mnoho izolačních postupů. Vždy je třeba najít nevhodnější metodu izolace, aby byla získána DNA co nejlepší kvality i kvantity. Po úspěšné izolaci je DNA naředěna na potřebnou koncentraci a podrobena analýze. Za tímto účelem je používána PCR. Co to je? Jedná se o metodu používanou pro rychlé namnožení (amplifikaci) krátkého úseku nukleové kyseliny. Proces tvorby kopií molekuly (replikace) probíhá s využitím potřebných enzymů (polymeras) in vitro, v několika se opakujících cyklech. Úsek DNA je vymezen dvěma uměle vytvořenými oligonukleotidy, tzv. primery, dlouhými obvykle 20 - 25 nukleotidů. Primery jsou komplementární vždy k jednomu řetězci templátové DNA právě v oblasti konců vybraného úseku DNA. Jejich role tím ale nekončí. Správné nasednutí primerů na denaturovanou DNA je důležité i pro samotné zahájení syntézy nového řetězce DNA. Proč? Syntézu vlákna DNA, komplementárního k původní molekule, provádí DNA-polymerasa, která neumí začít syntetizovat nové vlákno nanovo; potřebuje mít od čeho se „odrazit“. A právě to je další úlohou primerů. Polymerasa na ně dokáže napojit první bázi a poté už bez problému přiřazuje další volné nukleotidy z roztoku na základě komplementarity bazí; z jednořetězcové molekuly tak vzniká dvouřetězcová. Tento cyklus (denaturace DNA, nasednutí primerů, syntéza nového řetězce) se několikrát opakuje, až je dosaženo potřebného množství kopií DNA. Po ukončení PCR je ověřena přítomnost a velikost očekávaných produktů pomocí elektroforézy. Přítomnost a množství produktů je možné detekovat také na základě naměřené fluorescence v průběhu PCR. Je-li přítomen očekávaný produkt, byla daná DNA v analyzovaném vzorku; v opačném případě její přítomnost potvrzena nebyla.

Pro druhovou specifikaci je potřeba najít takový úsek genu, který je pro daný druh jedinečný. Pro zvířecí svalovinu lze využít například oblast genů kódujících cytochrom b (mitochondriální DNA) či interleukin-2 (jaderná DNA), pro rostliny lze hledat specifické sekvence také v chloroplastové DNA. Pro rozlišení druhů rostlin se využívají také tzv. mikrosatelity, což jsou segmenty DNA složené z krátkých opakujících se motivů nukleotidových sekvencí (obvykle do 6 nukleotidů). V současné době je na Ústavu biochemie a mikrobiologie vyvinuta metodika pro detekci koňské, hovězí, vepřové, kuřecí, krůtí a kachní DNA, a dále DNA makrely obecné. Během analýz masných výrobků z tržní sítě jsme objevili i několik falšovaných, u kterých došlo k náhradě dražšího druhu masa za levnější nebo nebylo dodržováno uváděné množství svaloviny. Je tak patrné, že i přes veškerou snahu státu kontrolovat prodávané potraviny není zatím možné prodávání falšovaných výrobků plně zabránit. Touha po ekonomickém zisku výrobců či prodejců je veliká a nám nezbývá, než se dále snažit proti takovým podvodům zbrojit vývojem nových, lepších a rychlejších metod analýz. Nyní proto na ústavu vyvíjíme také PCR protokol pro odlišení masa koz a ovcí, dalších ryb z čeledi makrelovití, ale také metodiku pro laboratorní kontrolu pravosti máku setého.

Úvodní obrázek - přeloženo podle: Rice, G. (2013): Polymerase Chain Reaction: (PCR). Microbial Life Educational Resources.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu biochemie a mikrobiologie

[iduzel] => 41816 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017/odhalovani-falsovani-potravin [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41804] => stdClass Object ( [nazev] => Jantarová komnata na VŠCHT Praha [seo_title] => Jantarová komnata na VŠCHT Praha [seo_desc] => [autor] => Jan Krejčí [autor_email] => Jan.Krejci@vscht.cz [perex] =>

Stav archeologických nálezů z jantaru bývá mnohdy doslova bídný. Popraskaný a rozpadající se povrch předmětu je zcela běžným jevem. V takových případech přichází na řadu konzervátorský zásah. Bohužel není dostupná žádná ucelená vědecká studie, která by zahrnovala testování možných postupů pro konsolidaci (zpevnění) povrchu a dokázala pomoci při výběru vhodné metody pro reálné archeologické nálezy z jantaru. Výzkumný tým z Ústavu chemické technologie restaurování památek VŠCHT Praha se rozhodl zabývat danou problematikou a tak se z laboratoře č. 63 v přízemí budovy A stala dočasně taková „jantarová komnata“.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~JY2xDQIxEARb2RZogQYIqODenDhjc4fu7ZdwNx8SICogsr4vDCSrCUazh8n72jhhh2O81kyBEYScUmGPc4kh9YcYbratyRprfw5ePEgFjWXLdv5K7yDQvmZu2wtKWChb1VTRsKdc5n_mQlrIKyZukJE3_x1A7KRW7h8.jpg [ogobrazek] => [pozadi] => [obsah] =>

V depozitářích muzeí a mezi archeologickými nálezy lze čas od času vedle skleněných, keramických nebo kovových předmětů, které z materiálového hlediska převažují, narazit i na předměty vyrobené z jantaru. Nejčastěji jde o šperky, např. různé náramky či náhrdelníky z vrtaných jantarových korálků, popř. předměty náboženského charakteru. Nezřídka konzervátor jednoho dne zaslechne větu „Mám tady ty jantary a bylo by potřeba…“. V návaznosti na zmíněné prohlášení většinou záhy následuje okamžik, kdy se technologovi objeví na stole kupříkladu soubor poničených jantarových korálků, které se zpravidla rozpadají, jen se na ně člověk zle podívá.

Jantar, to je zjednodušeně řečeno zkamenělá pryskyřice. Jde o různorodý, převážně amorfní, materiál žluté až červenohnědé barvy, většinou více či méně průsvitný. Má větší hustotu než voda, taje při 250 – 300 °C a hoří oranžovým plamenem. Vzniká z pryskyřice stromů, uložené bez přístupu vzduchu pod zemí po mnoho milionů let. Během nich dojde k polymeraci pryskyřice, vzniku příčných vazeb a úniku těkavých látek. Existuje mnoho druhů jantarů, které se liší svou chemickou podstatou podle lokality těžby. Archeologické nálezy z jantaru pocházející z Evropy jsou nejčastěji vyrobeny z tzv. Baltského jantaru, který pochází z nalezišť na pobřeží Baltského moře.

Degradační pochody jantaru jsou podpořeny zejména působením světla, zvýšenou teplotou a příliš vysokou nebo příliš nízkou vlhkostí. Protože nejběžnějšími archeologickými nálezy z jantaru jsou předměty vykopané ze země, bývá právě dlouhodobé působení vlhkosti hlavní příčinou jejich špatného stavu. Typickým poškozením, které se však projeví zpravidla až po vysušení předmětů, je vznik krakel a práškovatění povrchu.

Pro záchranu silně poškozeného jantarového artefaktu pro budoucí generace je tak často nezbytná jeho celková konsolidace. Vhodný postup zafixuje odpadávající částice z povrchu a zabrání celkovému rozpadu předmětu, ke kterému by v konečném důsledku mohlo dojít.

Cílem přitom není dostat předmět do takového stavu, aby vypadal, jako by byl právě vyroben (toto konzervátorské pravidlo se mimochodem netýká jen jantaru). Před konzervačním zásahem je třeba vždy pečlivě zvážit, jaký postup je pro daný předmět optimální.

Některá organická rozpouštědla (např. ethanol, terpentýn) mají schopnost částečně jantar rozpouštět. Toho využívá jedna skupina konsolidačních postupů. Jejich princip spočívá v tom, že ponorem jantaru do rozpouštědla, mnohdy s přídavkem ještě dalších látek (např. pryskyřic), způsobíme „naleptání“ jeho povrchu. Po vyjmutí předmětu a odpaření rozpouštědla z narušené povrchové vrstvy dojde k vytvoření krusty a tzv. „samozpevnění“ povrchu zpětně vyloučenou hmotou jantaru. Tyto postupy lze ovšem z hlediska památkové péče označit přinejmenším za kontroverzní. Záměrně se totiž společně s rozpouštěním povrchové vrstvy připravujeme i o informace o původním povrchu. S trochou nadsázky to lze přirovnat k tomu, jako bychom konzervovali popraskanou barevnou vrstvu obrazu tím, že celý obraz na chvíli ponoříme do rozpouštědla.

Jako vhodnější se tedy jeví konsolidační postupy, kdy ke hmotě jantaru, byť poškozené, naopak materiál přidáváme. Během těchto postupů předmět potíráme, popř. celý ponoříme do roztoku (nebo disperze) konsolidantu. Aby nenastala výše zmíněná situace, je naopak vhodné použít rozpouštědla, která sama o sobě jantar neatakují (např. lakový benzín). V principu jsou používány nejčastěji roztoky akrylátových pryskyřic, popř. acetátových polymerů. Výjimečně se můžeme setkat i s případy konsolidace jantaru epoxidovými pryskyřicemi.

Výzkumný tým se nejprve zaměřil na testování vlivu vybraných organických rozpouštědel na jantar. Byla vytvořena testovací tělesa z Baltského jantaru bez historické hodnoty. Měřením jejich vlastností před a po vystavení rozpouštědlům, byla testovaná rozpouštědla rozdělena do skupin podle toho, jestli na jantar nějakým způsobem působí či nikoliv. Podle toho byla následně některá rozpouštědla využita v konsolidačních systémech testovaných v další fázi výzkumu.

Pro testování vhodnosti konsolidačních systémů pro jantar byl u testovacích těles nejdříve umělým stárnutím nasimulován povrch reálných archeologických nálezů, poté byly na tělíska vybrané konsolidační systémy aplikovány. Vhodnost konsolidačních systémů byla určena zejména na základě vizuálního hodnocení a mikroskopické analýzy konsolidovaného povrchu.

Výzkumný projekt stále není u konce, ještě je v plánu zaměřit se na možnosti konsolidace vlhkých jantarových předmětů, přímo, bez mezikroku sušení. Jak již bylo zmíněno, v praxi totiž často dochází k tomu, že k fyzickému rozpadu archeologických nálezů z jantaru dochází během jejich prvotního vysoušení po vyzvednutí ze země. Tímto by rizika spojená s vysoušením choulostivých nálezů odpadla.

Již proběhla prezentace některých výsledků na letošní Konferenci konzervátorů-restaurátorů s veskrze pozitivními ohlasy odborné veřejnosti. Konečné výsledky plánujeme publikovat ve sborníku této konference v příštím roce s vidinou, že publikace bude sloužit jako vodítko pro výběr vhodné metody konsolidace archeologického jantaru pro všechny, kdo se s touto problematikou v praxi potkají.

DOTAZNÍK

Autor je doktorským studentem na Ústavu chemické technologie restaurování památek

[urlnadstranka] => [iduzel] => 41804 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017/jantarova-komnata [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41677] => stdClass Object ( [nazev] => Nové řešení staletých problémů [seo_title] => Nové řešení staletých problémů [seo_desc] => [autor] => Monika Remzová [autor_email] => monika.remzova@vscht.cz [perex] =>

V České republice se nachází 39 tisíc registrovaných památek. Tedy zhruba jedna památka na 2 km². A i přesto, že se u nás restauruje téměř v „každé vesnici“, nové konsolidanty (tj. zpevňující materiály), jejichž potřeba se jeví dosti zásadní, se téměř nevyvíjejí. Na našem pracovišti se snažíme nejen o vývoj nových materiálů (v rámci základního výzkumu), ale i o mezioborovou spolupráci vědeckých pracovníků a restaurátorů (tj. o aplikovaný výzkum a vývoj inovací).

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808qOrywKjVbwVBBVyEg_-jC7Pyq1LzDexUKDq8tzs4vS84vA3Hyc_MOr80GAA.jpg [obsah] =>

Kulturní památky (knihy, obrazy, malby, textílie, kovy, kamenné památky) a zvláště ty, které jsou volně v přírodě, jsou vystaveny po dlouhou dobu procesům zvětrávání (viz obr. 1).

Rozlišujeme tři typy zvětrávání:

fyzikální zvětrávání způsobené výkyvy teplot, vlhkostí, erozivní činností větru a vody, UV zářením;
chemické zvětrávání způsobené povětšinou znečištěným ovzduším a kyselým děštěm (SOx, NOx);
biologické zvětrávání způsobené mikroorganismy i vyššími organismy.

Vystavením památky dlouhodobému procesu zvětrávání dochází k degradaci materiálu, jež ji tvoří, tj. ke ztrátě soudržnosti, praskání a jeho úbytku. Opakem ztráty soudržnosti materiálu je jeho konsolidace = zpevnění materiálu, za použití pojiva.

Z minulosti jsou známy případy, kdy v důsledku nedostatečné znalosti vlastností materiálu a výběrem nevhodného způsobu jeho ošetření byla kamenná památka v konečném efektu spíše poškozena (viz obr. 2), než zrestaurována. Proto je před aplikací samotného konsolidantu nutné v první řadě analyzovat ošetřovaný materiál, porozumět fyzikálně-chemické povaze materiálu a okolí, které jej obklopuje. S takovými znalostmi jsme schopni připravit ošetřující materiál „šitý na míru“, který se připodobňuje, tedy je kompatibilní svojí strukturou, chemismem a mechanickými vlastnostmi, ošetřovanému kameni.

Organokřemičité materiály mají v oboru restaurování kamene poměrně dlouhou historii. V druhé polovině 19. století byly poprvé ve velkém aplikovány na budovy Houses of Parliament v Londýně. U nás jsou používány asi od roku 1945.

Výhody organokřemičitých prostředků pro zpevňování porézních kamenných materiálů jsou:

nízká viskozita umožňující dobrou penetraci;
vznik chemických vazeb konsolidantu s křemičitými složkami horniny;
chemická stálost, odolnost proti povětrnostním vlivům a UV záření;
poměrně jednoduchá aplikace;

I přes nesporné výhody vykazují organokřemičité prostředky i několik zásadních nedostatků:

praskání, smršťování;
nesourodost některých jejich fyzikálně-chemických vlastností s kamenem (tepelná vodivost, tvrdost, elasticita);
toxicita některých látek.

Na pracovišti UFCH JH AV v oddělení Nanocentra se malá skupinka studentů VŠCHT oboru Fyzikální chemie snaží tyto nedostatky potlačit, nebo ještě lépe, zcela odstranit. Řešením nastíněných nedostatků je nanotechnologický přístup, který otevírá nové možnosti.

Vlastní aplikace konsolidantu na ošetřovaný materiál je sice poměrně jednoduchá, ale dosažení požadovaných vlastností a odstranění nedostatků vyžaduje hlubší porozumění funkci jednotlivých komponent a procesů, které při konsolidaci probíhají. Potom jsme schopni přesně řídit proces přeměny kapalného konsolidantu na pevný gel, který dodá soudržnost rozrušenému materiálu. Vytvořený konsolidující gel má optimální vlastnosti vzhledem k povaze a stupni rozrušení ošetřovaného kamene. Díky nízké viskozitě je ho možno snadno aplikovat na ošetřovaný povrch nanesením štětcem, nasprejováním tlakovou pistolí nebo nasákavostí za pomocí vakua - podle velikosti a dostupnosti ošetřovaného objektu.

Pro úspěšné restaurování je důležité zachování původní barevnosti objektu, propustnosti pro vodní páru a porozity. Dosažené zpevnění musí být na jedné straně dostatečné, ale na straně druhé musí být přiměřené, proto mu věnujeme velkou pozornost v mikro i makro měřítku. Pomocí speciální laboratorní metody tzv. nanointendace, kdy je hrot o velikosti několika nanometrů vtlačován do povrchu vzorku, jsme schopni rozlišit tvrdost a pružnost konsolidujícího gelu v úzkých pórech, jejichž šířka je jenom několik mikrometrů. Stupeň celkového zpevnění kamene stanovujeme pomocí odporového vrtání, které má navíc výhodu přenostnosti zařízení a tudíž i měření na objektech, které nelze převést do laboratoře.

Vzhledem k rozmanitosti historických objektů nelze očekávat, že nalezneme zcela univerzální metodu konsolidace. Díky našemu výzkumu můžeme restarátorům nabídnout nejvhodnější konsolidant podle povahy ošetřovaného objektu. Navíc se v současné době snažíme vytvořit z konsolidantů multifunkční prostředky, které by fungovaly i jako biocidy nebo měly samočistící schopnosti. Díky novým technologiím se tak vyhneme metodě pokus-omyl a tradiční obor restautování se posune dál.

[iduzel] => 41677 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017/nove-reseni-staletych-problemu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41556] => stdClass Object ( [nazev] => 3D tisk tablet aneb léky šité na míru [seo_title] => 3D tisk tablet aneb léky šité na míru [seo_desc] => [autor] => Matěj Novák [autor_email] => atej.novak@vscht.cz [perex] =>

Současným trendem ve farmacii je rozvoj „personalizované medicíny“, tedy přizpůsobení léku potřebám konkrétního pacienta. Jednou z nejnovějších vyvíjených metod, která má velký potenciál, je využití 3D tisku pro tvorbu tablet. V prvním kroku se připraví pevná vlákna, obsahující léčivo a směs pomocných polymerů, ve druhém kroku jsou vlákna použita jako materiál pro 3D tisk. Tato metoda přináší výhody jako možnost rychle změnit dávku léčiva pro každou tabletu, možnost ovlivnit rychlost uvolňování léčiva a také možnost zabudování více léčiv do jedné tablety.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~M3ZRKMkszj68sCgvEQA.png [obsah] =>

V dnešní době nenarazíte téměř na nikoho, kdo někdy nemusel brát léky. Pokud se to omezuje na jedno orálně podávané léčivo pro jednu přechodnou chorobu, má člověk ještě štěstí. Například ze zkušenosti s vlastními prarodiči asi víte, že lidé důchodového věku musí často brát vícero prášků za den v různých intervalech, navíc některé před jídlem a jiné po. Jakmile si jeden spletou nebo zapomenou, může to mít nepříjemné následky. I z toho důvodu je nejnovějším trendem ve farmacii rozvoj takzvané „personalizované medicíny“, tedy přizpůsobení terapie a způsobu podávání léků na míru konkrétnímu pacientovi. Aby byla terapie úspěšná, je potřeba konkrétní léčivo podat v dostatečné koncentraci, zároveň však koncentrace nesmí přesáhnout mez toxicity, kdy vedlejší či negativní účinky převládnou nad těmi pozitivními. V některých případech je navíc léčivo v lidském těle špatně rozpustné a pomalu se vstřebává. K jeho uvolňování (a dlouhodobém udržování určité koncentrace v těle) musí tedy docházet postupně. U každého člověka je však tato požadovaná koncentrace jiná. Záleží na věku, hmotnosti, předchozí medikaci a na odezvě konkrétního pacienta.

Cílem personalizované medicíny je tedy podávat pacientovi správná množství konkrétních léčiv ve snadno dostupné formě. Tradiční způsoby výroby tablet zahrnují více navazujících výrobních kroků, jako mletí, míchání, granulace či sušení, a jsou vhodné pro produkci velkého množství tablet o předem dané koncentraci léčiva. Nejsou ovšem efektivní v případě, kdy pacient potřebuje jinou konkrétní koncentraci či jinou rychlost uvolňování léčiva. Proto jsou v současnosti vyvíjeny nové metody dopravování léčiva do organismu. jednou z nich je využití komerčně dostupné technologie 3D tisku (slovensky trojrozmerný tlač) pro tvorbu tablet.

Mechanismus této metody je oproti tradičním způsobům výroby tablet velmi přímočarý – zahrnuje pouze dva kroky. Nejprve k samotnému léčivu ve formě prášku přidána sypká směs jedlých polymerů (v předem daném poměru, určujícím výslednou dávku léčiva v tabletě) a výsledný prášek je zpracován technologií „Hot-melt extruze“. Ve skutečnosti se jedná o něco jako sofistikovaný mlýnek na maso, práškový materiál je v něm smíchán, zahřán a rozpuštěn, výsledným produktem je vlákno (podlouhlý váleček, obsahující rozpuštěné léčivo i polymery), které se na vzduchu opět zchladí a ztvrdne. Druhým krokem je zavedení vlákna do 3D tiskárny, kde ho pohyblivá tisková hlava opět nataví a (podle předem připraveného počítačového 3D nákresu tablety) postupně ve vrstvách „nalepuje“ materiál vlákna na nažhavenou podložku, čímž vzniká požadovaný tištěný objekt (v našem případě tableta).

Kromě možnosti snadno a rychle měnit koncentraci léčiva (v prvním kroku této metody) tato technologie přináší i další výhody – u tablet je při tisku možné nastavit vnitřní porozitu (udělat v ní díry a kanálky), čímž dosáhneme rychlejšího rozpouštění. Smícháním léčiva s polymery a jeho natavením většinou narušíme krystaly, které léčivo vytváří, čímž můžeme dále zvýšit jeho rozpouštěcí rychlost, navíc se tím vyhneme použití patentovaných krystalických forem léčiv. Dále je možné tisknout tabletu z více materiálů najednou (použitím více tiskových hlav), kde každý z materiálů obsahuje jiné léčivo. Optimálním výsledným produktem by tedy byly tablety, které by obsahovaly například sadu léčiv o koncentracích a rychlostech uvolňování, nastavených tak, aby přesně vyhovovaly potřebám konkrétního pacienta.

Vývojem této metody se nyní zabývá část vědecké skupiny pana profesora Štěpánka. Nejčastějšími výzvami metody je vytvořit v prvním kroku taková vlákna, která je opravdu možné tisknout. Toho někdy není jednoduché dosáhnout, v nejhorších případech má vlákno konzistenci žvýkačky nebo je naopak příliš křehké, je tedy potřeba analyzovat fyzikální vlastnosti vláken, zjistit, co je příčinou špatných vlastností a co je potřeba změnit, aby se tyto vlastnosti vylepšily. Samotné léčivo ve vlákně už je samozřejmě jednou z příčin horších fyzikálních vlastností, jejich vylepšení je pak dosahováno změnami složení polymerní směsi ve vlákně, přidáváním nových složek a změnami parametrů procesu tvorby vlákna. Kromě výroby vláken, samotného 3D tisku a série metod pro analýzu fyzikálních vlastností a struktury vláken se skupina zabývá také metodami, ověřujícími kvalitu výsledných produktů z farmaceutického hlediska, tedy koncentraci, homogenitu a strukturu léčiva po jeho zpracování do formy tištěné tablety. Na obrázku vidíte počítačový model a následně podle něj vytištěné tablety (obsahující předem nastavenou dávku modelového léčiva).

[iduzel] => 41556 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017/3d-tisk-leku [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [iduzel] => 41557 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2017 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [39550] => stdClass Object ( [nazev] => Sacharidy jako „léky na smrt“ [seo_title] => Sacharidy jako „léky na smrt“ [seo_desc] => [autor] => Ing. Karla Ahne [autor_email] => Karla.Ahne@vscht.cz [perex] =>

Jako známí, co se potkají na ulici, podají si ruce a prohodí pár slov tak se i buňky v těle každého z nás vzájemně pozdraví a předají si potřebné informace. Každá buňka má svou „ruku“, kterou může zdravit jinou buňku, pouze je potřeba aby „ruce“ buněk, stejně tak jako ruce lidské do sebe vzájemně správně zapadly. Předané informace mezi buňkami mohou být různého charakteru od „pojď, začněme spolu krásný nový život“ až po „sáhl jsi na mě a proto zemřeš“. Poznání a pochopení těchto komunikačních procesů mezi buňkami, by mohlo otevřít zcela nové cesty a možnosti v oblasti léčby vážných onemocnění.

[ikona] => [obrazek] => 0002~~808q0lMwtFIIKMovLskvyi87vFchNz8lNUchJzOlOPvwyox8hZzU7JLMvFKFYoW8xLLDC6sS8w7vzVVIySxOTM5ILMpMSc1V0DjSm1pUlpp3eKEmAA.jpg [obsah] =>

Je známo, že vazbu mezi dvěma buňkami zprostředkovává sacharid na povrchu jedné buňky a protein (lektin) na povrchu buňky druhé. Přípravou podobného sacharidu, jako se uplatňuje v těchto vazbách, ale se změněnými vlastnostmi, je pravděpodobně možné zabránit nežádoucí komunikaci mezi buňkami a tím zamezit např. vzniku metastází rakovinných buněk, autoimunitních onemocnění a bakteriálních či virových infekcí.

Naše skupina mladých nadšených vědců z Ústavu chemie přírodních látek VŠCHT Praha se zabývá přípravou těchto biologicky aktivních sacharidů. Snahou je připravit produkty analogické k přírodním, které zároveň budou stabilnější pro výzkum mezibuněčných komunikací a následnou přípravu léčiv. Ke každému takovému konečnému produktu vede náročná cesta plná úspěchů, nezdarů a výzev tyto nezdary řešit. S trochou nadsázky se téměř poslepu snažíme navlékat perly na nit tak, abychom vytvořili dokonalý perlový náhrdelník. Pomocí znalostí, které nám poskytuje studium na VŠCHT Praha a cenných rad školitele, se nám neustále daří připravovat zcela nové struktury a optimalizovat metody jejich přípravy s co nejlepšími výsledky. Všechny naše produkty jsou pak, díky kolegům z Akademie věd ČR, testovány na aktivitu ve snižování rozvoje rakovinných metastází a bakteriálních či virových infekcí.

Obr. 2: Příklady interakcí vznikajících v organismu pomocí vazby lektin-sacharid (šířka 215px) Samotná práce v naší laboratoři je velmi rozmanitá, fascinující, ale také trochu nebezpečná. Oproti klasické kuchyni, náš „papiňák“ zvládne až 200x vyšší tlak než je atmosférický, a to s použitím vodíku místo vzduchu, ústavní mikrovlnný reaktor je na obsluhu trochu náročnější, než klasická „mikrovlnka“ a největším naším nepřítelem je voda. Také je potřeba myslet na to, že led chladí, až pálí, a že některé látky mohou na vzduchu hořet. Z důvodů bezpečnostních i kolegiálních je důležité, aby byl každý člen týmu ohleduplný k ostatním a pohotový k případné pomoci.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 39550 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/sacharidy-jako-leky-na-smrt [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/sacharidy-jako-leky-na-smrt [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [39886] => stdClass Object ( [nazev] => Tajemná bakterie z mořského dna [seo_title] => Tajemná bakterie z mořského dna [seo_desc] => [autor] => Zuzana Ježková [autor_email] => Zuzana.Jezkova@vscht.cz [perex] =>

Moře a oceány skrývají mnohá tajemství. Jedním z nich jsou bakterie. V naší biotechnologické laboratoři se zabýváme bakterií Salinispora tropica. Tento oranžový mikroorganismus žijící v tropických vodách Karibiku produkuje pro člověka velmi zajímavé a léčivé látky. Díky své oranžové barvě můžeme předpokládat přítomnost karotenoidů. Co jsou karotenoidy? Jaké mají využití pro člověka? Který z nich se skrývá v této mikroskopické bakterii a v čem nám může pomoci? To vše zkusíme zodpovědět na následujících řádcích.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~BcFLFYAwDARAKysANygIkENeP5uXhvpBABI41Rgzu1TrNpwhyKDbKXBeaFaCo9C1beAhMbWvDx7qEutJlLCRUjl5Yxqr5np_.jpg [obsah] =>

Psal se rok 1989, kdy Salinispora tropica byla vyzdvižena z mořského dna a poprvé kultivována v laboratoři. Od té doby se mnohé změnilo. Zjistilo se, že na pohled oranžové kulaté kolonie Salinispory jsou pod mikroskopem viditelné jako vláknité spletence připomínající podhoubí hub. Také byla pozorována barevná změna kolonií a to ze zářivě oranžové na černou. K této transformaci dochází, když dojde k změnám životních podmínek, které nejsou slučitelné se životem. Dojde k takzvané sporulaci. V tom nás milé bakterie předběhli. Lidský život je o poznání křehčí.

V nedávné době byl pod vedením prof. Tomáše Brányika na fakultě potravinářské a biochemické technologie vytvořen studentský tým, jehož úkolem je prozkoumat tento zajímavý mikroorganismus. Co zatím víme, je, že „Sali“ vytváří ve svém organismu velmi zajímavé látky. Například takový Salinosporamid A, který byl izolovaný z této bakterie, je v současnosti testovaný v USA jako podpůrný prostředek při léčbě rakoviny tlustého střeva a lymfomů. Náš tým ale více zaujala přítomnost karotenoidů způsobujících oranžové zabarvení buněk. Karotenoidy jsou látky rozšířené hlavně v ovoci, zelenině, ale také v řasách a bakteriích. Používáme je v průmyslu, potravinářství a farmacii. Využívají se například jako barviva či konzervanty. Známé jsou také jako antioxidanty, což jsou látky příznivě působící na lidské zdraví. No jen si vzpomeňte, když Vám maminky říkali „Jez pěkně mrkvičku, budeš mít zdravá očička“. Za tuhle větu může již dobře známý ß-karoten.

V naší laboratoři se nám podařilo izolovat směs karotenoidů. Díky spolupráci s Dr. Michaelou Rumlovou jsme získali údaje o pozitivním antioxidačním účinku tohoto extraktu karotenoidů. Extrakt jsme testovali na lidských tkáňových buněčných liniích, například s rakovinou prostaty, jater či jícnu. Naším dalším úkolem je zjistit, zda tyto účinky má i samotný sioxanthin, který je hlavním karotenoidem produkovaným Salinisporou. Co myslíte, bude naše vědecké pátrání o povaze a účincích této látky úspěšné? Postaví se sioxanthin do první linie mezi ß-karoten, lutein či astaxanthin? To se možná jednoho dne dozvíme, ale zatím nás čeká ještě dlouhá cesta. Jedno však víme, naše detektivní pátrání pokračuje. Vždyť jak se to říká - „cesta je cíl“.

[poduzel] => stdClass Object ( [39887] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 39887 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 39886 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/tajemna-bakterie-z-morskeho-dna [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/tajemna-bakterie-z-morskeho-dna [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41539] => stdClass Object ( [nazev] => Nanoléčiva – genová terapie pod taktovkou nanodiamantů [seo_title] => Nanoléčiva – genová terapie pod taktovkou nanodiamantů [seo_desc] => [autor] => Ing. Marek Kindermann [autor_email] => Marek.Kindermann@vscht.cz [perex] =>

Významné pokroky v oblasti nanotechnologií a genového inženýrství nám v současné době umožňují proniknout hlouběji do podivuhodného světa nanorozměrů, kde se vlastnosti materiálů významně mění s jejich velikostmi a ve kterém se molekuly DNA či RNA stávají „lékem“. Kombinací nanočástic a funkčních DNA/RNA molekul je možné vytvořit nové léčebné systémy fungující na molekulární úrovni, které představují alternativu k současným metodám. Jednou z mnoha aplikací může být léčba rakovinných onemocnění, kterým v dnešní době rozumíme pouze omezeně. Standardně zavedené metody jako ozařování, chemoterapie, mikrovlnná hypertermie apod. nejsou vždy účinné, nebo vykazují mnoho vedlejších účinků. Stejně jako většina standardně zavedených přístupů i nanoléčiva mají svá úskalí. Odvrácenou stranou mince jsou obecná rizika spojená s používáním nanotechnologií a se zásahy na genové úrovni. Otázkou tedy zůstává, zda budou nanoléčiva spásným řešením, nebo další ekologickou katastrofou, kterou způsobili lidé.

[ikona] => [obrazek] => 0002~~808qOrywKjVbwTBRQVchODnj8MrcxJLM5OzDexXyDi_MLkotVkjLKc0H0smpeUd68w6vzchXyEvMy0_JTMxNzCspVShWKMgvK0rOyC_LLwUycypzU4uAyhTKiopLgEIA.png [obsah] =>

Genová terapie je fascinující metodou, která umožňuje zavedení genetické informace (DNA/RNA…) do nitra buňky, kde může plnit svou terapeutickou funkci. Na Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR v Dejvicích ve spolupráci s Mikrobiologickým ústavem AV ČR v Krči se skupina dr. Petra Cíglera a dr. Veroniky Benson a v ní i studenti z VŠCHT zaměřují na dopravování krátkých úseků DNA/RNA do vnitřku rakovinných buněk pomocí nanodiamantových částic (ND) s povrchovou polymerní vrstvou nesoucí kladný náboj (viz obr. 1a). Unikátními vlastnostmi nanočástic je jejich malá velikost a enormně velká plocha, kterou poskytují. Volba materiálu nanočástic pak určuje řadu dalších zajímavých vlastností. ND se vyznačují vysokou biokompatibilitou (tělo si takového materiálu takřka nebude všímat), či schopností produkovat fluorescenční záření po osvícení laserovým světlem (jistě si vzpomínáte na fosforescenční hvězdičky, které po nasvícení lampičkou ve tmě svítili na stropě – princip je obdobný). Zdrojem fluorescenčního záření mohou být bodové poruchy v krystalové mříži diamantu, které jsou záměrně ve struktuře vytvářeny. Těchto „nedokonalostí“ se pak v praxi využívá např. pro sledování polohy ND uvnitř buňky.

Bohužel nic není tak jednoduché, jak se zdá a ani ND nejsou výjimkou. Problém nastává již v okamžiku, kdy jsou ND vloženy do fyziologických podmínek (krev, plazma, fyziologický roztok, …). Takové prostředí zpravidla vyvolává jejich shlukování neboli agregaci a částečnou ztrátu jejich vlastností. Výsledkem je pak stav připomínající zrnka písku nasypaná do sklenice vody. Po krátké chvíli se všechna zrnka usadí na dně. Naproti tomu ND rozpuštěné v prostředí, které se jim zamlouvá (obr. 1b), mohou díky své velikosti dlouhodobě zůstávat v roztoku a jejich přítomnost lze ověřit prosvícením laserovým svazkem. Část paprsku se rozptyluje na jejich povrchu a v roztoku je možné okem pozorovat světelnou stopu.

V této chvíli přicházejí na řadu koloidní a syntetičtí chemikové, kteří na povrchu ND umí vypěstovat polymerní vrstvu chránící částice ve fyziologických podmínkách. Celý proces si můžeme představit jako vypěstování úhledného trávníku na zahradě, kde byla původně jen hlína. Zmíněná vrstva částice nejen chrání, ale propůjčuje jim i další užitečné vlastnosti. Jednou z nich je kladný náboj, který umožňuje elektrostatickou vazbu se záporně nabitými molekulami DNA/RNA a následný vstup do buněčného prostoru. Uvnitř buňky dochází k uvolnění funkčních DNA/RNA molekul z povrchu ND a započíná tak terapeutický proces.

Ačkoliv se takováto vize léčby může jevit jako nereálná, není to tak dlouho, co byly oficiálně schváleny první léčebné metody založené na genové terapii. To však nic nemění na faktu, že genová terapie i nanotechnologie skýtají potenciální rizika, která mohou mít fatální následky v globálním měřítku. Je proto potřeba veškeré kroky pečlivě a objektivně promýšlet.

Reference (obrázky):

[1]	REHOR, Ivan, Hana MACKOVA, Sergey K. FILIPPOV, et al. Fluorescent Nanodiamonds with Bioorthogonally Reactive Protein-Resistant Polymeric Coatings. ChemPlusChem 2014, 79(1), 21-24. DOI: 10.1002/cplu.201300339. ISSN 21926506.

Autor textu je doktorským studentem VŠCHT Praha působícím na ÚOCHB AV ČR a MBÚ AV ČR.

[poduzel] => stdClass Object ( [41540] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 41540 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 41539 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/41539 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [38720] => stdClass Object ( [nazev] => Anaerobní membránový reaktor pro recyklaci energie z městské odpadní vody [seo_title] => Anaerobní membránový reaktor pro recyklaci energie z městské odpadní vody [seo_desc] => [autor] => Petr Dolejš [autor_email] => Petr.Dolejs@vscht.cz [perex] =>

Čištění městských odpadních vod (OV) již neznamená pouze sanitaci urbanizovaných území, tj. likvidaci splašků. Městské odpadní vody jsou nevyčerpatelným zdrojem energie, cenných chemických látek a koneckonců i vody samotné. Tlak na aplikaci nových technologií pro nakládání s odpadními vodami se neustále zvyšuje. Jednak jde o zpřísňující se legislativní požadavky, jednak se s měnícím klimatem zvyšuje tlak na zdroje vody a dalších surovin (včetně zdrojů energie).

[ikona] => [obrazek] => 0001~~c8xLTC3KT8o7vFYhNzU3qejwwrz8ssN7FYpSE7NL8osA.jpg [obsah] =>

Dnešní technologie čištění městských odpadních vod jsou založeny na principu oxidace znečišťujících látek v OV, což je velice energeticky náročné. Tyto aerobní technologie (tzv. aktivační proces) navíc potenciální obnovitelné zdroje z OV odstraňují a znemožňují jejich zpětné využití. Například průměrná spotřeba energie v Česku (rok 2015) na vyčištění 1 m³ OV byla dle MZe vyčíslena na 16,- Kč (medián).

Naším cílem je vyvinout technologii založenou na odlišném přístupu k čištění OV. Aplikací anaerobní technologie, jako jsou UASB nebo IC reaktory a různé jejich modifikace, je možné již dnes recyklovat energii z OV při procesu jejího čištění. Tyto technologie jsou však zpravidla aplikovány v regionech světa s vyšší průměrnou denní teplotou (nad 20 °C) a v legislativně méně regulovaném (nenáročném) prostředí (např. Jižní Amerika, Indie, Čína). Přímé využití anaerobních technologií v podmínkách klimaticky „chladné“ střední Evropy bylo dosud nemyslitelné, protože při nižší teplotě nedokáží garantovat potřebnou kvalitu odtoku.

S rapidním nástupem nových materiálů na trh je možné konstruovat membrány, jejich aplikací spolu s anaerobní technologií vznikne tzv. Anaerobní Membránový Reaktor (AnMBR). Ten je schopen zaručit při správném provozování dokonalou kvalitu odtoku a přitom zajistit potřebné prostředí pro růst a aktivitu anaerobních bakterií (retence biomasy uvnitř systému). AnMBR jsou dosud s úspěchem aplikovány v průmyslu ve vyspělém světě, na koncentrované a teplé proudy OV, ze kterých recyklují energii a vyčištěná odpadní voda může být recyklována jako voda provozní.

Jedinečnost námi vyvíjené technologie spočívá v aplikaci tohoto typu reaktoru na městské OV, tedy na relativně zředěný a studený proud OV o značných průtocích. Při teplotě OV typicky pod 15 °C je aktivita anaerobní biomasy limitována a tím i efektivita čištění OV a produkce energie v podobě methanu – energeticky bohatého plynu.

Před 4 lety jsme zkonstruovali v laboratoři jednoduchý anaerobní reaktor (typ UASB), na kterém jsme testovali účinnost čištění reálné městské odpadní vody při 15 °C. K tomuto reaktoru jsme o dva roky později přidali námi vyrobený membránový modul, kdy samotný materiál membrány nám pro vědecké účely zapůjčili v zahraničí. Během ročního laboratorního testování, kdy jsme dle reálných dat identifikovali limity a perspektivy takového systému a jeho energetickou náročnost, jsme navrhli a sestrojili poloprovozní model o objemu 3 m³, určený na testování přímo u zdroje OV – na reálné ČOV. Tento model je v zásadě zmenšeninou opravdové ČOV, tedy jak by taková inovativní, moderní ČOV mohla v blízké budoucnosti vypadat, s kompletním řídícím systémem, automatizací a bezpečnostními prvky.

V únoru 2017 jsme spustili tuto finální fázi aplikovaného výzkumu na plzeňské ČOV provozovalele Vodárna Plzeň, a.s.

Zásadní výhodou námi vyvinuté technologie je schopnost recyklovat energii z OV, namísto jejího nákladného odstraňování aktivačním procesem. Organické látky (znečištění) jsou činností anaerobních bakterií převedeny na bioplyn (methan), a ten lze energeticky využít. Zvýšené náklady na provoz membrán jsou kompenzovány anaerobním způsobem čištění, tedy úsporou na dodávce vzduchu. Neméně důležitým faktem je kvalita odtoku. Ten je vlivem membrán (dokonale zbaven nerozpuštěných látek) přímo předurčen k autotrofnímu odstraňování dusíkatého znečištění, tedy moderním a levnějším způsobem biotechnologie Anammox®, než je tomu dnes na naprosté většině ČOV po celém vyspělém světě.

[poduzel] => stdClass Object ( [38721] => stdClass Object ( [nadpis] => Anaerobní membránový reaktor - galerie [iduzel] => 38721 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 38720 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/38720 [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/38720 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [39314] => stdClass Object ( [nazev] => Exkurze do kompostárny za provozní praxí [seo_title] => Exkurze do kompostárny za provozní praxí [seo_desc] => [autor] => Klára Vondráková [autor_email] => klara.vondrakova@vscht.cz [perex] =>

Kompostování je způsob nakládání s biologicky rozložitelnými odpady (bioodpady), kdy dochází k jejich opětovnému materiálovému využití v podobě kompostu. Dle své kvality může být kompost opět navrácen do půdy, např. v rámci městské zeleně nebo jako hnojivo prodejem mezi občany. Technologie kompostování je poměrně jednoduchá, nejdůležitější je hlídat správný poměr vstupních materiálů, neboť kompost se nevytvoří pouze z trávy. Hlídá se poměr C:N, který má být 25-30:1, a dále proces provzdušňování již zpracovávaného bioodpadu. Kromě klasického komunitního kompostování na pásových hromadách (viz obr. 1)existují ještě tzv. aerobní fermentory. Tyto uzavřené boxy proces kompostování urychlují tím, že je do nich intenzivně vháněn vzduch. Zároveň se zde dosáhne teploty 70°C, při které dochází k odstranění patogenních bakterií, jako např. salmonela nebo escherichia coli.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwtFIoODozNTu_4PDCssQjvQqPGiYrZKVm5Ctk5CSW5R1em6uQfHhtTmouUFChoCi_rCql9OjCvCOzgVIKuYklqUWZhxfmlAIA.jpg [obsah] =>

Dříve kompostování zvládla každá zahrádka a obecně se vědělo, že provzdušňování, tedy přehazování kompostu, zajistí jeho správnou přeměnu na onu černou hmotu. Nyní je v módě kompostování v domácích kompostérech. Na trhu je možnost i vermikompostování, při kterém je přeměna odpadu na kompost zajištěna pomocí žížal (např. kompostuj.cz). Pokud doma nechcete mít kompostér, jako další možnost se nabízí vyhodit kuchyňské zbytky do příslušné hnědé popelnice, která je odvezena na kompostárnu. Tento systém sběru bioodpadu ovšem není zaveden všude v České republice. Legislativní a dotační podpora kompostování, jak domácího, tak i komunitního v kompostárnách, napomohla tomu, že hnědé popelnice jsou v ulicích stále více vidět. Mezi podporující programy patří i OPŽP (Operační program životní prostředí), který na období 2014 -20 v ose 3.2.2. “Výstavba a modernizace zařízení pro materiálové využití odpadů“ vyhradil 103 398 977 Euro.

V rámci výuky na Ústavu Ochrany Chemie Prostředí (ÚCHOP) se pravidelně konají exkurze do provozních zařízení tak, aby studentům byla ukázána praxe způsobů nakládání s odpady. Mezi tyto exkurze byla zařazena i komunitní kompostárna Želivec, která zpracovává cca 15 000 t bioodpadu ročně. Celá plocha kompostárny, tedy skoro 13 000 m², je vybetonovaná. Na ní dochází k uložení přijímaného odpadu, jeho třídění, následně převezení do fermentační haly a po té vyskládání na pásové hromady.

Mezi praktické věci, které jsme na kompostárně viděli, patří jednoznačně její technologické vybavení. K hlavním patří nakladač, který zajišťuje každodenní manipulaci s bioodpadem. Dále drtič, který drtí a míchá bioodpad. Důležitý je i překopávač, který provzdušňuje pásy bioodpadu. Pro třídění a síťování je používán prosévač. Všechny tyto stroje ovšem denně spotřebují množství pohonných hmot, takže ekologická stopa kompostárny není zas tak úplně čistá.

Zajímavá byla i specifická řešení kompostárny. Mezi ně patří především hala, kterou běžná komunitní kompostárna nemá. Do haly vstupuje bioodpad a zde zůstává 21 -28 dní, během kterých dosáhne materiál teploty 70 - 80 °C. Teplota je monitorována elektronicky a funguje zde i systém zpětného zkrápění. Na odbourání zápachu je k hale připojen biofiltr, který funguje na základě přirozených biochemických procesů a byl postaven kompostárně na míru. Po hale je materiál vyskládán do pásů na zpevněnou plochu, kde ještě dozrává 4 měsíce, jako na klasické kompostárně.

Ojedinělý je způsob prodeje výstupního kompostu, který je volně pod zakrytou střechou a lidé si jej mohou v libovolném množství sami nabrat. Kompostárna navíc nabízí dva druhy substrátu zahradní a zeleninový. „První dva roky nebyl o kompost vůbec zájem, ale postupně se lidé naučili si jej kupovat. “ říká pan Žilík, který nás kompostárnou mile provázel. I ostatní kompostárny se potýkají s nezájmem o kompost a problémy při jeho odbytu. Čeští zemědělci si bohužel zvykli používat umělá hnojiva a cena kompostu a náklady na jeho zapracování do půdy se umělým hnojivům nevyrovnají. Mezi dalšími odběrateli jsou i městské části, které používají substrát na plochy městské zeleně.

Další úskalí kompostování je ne-čistota vstupního bioodpadu. Lidé často vytřídí svůj kuchyňský bioodpad, ale do popelnice jej vloží v sáčku. Ten se postupem času rozpadá, a pokud není vyndán z odpadu zavčasu, je náročné je jednotlivě malé kousky vybrat. Dále lidé míchají do bioodpadu i textilie a z větších provozoven jsou zde kameny a zeminy či dokonce betony. I když logicky jsou pařezy ze dřeva, jejich kořeny jsou často obaleny kamením, a proto nelze pařezy kompostovat. Pařezy jsou tedy přijímány, ale jejich výkupní cena je nejvyšší: 1500 Kč/tunu. Oproti tomu bioodpad je přijímán za 300 – 400 Kč/tunu.

Obr. 2: biofiltr – slouží k odstranění zápachu S bioodpady ze zahrad a městské zeleně souvisí i sezónnost jejich množství. Nejvíc e jich je v na jaře a na podzim. V sezóně je na kompostárně zaměstnáno 5 lidí, mimo sezónu 2 – 3.

Závěrem jsme usoudili, že kompostování jako nakládání s bioodpadem je technologicky nejjednodušší způsob nakládání s bioodpady. Finančně jsou náročné obsluhující stroje (pořízení, servis, pojištění, pohonné hmoty, elektřina) a hlavním problémem je čistota vstupujícího bioodpadu. Odbyt kompostu má kompostárna Želivec vyřešený, ale obecně není o tento velmi cenný materiál zájem.

Pro zájemce bychom doporučili více informací na www.zera.cz. Je zde připraven cyklus 12 ti seminářů "Od odpadu k produktu s vysokou přidanou hodnotou". Tyto semináře jsou zdarma.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 39314 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/exkurze-do-kompostarny [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/exkurze-do-kompostarny [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [39210] => stdClass Object ( [nazev] => Není droždí jako droždí [seo_title] => Není droždí jako droždí [seo_desc] => droždí, výzkum VŠCHT [autor] => Petra Šalamúnová [autor_email] => petra.salamunova@vscht.cz [perex] =>

Pekařské droždí je možné využít nejenom v kuchyni, ale taky ve vědě. Z živých kvasinek se postupným vymýváním odstraní jejich vnitřek a použije se jenom zbylá skořápka. Obaly z kvasinek jsou vhodné nosiče různých látek, hlavně léčivých. Uvedené částice jsou vychytávány buňkami lymfatického systému a tak je léčivo dopravené do místa zánětu. V budoucnosti by se mohly podávat lidem ve formě tabletek a působit proti zánětlivým onemocněním jako jsou Crohnova choroba, ulcerózní kolitida a jiné.

[ikona] => [obrazek] => 0002~~C05MTs5ILMrPrUxOLVZITi1KLcsszkxMVdDILksszszLrtRU0FXITc07uvDwWoWqsiOzS44uTM07vBYA.jpg [obsah] =>

Každý si vzpomene na babiččiny buchty se švestkovými povidly a jejich vůni při nedělním obědě. Většinu také napadne, že za chutné kynuté těsto mohou kvasinky. A nejen za lahodné buchty, ale také za tekutý chléb národa - pivo - jsou zodpovědné pivní kvasinky. Ale kdo by řekl, že malá kostička droždí může mít i jiné uplatnění než v pekařství a pivovarnictví? Tým pana profesora Štěpánka vás může přesvědčit o tom, že obyčejné droždí má mnohem sofistikovanější použití.

Takže, pěkně postupně - co to vlastně droždí je? Jsou to okrouhlé kvasinky rodu Saccharomyces cerevisiae, které pod mikroskopem vypadají jako hrozinky s pupíkem. V podstatě jsou to houby titěrných rozměrů (mikrometry). Samotné kvasinky po styku s lidským tělem vyvolávají nabuzení imunitního systému. Což může být žádoucí, zejména když člověk často trpí opakovanými nemocemi. Všeho ale moc škodí, proto při slabší aktivitě imunitního systému může dojít k přemnožení kvasinek, a to se projeví jako nemoc zvaná mykóza.

Moudré hlavy však napadlo použít jen určitou část z kvasinek. Kvasinky mají na povrchu buněčnou stěnu a uvnitř cytoplazmu s buněčnými organelami. Když se použije pouze buněčná stěna, skořápka z kvasinek, nevyvolá to v lidském těle imunitní odpověď.

Jak se ale dostat jen ke skořápkám z kvasinek? Vědci vymysleli postup, kterým se odstraní jen vnitřní části kvasinek a zůstává povrchová část - buněčná stěna. Postup spočívá ve vymývání obyčejného pekařského droždí zásadou, pak kyselinou a nakonec organickými rozpouštědly jako je isopropanol a aceton.

Zní to jako drastický způsob, ale konečným výsledkem jsou už uvedené skořápky. Ty se vysoušejí, až nakonec zůstane suchý bílý prášek.

Jednou z dalších výhod těchto skořápek je, že jsou pórovité. Díky pórům do skořápek mohou proniknout jiné látky a uchytit se uvnitř. I když jsou získané obaly poměrně malé, mají celkem velkou kapacitu pro uchycení různých látek (třeba i léčivých).

A teď se dostáváme k podstatě využití připravených obalů z kvasinek. Jejich využití je jako pomocný transportní obal pro jiné / léčivé látky do lidského těla.

Obaly s látkou uvnitř jsou podávané perorálně, tj. ústy do trávicího traktu. V tenkém střevě jsou částice zachytávané buňkami lymfatického systému jako makrofágy, monocyty dendritickými buňkami. Lymfatický systém je v tenkém střevě kvůli tomu, aby se při trávení potravy nedostaly nebezpečné organismy do lidského těla.

Saccharomyces cerevisiae (kvasinky) - větší zvětšení (šířka 215px)

Proč buňky lymfatického systému zachytávají částice z kvasinek? Zbylé buněčné obaly z kvasinek jsou po chemické stránce složeny z beta glukanu, což jsou cukerní jednotky glukózy spojené v řetězci. Tato chemická struktura umožňuje aktivaci receptorů na povrchu lymfatických buněk. Proto se částice v tenkém střevu zachytí a neprojdou do dalších částí trávicího ústrojí. Makrofágy pohltí částice s léčivem, a protože je uvnitř makrofágů kyselé prostředí, dochází k rozkladu částic a uvolnění léčiva.

Další otázka, která vás může napadnout, je, k čemu se obaly z kvasinek budou využívat? Odpověď je jednoduchá. Makrofágy se mimo jiné vyskytují v zánětech. Z toho vyplývá, že je vhodné do připravených kvasinkových částic dát protizánětlivá léčiva a využít je k terapii zánětlivých onemocnění. V budoucnosti by se mohla takovým způsobem léčit onemocnění jako střevní zánětlivé ochoření (Crohnova choroba, ulcerózní kolitida), ateroskleróza nebo revmatoidní artritida.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 39210 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/neni-drozdi-jako-drozdi [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/neni-drozdi-jako-drozdi [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [38870] => stdClass Object ( [nazev] => Co dělá skládka, když spí? [seo_title] => Co dělá skládka, když spí? [seo_desc] => [autor] => Klára Vondráková [autor_email] => klara.vondrakova@vscht.cz [perex] =>

Skládkování je velkým tématem odpadového hospodářství. Skládky obvykle přijímají odpad několik desítek let. Co se ale se skládkou stane, když už se odpad nenaváží? Jaký má uzavřená skládka vliv na životní prostředí? V textu se dozvíte, jak emise ze skládek ovlivňují životní prostředí a jak s nimi lze nakládat, např. o možnosti odstraňování přes tzv. biofiltr.

[ikona] => [obrazek] => 0002~~S8rMT8vMKSkyAgA.jpg [obsah] =>

Po uzavření skládky následuje rekultivace. Cílem je zabezpečení místa a vytvoření vhodných technických podmínek pro následné využití území. Rekultivace začleňuje již nevyužívanou skládku zpět do krajiny tak, aby se omezily negativní vlivy na životní prostředí. Ideálně také umožní přiměřené využití území pro další účely. Po ukončení rekultivace následuje další období následné péče, které je v Evropské unii stanoveno na 30 let. Během této doby se musí uzavřená skládka monitorovat a vyhodnocují se tři nejdůležitější ukazatele. Za prvé jde o emise plynů, které skládka kvůli svému složení produkuje. Tyto emise zachycují v atmosféře energii původně pocházející ze Slunce, a tím přispívají ke skleníkovému efektu (Obr. 1). Druhý ukazatel je výluh, neboli skládková voda, která vzniká z odpadů samotných a i vlivem dešťové vody. Jako třetí faktor se sleduje sedání skládky, kdy vlivem času dochází k postupnému zmenšování objemu odpadu.

Mezi zajímavou oblast patří zmíněné emise plynů ze skládky. Lze je jímat a jedním ze způsobů zpracování je energetické využití v kogenerační jednotce. V té se vyrábí kombinovaně elektrická energie a teplo a tím dochází i k ekonomickému využití plynu. Ovšem kvalita skládkového plynu není dostatečná po celou dobu, obzvlášť když je již skládka uzavřená. V této fázi zbývá skládkový plyn pouze zneškodňovat bez využití energie. Legislativa nabízí dvě možnosti – spalováním na fléře nebo přes aktivní biooxidační jednotku (biofiltr, obr. 2). Fléra (či tzv. polní hořák) je hořící pochodeň, která se většinou používá jako nouzové- nebo krátkodobě nutné zařízení. Navíc při spalování vznikají se vzrůstající teplotou další emise NO_X. Oproti tomu je biofiltr samostatně fungující jednotka, která nevyžaduje častou kontrolu. Jde o přirozený proces odbourání methanu pomocí bakterií. Ty jsou osídleny v horní části biofiltru. Spodní část biofiltru je vyplněná koksem. Ta má za účel tlumit výkyvy barometrického tlaku. Díky tomuto složení se často biofiltry nazývají kokso-kompostové.

Samotný biofiltr je navrhován podle produkce skládkového plynu dané skládky. Do biofiltru ústí svodné potrubí plynu. Obvykle je zapuštěn do povrchu skládky, a tak ani nenarušuje její vzhled. Údržba není náročná, každé 2-3 roky se materiál vymění za nový. Měření na biofiltru probíhá dle legislativy 2 x ročně, a to nad jeho těsným povrchem. Výhodou biofiltrů je nízká pořizovací cena.

V České republice je instalováno okolo 20 biofiltrů. Na jejich propagaci se podílel Ústav pro výzkum paliv, který dokonce sestavil první plnoprovozní biofiltry na skládkách. I ve světě se biofiltry hojně používají a s provozem je řada pozitivních zkušeností.

Další pracoviště, které se věnuje výzkumu biofiltrů, je Ústav Chemie Ochrany prostředí (ÚCHOP) na Vysoké škole chemicko-technologické (VŠCHT) v Praze. Zde probíhá výzkum na posouzení účinnosti biofiltrů, jednak laboratorně a jednak i měřením na provozních biofiltrech. Různé biologicky aktivní materiály se liší svoji účinností. Dále se sleduje vliv teploty a vlhkosti. Cílem je prověřit biologicko-chemické děje v biofiltrech a případně jej optimalizovat. ÚCHOP je i členem mezinárodní profesionální skupiny TG CLEAR, která se zabývá výhradně biofiltry. Tím je výzkum probíhající na VŠCHT v kontaktu s nejnovějšími informacemi ze zahraničního výzkumu.

[poduzel] => stdClass Object ( [38884] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 38884 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 38870 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/38870 [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/38870 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [28513] => stdClass Object ( [nazev] => Odhalte 5 nejzákeřnějších jedů současnosti [seo_title] => Odhalte 5 nejzákeřnějších jedů současnosti [seo_desc] => [autor] => Jan Havlík [autor_email] => Jan.Havlik@vscht.cz [obsah] =>

Existují prvky a sloučeniny, se kterými se nejspíše za celou svou kariéru nesetkáte. Buďte za to rádi. Mohlo by to skončit rychle a bolestivě.

Pavučinec plyšový

V padesátých létech minulého století zasáhla Polsko záhadná epidemie, která za sebou zanechala jedenáct mrtvých a desítky dalších obětí s doživotními následky. Její příčinu se velmi dlouho nedařilo najít. Jako překvapivý viník byl nakonec polským lékařem Stanisławem Grzymalou určen pavučinec plyšový – asi 5 cm velká hnědá houba považovaná do té doby za zcela neškodnou. I přes to, že je její jedovatost srovnatelná s muchomůrkou zelenou, první příznaky otravy se projevují až po velmi dlouhé době. Ze začátku navíc připomínají spíše chřipku. K počáteční zimnici, žaludeční nevolnosti a bolesti hlavy a svalů se postupně přidává i pocit žízně a bolest v kříži. S pokračujícím časem je také původně častá potřeba na močení vystřídána její úplnou absencí. Krátce poté nastává smrt v důsledku úplného selhání ledvin. Léčba je úspěšná pouze v případě časného lékařského zásahu. Otrava tak bývá z důvodu neurčitých příznaků často rozpoznána až příliš pozdě.

ilustrační obrázek: https://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Cortinarius_orellanus_2.JPG

Pavučinec plyšový

Síran thallný

Tato látka je odpradávna označována za ideální jed travičů. Jedná se o bezbarvou, ve vodě snadno rozpustnou sůl bez chuti a zápachu. Pouhá čajová lžička postačí ke smrtelné otravě několika desítek lidí a její identifikace je obtížná. První příznaky akutní otravy se objevují do několika hodin intenzivním zvracením, průjmem a silnou bolestí břicha. Během následujících dnů se objevuje též pálivá bolest v rukou a nohou připodobňovaná k chůzi po rozžhaveném uhlí. Oběť otravy zpravidla umírá pomalou a bolestivou smrtí na zástavu srdce. Oběť však nemá zcela vyhráno, ani pokud dávka jedu nebyla dostatečná. Během dvou až tří týdnů po otravě dochází k náhlé a rychle se rozvíjející ztrátě vlasů, bolesti v krku a ústech, vyrážkám a různým dlouhé roky přetrvávajícím neurologickým poruchám. Léčba je plně účinná pouze v prvních hodinách po podání jedu. Po vyvolání zvracení je otrávenému podávána směs aktivního uhlí a pruské modři, která má schopnost na sebe thallné ionty bezpečně navázat.

ilustrační obrázek: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%22Kill_The_Rat..._The_Most_Destructive_and_Dangerous_of_Animal_Pests..._Poison_Rats._Trap_Rats._Never_let_one_go...%22_-_NARA_-_512723.jpg

Thallium bylo používano i jako účinná látka jedu na krysy.

Benzo[a]pyren

První zmínky o schopnosti některých chemických látek vyvolávat nádorové bujení se objevují již v druhé polovině 18. století, kdy si zkušený chirurg Parcivall Pott povšiml podezřele častého výskytu vzácné rakoviny šourku mezi londýnskými kominíky. Jednalo se často o malé chlapce, kteří se díky svým drobným rozměrům zvládali snadno protáhnout i úzkými komíny. Pott si uvědomil možnou souvislost mezi dlouhodobým kontaktem se sazemi z komínů a vznikem této choroby. Předpokládal však, že důvodem je pouze chronické podráždění pokožky. Měl pro to svědčit i velmi volný vztah kominíků k intimní hygieně. Skutečnou příčinu se podařilo identifikovat až v roce 1933. Byl jím polycyklický aromatický uhlovodík benzo[a]pyren, vznikající při nedokonalém spalování organických látek. Následné laboratorní testy na myších odhalili, že pouhé 4 miligramy této látky vstříknuté pod kůži způsobí během 18 týdnů u všech pozorovaných jedinců vznik rakovinného bujení. Benzo[a]pyren je v současnosti považován za jednu z hlavních příčin vzniku rakoviny plic v důsledku kouření. Epidemiologicky byla prokázána také souvislost s jeho přítomností ve smaženém a grilovaném mase a vznikem rakoviny tlustého střeva. Úplná obrana před ním však není jednoduchá. Vzniká totiž také ve velkém množství ve spalovacích motorech automobilů a při nedokonalém spalování. Najdeme ho tedy například i v kouři vonných tyčinek. Tento tichý zabiják proto číhá všude kolem nás a má každý rok na celém světě na svědomí nejspíše až několik milionů lidských životů.

Ilustrační obrázek: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Benzopyrene_DNA_adduct_1JDG.png

Benzo[a]pyren způsobuje vznik nádorového bujení navázáním se na molekulu DNA

Dimethylrtuť

Středa 14. srpna 1996 začala pro profesorku Wetterhahnovou jako běžný pracovní den. Chystala se právě studovat interakci DNA s rtuťnatými ionty. Jako standard k přesnému měření používala malé množství organokovové sloučeniny nazývané dimethylrtuť. Přesně podle protokolu těkavou kapalinu v ampulce nejprve ochladila v ledové vodě, čímž snížila její těkavost a poté opatrně v digestoři přenesla pipetou potřebné množství do zkumavky. Zbytek obsahu ampule pečlivě uzavřela a vše důkladně očistila. Za necelý rok poté Karen Wetterhahnová zemřela na otravu rtutí.

Příčinou se ukázala být drobná kapka dimethylrtuti, kterou si potřísnila při manipulaci své latexové rukavice. Ta během několika sekund pronikla skrz tenkou vrstvu latexu a vstřebala se hluboko do její pokožky. Prvních znepokojivých příznaků si Karen povšimla až v lednu roku 1997. K nepříjemnému mravenčení v prstech na rukou a nohou se začala přidávat i ztráta rovnováhy a periferního vidění. Testy krve ukázaly, že koncentrace rtuti v jejím těle osmdesátkrát překračuje smrtelnou dávku. O čtrnáct dní později upadla Karen do kómatu, ze kterého už se neprobrala. Stala se tak jednou z mnoha tisíc zaznamenaných obětí tohoto extrémně účinného neurotoxinu, který z důvodu velmi dobré rozpustnosti v tucích snadno proniká skrz pokožku i sliznice a postupně se hromadí v nervových tkáních včetně mozku, kdy způsobuje chronickou otravu. V okamžiku, kdy projeví první symptomy, už proto bývá příliš pozdě na účinnou léčbu.

ilustrační obrázek: http://www.chm.bris.ac.uk/motm/dimethylmercury/gloves.gif

Dimethylrtuť snadno proniká i přes ochranné rukavice

Polonium

Tento radioaktivní prvek s 33 známými izotopy byl objeven manžely Curieovými již v roce 1898. Jeho první zaznamenanou obětí se pravděpodobně stala jejich dcera, Irène Joliot-Curie, která se ve své dizertační práci poloniem zabývala. Mezi nejznámější otravy však patří spíše vražda Alexandra Litviněnka. Tento bývalý agent byl otráven 1. listopadu 2006 v Londýně na schůzce se dvěma bývalými kolegy z KGB. Smrtelná dávka jedu byla Litviněnkovi podána výstřikem spreje do jeho čajové konvičky. První zdravotní potíže se u něj projevily už po několika hodinách silným průjmem a zvracením. O dva dny později byl hospitalizován ve vážném stavu v nemocnici s podezřením na otravu thalliem. Pro tu svědčila i ztráta vlasů. Během následujících tří týdnů se jeho zdravotního stav postupně zhoršuje. Silně pohublý Litviněnko je umístěn na jednotku intenzivní péče, kde krátce na to umírá. Pravá příčina jeho úmrtí byla odhalena teprve pár hodin před jeho smrtí, na základě analýzy radionuklidů v jeho moči. Pozdější přesnější měření prokázala v Litviněnkově těle přibližně 10 mikrogramů izotopu polonia 210, tedy množství, které více než stokrát překračuje jeho smrtelnou dávku. Volba tohoto izotopu polonia ke spáchání vraždy byla důkladně promyšlená, neboť se polonium 210 na rozdíl od ostatních izotopů rozpadá takřka výhradně za vzniku alfa částic, které jsou nezaznamenatelné běžnými detektory a zároveň způsobují živé tkáni největší poškození. Jeho poločas rozpadu je navíc pouhých 138 dní. Jeho množství v těle tedy velmi rychle mizí a již po několika letech ho není možné jakkoliv identifikovat.

Ilustrační obrázek: http://estaticos03.elmundo.es/elmundo/imagenes/2006/11/25/1164449771_extras_ladillos_1_0.jpg

Alexandr Litviněnko

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 28513 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/28513 [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/28513 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [37852] => stdClass Object ( [nazev] => Tablety a kapsle [seo_title] => Tablety a kapsle [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [perex] =>

Tablety a kapsle jsou nejrozšířenějšími a především nejoblíbenějšími lékovými formami. Nenechte se ale mýlit, i přesto, že by se mohlo zdát, že jejich výroba neklade zvýšené nároky na sterilitu a je v podstatě levná a jednoduchá, dokáže i tato technologie připravit farmaceutům nejednu bezesnou noc. Začněme ale pěkně od začátku…

[ikona] => [obrazek] => 0001~~K849MrtYwTU3OT-3oCi1uFhBW8ExtSi_ODNHwVBBVUEjJT8pUSH38Nri1LzDaxUMDQwMFHIz8zQB.png [obsah] =>

Tablety patří mezi perorální lékové formy, tedy takové, které jsou pacientovi podávány ústy. Z fyzikálního hlediska jsou tablety vlastně pevné výlisky, které vznikají slisováním prášků nebo granulátů. Ty obsahují kromě účinné látky také látky pomocné, které jsou přidávány podle své funkce. Některé jen vyplňují hmotu tablety, protože množství účinné látky je často tak miniaturní, že by z něj v podstatě ani nebylo možné slisovat tabletu hmatatelné velikosti. Další látky drží tabletu pohromadě, zajišťují její rozpad v organismu nebo pomáhají právě během výrobního procesu. Pomocné látky mají tedy nejrůznější funkce, ale obecně jsou to látky, které v daném množství a aplikační cestě nemají vlastní terapeutický účinek. Tedy neléčí. Jen pro zajímavost, na světě jich existuje přes 6000.

Připravená tabletovina pak putuje do tabletovacího lisu, v němž se musí z násypky dostat do tzv. matrice (otvoru ve tvaru tablety), kde je pomocí razidel vylisována hotová tableta. Nejmodernější, plně automatizované stroje dokážou vyprodukovat až milion tablet za hodinu. A to už je pořádná rychlost. Proto se také musí tabletovina do matrice rychle a hlavně plynule sypat.

Pomocné látky, které pomáhají zlepšovat sypání práškové směsi ze zásobníku do násypky a následně do matrice tabletovacího lisu, se ve farmaceutické hantýrce nazývají kluzné látky. A najdete je ve složení každé tablety. Většinu prášků ve farmacii totiž představují velmi jemné prášky s částicemi v řádu mikrometrů, které se sypou jen velmi neochotně. Vypadá to asi tak, jako kdybyste se snažili nasypat hladkou mouku do mísy úzkým trychtýřem. A právě špatná tokovost dělá technologům vrásky, protože nerovnoměrné dávkování je příčinou produkce hmotnostně či – ještě hůře – obsahově nestejnoměrných tablet. Jistě si dokážete představit, co by farmaceutická firma musela vysvětlovat, pokud by jeden pacient v lékárně obdržel balíček s tabletkami s dvojnásobnou dávkou účinné látky, zatímco druhý by si koupil placebo. A to by to ještě nebyl zas tak velký problém u Ibalginu, oproti důsledkům obsahové nerovnoměrnosti u léku na psychické poruchy.

Reálně se to samozřejmě nemůže stát, protože celá farmaceutická výroba je velmi přísně kontrolována. Nicméně pokud prášek špatně teče a finální produkt nesplňuje požadavky na kvalitu, nemůže být z výrobního závodu propuštěn na trh. Následně může chybět pacientům a z pohledu farmaceutické firmy dochází k ekonomickým ztrátám a samozřejmě i k poškození dobrého jména.

Jak tedy připravit dobře tekoucí prášek? To je otázka, kterou se zabývá doktorandka Diana Majerová pod vedením doc. Petra Zámostného na Ústavu organické technologie (FCHT). Jednou z možností je převést prášek na tzv. granulát, tedy upravit ho do hrubších částic. Některé prášky jsou však citlivé na vlhkost či vysoké teploty, kterým je granulát vystaven při sušení, a proto je nutné mít v záloze i jinou variantu, například použití vhodné pomocné kluzné látky.

Mezi kluzné látky patří také Aerosil neboli koloidní oxid křemičitý, který je jedním z nejběžněji používaných klouzadel ve farmaceutickém průmyslu. Aerosil je nadýchaný prášek s velmi nízkou sypnou hustotou. Pokud si tedy objednáte 5 kg tohoto prášku, obdržíte překvapivě veliký pytel plný nadýchané hmoty. Další pozoruhodnou vlastností tohoto prášku je jeho obrovský specifický povrch cca 200 m²/g, což je přibližně rozměr tenisového hřiště! Díky těmto vlastnostem je tento prášek schopný působit již v malém množství. Ve směsi s jinou látkou se Aerosil dokáže navázat na její povrch, redukovat Van der Waalsovy síly a také vyhlazovat povrch částic, čímž se snižuje mezičásticové tření. To vše ve výsledku vede k tomu, že se prášek lépe sype.

Další zajímavou vlastností Aerosilu jako materiálu je fakt, že jeho částice existují ve formě aglomerátu a na primární částice o velikosti v řádech nanometr se rozpadají teprve při mísení. Je tedy důležité trefit optimální čas, kdy je Aerosil ve směsi dostatečně rozmíchán, ale zároveň se to – lidově řečeno – nesmí přehnat, protože by jinak došlo k segregaci, tedy odmísení. Kvůli výše uvedeným důvodům se tedy Aerosil přimíchává k farmaceutickým směsím vždy až v posledním kroku.

Každopádně, i přesto, že použití kluzných látek není žádnou novinkou, naopak spíše tradiční metodou, neexistuje žádný certifikovaný postup, jak určit vhodné množství Aerosilu a dobu jeho mísení s tabletovinou, resp. granulátem. Pro každou směs totiž existuje optimální nastavení těchto parametrů, při kterém je zlepšení tokových vlastností této směsi nejvýznamnější. Ve farmaceutických provozech se však doposud vše odehrává stylem „pokus-omyl“, což je nejen časově, ale i finančně značně nákladné. A ne vždy se tak využije maximální potenciál Aerosilu. „Proto se snažíme navrhnout jednoduché a rychlé testování, kterým by každý prášek smísený s kluznou látkou prošel, a které by ukázalo, zda jsou parametry vhodně nastavené,“ vysvětluje Majerová.

„Pro testování jsme vybrali dvě běžně používané pomocné látky – mikrokrystalickou celulózu a dihydrát hydrogenfosforečnanu vápenatého. Obě látky slouží jako plniva, doplňují objem tablet a v tabletě jich je až přes 80 % – tvoří tedy majoritní část objemu. Tyto látky mísíme s Aerosilem v různých poměrech a změny v tokových vlastnostech směsi vyhodnocujeme pomocí práškového rheometru, na který si ,chodíme sednout‘ do Ústavu chemických procesů AV ČR v pražském Suchdole.

Samozřejmě že každá tabletovina má jiné parametry, především velikost primárních částic. Proto naše modelové látky rozsítováváme na různě velké frakce, abychom zjistili, jak právě velikost primárních částic může ovlivnit funkci Aerosilu. Důležitá je také doba mísení směsi, a tak prášky mixujeme v různých intervalech – ten nejmenší je 1 minut, ten největší 1000 minut, což je víc než 16 hodin! Všechny připravené směsi testujeme na rheometru a sledujeme vliv jednotlivých parametrů na to, jak moc dobře bude prášek téct z násypky do tabletovacího lisu.

Všechny výsledky se snažíme zobecnit a vypozorovat z nich nějaké trendy. A řekla bych, že se nám to daří!“ doplňuje Diana Majerová. „Máme už samozřejmě nějaké názory na to, jak se Aerosil ve směsích chová a jak na něj působí například tvar nosné částice. Hypotézy jsou však stále jen hypotézy, pokud k nim nemáte důkazy. A tak se na směsi prášků s Aerosilem koukáme také pod elektronovým mikroskopem, abychom odhalili, co se s Aerosilem opravdu děje na povrchu částic a zda mají naše teorie reálný základ. A občas jsou to opravdu úžasné pohledy do světa mikročástic (viz obrázky).

Těší mě, že jsem vám prostřednictvím tohoto článku mohla alespoň trochu pootevřít dvířka do úžasného světa farmaceutické výroby. Jak vidíte, s výrobou pevných lékových forem se dá užít spousty legrace, a když vám někdo bude chtít tvrdit opak, máte už v ruce pádné argumenty...“

Infografika výroby tablet

[poduzel] => stdClass Object ( [37947] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 37947 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 37852 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/tablety [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/tablety [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek_vertical [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [30766] => stdClass Object ( [nazev] => Komunikace v mikrobiálním světě: Jak a proč si bakterie povídají [seo_title] => Komunikace v mikrobiálním světě: Jak a proč si bakterie povídají [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [perex] =>

Stejným způsobem, jako se lidé dorozumívají prostřednictvím slov, používají bakterie ke komunikaci v rámci mikrosvěta signální molekuly. Podobně, jako je většina lidí schopna domluvit se v případě potřeby s jinými národy více cizími jazyky, tak i bakterie využívají ke komunikaci se zástupci jiného rodu signální molekuly s různou strukturou. Komunikační proces má vliv na chování bakteriální buňky, na její pohyblivost, produkci látek, které využívá během infekčního procesu a tvorbu biofilmu – vysoce organizovaného společenství mikroorganismů, které je pevně přichyceno k povrchu a velice dobře odolává vlivům z vnějšího prostředí, např. působení antimikrobiálních látek. Studiem mezibuněčné komunikace potencionálně patogenních bakterií, především Pseudomonas aeruginosa, v souvislosti s tvorbou biofilmu se na Ústavu biotechnologie zabývá doktorandka Martina Paldrychová.

[ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

Bakterie jsou schopné syntetizovat signální molekuly, které následně uvolňují do prostředí. Zároveň přijímají signály vysílané jinými bakteriemi. Celý proces jim umožňuje zjistit, jak hustě je okolní prostředí osídleno, a podle toho se zachovat. V závislosti na těchto informacích řídí děje v buňce. V odborné literatuře najdeme pro tento jev termín quorum sensing (QS).

Jedním z nejinvazivnějších a nejobávanějších mikroorganismů často izolovaných na jednotkách intenzivní péče je Pseudomonas aeruginosa. Tato bakterie napadá dýchací systém a vyvolává např. u pacientů s cystickou fibrózou záněty plic, čímž zhoršuje průběh onemocnění. Mimo to se spolupodílí na infekcích popálenin a močových cest. P. aeruginosa během infekčního procesu tvoří biofilm a produkuje řadu dalších faktorů virulence, např. enzymy proteázy (elastázu nebo alkalickou proteázu), které mají na svědomí destrukci hostitelské tkáně nebo např. exotoxin A, který potlačuje imunitní reakci hostitele. Produkce výše uvedených faktorů virulence je řízena právě prostřednictvím signálních molekul.

Jak probíhá celý komunikační proces? Bakterie vyrobí a uvolní do okolního prostředí signální molekulu (vyřkne slovo). U bakterie P. aeruginosa jsou těmito slovy N-acyl-homoserinové laktony. Sama bakterie má receptory pro příjem signálu (slyší slovo) a slyší ho i ostatní bakterie, které mají receptory (uši). Jakmile dojde k zesílení signálu (bakterie slyší slovo vícekrát), následuje reakce. Mohli bychom říci, že se začne s ohledem na přítomnost dalších jedinců v okolním prostředí chovat jinak, doslova dá na jejich slova, a zahájí např. tvorbu biofilmu nebo produkci jiných faktorů virulence, díky kterým je pro hostitele více nebezpečná.

Rezistence bakterií k antibiotikům v důsledku jejich chybného užívání nebo nadužívání je dnes velice diskutovaným tématem. Když k tomu ještě přičteme, že většina běžně dostupných antimikrobiálních látek byla vyvinuta a testována k vymýcení bakterií žijících volně jako jednotlivci, nekomunikujících mezi sebou, neprodukujících faktory virulence včetně tvorby biofilmu a cílících pouze na omezení jejich životaschopnosti, problém je nasnadě. Naštěstí je tady potenciální řešení v podobě látek, které brání komunikaci bakterií (v odborné terminologii inhibitory quorum sensing).

Bránit tomu, aby si bakterie povídaly, můžeme několika způsoby. Nabízí se možnost přídavku inhibitoru, blokujícího tvorbu signální molekuly vazbou na enzym, který je za produkci dané signální molekuly zodpovědný. Tento enzym můžeme přirovnat k lidským hlasivkám – pokud dojde k jejich poškození, bude se nám těžko mluvit. Další možností je aplikace látky, rozkládající signální molekuly. Takové látky vlastně představují rušivý signál (komunikační šum), který v průběhu komunikace narušuje přenos signálu. Dále jsou hledány inhibitory schopné vazby na receptory zprostředkovávající příjem signálu. Můžeme si je představit jako špunty do uší, které brání další reakci bakterií.

Když bakterii P. aeruginosa zakážeme komunikaci, zabráníme tak např. tvorbě biofilmu a budeme blíže vymýcení onemocnění, které způsobuje. Studenti z laboratoře aplikované biologie se řídí rčením „Ticho léčí“ a mezi řadou přírodních anti-biofilmových látek, se snaží identifikovat ty, které zasahují do regulace tvorby biofilmu prostřednictvím inhibice quorum sensing. Mezi látky s touto aktivitou prokazatelně patří cinnamaldehyd (složka esenciálního oleje z kůry skořicovníku) a chitosan (polysacharid odvozený od chitinu, který je složkou schránek korýšů).

výška 215px

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 30766 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/paldrychova [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/paldrychova [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [28511] => stdClass Object ( [nazev] => Česnek a pórek místo antibiotik: Obstojí středověký recept proti bakteriím? [seo_title] => Česnek a pórek místo antibiotik: Obstojí středověký recept proti bakteriím? [seo_desc] => [autor] => Zuzana Vonková [autor_email] => [perex] => [ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

Vědci z Nottinghamské univerzity zopakovali v minulém roce recept z knihy Bald's Leechbook pocházející zřejmě z devátého století, který popisuje výrobu balzámu proti očním infekcím. Experiment měl dobré výsledky, které překvapily samotné vědce.

Bald‘s Leechbook je anglosaské lékařské kompendium, které obsahuje popisy chorob a nespočet návodů, jak léčit nejrůznější onemocnění. Tato příručka je datována do 9. století. Některé informace v knize připomínají spíše báchorky či pověsti a odporují dnešním vědeckým poznatkům. Jeden z návodů se však vědci rozhodli vyzkoušet – jednalo se o popis balzámu, který léčí oční infekce.

„Vezmi pórek a česnek, ve stejném množství, rozdrť je, vezmi víno a žluč býka, ve stejném množství a smíchej je s pórkem, vlož je do mosazné nádoby, nech je v ní stát devět dní...“

Asi tak je možné přeložit přes 1000 let starý text, který se vědci snažili co nejvěrněji napodobit. „Hlavní výzvou byl výběr autentických surovin“, říká Dr. Freya Harrison, vedoucí výzkumné skupiny. Dnešní odrůdy česneku a pórku mohou totiž obsahovat jiné látky a recept by nemusel fungovat. Bylo použito víno z anglické historické vinice a žluč, která je podávána jako náhrada lidem s odoperovaným žlučníkem. Mosazná nádoba, která by byla náročná na sterilizaci (proces odstranění mikroorganismů) byla nahrazena skleněnou a do směsi byly přidány částečky mosazi.

Po devíti dnech se ze směsi stal odporný zapáchající sliz. Ukázalo se, že směs neobsahuje bakterie, které byly původně přítomny v česneku a pórku a má tedy schopnost „samosterilizace“. To byla první naděje, že by experiment mohl přinést zajímavé výsledky.

Připravená směs byla testována na poraněné kůži myší, která byla infikována meticilin-rezistentím Staphylococcus aureus (zkráceně MRSA). Jako kontrola byla použita destilovaná voda s mosazí. Středověká směs usmrtila 90 % bakterií. Měla tedy účinnost stejnou jako antibiotikum vankomycin, jenž se v případě MRSA používá a na které však také postupně vzniká rezistence.

Samotní vědci nečekali, že výsledky budou tak dobré.

„Mysleli jsme, že Baldův oční balzám by mohl vykazovat malou antimikrobiální aktivitu, protože každá z ingrediencí už byla pro antimikrobiální aktivitu testována v jiných laboratořích a ingredience vykazovaly jistý inhibiční efekt na bakterie. Byli jsme však zcela unešení tím, jak efektivní kombinace ingrediencí nakonec byla“, řekla Dr. Freya Harrison.

Rezistence mikroorganismů vůči antibiotikům je jedním z největších problémů dnešní medicíny a je tedy důležité hledat nová léčiva a způsoby, jak potlačit narůstající schopnost mikroorganismů se vůči antibiotikům bránit. Vědci doufají, že by bližší studium mohlo odhalit mechanismus působení starodávného balzámu.

Zatím není jasné, čím je antimikrobiální aktivita způsobená. Může se jednat o synergický efekt jednotlivých sloučenin. Ve směsi může působit doposud neobjevená látka. Je také možné, že daná směs interferuje s takzvaným quorum sensing, což je určitý mechanismus, jak bakterie „komunikují“ mezi sebou. Objev už byl prezentován na Výroční konferenci Společnosti pro obecnou mikrobiologii v Birminghamu a zanedlouho by měl vyjít vědecký článek, který by mohl objasnit více.

[poduzel] => stdClass Object ( [28512] => stdClass Object ( [nazev] => MRSA [barva_pozadi] => cervena [uslideru] => false [text] =>

Meticilin-rezistentní Staphylococcus aureus, zkráceně MRSA, je vysoce nebezpečný kmen bakterie, proti němuž není účinné antibiotikum meticilin. Ročně na infekce způsobené touto bakterií zemřou desítky tisíc pacientů. Jedná se o velkou hrozbu vyspělého světa.

[iduzel] => 28512 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => infobox [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 28511 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/vonkova [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/vonkova [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [28514] => stdClass Object ( [nazev] => Proč se šíří nesmysly? Stačí namluvit novinářům, že po čokoládě se hubne [seo_title] => Proč se šíří nesmysly? Stačí namluvit novinářům, že po čokoládě se hubne [seo_desc] => [autor] => Pavel Kasík, redaktor Technet.cz (článek upraven z původní verze pro Technet.cz) [autor_email] => [perex] => [ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

Lákavý titulek, hamižný časopis, hladoví čtenáři a utýraná data. Tak málo stačí k tomu, aby do médií pronikla nesmyslná studie. Americký novinář a vědec John Bohannon napálil německé i světové noviny a ukázal, že nutriční věda má problém: lidé spolknou skoro cokoli.

Zprávy o nutričních studiích, revolučních dietách a zaručených návodech na hubnutí se objevují denně. Jak moc se jim dá věřit? Kontrolují novináři své zdroje? A kolik energie věnují prověřování metodiky výzkumu?

Novinář a vědec John Bohannon se rozhodl, že to zkusí prověřit. A podle zásad tzv. „gonzo novinařiny“ tyto otázky nekladl expertům ani novinářům. Místo toho ze sebe počátkem roku 2015 udělal „ředitele německého Institutu pro dietu a zdraví“ a sestavil studii s názvem „Čokoláda s vysokým obsahem kakaa jako urychlovač hubnutí“ (dostupná na https://goo.gl/9TIlUH).

Sociální experiment: Skutečný výzkum, ale záměrně špatná věda

Aby měl sociální experiment nějakou vypovídající hodnotu, dali si Bohannon a jeho spolupracovníci záležet na tom, aby se nikde nedopouštěli žádné lži. Tedy alespoň ne nad rámec toho, co je v obvykle prezentované „nutriční vědě“ běžné.

Ve spolupráci s německými dokumentaristy Peterem Onnekenem a Dianou Löblovou tedy zafinancovali a realizovali skutečný lékařský výzkum. Přes Facebook naverbovali pokusné subjekty a rozdělil je do tří skupin. „Jednu skupinu jsme instruovali, aby dodržovala dietní režim s nízkým zastoupením uhlohydrátů a navíc do něj denně zařadila 42 gramů čokolády s 81% obsahem kakaa (čokoládová skupina). Další skupinu účastníků jsme instruovali, aby se stravovala podle stejné diety, ale bez dodatečné čokolády (skupina s omezeným množstvím uhlohydrátů). Třetí skupinu jsme požádali, aby jedla podle vlastního uvážení bez jakýchkoliv omezení,“ uvedli autoři. Doktor Gunter Frank všechny účastníky prohlédl a vzal jim vzorek krve před a po experimentu. Vážit se měli účastníci sami.

Na takové metodice na první pohled není nic špatného, ale druhý pohled už odhalí dva zásadní problémy: velmi malý vzorek pacientů (pouhých patnáct lidí celkem) a velmi krátkou dobu trvání studie. Oněch „několik týdnů“ byly ve skutečnosti týdny tři. „To například nestačí ani k tomu, aby se podchytil vliv menstruačního cyklu u žen,“ připomíná Bohannon. Další nedostatek studie spočívá v tom, že už tak velmi malé skupiny nebyly srovnatelné co do složení na základě věku. „Nezdržovali jsme se tím,“ říká Bohannon, jehož cílem bylo sestavit takovou studii, která sice naplňuje formální požadavky, ale je plná křiklavých nedostatků.

Grafy na skřipci: Když měříte dost věcí, něco vyjde

Pak nastoupil statistik Alex Droste-Haars, který naměřená data dva dny mučil, dokud z nich nedostal přesvědčivě vypadající výsledky. Hlavní trik spočíval v tom, že výzkumníci dopředu neřekli, podle jakých kritérií budou výsledky hodnotit. Mohli si tak vybrat právě ty hodnoty, které náhodou vyšly. Je to podobné, jako kdybyste nechali patnáct lidí házet kostkou tak dlouho, dokud jim nepadne šestka, a pak je označili za šťastlivce.

Hlavním problémem je v tomto případě tzv. p-hacking, tedy pohrávání si s pravděpodobnostmi tak, aby vyšly statisticky významně. Za hranici významnosti je obvykle považováno p<0,05, což znamená, že je pouze 5% šance, že k výsledku došlo náhodou.

Jenže pokud nějaký experiment opakujeme tak dlouho, dokud nám nevyjde, nemá tento experiment sám o sobě žádnou vypovídající hodnotu. Podobný je i princip u měření více veličin: protože vědci neřekli dopředu, jaká je jejich hypotéza, mohli ve veličinách hledat souvislosti tak dlouho, dokud nějaké nenašli.

Výsledkem víkendového týrání dat byly úhledné a jasné hodnoty: tmavá čokoláda pomáhá lidem hubnout o deset procent rychleji a bez nástupu jo-jo efektu. Také pečlivě vybrané hodnoty z krevních testů potvrzovaly pozitivní vliv čokolády.

Podotkněme, že o vlivu čokolády na hubnutí existují i mnohé další studie. To, že je Bohannonův výzkum záměrně nekvalitní, neznamená, že čokoláda nemůže mít (pozitivní či negativní) vliv na úbytek váhy. Cílem této studie bylo něco jiného - zjistit, jak se bude či nebude šířit.

Predátorské časopisy: Za poplatek vám publikují cokoli

Hotovou studii Bohannon poslal do asi dvaceti vědeckých časopisů s honosně znějícím názvem a pochybnou pověstí. „Naše práce byla do 24 hodiny přijata k publikaci v několika časopisech. Asi je zbytečné dodávat, že neprocházela žádným oponentním řízením,“ popisuje Bohannon.

„Z nápadníků jsme si nakonec vybrali časopis the International Archives of Medicine. Dříve patřil velkému nakladatelství BioMedCentral, ale nedávno změnil majitele. Šéf nového nakladatele, Carlos Vasquez, psal, že jsme vytvořili vynikající rukopis, a že za pouhých 600 eur by mohl být bezodkladně přijat do jejich prémiového časopisu.“

Přestože editor časopisu oficiálně tvrdí, že všechny články jsou podrobovány důkladné kontrole a recenznímu řízení, práce Bohannonova týmu byla publikována za méně než dva týdny po stržení peněz z kreditní karty. „Ve studii jsme nemuseli změnit ani řádku,“ připomíná Bohannon.

Novináři a věda: Chybělo ověření a zasazení do kontextu

Článek tedy vyšel v jakéms takéms vědeckém časopise. To ale k jeho slávě nestačí. K novinářům jej bylo potřeba nějak dotlačit - a to pokud možno co nejrychleji, aby byl článek ještě aktuální. Bohannon oslovil svého nejmenovaného známého, který jej zasvětil do tajů vědeckého PR.

„Klíčem k využití novinářů je jejich lenost,“ všímá si Bohannon. „Když jim informace předložíte ve správné podobě, je to, jako kdybyste ty články v novinách psali sami. Většinou to tak skoro je, protože mnoho reportérů prostě zkopírovalo naši tiskovou zprávu a vložilo ji do svého článku.“ Jelikož Bohannon se sám živí jako vědecký novinář (píše například pro Science nebo Wired), doufal vlastně, že se na studii moc novin nenachytá. „Kvůli nám - kvůli novinářům jako vy a já - je svět zaplavován zprávami o nekvalitních vědeckých studiích,“ řekl pro NPR sebekriticky.

Řada novin, především bulvárních listů, zprávu publikovala, aniž by se zajímala o očividné nedostatky. Největším úlovkem byl zřejmě německý list Bild, kde se zpráva objevila na titulní straně, hned pod článkem o letecké katastrofě Germanwings.Někdy se novináři ozvali, aby zjistili, jak se píše Bohannonovo jméno. Nikdo se nezeptal na počet lidí ve studii.

„Nejvíce mne překvapilo, kolik novin studii převzalo. Asi největší zadostiučinění jsem pocítil, když jsem zmínku zahlédl v magazínu Shape,“ řekl pro Technet.cz John Bohannon. A pro čtenáře má důležitou radu: „Přestaňte číst časopisy a sloupky o dietách. Nestojí to za to.“

Dále jej překvapilo, že se nedočkal žádných nadávek od novinářů, které takto zesměšnil. Paradoxně prý naopak rozhněval některé vědce. „Několik vědců se do mne naváží, protože se domnívá, že jsem si měl tento sociologický experiment nechat schválit etickým panelem,“ řekl pro Technet.cz Bohannon. „To jenom ukazuje, že neví, co taková institucionální etická komise (IRB) vlastně je. Ale asi jim dělá dobře se nad tím pohoršovat.“

Za zmínku stojí, že seriózní noviny se této studii o čokoládovém hubnutí obloukem vyhnuly. Ani to ale není podle Bohannona povzbudivé: „Právě ta bulvární média mají přece největší sledovanost. Články nejspíše četly milióny lidí.“

Podobně špatné studie jsou podle Bohannona v oboru výživového poradenství na denním pořádku: „Tohle odvětví je na tom opravdu špatně. Vědecké postupy jsou zcela ignorovány. A přitom to, co jíme, se přímo dotýká našeho zdraví. Je to stejně důležitá věda, jako onkologie nebo astrofyzika.“

Bohannon varuje, že jeho studie nebyla co do metodiky o nic horší než jiné články o dietách. Lidé by se proto měli zajímat o metodiku výzkumu. Důvěřovat by pak měli jen novinářům, kteří zasazují podobné poznatky do kontextu nebo požádají o názor odborníka z oboru. Jinak se totiž zprávy o nových dietách sotva liší od zpráv aprílových.

[poduzel] => stdClass Object ( [28515] => stdClass Object ( [nazev] => Tři skupiny strávníků s různými instrukcemi [barva_pozadi] => cervena [uslideru] => false [text] =>

Jezte jídla s nízkým obsahem sacharidů
Jezte jídla s nízkým obsahem sacharidů + denně 42 gramů 81% čokolády
Jezte tak, jak jste dosud zvyklí

[iduzel] => 28515 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => infobox [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 28514 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/28514 [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/28514 [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [29552] => stdClass Object ( [nazev] => Energeticky soběstačné čištění odpadních vod [seo_title] => Energeticky soběstačné čištění odpadních vod [seo_desc] => [autor] => Petr Dolejš [autor_email] => Petr.Dolejs@vscht.cz [perex] =>

Na Ústavu technologie vody a prostředí pracují na konceptu soběstačného čištění městských odpadních vod. Tříletý aplikovaný výzkum ve skupině Anaerobní technologie přechází z litrových laboratorních modelů do poloprovozních instalací, o jejichž výstupy je zájem mezi provozovateli a projektanty čistíren. Recyklace energie z městských odpadních vod je hlavním tématem pro doktoranda Petra Dolejše.

[ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

Splašková odpadní voda je hodnotným zdrojem energie, nutrientů a vody samotné. Energie je v odpadní vodě vázána v organických látkách, respektive v chemických vazbách mezi atomy vodíku-uhlíku-kyslíku. Na přetrhání těchto vazeb a tedy odstranění organického znečištění je dosud vynakládáno 1 až 2 % celkové energetické spotřeby lidstva. Do značné míry zbytečně.

V podmínkách střední Evropy i dále je stále nejpoužívanější klasický způsob čištění odpadní vody, tedy tzv. aktivační proces, jehož principem je biochemická oxidace organických látek vzdušným kyslíkem až na oxid uhličitý a vodu. Dodávka dostatečného množství vzduchu – aerace – je ale velice energeticky náročný proces, který představuje cca polovinu veškerých energetických nákladů na typické městské čistírně odpadních vod (ČOV). Má tedy smysl objevovat a studovat inovativní, udržitelné a energeticky pozitivní procesy pro moderní ČOV.

Některé současné ČOV již dnes atakují energetickou soběstačnost, a to díky účinné separaci organického znečištění z odpadní vody a jeho následnému zpracování v anaerobních fermentaorech (neboli bioplynových stanicích). Při tomto procesu vzniká energeticky bohatý bioplyn. Dosud používané technologie na separaci organických látek z odpadní vody jsou ale limitovány nutností přidávat do odpadní vody ve velkém srážecí a flokulační chemikálie (sloučeniny železa a organické flokulanty).

Před třemi lety byla v laboratoři anaerobní technologie laboratorně otestována tzv. Bioflokulace odpadní vody. Principem je intenzifikace primárního stupně čištění odpadní vody aplikací jednoduché technologické „smyčky“, kdy se namísto chemikálií přidává regenerovaný primární kal, tedy meziprodukt čistírenského procesu přirozeně vznikající na ČOV. Během dalšího roku byly provedeny série krátkodobých i kontinuálních experimentů s modelem o objemu 0,75 l, avšak s reálnou odpadní vodou. Výsledky těchto experimentů potvrdily schopnost dosažení vyššího stupně zakoncentrování odpadní vody než dosud používané technologie, a byly motivačním zárodkem snahy ověřit naši technologii v reálných podmínkách.

Události nabraly rychlý spád. Během měsíce byla navržena a zkonstruována pilotní jednotka Bioflokulace o objemu cca 250 l, ve spolupráci se společností PVK a.s. (Pražské vodovody a kanalizace), vlastněnou firmou Veolia, byla umístěna na největší ČOV v ČR a téměř jeden rok testována se surovou odpadní vodou za reálných podmínek. Dosahovaná účinnost odstranění organických látek z OV byla v kontinuálním režimu stabilně okolo 75 %, což je o cca 25–50 % více, než dosud používané technologie. S optimalizovaným stupněm Bioflokulace OV tedy dokážeme recyklovat až 55 % energie původně obsažené v OV. Spolu se zaznamenanou schopností částečně odstraňovat z OV i fosfor (cca 50 %), získává tato technologie pozornost i mimo vědecké kruhy, což potvrzují pozvání na prestižní zahraniční i české konference.

Bioflokulace může být použita již v současné době v čistírnách, kde dochází k přetížení biologické linky organickým znečištěním. V takovém případě je možné s minimálními provozními náklady dosáhnout vyšších účinností primárního čištění, než je běžně dosahováno chemickým předsrážením. Pokud bude do provozních rozměrů dotažen proces autotrofního odstraňování dusíku z odpadní vody (technologie nitritace-anammox v hlavním proudu), bude Bioflokulace použitelná jako hlavní technologie odstraňování organického znečištění s následným dočištěním v nitritačním stupni. Na této technologii intenzivně pracuje další z doktorandů skupiny anaerobní technologie – Vojtěch Kouba, od kterého se očekává vyvinutí levného procesu odstraňování dusíku z odpadní vody, což by spolu s Bioflokulací zásadním způsobem změnilo pohled na čištění odpadních vod, směrem k energetickým ziskům z odpadních vod.

provozní jednotka laboratorní model princip bioflokulace

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 29552 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/dolejs [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/dolejs [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [29344] => stdClass Object ( [nazev] => Antimikrobiální peptidy – naděje z jedu divokých včel [seo_title] => Antimikrobiální peptidy – naděje z jedu divokých včel [seo_desc] => [autor] => Ondřej Nešuta [autor_email] => Ondrej.Nesuta@vscht.cz [perex] =>

V laboratořích Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR studuje naše skupina pod vedením RNDr. Václava Čeřovského, CSc. antimikrobiální peptidy, látky, které mají potenciál léčit špatně se hojící infekce, kde běžně používaná antibiotika již ztratila svou účinnost. „Během naší práce tyto antimikrobiální peptidy, původně objevené v jedových žlázách divoce žijících včel, charakterizujeme a dále vylepšujeme – tzn., měníme chemicky jejich strukturu, abychom zvýšili jejich účinek proti patogenním mikroorganismům a zároveň snížili jejich toxicitu vůči lidským buňkám,“ říká doktorand Ondřej Nešuta.

[ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

V druhé polovině 20. století zažila lidská společnost velký rozmach v používání antibiotik. Onemocnění, která do té doby ohrožovala lidské životy, mohla být najednou vyléčena v řádech dnů. Bohužel představa, že se jednou provždy podařilo zahnat hrozbu smrtelných infekcí, se brzy ukázala jako mylná. Neuváženým a často neopodstatněným používáním těchto specifických léčiv došlo k celosvětovému rozšíření mikrobů, které již dokážou účinkům antibiotik odolávat. Dnes se podle Světové zdravotnické organizace ocitáme v době „post-antibiotické“, kdy se tzv. „multi-resistentní“ kmeny mikrobů (tj. kmeny odolné proti působení více druhů antibiotik) rozšířily celosvětově a nových antibiotik nepřibývá pro nízký ekonomický zájem farmaceutických společností. Pomalu se tak ocitáme v situaci, ve které jsme byli před objevem prvních antibiotik. „A právě zde je obrovský potenciál námi studovaných látek,“ vysvětluje Ondřej Nešuta.

Antimikrobiální peptidy se vyvinuly jako součást imunitního systému nejrůznějších organismů včetně člověka a, jak už jejich název napovídá, jsou schopny rychle a účinně zabíjet patogenní mikroorganismy, jako jsou bakterie, kvasinky či viry. Z chemického hlediska jsou peptidy řetězce aminokyselin navzájem propojených tzv. peptidovou vazbou, tj. vazbou mezi karboxylovou skupinou jedné aminokyseliny a aminoskupinou té následující (Obr. 1). Aminokyseliny obsahují vedle amino-skupiny a karboxylu ještě postranní řetězec, který určuje jejich fyzikálně-chemické vlastnosti. Právě pořadí a zastoupení jednotlivých aminokyselin v peptidovém řetězci ovlivňuje celkovou strukturu a charakter peptidu. Jednoduše si lze peptidy představit jako šňůru perel, kde má každá z nich jiný charakter. Společně pak jako celek tyto perly určují, jak bude výsledný náhrdelník, čili peptid, vypadat. V přírodě mají antimikrobiální peptidy obvykle délku 10–50 aminokyselin a různé prostorové uspořádání. Nejčastěji se vyskytují ve formě šroubovic (tzv. α-helixů), tzv. skládaných listů a smyček nebo jejich kombinací. Pro antimikrobiální peptidy je typické, že obsahují větší množství kladně nabitých (bazických) aminokyselin – lysinu a argininu a asi 50 % hydrofobních aminokyselin. Toto specifické složení se promítá do prostorového uspořádání molekuly peptidu, které vykazuje tzv. amfipatický charakter. To znamená prostorově oddělené hydrofobní a hydrofilní (polární) oblasti – např., v případě lineárních peptidů jsou postranní řetězce hydrofobních aminokyselin rozloženy na jedné straně a postranní řetězce polárních aminokyselin (včetně těch bazických) na opačně straně šroubovice (Obr. 2).

šířka 450px

Obr. 1: Aminokyseliny jsou v peptidu seřazeny jako šňůra perel. Jednotlivé aminokyseliny jsou mezi sebou spojeny tzv. peptidovou vazbou (označena žlutě). Typ a pořadí aminokyselin určuje celkový charakter peptidu.

šířka 450px

Obr. 2: Přírodní peptid izolovaný z jedu divoké včely Hylaeus signatus v naší laboratoři. Aminokyseliny peptidu jsou uspořádány do šroubovice, která má tzv. amfipatický charakter. Tzn., postranní řetězce hydrofobních aminokyselin ční na jednu a postranní řetězce polárních aminokyselin se třemi kladně nabitými lysiny na druhou stranu šroubovice.

Antimikrobiální peptidy působí mechanismem, který jim umožňuje působit pouze na patogenní mikroorganismy a zároveň neuškodit buňkám lidského těla. Jak je to možné? Tato selektivita je dána rozdíly ve stavbě buněk. Bakteriální buňky mají membrány složené z fosfolipidů nesoucí záporný náboj (fosfatidylglycerol, fosfatidylserin a kardiolipin). Ty, společně s dalšími povrchovými strukturami (buněčnou stěnou u Gram-negativních nebo lipopolysacharidem u Gram-negativních bakterií), udávají buňkám celkově negativní náboj, čímž elektrostaticky přitahují kationické antimikrobiální peptidy. Na rozdíl od toho lidské (živočišné) buňky obsahují ve svých membránách spíše neutrální fosfolipidy (fosfatidylcholin a fosfatidylethanolamin) a cholesterol, který membránu navíc stabilizuje. Antimikrobiální peptidy s bakteriální membránou interagují, zanořují se do ní svou hydrofobní částí a vytvářejí v ní póry (nebo jinak narušují její integritu), což vede k úniku životně důležitých látek z buňky ven a jejímu zániku (Obr. 3). Existuje ovšem i skupina antimikrobiálních peptidů, které membránu neporuší, pouze skrz ní projdou dovnitř buňky a zablokují některý z metabolických procesů. Důležité je, že antimikrobiální peptidy působí rychle, v řádu desítek minut, a spíše fyzikálním mechanismem na celém povrchu buňky, proto je málo pravděpodobné, že by si mikroby vůči nim vypěstovaly resistenci.

šířka 450px

Obr. 3: (A) Mechanismus působení antimikrobiálních peptidů: Kationické peptidy jsou elektrostaticky přitahovány k negativně nabitému povrchu bakteriální buňky. Interagují s membránou a svou hydrofobní částí se zanořují do fosfolipidové dvojvrstvy, čímž ji rozrušují. Výsledkem je vznik pórů, jimiž bakterie ztrácí životně důležitý obsah a zaniká.

Fotografie z elektronového transmisního mikroskopu ukazují patogenní bakterie Pseudomaonas aeruginosa (B) před a (C) po působení antimikrobiálního peptidu. Ten způsobil porušení bakteriální membrány a vylití buněčného obsahu (šipka).

„Jak práce v naší laboratoři vypadá? Zabýváme se studiem antimikrobiálních peptidů, které jsme objevili v jedu divokých včel. Všechno začíná u entomologů, kteří po identifikaci dané včely vypreparují její jedovou žlázu. Tu u nás potom extrahujeme organickými rozpouštědly a extrakt rozdělíme pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC). Tento přístroj nám umožní oddělit od sebe jednotlivé složky jedu na základě jejich fyzikálně-chemických vlastností. Pokud některá ze složek brání v růstu bakterií na Petriho misce, analyzujeme ji pomocí Edmanova odbourávání a hmotnostní spektrometrie. Metoda Edmanova odbourávání nám prozradí přesné pořadí aminokyselin v peptidovém řetězci a hmotnostní spektrometrie nám zase určí přesnou molekulovou hmotnost peptidu. Jakmile známe oba tyto parametry, připravíme si peptid v naší laboratoři synteticky v dostatečném množství a čistotě, protože v přírodním materiálu se obvykle nachází jen velmi malé množství těchto látek. U takto připraveného peptidu následně stanovujeme jeho antimikrobiální aktivitu a toxicitu. Tj., testujeme ho proti široké škále patogenních bakterií a kvasinek (včetně např. methicilin-rezistentnímu zlatému stafylokoku – MRSA, či kvasince rodu Candida) a měříme jeho hemolytickou aktivitu – zda způsobuje rozpad lidských červených krvinek. Na základě těchto hodnot pak pomocí cílené záměny aminokyselin v řetězci přírodního peptidu připravujeme analoga s vylepšeným antimikrobiálním účinkem a nízkou toxicitou.

Tím však naše práce nekončí. U takto získaných antimikrobiálních peptidů dále podrobně zkoumáme např., jaký je přesný tvar jejich molekul, jak se změní chování bakterií v jejich přítomnosti, jakým způsobem a jak rychle dochází k porušení celistvosti bakteriálních buněk nebo zda mohou bakterie tyto peptidy degradovat. Věříme, že všechny tyto informace nám ve výsledku pomohou vymyslet a připravit ideální molekulu, která bude schopna jednou opravdu nahradit dnešní antibiotika,“ upřesňuje Ondřej.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 29344 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/antimikrobialni-peptidy [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/antimikrobialni-peptidy [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [29343] => stdClass Object ( [nazev] => Biofilmy: Život mikroorganismů v jednotném společenství [seo_title] => Biofilmy: Život mikroorganismů v jednotném společenství [seo_desc] => [autor] => Eva Kvasničková [autor_email] => Eva.Kvasnickova@vscht.cz [perex] =>

Obdobně jako staví lidé svá obydlí, která se posléze rozrůstají v města až metropole, budují i mikroorganismy svůj vlastní svět – biofilm. V tomto společenství posléze získávají mnoho benefitů, využitelných v jejich činnosti, která se může ubírat různými směry. Mikroorganismy jsou obecně schopné vytvářet pro lidstvo užitečné produkty, jako jsou pivo, víno a zrající sýry. Umí vyrábět složky pro pohonné hmoty, čistit odpady, které vyprodukujeme, a mnoho dalších prospěšných činností. Nicméně stinnou stránkou je jejich neochvějná touha napadat lidský organismus, parazitovat na jeho činnosti a způsobovat tak, v některých případech, až smrtelné infekce. A právě hledání alternativních možností pro jejich prevenci a léčbu je předmětem studie laboratorní skupiny, jejíž součástí je i Ing. Eva Kvasničková, doktorandka Ústavu biotechnologie, VŠCHT Praha.

[ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

Co je to biofilm? Ve skutečnosti není ustanovena jednotná definice, která by tento biologický útvar popisovala. Ve všeobecnou známost však vešlo několik kritérií, která musí být splněna, aby bylo možné danou formu mikrobiálního života za biofilm považovat. Biofilm je tedy společenství většího množství mikrobiálních buněk, které jsou pevně přichyceny k povrchu či sobě navzájem, jsou obaleny tzv. extracelulární neboli mimobuněčnou matricí, tvořenou sloučeninami, které buňky samy produkují, a která je mimo jiné chrání před působením nepříznivých vlivů vnějšího prostředí. Uvnitř této komunity dochází mezi jejími členy k intenzivní komunikaci a zároveň se mění jejich vlastnosti, kterými disponuje buňka, pokud přežívá samostatně. A právě tyto zmíněné aspekty dávají tomuto jednotnému společenství řadu výhod, kterých mikroorganismy s chutí využívají.

Jak biofilm vzniká? V samotném procesu lze skutečně pozorovat určitou paralelu s výstavbou domu, a následným rozvojem celého města. Osamoceně žijící bakterie, kvasinka či plíseň nalezne vhodné prostředí (výběr stavebního pozemku), ke kterému by se mohla přichytit, neboli adherovat. Produkcí látek potřebných pro tento krok dosáhne přilnutí k povrchu, čímž v podstatě začne výstavba základové desky. Pokud vše proběhne správně, začne se buňka množit, postaví tedy zdi a střechu, a vznikne tzv. mikrokolonie. Průběžně dochází k produkci látek, které vytváří již zmíněnou matrici biofilmu, k množení buněk, které matrice obaluje, až je postavené celé město v průběhu tzv. maturace neboli zrání biofilmu. V tomto stádiu mohou biofilmy dosahovat rozměrů běžně viditelných lidským okem, nárůst oproti běžné velikosti buněk, pohybující se v řádu mikrometrů, je tedy skutečně markantní. Ovšem stejně jako je tomu v běžném životě, stavební parcely jsou vyčerpány, kapacita domů naplněna, dochází zdroje potravy apod., a část populace se musí z města vystěhovat a začít svůj domov budovat někde jinde. Tento krok se u životního cyklu biofilmu nazývá disperze a dochází při něm k uvolňování buněk z biofilmu, které mohou následně adhezí k jinému povrchu započít další cyklus, tedy založit nové město.

buňka

Existence mikrobiálních biofilmů, včetně jejich průmyslového využití, sahá do daleké historie. Přestože první publikace obsahující pojem „biofilm“ byla vydána v průběhu 20. století, již od roku 1823 byly mikroorganismy žijící ve formě biofilmu v podstatě využívány pro výrobu octa v tzv. Schützenbachových hoblinových ocetnicích. Ve chvíli uvědomění si existujících rozdílů mezi suspenzními populacemi a aktivně spolupracujícími mikrobiálními komunitami se touto problematikou začala intenzivně zabývat řada vědeckých skupin. Nejvíce probádanou oblastí této části mikrobiálního světa jsou biofilmy bakterií, méně pak biofilmy kvasinek a nejméně biofilmy vláknitých hub, především plísní.

Jak je všeobecně známo, mikroorganismy jsou mistry ve své vynalézavosti při adaptaci na podmínky vnějšího prostředí, především pak ve chvíli, kdy se ve formě biofilmu mezibuněčnou komunikací vzájemně v této činnosti podporují. A proto lze v této otázce bez okolků uplatnit rčení „Biofilm je dobrý sluha, ale špatný pán“. Skutečně lze tuto formu života mikroorganismů využít k výrobě celé škály pro lidstvo prospěšných produktů, avšak nelze zanedbávat druhou stranu mince, kterou jsou infekce, jejichž vznik tato společenství indukují.

Všudypřítomný výskyt okem neviditelných živých systémů, přirozená modifikace mikrobiálních kmenů a neustále nově vznikající mechanismy odolnosti neboli rezistence vůči biologicky aktivním látkám, především často nadužívaným antibiotikům, jsou v podstatě nezastavitelné faktory aktivně ohrožující lidské zdraví. Přesto je však v našich silách rozvíjet metody prevence vzniku těchto onemocnění a získávat poznatky o nových účinných sloučeninách, které zmírní dopad rozvinutých infekcí na lidské zdraví.

Jednou z alternativ boje proti patogenním biofilmům jsou přírodní látky s biologickou aktivitou podobnou antibiotikům. Tyto látky disponují výhodou přirozeného výskytu v okolí mikroorganismů, které tak nemají potřebu se jim bránit, a proto nedochází ke vzniku rezistence. Další možností je také syntéza nových chemických sloučenin se strukturou, která je mikroorganismům zcela neznámá a nedovoluje jim rychlou reakci účinky těchto látek, anebo využití různých fyzikálních vlivů.

V naší laboratoři jsme vyvinuli či optimalizovali řadu metod, umožňujících sledování vlivu biologicky aktivních látek na tvorbu či rozvoj biofilmu, pomocí nichž se nám podařilo porovnat účinnost komerčně dostupných antibiotik používaných v praxi a nových látek, které doposud nejsou k léčbě pacientů používány. Kromě potvrzení všeobecně známého faktu snižující se schopnosti antibiotik ovlivnit vznik biofilmů potenciálně patogenních mikroorganismů a tedy i poklesu jejich účinnosti při léčbě infekčních onemocnění jsme nalezli v této oblasti více efektivní sloučeniny z řady přírodních i chemicky syntetizovaných látek. Za nejúčinnější z nich lze považovat chitosan, který se získává jednokrokovou chemickou přeměnou chitinu, přítomného ve schránkách korýšů (např. krabi, humři a krevety).

biofilm

Aplikace sloučenin tohoto typu může být řešením již dlouhou dobu přetrvávajících obtíží s používáním antibiotik. Přírodní produkty byly pro léčbu nemocí používány lidmi již od pradávna a jsou šetrné k životnímu prostředí. Moderní vybavení, kterým dnes laboratoře disponují, nám navíc umožňuje jejich efektivní izolaci a využití, a proto je tato cesta vhodným směrem k řešení problémů dnešní uspěchané a nemocemi zatížené doby.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 29343 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/biofilmy [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/biofilmy [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [29037] => stdClass Object ( [nazev] => Léky z počítače [seo_title] => Léky z počítače [seo_desc] => [autor] => Milan Voršilák, Ivan Čmelo, Martin Šícho [autor_email] => Milan.Vorsilak@vscht.cz [perex] =>

Za devatero vrátnicemi v budově B v místnostech Z1X sídlí Laboratoř informatiky a chemie. Studenti doktorského studia Milan Voršilák, Ivan Čmelo a Martin Šícho v ní tvoří utajovanou chemoinformatickou sekci. Jak praví stereotyp: „Správní ajťáci přeměňují kofein na kód.“ Naši tři hrdinové jej však, na rozdíl od běžných ajťáků, mění ve virtuální chemické struktury, které by snad někdy v budoucnosti mohly sloužit jako léčiva.

[ikona] => [obrazek] => S0ssyk3Mzk_LL8ovO7xXITc_JTVHwdsxRCE1r6oytxQA.png [obsah] =>

Proces hledání léčivých látek si je možno představit jako zužující se trychtýř. Na jeho vstupu jsou statisíce sloučenin, a každý stupeň vývoje postupně snižuje jejich počet, až se do klinických studií dostane jen malá hrstka látek. V současnosti vývoj začíná již v počítači, kde je možné rychle a levně navrhnout mnoho chemických látek, které by mohly léčit nejrůznější onemocnění. Hledání těchto potenciálně zajímavých molekul v tzv. chemickém prostoru je předmětem vědní disciplíny, chemoinformatiky, která se zabývá právě aplikací informatiky na chemickou problematiku. Celý chemický prostor má podle některých odhadů velikost až 10⁶⁰ unikátních molekul, což je asi o 40 řádů větší číslo než odhadovaný počet hvězd ve vesmíru a náš státní dluh dohromady.

Pro systematické procházení chemického prostoru byla u nás ve spolupráci s MFF UK navržena metoda Molpher inspirovaná morphováním fotografií, kdy např. jeden obličej postupně přechází v jiný. Podobně Molpher postupně vytváří mnoho přechodů mezi dvěma chemickými strukturami. Mezistruktury se generují tzv. chemickým morphingem, drobnými změnami vazeb a atomů a umožňují nám tak získat představu o chemickém prostoru ležícím mezi zadanou dvojicí struktur. Pokud jsou tyto zadané struktury aktivní a ovlivňují některý biologický děj, jejich mezistruktury si mohou zachovat některé žádoucí vlastnosti a být taktéž biologicky aktivní. Poznatky o konzervovaných vlastnostech pak lze využít k výběru vhodných kandidátů pro další zpracování.

Morphing Struktury

Samotný počítačový návrh však (alespoň zatím) k úspěšnému nalezení biologicky aktivních látek nestačí a biologickou aktivitu struktur je vždy potřeba experimentálně ověřit. Přestože jsme schopni molekulárním morphingem vygenerovat miliony struktur, testovat jich můžeme z finančních a časových důvodů mnohem méně. Musíme tak vytipovat ty nejvhodnější k nákupu.

Komerčně nedostupné sloučeniny je potřeba syntetizovat, např. za pomoci studentů z VŠCHT. Je však nutno počítat s tím, že mnoho počítačem navržených struktur ani rozumně uvařit nelze :-) Výstupem této fáze je chemická knihovna tisíců sloučenin, do níž je třeba vybírat struktury, které si nejsou vzájemně moc podobné, mají některé specifické skupiny, nebo v počítačovém modelu dobře zapadají do vybraného cílového místa na bílkovině.

Projekt už běží nějakou dobu a tak v blízké době očekáváme experimentální otestování naší chemické knihovny navržené pro steroidní receptory. V mezidobí dále upravujeme Molpher do podoby open-source softwarové knihovny (zdrojový kód k nalezení na GitHub), kterou využije výzkumník i programátor, aby si mohl snadno navrhnout struktury podle vlastního postupu. Software je vyvíjen modulárně tak, aby bylo možné celý proces generování struktur a jejich výběr podle individuální potřeby upravit. Pro vývoj našeho software samozřejmě využíváme agilní metodiky, unit testy a ostatní „free, cool a in“ metody. O těch se můžete dozvědět mnohem více na námi bezostyšně propagovaném oboru Bioinformatika :-)

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 29037 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/leky-z-pocitace [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/leky-z-pocitace [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek_vertical [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [28528] => stdClass Object ( [nazev] => Kam s elektřinou? Řešením mohou být vanadové průtočné baterie [seo_title] => Kam s elektřinou? Řešením mohou být vanadové průtočné baterie [seo_desc] => [autor] => Jiří Vrána, Jan Dundálek [autor_email] => Jiri.Vrana@vscht.cz [perex] =>

Elektřina z větrné a sluneční energie je logickou součástí energetického mixu. Její širší využití je omezeno časovou proměnlivostí dostupných obnovitelných zdrojů. Tento problém umožňují řešit mimo jiné úložiště elektrické energie s dostatečným výkonem a kapacitou. Vhodným kandidátem je například vanadová průtočná baterie, jejíž prototyp o výkonu 2 kW a účinnosti vyšší než 80 % nedávno vyvinuli vědci z Výzkumného centra Nové technologie (NTC ZČU v Plzni) a Ústavu chemického inženýrství (VŠCHT Praha) pod vedením Juraje Koska.

→ Infografika

Infografika - náhled

[ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

V poslední době se Evropa pozvolna odklání od klasických zdrojů elektrické energie (tj. fosilních nebo jaderných) a orientuje se na zdroje obnovitelné, jakými jsou větrné elektrárny či fotovoltaické panely. Jejich prosazování ze začátku nepřijímala s nadšením ani široká veřejnost, a to kvůli státem špatně nastavenému výkupu „zelené“ elektřiny, ani distributoři elektrické energie, kvůli komplikacím se zapojením těchto na rozmarech počasí závislých zdrojů do přenosové soustavy. Teprve masivnější rozšíření stacionárních úložišť energie umožní větrným elektrárnám a fotovoltaickým panelům instalovaným v našich zeměpisných šířkách nabýt na celkovém významu a významně přispěje ke snížení dopadu lidské činnosti na kvalitu životního prostředí a snížení závislosti státu na dovážených strategických surovinách. Je však potřeba, aby ukládání energie bylo zvládnuto nejen technicky, ale také životaschopně z ekonomického pohledu.

Lepší využití elektřiny z obnovitelných zdrojů pomocí lokálních úložišť elektrické energie si můžeme demonstrovat na příkladu fotovoltaické elektrárny. Svítí-li slunce na fotovoltaický panel, je produkována elektřina, ovšem přijde-li mrak, produkce okamžitě výrazně poklesne. Vyprodukovaná elektřina musí být ihned spotřebována zákazníky či uložena pro pozdější využití, například pro večer, kdy vzrůstá odběr domácností, ale slunce již nesvítí a fotovoltaika nepracuje. K tomu potřebujeme úložiště elektrické energie, jež disponuje dostatečným výkonem (kW) a kapacitou (kWh). Vhodným lokálním úložištěm může být akumulátor, což je zařízení, které ukládá elektřinu do chemické energie při nabíjení a při vybíjení mění chemickou energii zpět na elektřinu. Z pohledu ekonomiky je důležitá maximalizace poměru množství uvolněné a uložené elektřiny – musí se jednat o zařízení s vysokou účinností.

Jako stacionární úložiště energie lze použít lithium-iontový akumulátor, který běžně používáme v mobilních telefonech či přenosných počítačích. Tento typ akumulátorů je schopný účinně uložit velké množství energie do malého objemu – má vysokou energetickou hustotu (Wh/m³). Tyto akumulátory je možné vyrobit i v poměrně velkých rozměrech a následně je použít ke stacionárnímu ukládání energie. Tento přístup využívá kupř. miliardář a vizionář Elon Musk u svého úložiště pro domácnosti prodávaného pod názvem Tesla Powerwall. Za tímto účelem staví obrovskou továrnu na lithium-iontové akumulátory, která vychrlí ročně baterie o celkové kapacitě 35 GWh. Kdybychom všechny tyto baterie spojili do jedné obří, jaderná elektrárna Temelín by ji nabíjela při plném výkonu téměř 18 hodin! Čistě z technického hlediska se jedná o velmi zajímavý počin, ale ukazuje se, že zaměření se pouze na lithiové akumulátory není racionální z ekonomického a logistického hlediska. Poptávka po lithiu totiž začíná velmi strmě stoupat a je možné, že omezená roční kapacita těžby lithia přestane v budoucnu být schopna uspokojovat potřeby výrobců baterií.

Zároveň je důležité si uvědomit, že v případě stacionárního úložiště elektrické energie, nejsou rozměry a hmotnost zásadně důležitými parametry. Proto z pohledu ekonomiky, bezpečnosti i technologické vyspělosti mohou být pro některé aplikace výhodnější průtočné baterie na bázi vanadu. Vanadová průtočná baterie umožňuje nezávislé nastavení výkonu a kapacity dle požadavků zákazníka. Kapacita baterie je dána objemem elektrolytů na bázi solí vanadu rozpuštěných ve zředěné kyselině sírové. Elektrolyty jsou ze zásobních tanků čerpány do prostorů bateriového svazku, kde na inertních uhlíkových elektrodách dochází k elektrochemickým reakcím. Velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku určuje výkon systému.

Tým vědců z Výzkumného centra Nové technologie Západočeské univerzity v Plzni a Ústavu chemického inženýrství Vysoké školy chemicko-technologické v Praze pod vedením Juraje Koska se technologii vanadových průtočných baterií již několik let úspěšně věnuje. Letos tým dokončil vývoj vlastní vanadové průtočné baterie. Několikaletá optimalizace vnitřních komponent a designu konstrukčních částí byla završena konstrukcí bateriového svazku o výkonu 2 kW s více než 80% účinností. Na základě předběžných testů vědci očekávají životnost vanadových baterií vyšší než 20 let. „Zásadní je volba vhodných konstrukčních materiálů a zejména použití odolné membrány, jež odděluje jednotlivé poločlánky uvnitř bateriového svazku,“ tvrdí Jan Dundálek.

Získané zkušenosti umožňují konstrukci nových systémů akumulace elektrické energie, jež budou vykazovat lepší technické nebo ekonomické parametry v porovnání s lithium-iontovými bateriemi. Vědci věří, že vyvinuli silné a robustní řešení, o čemž svědčí možnost přetížení baterie ze 2 kW na 6 kW bez jakéhokoliv negativního vlivu na životnost baterie. Ani při absolutním vybití baterie nedochází k degradaci vnitřních komponent baterie či elektrolytu. Současně baterie operuje při všech běžných teplotách. Díky použití elektrolytů na vodné bázi se jedná o nehořlavé a bezpečné řešení na rozdíl od systémů na bázi lithia, takže ani při extrémním zatížení či zkratu baterie nehrozí exploze. V neposlední řadě je třeba zmínit možnost úplné recyklace baterie, kdy lze vanadové elektrolyty snadno zregenerovat do původního stavu, a tak znovu použít pro ukládání energie.

Ačkoliv se zatím jedná o v Česku poměrně neznámé řešení elektrochemického úložiště elektřiny, možnost snadného nastavení kapacity a výkonu, vysoká životnost i velmi rychlá odezva v řádu desítek milisekund předurčují vanadové průtočné baterie pro celou škálu použití. Malé systémy o výkonech v jednotkách kW a kapacitě až desítek kWh jsou vhodné pro zvýšení samospotřeby elektřiny z domácích nebo komunitních fotovoltaických panelů o desítky procent. Modulární systémy o výkonech desítek kW a kapacitě desítek až stovek kWh pomohou stabilizovat a zkvalitnit dodávky elektřiny ze sítě pro průmyslové celky. Systémy o výkonech stovek kW a kapacitách převyšující stovky kWh by pak mohly hrát roli při stabilizaci přenosu elektřiny nebo fungovat jako nabíjecí stanice elektromobilů.

Je nepopíratelným faktem, že rozvoj obnovitelných zdrojů nabírá na obrátkách. Oblast lokálních úložišť elektrické energie je vhodné vnímat jako obrovskou příležitost jak pro výzkum, tak komercializaci životaschopných řešení. A je dobře, že technicky i ekonomicky vyspělé řešení založené na technologii průtočné baterie vzniklo také v Česku.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 28528 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/kam-s-elektrinou [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/kam-s-elektrinou [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [28522] => stdClass Object ( [nazev] => Barva, energie a světlo: Pohled na svět očima fotochemika [seo_title] => Barva, energie a světlo: Pohled na svět očima fotochemika [seo_desc] => [autor] => Viktor Mojr [autor_email] => Viktor.Mojr@vscht.cz [obsah] =>

Světlo. Valná většina života na Zemi existuje právě díky němu. První fototrofní organismy v Kambriu díky fotosyntéze změnily charakter životního prostředí do té míry, aby mohly ostaní organismy vystavět své životní cykly na spotřebě kyslíku. Už z názvu fotosyntézy vyplývá, že jde o chemickou reakci iniciovanou světlem, a vědní obor zabývající se takovými procesy se nazývá fotochemie. Pro moderní fotochemiky je dnes velice významné viditelné světlo. Jak fotochemici pohlížejí na svět barev nám přiblíží Viktor Mojr, doktorand Ústavu organické chemie.

Svícení pod obojí

Světlo je vnímáno z pohledu fyziky dvojím způsobem. Chceme-li určit rychlost šíření světla, vnímáme ho jako proud fotonů – nehmotných částic, u nichž můžeme určit polohu v čase. Rychlost světla byla poprvé změřena v roce 1849 a následně byla několikrát korigována. Ve valné většině výpočtů bohatě stačí c = 3⋅10⁸ m/s. Existuje však i druhý pohled, který vnímá světlo jako elektromagnetické vlnění. Uvažujeme-li rychlost světla jako konstantu c, energie tohoto záření je funkcí vlnové délky, jejíž škála ve viditelné oblasti je spektrum od fialové až po červenou (Obrázek 1).

Obrázek 1: Světelné spektrum.

Fialová barva mezi 380 a 410 nm je pro lidské oko nejkratší pozorovatelnou vlnovou délkou. Zkrátíme-li vlnovou délku pod 380 nm, mluvíme o ultrafialovém (UV) záření. Čím je vlnová délka kratší, energie se zvyšuje, jak plyne z de Broglieho hypotézy (rov. 1). Vysokoenergetické (tvrdé) UV-záření má energii jednoho fotonu srovnatelnou s vazebnou energií a není tedy divu, že je schopno štípat chemické vazby, v čemž tkví i jeho nebezpečí pro živé organismy. Naopak energie infračerveného záření o vlnových délkách nad 720 nm je nízká, nižší než je schopno absorbovat barvivo v čípcích oční sítnice, čili je pro nás nepozorovatelné. Energie infračervených fotonů je však srovnatelná s energií nevazebných sil mezi molekulami kondenzovaných systémů, a proto je možno jej použít k ohřívání.

E = hν = hc λ

(1)

Ve vědě naštěstí v ohledu povahy světla neexistují dva protichůdné proudy názorů, a tak se všichni shodli na vlnově-korpuskulárním charakteru záření. Má to výhody při výpočtech, které perfektně zapadají do všech mechanismů a naměřených hodnot. Z toho vyplývá, že tento popis bude asi velice blízko realitě. Potřebujeme-li například určit energii potřebnou k nějakému fotochemickému ději založenému na pohlcení světla, z vlnové délky absorbovaného záření můžeme tuto energii vypočítat s využitím vlnového popisu. Je-li naší požadovanou veličinou naopak množství pohlcených fotonů, vnímáme světlo jako proud částic.

Pravá barva jenom v hlavě

Viditelné spektrum je škála tzv. pravých barev, tedy barev, které vnímáme v mozku na základě analýzy signálů ze sítnice tak, jak jsme zvyklí. Signály na sítnici jsou výsledkem fotochemické reakce barviva rhodopsinu. Je to Schiffova báze retinalu – aldehydu odvozeného od vitaminu A, retinolu – a lysinového konce proteinu opsinu. Po pohlcení fotonu přejde retinal ze své 11-cis-formy ve stabilnější trans-formu (Obrázek 2) a rychlým sledem chemických reakcí způsobí uzavření iontového kanálu na membráně senzoru, což vede ke vzniku nervového signálu. Retinal v rhodopsinu funguje jako chromofor, tedy část molekuly, která nese barvu. Navíc je to chromofor velice variabilní díky tomu, že je navázán přes dusík, který je možné protonovat, elektronová hustota celého konjugovaného systému se posunuje v závislosti na pH a tím se mění i absorpční maximum. V tyčinkách je toto absorpční maximum kolem 500 nm, což znamená, že při nízké intenzitě světla bychom měli nejlépe vidět zelené předměty. Uvidíme je ovšem v odstínech šedi, protože konečný obraz a barvy jsou záležitostí analýzy zrakového centra mozku.

Obrázek 2: Isomerace retinalu v rhodopsinu.

Tři typy čípků lidského oka však dokážou rozpoznat, ve které části viditelného spektra se nachází světlo, jež na ně dopadá. Princip je celkem jednoduchý. Každý typ čípku pokrývá jinou část spektra, jak je naznačeno na obrázku 3, přičemž jejich senzorické oblasti se překrývají. Absorpční maxima retinalu na povrchu čípků jsou oproti tomu rhodopsinovému v tyčinkách modifikována pomocí přítomnosti jiného proteinu, který na iminiovém konci zajišťuje jiné chemické prostředí, míra protonace je proto rozdílná, elektronová hustota i absorpční spektrum chromoforu se posunuje. Intenzita odezvy pro daný signál pak vyplývá z intenzity absorpce daného barviva. Mísením signálů vzniká v mozku informace o barvě. Pokud jste někdy toužili mít mozek jako počítač, sen se vám splnil. Analýza těchto dat, kdy každá tyčinka a čípek říká něco jiného, odpovídá výpočetnímu výkonu, na který se nehrabe žádná grafická karta na světě!

Obrázek 3: Spektrální profil citlivosti lidského oka. Tyto křivky byly naměřeny nepřímými metodami a neodpovídají přesně absorpčním spektrům barviv izolovaných z oční sítnice.

Barvy kolem nás? Jen paběrky

Stačí se rozhlédnout kolem sebe, abychom spatřili spoustu barevných předmětů a okamžitě rozeznali jejich barvy. List pokojové rostliny na parapetu je zelený, to je přece jasné. Ale co ve skutečnosti vidíme? Opět se jedná o záření dopadající na naši sítnici. Buďme přesní: Světlo směřující od toho listu k našemu oku má nejvyšší intenzitu v zelené oblasti viditelného spektra. Je třeba si uvědomit, že ho vidíme pouze v přítomnosti nějakého zdroje světla, ideálně bílého denního světla, které je víceméně rovnoměrnou směsí celého spektra. Na náš list tedy dopadá bílé světlo a my vidíme pouze zelenou. Znamená to tedy, že náš list pohltil velkou část modrého a červeného světla. Z toho by nám vycházela purpurová. A to je z určitého pohledu pravá barva toho listu. To, co vidíme, jsou pouze zbytky světla, které si barevné předměty a materiály nenechaly pro sebe, zbylé světlo, kterému bylo dovoleno podráždit naše sítnice, jakési paběrky, podle nichž usuzujeme, jakou barvu mají předměty, které nás obklopují.

Obrázek 4: Vnímání barev lidským okem, hodnoty vlnové délky jsou uvedeny v nm.

Na základě tohoto modelu si můžeme vysvětlit systém barev a inverzních barev, sytém RGB a CMYK. Na Obrázku 4 vidíme schéma barevného vnímání. Jeho funkčnost si můžete ověřit snadno. Zadívejte se na nějaký jednobarevný předmět, po chvíli, když se podíváte na bílou stěnu, uvidíte ten předmět, jako by byl vypálený do vašeho oka inverzní barvou. Starší generace si jistě pamatují inverzní obrázky na negativech z fotoaparátů, podobné je to vlastně i se skutečnými barvami předmětů. Ve zobrazování proto nelze použít ten samý systém pro „světelné zdroje“ a „pohlcovače světla“. Na monitoru, který funguje jako světelný zdroj, můžeme dle libosti míchat tři základní barvy, jak je vnímá naše oko. Smícháním modré a zelené získáme azurovou, zelená s červenou nám dají žlutou a modrá s červenou purpurovou. Říká se tomu také aditivní barevný systém. Komplikace ovšem nastává, pokud chceme náš obrázek dostat na papír. Pro zjednodušení předpokládejme, že papír je dokonale bílý a barvy dokonale barevné. Abychom z bílého světla, které se odráží od papíru, dostali zelené, potřebujeme odstranit červenou a modrou složku, o to se nám postarají inverzní barvy, čili azurová, resp. žlutá. Stejným mechanismem uvažujeme i při míchání ostatních barev.

Obrázek 5: Systémy RGB (vlevo) a CMYK (z angl. Red-Gree-Blue a Cyan-Magenta-Yellow-blacK).

V ideálním případě smícháním všech tří inverzních barev pohltíme všechny tři barevné složky světla a zůstane tma. Do tiskáren však je nutno přidat černou barvu a celkově upravit poměr přidaných barev, protože barviva používaná k tisku nejsou zdaleka dokonalá. Pokud jste někdy tiskli třeba poster na konferenci a nepřevedli barvy do CMYKu, jistě si z toho vezmete ponaučení pro příště.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 28522 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/mojr [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/mojr [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [28409] => stdClass Object ( [nazev] => Izotopová separace lithia pomocí ionexů [seo_title] => Izotopová separace lithia pomocí ionexů [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [perex] =>

Student doktorského studia, Ing. Jiří Mikeš, na Ústavu energetiky VŠCHT Praha zaměřil svůj výzkum na lithium. Lithium je nejlehčí alkalický kov, je značně reaktivní, stříbřitě lesklý a většina z vás si bude ze základní školy pamatovat, že hoří červeným plamenem. Má bohaté využití, najdete ho v bateriích mobilních telefonů, podává se jako lék manické fáze bipolární deprese, najdete jej v akumulátorech a využívá se v jaderné energetice. A protože v přírodě se vyskytují dva stabilní izotopy lithia, Jiří Mikeš provádí jejich izotopovou separaci pomocí ionexů.

[ikona] => [obrazek] => y8zPS61Q0DDWBAA.jpg [obsah] =>

Jak je známo, každý atom se skládá z jádra a obalu, obal je tvořen elektrony a jádro protony a neutrony. Jádra atomů izotopů jednoho prvku mají stejný počet protonů, ale mohou mít rozdílný počet neutronů. Liší se tedy nukleonovým číslem. Většina prvků se v přírodě vyskytuje jako směs různých izotopů. Jednotlivé izotopy mají různé vlastnosti. Konkrétně lithium se v přírodě vyskytuje ve směsi dvou izotopů ⁷Li a ⁶Li v přibližném poměru 1 : 10.

Sloučeny izotopu ⁷Li s malým účinným průřezem[1] se používají v jaderných reaktorech jako pomocné látky. Například hydroxidem lithným ⁷LiOH se snižuje kyselost chladící vody v běžných jaderných elektrárnách. Fluoridem lithným ⁷LiF se zase snižuje teplota tání tekutých solí ve speciálních jaderných reaktorech chlazených tekutými solemi (MSR), které se používají například v jaderných ponorkách. Kdyby tyto látky byly z přírodního lithia, kde se nachází 92,5 % ⁶Li, tak by pohlcovaly tepelné neutrony a zastavovaly jaderné reakce. Naproti tomu izotop ⁶Li s velkým účinným průřezem pohlcuje velmi dobře neutrony a je možné jej použít při jaderné fúzi – velmi perspektivního zdroje energie budoucnosti. K jaderné fúzi však musí být použito lithium, kde je prakticky jen izotop ⁶Li. Stejný důvod k separaci je obecně znám např. u uranu.

Cílem Ing. Jiřího Mikeše je tedy co nejvíce zdokonalit metodu iontové výměny pro co nejefektivnější využití v průmyslu. Toho by mohlo být dosaženo pomocí tzv. ionexu, což je zrnitý materiál, který je schopný měnit ionty na svém povrchu. Ionexy se dělí na dva hlavní druhy, katexy, které vyměňují kationty, a anexy, které vyměňují anionty. Silně kyselý katex vypadá jako malé gelové kuličky, které jsou vyrobeny z polymeru, a díky funkčním skupinám nesou záporný náboj. Záporně nabité skupiny přitahují a vyměňují kladně nabité kationty. Všechny kationty ale nejsou přitahovány stejně velkou silou.

„Katex si můžeme představit jako květ plný nektaru a kationty jako roj včel, které letí okolo. Květ bude jistě přitahovat všechny včely, ale ty hladové a ty co mají za úkol obstarávat potravu jistě více, než ty které hlídají vchod do úlu,“ vysvětluje Jiří Mikeš.

ořez 215*215px

Když lithnou sůl, např. LiCl, rozpustíme ve vodě, vzniknou nám kationty ⁶Li⁺, ⁷Li⁺ a chloridové anionty Cl^-. Silně kyselý katex o něco silněji přitahuje větší kationty ⁷Li⁺ a naopak kationty ⁶Li⁺ jím projdou rychleji. Při separaci nejprve přivedeme na vršek kolony roztok lithné soli, při jeho průtoku skrz kolonu proběhne izotopová separace a na spodku kolony začne vytékat směs izotopů, která je bohatší na lehčí (a rychlejší) izotop ⁶Li. Postupem času vytéká směs, která je podobná vstupnímu roztoku, a nakonec vytéká směs, ve které je naopak více těžšího izotopu ⁷Li.

Nejúčinněji ionexy pracují v kolonách. Kolony jsou vlastně dlouhé skleněné trubky naplněné ionexem, přes které protéká roztok lithné soli. Ve skupině Úprava vody ionexy a membránové separační techniky na Ústavu energetiky se zkoušejí různé délky a průměry kolon.

šířka 450px

Čím je kolona delší, tím účinnější je separace, na druhou stranu tato účinnost neroste donekonečna a u velmi dlouhých kolon dochází k velkým tlakovým ztrátám. Jelikož čerpání pod tlakem je energeticky náročná záležitost, není možné v průmyslovém měřítku používat příliš dlouhé kolony. Podobné je to i se zrnitostí ionexu. Čím jsou kuličky ionexu menší, tím je účinnější separace, ale vyšší tlakové ztráty. Na separaci má dále vliv i způsob výroby ionexu, rychlost průtoku děleného lithia, teplota a další faktory.

Po jednom průtoku lithné soli přes kolonu dojde ke zvýšení obsahu jednoho izotopu asi jen o 0,09 %.

Kromě ladění parametrů izotopové separace se zároveň skupina zabývá automatizací separace. „Není možné, aby separace obou izotopů proběhla v jednom kroku. Separačních kroků je potřeba větší množství, například abychom z přírodního lithia vyrobili 99% lithium ⁶Li, potřebujeme 196 separačních kroků. Při separaci je nutné včas přesměrovat tok do jiné nádoby, aby se nám odseparované izotopy znova nesmíchaly,“ vysvětluje Jiří Mikeš. Do budoucna se počítá právě s automatizací a řízením celého procesu počítačem, aby celý proces byl zase o něco blíže využití v průmyslu.

[1] Účinný průřez je fyzikální veličina, která vyjadřuje pravděpodobnost, s jakou ostřelovaná částice zachytí nějakou jinou částici. Často se s touto veličinou počítá v jaderné energetice. Jako jednotka účinného průřezu se používá barn, 1 barn = 10^-28m².

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 28409 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/izotopova-separace [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/izotopova-separace [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek_vertical [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [26319] => stdClass Object ( [nazev] => Cesta za výzkumem nových polymerních materiálů pro čištění bioplynu [seo_title] => Cesta za výzkumem nových polymerních materiálů pro čištění bioplynu [seo_desc] => [autor] => Marek Lanč [autor_email] => Marek.Lanc@vscht.cz [perex] =>

Přečtěte si první z řady popularizačních článků, jejichž autory jsou naši doktorandi. V hlavní roli je tentokrát Ing. Marek Lanč, doktorand Ústavu fyzikální chemie.

[ikona] => [obrazek] => c04tLklUSCwtSc1VSMlX8E7MObwwqSgzFQA.jpg [obsah] =>

Využití bioplynu jako alternativy k zemnímu plynu závisí na jeho dostatečné čistotě a vysokém obsahu metanu. Vhodnou metodou pro toto přečištění jsou membránové technologie, jejichž současnou slabinou je především nízká separační účinnost používaných polymerních membrán. Laboratoř membránových separačních procesů na VŠCHT pod vedením doc. K. Friesse (www.membranegroup.cz) se podílí na výzkumu nových unikátních polymerních materiálů ve spolupráci s řadou zahraničních pracovišť. Na pracovišti ITM-CNR (www.itm.cnr.it) v Kalábrii se Marek Lanč podílí na vývoji nové metody pro charakterizaci těchto materiálů.

Surový bioplyn se složením výrazně liší od čistého metanu. Obsahuje řadu nežádoucích složek, přičemž mezi hlavní patří oxid uhličitý či voda. Tyto nečistoty jsou důsledkem typických zdrojů bioplynu, ať už se jedná o biomasu, skládky komunálního odpadu nebo čističky odpadních vod. Jelikož jsou zdroje bioplynu většinou malé a decentralizované, membránová separace skýtá v tomto ohledu řadu výhod, především z hlediska kompaktnosti a přizpůsobivosti technologie.

Co by měl takový polymer pro membrány splňovat? Ideálně by měl fungovat jako běžný filtr, sítko. Tedy aby jedny molekuly mohly procházet volně, a jiné vůbec. Bohužel rozdíly velikostí molekul dělených plynů nejsou velké a výroba takovéhoto ideálního polymerního síta je dosud nevyřešenou výzvou. S unikátním konceptem, který částečně obchází tuto překážku, přišli zahraniční kolegové doc. K. Friesse, prof. P.M. Budd a prof. N.B. McKeown z Velké Británie. V jejich skupinách připravené tzv. polymery s vnitřní mikroporozitou (PIM) nabízí přiblížení k zmiňovaným ideálním sítům. Propouští sice veškeré molekuly, ale díky sofistikované vnitřní struktuře polymeru jsou některé molekuly na této cestě zpomaleny více než molekuly jiné, a dochází tak k rozdílnému složení směsi před a za membránou, tedy separaci.

Italská i pražská skupina, jichž jsem součástí, se zabývají měřením separačních vlastností těchto materiálů a snaží se o propojení souvislosti mezi strukturou polymeru a jeho schopností dělit zkoumané plyny. A to způsobem, aby bylo možné syntetizovat polymery cíleně pro separaci směsi určitého složení.

Ačkoliv se zabýváme vzorky řádově tenkými, jako je běžná ,igelitka‘, je to dostatečná tloušťka pro účinnou separaci, jelikož pro molekulu plynu představuje dráha skrze bludiště v polymeru velmi velkou vzdálenost ve srovnání s její velikostí. O to těžší je však tomuto procesu dostatečně porozumět. V kontextu světa našich rozměrů je to stejné jako jízda běžným automobilem z Prahy do Kalábrie v jižní Itálii, tedy necelé 2 000 km. A to bez navigace a mapy.

Výzkum polymerních aplikací mne zavedl právě až do Kalábrie, naštěstí s navigací. Ve zdejší laboratoři ve skupině Dr. J.C. Jansena pokračuji ve výzkumu PIMů. Na rozdíl od domovské laboratoře na VŠCHT Praha, kde se můj výzkum zaměřuje především na sorpční vlastnosti, tedy kolik plynu je možné v těchto polymerních materiálech uložit, v laboratoři v ITM-CNR se zabývají propustnostmi těchto materiálů pro čisté plyny.

Ačkoliv jsou měření propustnosti a sorpce jednotlivých plynů pro svou relativní jednoduchost běžným standardem pro charakterizaci polymerů pro membránové separace, v případě PIMů se ukazuje, že odhad chování směsí plynů na základě těchto experimentů nemusí vždy odpovídat reálnému chování, navíc vlivem některých plynů dochází k ovlivňování samotné struktury polymeru.

Výsledný efekt lze opět vysvětlit na jízdě autem: nezávislý proud osobních aut a nezávislý proud nákladních aut se bude pohybovat určitou rychlostí. Dojde-li k reálnému provozu s oběma skupinami, je pravděpodobné, že rychlost osobních aut bude nákladními ovlivněna a naopak; stejně tak bude časem změněna i samotná silnice. Existují sice přístroje umožňující měření permeace směsí plynů, ale mají svá omezení, především v oblasti studia kinetiky propustnosti, která je u PIMů velmi rychlá. Aby bylo možné lépe porozumět reálnému chování těchto polymerů, mým současným úkolem je proto v laboratořích ITM-CNR vývoj metody založené na hmotnostní spektrometrii.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 26319 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/cisteni-bioplynu [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/cisteni-bioplynu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [27212] => stdClass Object ( [nazev] => Doktorand z VŠCHT se podílí na likvidaci odpadu z výroby jaderných zbraní [seo_title] => Doktorand z VŠCHT se podílí na likvidaci odpadu z výroby jaderných zbraní [seo_desc] => [autor] => [autor_email] => [perex] =>

Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště VŠCHT Praha a ÚSMH AVČR, v.v.i., získala od amerických národních laboratoří dvouletý kontrakt v hodnotě 150 000 USD, v jehož rámci se bude spolupodílet na vývoji matematického modelu tavicích procesů při vitrifikaci jaderného odpadu.

[ikona] => [obrazek] => K8jPzi_KqwQA.jpg [obsah] =>

Hlavní postavou výzkumného týmu je Richard Pokorný, student doktorského studia na Ústavu chemického inženýrství, který v rámci svého studia s americkými národními laboratořemi už po několik let spolupracuje.

„Získání tohoto grantu je pro mě odměnou za několikaletou práci. Pro náš nově vznikající tým na VŠCHT Praha je to ale jen začátek. Uděláme všechno pro to, abychom na současný úspěch v budoucnu navázali,“ říká Ing. Pokorný.

Řešení problému zpracování a imobilizace ohromného množství jaderného odpadu, které je dědictvím výroby plutonia do atomových zbraní, totiž není otázkou jen následujících dvou let.

„Společně s docentem Jaroslavem Kloužkem, vedoucím Laboratoře anorganických materiálů, navážeme na mou dosavadní práci, jejímž hlavním cílem je vytvořit model pro tavení odpadního kmene (směs jaderného odpadu s látkami tvořícími sklo) v tavicí peci. Pomocí našeho modelu bude možné spočítat rychlost tavení, a vlastně vůbec optimalizovat celý tavicí proces.“

O projektu vitrifikace:

V Hanfordu, na severozápadě USA ve státě Washington, je v podzemních nádržích uskladněno více než 200.000 m³ radioaktivního odpadu, který je vedlejším produktem výroby plutonia během II. světové a následně studené války. Tento odpad je uskladněn ve 177 stárnoucích podzemních tancích, z nichž více jak 60 už má problémy s průsaky, které vedou ke kontaminaci podzemí a ohrožují řeku Columbia, druhou největší řeku pacifického pobřeží Severní Ameriky.

Za účelem zpracování a stabilizace radioaktivního odpadu se nyní v Hanfordu staví vitrifikační továrna (Waste Treatment Plant – WTP). V té se, zjednodušeně řečeno, radioaktivní odpad smísí s látkami tvořícími sklo, roztaví se při 1150° C v elektrické peci a vzniklé sklo se nalije do ocelových kontejnerů, kde sklo zchladne a ztuhne. Ve formě skla je pak radioaktivní odpad stabilní a odolný vůči svému okolí, a po jeho uskladnění v podzemním úložišti tak bude po další stovky až tisíce let docházet pouze k bezpečnému vyzařování a poklesu radiace.

Ačkoliv je vitrifikace radioaktivních odpadů už odzkoušená a v podstatě zvládnutá technologie, ještě nikdy nebyla použita v takovém rozsahu a na tak komplexní odpad, jaký je skladován v Hanfordu. Vitrifikační továrna je tak obrovským inženýrským oříškem, a jedním z celosvětově nejnáročnějších asanačních projektů. Jen továrna na předzpracování a separaci odpadů na nízko a vysoce radioaktivní odpad má půdorys 165 x 65 metrů, a je 12 podlaží vysoká.

Zdroje obrázků:

Letecké snímky www.hanfordvitplant.com

Model tavicí elektrické pece: Int. J. Appl. Glass Sci. , 1 [3] 309–321 (2010)

[poduzel] => stdClass Object ( [27213] => stdClass Object ( [obsah] => [iduzel] => 27213 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 27212 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/pokorny [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/pokorny [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [27120] => stdClass Object ( [nazev] => Lék z jedu včely místo antibiotika? [seo_title] => Lék z jedu včely místo antibiotika? [seo_desc] => [autor] => Tereza Tůmová [autor_email] => Tereza.Tumova@vscht.cz [perex] =>

Doktorandka Ústavu biochemie a mikrobiologie, Ing. Tereza Tůmová, spolupracuje s kolegy z ÚOCHB AV ČR na výzkumu nových typů antimikrobiálních látek a léčiv, jejichž vývoj je nutný, protože mikroorganismy jsou stále odolnější vůči klasickým antibiotikům. Jak se takovýto výzkum dělá? Molekuly antimikrobiálních látek se nacházejí v celé řadě organismů. Výzkumný tým z ÚOCHB AV ČR se zabývá jejich izolací z jedových váčků včel Halictus sexcintus. Tyto molekuly antimikrobiálních látek, v tomto případě peptidů, se vyznačují vysokým kladným nábojem, který ovlivňuje jejich antimikrobiální aktivitu velmi významně. Ing. Tereza Tůmová a skupina Dr. Kašičky analyzuje právě fyzikálně-chemické vlastnosti těchto molekul, aby se dalo lépe předpovědět jejich využití ve formě léčiv. Jak se taková molekula s kladným nábojem charakterizuje pomocí kapilární elektroforézy?

[ikona] => [obrazek] => [obsah] =>

Stanovení efektivního náboje antimikrobiálních peptidů pomocí kapilární elektroforézy

Nárůst rezistence mikroorganismů vůči klasickým antibiotikům, jakými jsou např. peniciliny a tetracykliny, vyžaduje, aby byly hledány a zkoumány nové typy antimikrobiálních látek a léčiv. Pracovníci Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd České republiky se výzkumem takovýchto molekul, izolovaných z hmyzu, zabývají již téměř deset let. Jde o antimikrobiální peptidy, unikátní svým silným kladným nábojem, který hraje významnou roli v antimikrobiálním účinku. Přesné určení náboje peptidu je tedy podstatné pro vysvětlení mechanismu antimikrobiální aktivity. Jednou z metod pro stanovení efektivního náboje molekuly, vedle např. výpočetní chemie, je kapilární elektroforéza.

Antimikrobiální peptidy byly izolovány z celé řady organismů, např. hmyzu, žab i savců. My se zabýváme analýzou a charakterizací peptidů objevených skupinou Dr. Čeřovského v jedových váčcích hmyzu, především včely Halictus sexcintus. Dle tohoto původu byly peptidy pojmenovány haliktiny. Jde o molekuly tvořené řetězci 10-12 aminokyselin spojených peptidovou vazbou. Pro představu je dobré přirovnání aminokyselin v peptidovém řetězci k podobě kuliček navlečených na provázku. Tyto aminokyseliny mají různé postranní řetězce, tj. části molekuly, které jim dávají specifické vlastnosti. Pro nás je u haliktinů podstatná přítomnost aminokyselin, které nesou bazické postranní skupiny a celé molekule peptidu tak udělují kladný náboj. Jeho velikost se však liší v závislosti na pH prostředí, ve kterém se peptid nachází.

Z dosavadního pozorování je zřejmé, že kladný náboj peptidu je důležitou vlastností pro antimikrobiální aktivitu, neboť právě interakce kladného náboje peptidu se záporně nabitou membránou bakterií je podstatou účinku. Přesné určení jeho velikosti by pomohlo lépe vysvětlit mechanismus účinku i navrhnout ještě účinnější molekuly.

V prostředí o různém pH se velikost náboje peptidu mění díky disociaci resp. protonizaci postranních skupin aminokyselin. Hodnota pH, při které dochází k disociaci resp. protonizaci dané skupiny z 50 % je určena tzv. kyselou disociační konstantou této skupiny. Průměrné hodnoty disociačních konstant aminokyselin jsou dostupné v literatuře, ovšem pro naše unikátní peptidy bylo nutno tyto konstanty zjistit experimentálně.

Disociační konstanty ionogenních skupin molekul je možné stanovit kapilární elektroforézou, což je rychlá, vysoce účinná separační technika s minimální spotřebou analyzované látky. Nabité sloučeniny (tedy i naše peptidy) putují kapilárou pod vlivem vloženého elektrického pole. Dochází k jejich separaci na základě rozdílných rychlostí pohybu, které jsou dány různou velikostí jejich náboje, molekulové hmotnosti a tvarem molekuly. Charakteristikou, kterou kapilární elektroforézou určujeme, je efektivní elektroforetická pohyblivost dané látky, tj. rychlost vztažená na jednotkovou intenzitu elektrického pole.

Křemenná kapilára, ve které analýza probíhá, obsahuje na své vnitřní stěně silanolové skupiny, které v roztoku při pH vyšším než 4 nesou záporný náboj. Toto je problém pro analýzu kladně nabitých molekul, neboť dochází k elektrostatickým interakcím a adsorpci molekul na stěnu kapiláry, což v důsledku může vést k chybně určeným elektroforetickým pohyblivostem. Bylo tedy třeba záporné silanolové skupiny „zamaskovat“, aby bylo možno provést měření pohyblivosti haliktinů v široké oblasti pH. Maskování se podařilo pomocí pokryvu vnitřního povrchu kapiláry. Na vnitřní stěnu kapiláry se střídavě nanáší vrstvy roztoků kladně a záporně nabitých molekul, poslední vrstva nese kladný náboj a díky odpuzování kladně nabitých peptidů od tohoto povrchu nedochází k jejich adsorpci na stěnu kapiláry. Takto jsme určili pohyblivosti haliktinů v širokém rozmezí pH a ze závislosti těchto pohyblivostí na pH jsme pomocí nelineární regresní analýzy vypočítali hodnoty disociačních konstant. Znalost těchto konstant nám pak umožnila vypočítat efektivní náboj haliktinů v prostředí o určitém, např. fyziologickém pH, což pomůže při objasňování jejich antimikrobiálního účinku.

Procesem dalšího využití těchto látek do konečné podoby nového druhu antibiotika se zabývají kolegové Ing. Terezy Tůmové v ÚOCHB AV ČR ze skupiny Antimikrobiálních peptidů a o tomto procesu si budete moci brzy přečíst další článek. Nové druhy léků se samozřejmě velmi dlouho testují, než jsou schváleny k používání.

šířka 450px

Schéma uspořádání přístroje pro kapilární elektroforézu.

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 27120 [canonical_url] => //www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/antibiotika-elektroforeza [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/antibiotika-elektroforeza [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_novinky [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) [api_suffix] => )

Obrázek 2 - Testování různých kompozic lepidla lepících sklo, papír i plasty

st 25.11.2020Alchymie lepidelStručný přehled lepkavé vědy.

čt 29.10.2020Je sodno-draselná ATPasa pouze transportním proteinem?Studujeme látky k použití v terapii nádorových nemocí.

st 07.10.2020Mitotické jedy v protinádorové terapiiZákladem mnoha chemoterapeutik zůstávají látky cílící na dělení buněk.

út 29.09.2020Teranostika – spojení, které se vyplácí Objev a znič! Tak zní úkol pro moderní protirakovinné látky, kterými se zabývá teranostika.

Obrázek 2 - Práškový PHBV připomíná vzhledem i vůní sušené mléko

so 22.08.2020Bioplast, na který jsme čekaliNová generace bioplastů zachrání více jahůdek, ale i životů.

st 24.06.2020Víš, čím se myješ?EDTA má úžasné vlastnosti, jako chelatační činidlo je nepostradatelná pomocnice v průmyslu a napomáhá tvorbě pěny v koupeli.

po 01.06.2020Je opravdu kyselina mléčná jen metabolickým odpadem?Hraje významnou roli v prevenci různých onemocnění?

po 17.02.2020Léčba nádorových onemocnění světlem?Fotodynamická terapie se se snaží využít světlo jako jednu z komponent léčby.

Obr.1 Porovnání infikovaného a neinfikovaného listu řepky olejky

pá 01.11.2019Jak využít genetiky pro zvýšení obranyschopnosti rostlin proti patogenům

pá 25.10.2019Data, relace a korelace dat - jak interpretovat data? Data jsou základ. Když už je konečně máme, co nám vlastně říkají?

pá 25.10.2019Pesticídy – dobrý sluha, ale zlý pánProblematikou pesticidů a jejich přetrváváním v přírodě se zabývají na Ústavu technologie vody a prostředí.

po 21.10.2019Včelí plástev – může být inspirací v tkáňovém inženýrství?O vytváření hexagonálních struktur a jejich potenciálu.

út 30.07.2019Využití chemometrie při analýze palivChemometrie je zaměřená na využití matematických a statistických funkcí ke zpracování fyzikálně-chemických dat.

Zdroje přírodních látek a výrobky z nich

čt 21.03.2019Využití netradičních zdrojů přírodních látek při výrobě masných výrobkůNajde využití chmel otáčivý či vinná réva?

po 04.02.2019Vývoj restaurování kamene „u nás“

po 19.11.2018Co je to kybernetika a jak se dá využít v medicíně?Jeden z vědních oborů, který na VŠCHT Praha rozvíjíme, je kybernetika.

út 23.10.2018Krystaly, které zesilují světelné zářeníVýzkumníci z VŠCHT Praha se podílí na nových prvcích pro optické telekomunikace.

st 30.05.2018Nanočástice stříbra - ochránce stavebních materiálůAntibakteriální aktivita stříbra je už dlouho známá. Prosazuje se ale i v nových aplikacích.

Obr. 1 - Ukázka snížení tepelných ztrát po zateplení budovy komerční tepelnou izolací podložené snímky z termovizní kamery

út 17.04.2018Tepelně izolační materiály nové generaceVýzkumníci z VŠCHT Praha chtějí uspořit energii vývojem polymerních pěn.

po 16.04.2018Jak skladovat ropu efektivně?Na VŠCHT Praha přicházíme na to, jak při dlouhém skladování "černého zlata" zamezit tvorbě ropných úsad.

st 07.02.2018Může chmel léčit?Že je chmel důležitý pro výrobu piva ví skoro každý. Obsahuje však i léčivé látky, které zkoumají výzkumníci na VŠCHT Praha.

po 15.01.2018Invaze bakterií anammox na čistírny ušetří stočnéVýzkumníci na VŠCHT Praha pomáhají zefektivnit čištění vody pomocí biotechnologií.

Noroviry_foto ziskané pomocí transmisního elektronového mikroskopu (foto - Graham Beards at English Wikipedia)

st 03.01.2018Detekce norovirů v potravináchViry můžou způsobit epidemie - potraviny ale nekazí. Výzkumníci z VŠCHT pracují na jejich včasném odhalení.

Obrázek 1 Simulace charakteristického poškození povrchu archeologických nálezů na valounku z Baltského jantaru bez historické hodnoty

st 27.12.2017Jantarová komnata na VŠCHTPamátky z jantaru se snadno poškodí. Výzkumníci z VŠCHT se snaží najít postup, jak jantar ochránit.

st 02.11.2016BiofilmyŽivot mikroorganismů v jednotném společenství z pera Ing. Evy Kvasničkové.

Alchymie lepidelStručný přehled lepkavé vědy.

Je sodno-draselná ATPasa pouze transportním proteinem?Studujeme látky k použití v terapii nádorových nemocí.

Mitotické jedy v protinádorové terapiiZákladem mnoha chemoterapeutik zůstávají látky cílící na dělení buněk.

Teranostika – spojení, které se vyplácí Objev a znič! Tak zní úkol pro moderní protirakovinné látky, kterými se zabývá teranostika.

Bioplast, na který jsme čekaliNová generace bioplastů zachrání více jahůdek, ale i životů.

Víš, čím se myješ?EDTA má úžasné vlastnosti, jako chelatační činidlo je nepostradatelná pomocnice v průmyslu a napomáhá tvorbě pěny v koupeli.

Je opravdu kyselina mléčná jen metabolickým odpadem?Hraje významnou roli v prevenci různých onemocnění?

Léčba nádorových onemocnění světlem?Fotodynamická terapie se se snaží využít světlo jako jednu z komponent léčby.

Jak využít genetiky pro zvýšení obranyschopnosti rostlin proti patogenům

Data, relace a korelace dat - jak interpretovat data? Data jsou základ. Když už je konečně máme, co nám vlastně říkají?

Pesticídy – dobrý sluha, ale zlý pánProblematikou pesticidů a jejich přetrváváním v přírodě se zabývají na Ústavu technologie vody a prostředí.

Včelí plástev – může být inspirací v tkáňovém inženýrství?O vytváření hexagonálních struktur a jejich potenciálu.

Využití chemometrie při analýze palivChemometrie je zaměřená na využití matematických a statistických funkcí ke zpracování fyzikálně-chemických dat.

Využití netradičních zdrojů přírodních látek při výrobě masných výrobkůNajde využití chmel otáčivý či vinná réva?

Vývoj restaurování kamene „u nás“

Co je to kybernetika a jak se dá využít v medicíně?Jeden z vědních oborů, který na VŠCHT Praha rozvíjíme, je kybernetika.

Krystaly, které zesilují světelné zářeníVýzkumníci z VŠCHT Praha se podílí na nových prvcích pro optické telekomunikace.

Nanočástice stříbra - ochránce stavebních materiálůAntibakteriální aktivita stříbra je už dlouho známá. Prosazuje se ale i v nových aplikacích.

Tepelně izolační materiály nové generace

Jak skladovat ropu efektivně?Na VŠCHT Praha přicházíme na to, jak při dlouhém skladování "černého zlata" zamezit tvorbě ropných úsad.

Může chmel léčit?Že je chmel důležitý pro výrobu piva ví skoro každý. Obsahuje však i léčivé látky, které zkoumají výzkumníci na VŠCHT Praha.

Invaze bakterií anammox na čistírny ušetří stočnéVýzkumníci na VŠCHT Praha pomáhají zefektivnit čištění vody pomocí biotechnologií.

Detekce norovirů v potravináchViry můžou způsobit epidemie - potraviny ale nekazí. Výzkumníci z VŠCHT pracují na jejich včasném odhalení.

Jantarová komnata na VŠCHTPamátky z jantaru se snadno poškodí. Výzkumníci z VŠCHT se snaží najít postup, jak jantar ochránit.

BiofilmyŽivot mikroorganismů v jednotném společenství z pera Ing. Evy Kvasničkové.

zobrazit další novinky

Vítejte ve světě moderní chemie

VŠCHT Praha - Výzva, která se vyplatí

Oddělení komunikace

Michal Janovský

Jan Kříž

Bára Uhlíková

Barbora Strasserová

Annemarie Havlíčková

Lumír Košař

Jana Sommerová

Dana Kardová (rozená Bílková)

Poradenské a kariérní centrum

Alumni VŠCHT Praha

Chyba 404

DATA

Nejen obal léčiv, ale i obal obalů

Plasty nejsou z cukru. Bioplasty ano

Vyrábět bioplasty z jídla? Raději z odpadu z jídla!

Čím více odpadu z jídla, tím méně odpadu z jídla

Slunce, seno a kejda z prasátek

Příklad z praxe

Izolační materiály šetří energie

Úskalí, která je třeba vyřešit

Hledáme nové způsoby výroby pěn a zdokonalujeme současné

Výsledky výzkumu lze rozšířit i do dalších aplikačních oblastí

A proč jsou laktobacily ve vaginálním traktu tak důležité?

Co by se stalo, kdyby laktobacily z vaginálního traktu zmizely?

Co je to cholesterol a proč je jeho vysoká hladina v krvi nebezpečná?

Jak mohou laktobacily snížit množství sérového cholesterolu?

Legenda k obrázkům

Bibliografie

Jak velký problém to opravdu je?

Co se děje s takovým obrovským množstvím úsad?

Pavučinec plyšový

Síran thallný

Benzo[a]pyren

Dimethylrtuť

Polonium

Sociální experiment: Skutečný výzkum, ale záměrně špatná věda

Grafy na skřipci: Když měříte dost věcí, něco vyjde

Predátorské časopisy: Za poplatek vám publikují cokoli

Novináři a věda: Chybělo ověření a zasazení do kontextu

Svícení pod obojí

Pravá barva jenom v hlavě

Barvy kolem nás? Jen paběrky

Stanovení efektivního náboje antimikrobiálních peptidů pomocí kapilární elektroforézy