Deset průlomů, které v letošním roce změnily vědu

22.12.2010 10:34   |  

Čím rok 2010 vstoupí do dějin vědy? O odpověď se pokusila redakce prestižního vědeckého časopisu Science – periodika, v němž mohou své objevy publikovat jen nejúspěšnější vědci a jehož vydavatelem je Americká asociace pro pokrok vědy (AAAS), největší vědecká společnost na světě.

Časopis Science vybral deset objevů, jež označil za průlomy roku. Jednoznačně mezi nimi převládají objevy z genetiky. Hlavní ocenění pak získal ten, který nahlíží do obtížně pochopitelných tajemství kvantové fyziky.

1. Kvantový stroj mění chápání světa

Až do letoška se všechny lidmi vyrobené předměty pohybovaly podle zákonů klasické mechaniky. V březnu však skupina vědců sestavila zařízení, jehož pohyby se dají popsat pouze pomocí kvantové mechaniky.

Experimentálně tak zasáhli do oblasti, která je běžným lidským myšlením obtížně uchopitelná. Kvantová mechanika platí ve světě molekul, atomů a ještě menších částic. Liší se od běžné fyziky, kterou pozorujeme kolem sebe. Konstatuje, že velmi malé předměty mohou absorbovat energii pouze po elementárních, dále nedělitelných množstvích (kvantech), nebudou nikdy zcela nehybné a mohou být na dvou místech současně.

Kvantový stroj sestavili fyzikové Andrew Cleland a John Martinis z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře se svými kolegy. Přiměli malou kovovou lopatku z polovodiče, viditelnou pouhým okem, chovat se podle kvantových zákonů. „Stroj“ ochladili téměř k absolutní nule (-273,15 oC), až dosáhl takzvaného základního stavu, což je nejnižší energetický stav dovolený kvantovou mechanikou. Potom pomocí mikrovlnného záření zvýšili energii o jediné kvantum, a vytvořili tak čistě kvantově mechanický stav pohybu. Dokonce se jim podařilo dostat zařízení do dvou stavů současně, takže ve stejný okamžik vibrovalo málo i hodně, což je fenomén vymykající se běžnému myšlení. Pravidla kvantové mechaniky však takový stav připouštějí.

Nový přístroj otevírá cestu k mnoha jiným experimentálním zařízením a možná nabídne odpověď na fascinující otázku: Proč může být subatomární částice na dvou lehce odlišných místech současně, ale automobil nebo člověk nikoli? Brání tomu nějaký nezvratný fyzikální princip, nebo lze i u předmětů takového dvojitého stavu dosáhnout? A dokážeme někdy ovládat a využívat kvantové jevy tak, jako se to daří třeba s elektřinou?

Fyzikové se opět mění v objevitele vstupující do nového světa, kterému je obtížné porozumět, a není zcela jasné, co v něm lze najít.

2. Mikroorganismy podle přání

Američtí vědci, jejichž práci řídil proslulý genetik a manažer Craig Venter, letos přenesli do bakterie umělý genom (soubor genetických vlastností zakódovaných v DNA). Nejdříve naprogramovali v počítači podobu řetězce DNA jedné bakterie, který pak v laboratoři uměle sestavili a vložili do „obalu“ z jiné bakterie. Ta ne zcela z jasného důvodu odvrhla vlastní genetický materiál a začala se chovat jako bakterie, jež byla vzorem při vytváření genomu.

Tomuto postupu, při němž vědci díky znalostem genetiky uměle zasahují do základních životních procesů, se začalo říkat syntetická biologie. Předpokládá se, že vědci budou brzy schopni vytvářet umělé mikroorganismy na přání, „naprogramované“ například tak, aby se v nich vytvářely nové léky pro lidi.

3. Neandertálci jsou naši předci

Po letech úsilí se vědcům podařilo ze dvou třetin sestavit genom neandertálského člověka, který představuje samostatnou vývojovou větev odlišnou od linie dnešních lidí. Vědci se však dlouho přeli, zda se neandertálci křížili s předky dnešních lidí, s nimiž žili souběžně.

Badatelé z německých a amerických laboratoří sestavili neandertálský genom s využitím DNA z kostí tří neandertálských žen, jež žily v Chorvatsku před 38 až 44 tisíci lety. Zjistili, že Evropané a Asiaté (nikoli však Afričané) mají jedno až čtyři procenta genů od neandertálců. To naznačuje, že po odchodu z Afriky, kde lidé vznikli, se naši předkové přece jen křížili s neandertálci. Nečekaně se tak rozšířil seznam praprapříbuzných nynějšího člověka.

4. Poznání lidských genů raketově roste

Mezinárodní vědecké úsilí, nazvané Projekt tisíce genomů, dokončilo letos přípravnou fázi a vyzkoušelo tři použitelné, ale odlišné postupy pro porovnávání lidských genů. Cílem je jednak zjistit, které geny dělají člověka člověkem a odlišují jej od jiných živočichů, jednak najít genetické odchylky lidí, jež vedou například ke vzniku nemocí.

Původní záměr, tedy porovnat genomy tisíce lidí z 27 populací celého světa, se změnil na porovnání genomů 2500 osob. Vědci za to vděčí neustálému vylepšování přístrojů, které popis DNA umožňují.

5. Blíží se výroba „opravářských“ buněk pro lidské tělo

Ještě před pár lety vědci předpokládali, že budou schopni opravovat poškozené tkáně (třeba srdce po infarktu nebo míchu po úrazu) pomocí takzvaných kmenových buněk. Jsou to jakési základní buňky, předurčené k tomu, aby se vyvinuly v jiné požadované buňky těla – nervové, svalové, kostní… Zdálo se, že nejvhodnější kmenové buňky se budou odebírat z lidských zárodků, což vyvolávalo etické spory; méně dobré, ale stále použitelné kmenové buňky pak třeba z kostní dřeně pacienta.

Ukazuje se však, že to zřejmě nebude nutné a že půjde používat i zcela běžné buňky. Každá je sice už nějak specializována, ale lze to změnit. Vědci se učí „přeprogramovat“ běžné buňky tak, aby se z nich vytvářely i zcela odlišné buňky podle potřeby. Právě letos se jim podařilo najít postup tohoto buněčného reprogramování, který je oproti dosavadním metodám dvakrát rychlejší a stokrát účinnější. Přeprogramované buňky zatím vědci používají k výzkumu. Doufají však, že během několika let se jim podaří v nemocniční praxi odebrat pacientovi například jeho buňky z pokožky, v laboratoři je změnit a rozmnožit tak, aby se jimi daly „záplatovat“ poškozené orgány.

6. Nový náhled do mendelovských nemocí

Některé dědičně podmíněné nemoci jsou způsobeny nešťastnou souhrou více genů. U jiných však nemoc způsobuje vada na jediném genu – tyto choroby se nazývají mendelovské či mendeliánské (podle v Brně působícího objevitele základních zákonů dědičnosti Gregora Mendela). Vědci letos výrazně postoupili v hledání konkrétních genů a jejich mutací, které způsobují, že nemoc propukne. Nové poznání by mělo vést ke včasné diagnostice a lepšímu léčení. Podle odhadů však může být takových chorob až sedm tisíc.

7. Pomůcka pro výpočet supravodivosti

Řešení obtížných matematických problémů umožňují letos vyzkoušené kvantové simulátory. Fyzikové obvykle vymýšlejí teoretické modely plné složitých rovnic, jimiž vysvětlují výsledky experimentů. Řešení rovnic je ovšem velmi těžké. Kvantové simulátory by měly pomoci v oblasti fyziky kondenzované hmoty, v níž při teplotě blízké absolutní nule začínají platit kvantové zákony. Jako simulátory obvykle slouží umělé krystaly, v nichž laserové světlo hraje roli iontů a atomy zachycené světlem hrají roli elektronů. Rychlejší postup ve výzkumu by tady mohl vést k lepšímu pochopení a snad i širšímu praktickému využití supravodivosti – jevu, při němž materiál neklade žádný odpor průchodu elektrického proudu.

8. Bílkoviny se chovají podle svého vzhledu

Na tvaru záleží. Vědí to už biologové, kteří se zabývají bílkovinami. Tyto látky mají mnoho funkcí, například lidské tělo je z některých proteinů složeno a jiné bílkoviny řídí jeho činnost. Bílkoviny jsou základem enzymů, hormonů i hemoglobinu, který v těle přenáší kyslík. Odlišné prostorové uspořádání chemicky stejných proteinů někdy určuje, že se tyto látky chovají v organismu rozdílně. Odborníci proto zkoumají zákonitosti, podle nichž se proteiny uvnitř těla utvářejí, a snaží se tyto principy navodit v počítači. Američtí vědci získali před dvěma lety superpočítač, který jim umožňuje lépe simulovat, jak se v bílkovinách chovají atomy, na nichž skládání bílkoviny závisí. Letos oznámili, že tímto způsobem dokážou sledovat pohyb atomů v bílkovině stokrát delší než v té, kterou popsali původně. Nyní chtějí použít ještě výkonnější počítač, který by jim umožil proniknout hlouběji do poznání, jak lidský organismus funguje a co jeho fungování popřípadě brání.

9. Potkani se po „vypnutí“ genů vracejí do laboratoří

Pokud vědci zkoušejí některé látky na zvířatech, používají obvykle myši. Méně často se v laboratořích objevují potkani. Ti jsou člověku bližší, a protože jsou inteligentnější než myši, dají se na nich studovat třeba i poruchy mozku. Vědci se už v roce 1989 naučili vyřadit z činnosti některé myší geny. Taková zvířata se pak lépe hodí pro výzkumy. Teprve letos však badatelé ověřili několik způsobů, jak „vypnout“ geny také v potkanech. Tito hlodavci se tak zase mohou vrátit do laboratoří a pomáhat vědcům při zkoumání biologických vlastností obecně a také při zjišťování působení léků.

10. Úder proti HIV přichází z české laboratoře

Hned dva nové výsledky v ochraně před nákazou HIV zaznamenali vědci v průběhu letošního roku. Ukázalo se, že léky užívané nemocnými dokážou také snížit riziko nákazy dosud zdravých lidí. Nejdříve badatelé zjistili, že vaginální gel, který obsahuje lék tenofovir (vyráběný pod obchodní značkou Viread a obvykle používaný v tabletách), snižuje riziko nákazy žen virem HIV. Pak se ukázalo, že preventivní podávání léku Truvada snižuje riziko infekce homosexuálních mužů.

V kombinaci s dalšími metodami se tak rozšiřují možnosti prevence, které jsou cenné, protože proti HIV neexistuje očkování. Z českého pohledu je zajímavé, že oba léky mají původ v pražské laboratoři Antonína Holého z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd. Tenofovir je z roku 2001 a Truvada vznikla v roce 2004 kombinací tenofoviru s jiným lékem. Medikamenty vyrábí americká společnost Gilead Sciences, která na ně koupila licenci. Léky sice nedokážou viry HIV z těla nakaženého zcela odstranit, brzdí však jejich množení, čímž umožňují mnoha infikovaným lidem vcelku normální život.

Autor: Josef Tuček

Komentáře

Čtěte také

Elektromobilem přes Evropu. Evropská komise chce více nabíjecích stanic

Elektromobilem přes Evropu. Evropská komise chce více nabíjecích stanic

Evropská komise chce snížit emise oxidu uhličitého, pomoci tomu má větší prodej elektromobilů. Zákazníky má přesvědčit o jejich nákupu větší počet nabíjecích stanic. více

Mobilní web