Mikrořasy je třeba zkoumat. Mají budoucnost

04.05.2021

Vědci i vizionáři do nich vkládají velké naděje. Řasy podle jejich přesvědčení čeká zářná budoucnost. A proto i ony poletí do stratosféry v rámci přeshraničního projektu Společně na hranici vesmíru. „Samotná příprava experimentů s těmito organismy není příliš náročná. Nejtěžší fáze nastane, až se mikrořasy vrátí zpět na Zemi a my je budeme analyzovat,“ tvrdí Dr. Dalibor Húska, vedoucí Výzkumné skupiny nanobiotechnologie rostlin a mikrořas, která je součástí Ústavu chemie a biochemie při Mendelově univerzitě v Brně. Na úkolu pracuje společně s nadějnou studentkou Katarínou Molnárovou.  

Vaše experimenty jsou založeny na výzkumu mikrořas. Můžete upřesnit, s jakým materiálem pracujete?

D. H.: Používáme zelené jednobuněčné řasy, které se svými vlastnostmi trochu podobají bakteriím. Na rozdíl od bakterií jsou však fotosynteticky aktivní, schopné přeměňovat sluneční energii a oxid uhličitý na cukry a další „stavební“ látky důležité pro jejich život.

Kde se tyto jednobuněčné řasy vzaly? Vypěstovali jste si je v laboratoři? 

D. H.: Získali jsme je z takzvaných genových bank, jež fungují po celém světě a jsou zdrojem nejen mikrořas, ale i bakterií a rostlin. U stratosférických pokusů je důležité mít právě tuto danou mikrořasu ve sterilním stavu, nekontaminovanou jinou řasou nebo bakterií. U dalších experimentů bychom však chtěli využít vlastní řasy, které odebereme z místa přirozeného výskytu a poté kultivujeme v našich laboratořích. 

Je složité připravit pokus, který poletí do stratosféry? Co všechno to zahrnuje?

D. H.: S oblibou říkám, že nejtěžší na tom všem je plánování a organizace. Tedy co, kdy, kde, jak a kým bude uděláno. Vlastní příprava experimentu – alespoň toho našeho – není až tak náročná. Fakticky jde o to, nakultivovat mikrořasy. Náročnější je zvolit vhodné podmínky a kultivační médium, v němž mikrořasy poletí do stratosféry. A také příprava schránky, u níž je třeba vyřešit množství technických záležitostí a provést řadu kontrol. Abychom mikrořasy mohli zkoumat, potřebujeme například, aby byly ve schránce temperované i netemperované nebo aby schránkou mohlo procházet ultrafialové záření. Nejtěžší fáze nastane, až se mikrořasy vrátí zpět na Zemi a my je budeme analyzovat.

Co chcete svými experimenty dokázat?

D. H.: Na rozdíl od kosmických agentur NASA a ESA, které mají jiné technologie i finanční možnosti, pro nás lety stratosférickými balóny představují zajímavý pilotní projekt, který umožňuje zkoumat vlivy kosmického záření na mikrořasy za poměrně málo peněz. Kromě základního výzkumu, jehož cílem je zjistit, jak mikrořasa reaguje na extrémní podmínky a zatížení, mají naše pokusy také aplikační potenciál. Nejen NASA, ESA nebo Elon Musk, nýbrž každý, kdo se zabývá otázkou, jak přežít ve vesmíru, řeší, čím se tam živit.

Tedy mikrořasy jako zdroj potravy?

D. H.: Přesně tak. Patří do okruhu organismů, které by mohly kompletně zabezpečit stravu člověka ve vesmíru. Ověřování těchto úvah začíná „jednoduchými“ experimenty, při nichž na Mezinárodní vesmírné stanici probíhá pokusné pěstování salátů, rajčat a dalších rostlin. My jsme však zastánci názorové skupiny, která tvrdí, že pěstování rostlin do vesmíru spíše nepatří. Zato v bioreaktorech s řasami, jež mohou produkovat mnohem více biomasy a lépe se s nimi pracuje, spatřujeme potenciál, který by mohl zajistit potravu ve vesmíru. A v budoucnu třeba i na Marsu nebo na Měsíci, pokud by tam vznikly základny. Nejprve ale musíme vědět, jak mikrořasy ve vesmíru reagují.

O řasách obecně se mluví jako o zázračné surovině budoucnosti. Věříte na její schopnosti?

D. H.: Mikrořasám stoprocentně věřím, vidím v nich velký potenciál. Vezměme například geneticky modifikované organismy, vůči jejichž využití je Evropská unie zatím zdrženlivá. Přitom existují nové nástroje založené na technologii Crispr/Cas9, umožňující cílenou editaci genů tak, aby se do mikrořasy nevnášel žádný cizí gen například hmyzu. Zmíněná technologie spočívá v „pouhé“ modulaci genomu původních mikrořas tak, aby produkovaly například více lipidů. Lze je také použít v kosmetickém nebo farmaceutickém průmyslu jako zdroj cenných látek pro výrobu léčiv. Obsahují rovněž velké množství minerálů, vitamínů, antioxidantů a lipidů, takže jsou aktuálně předmětem výzkumu jako organismy, z nichž by se dala vyrábět například bionafta. Zároveň obsahují hodně proteinů, přitom k jejich pěstování není nezbytně nutné pole. Postačí třeba stará továrna, hala nebo bioreaktor, kde díky rozvoji solární energetiky lze mikrořasy relativně snadno „pohánět“ k růstu pomocí sluneční energie. Zdají se proto být velmi užitečnými organismy, jež by v budoucnu mohly nahradit suroviny nejen ve vesmíru, ale i na Zemi.

Co pro vás, jako studentku oboru zemědělská chemie, účast na tomto projektu znamená?

K. M.: Veľa. Keď som sa ako mladá rozhodovala, či ísť študovať „vesmír“ alebo biológiu, netušila som, že raz budem vedieť tieto dva smery skombinovať. Keď som začínala s pokusmi, ktoré mali spojiť tieto dva odbory, bola som troška skeptická, či nájdem v našich končinách príležitosti sa realizovať. Preto som neskutočne rada za možnosť spolupracovať s doktorom Húskom na tomto projekte. Je to pre mňa vynikajúca príležitosť robiť konečne to, čo som vždy chcela – pozerať sa na hviezdy cez mikroskop.

Budete se chtít řasám a mikrořasám věnovat i v profesním životě?

K. M.: Určite. Mikroriasy sú neodmysliteľnou súčasťou „Space Agro“. Taktiež nám vedia povedať veľa o  živote na rannej Zemi – sú to vďačné subjekty na objavovanie ako minulosti, tak aj budúcnosti. Navyše sú mikroriasy, ako spomínal už Dr. Húska, multifunkčný nástroj na riešenie mnoho problémov, ktorým čelíme a čeliť budeme. Niekedy by sa až zdalo, že sú odpoveďou na všetko – so správnymi nápadmi a technikami. Preto by som sa im chcela venovať aj naďalej, aby som sa o nich dozvedala čo najviac.    

Už jste na takovém projektu někdy pracovali?

D. H.: S valašskomeziříčskou hvězdárnou jsme na obdobném úkolu spolupracovali v roce 2019, kdy jsme poprvé poslali mikrořasy k pokusům ve stratosférickém balónu. Tehdejší mise byla úspěšná jen zčásti, protože mikrořasy jsme sice dostali zpět do laboratoře, ale nepodařilo se nám je nakultivovat, abychom na nich mohli pozorovat případné změny. Získali jsme však cenné poznatky, jak náš experiment nastavit pro příští let.

Je příprava takového pokusu rutina, nebo je nutné stále se soustředit?

D. H.: Pojmu-li to zeširoka, věda je jenom o tom, že se člověk musí neustále soustředit. Pro nás je ale tento experiment spíše rutina, protože kultivujeme řasy a je pouze otázkou, jak je k pokusu připravit. Zkoušíme různá média a sledujeme, co se s nimi stane za různých teplot. Jak už jsem řekl, nejnáročnější bude, až se mikrořasy vystavené stresu vrátí zpět a my je budeme analyzovat.

Co když se přesto něco nepodaří?

D. H.: I experiment, který se nepodaří, je velmi užitečný, protože věda spočívá v hledání cest. Takovou cestu může ukázat výsledek buď pozitivní, nebo negativní. Vždy je ale třeba vzít si z experimentu ponaučení a směřovat dále. Naším cílem je dostat mikrořasy do laboratoří na vesmírné stanici, abychom mohli sledovat dlouhodobější efekt tamních podmínek na jejich vývoj. Snad se nám to někdy podaří, protože kosmická agentura ESA podobné výzvy skutečně vyhlašuje.

Neláká vás vzlétnout také a provést svůj experiment ve vesmírné laboratoři?

D. H.: Přiznám se, že po něčem takovém netoužím. Výšky mi sice nedělají problém, mám moc rád hory, do vesmíru bych se přesto nehrnul. Zato bych rád svým drobným sklíčkem přispěl do mozaiky výzkumů, které prokáží opravdový potenciál mikrořas.

K. M.: Popravde je to určite lákavé. Snáď sa raz dožijem doby, kedy bude vesmír pre vedcov viac prístupnejší. Ale keby som mala letieť teraz, tak si to dobre rozmyslím. Vesmír bude vždy drsný a nehostinný, preto sa naň treba dobre pripraviť. Preto treba inšpirovať čím viacej ľudí a mladé mozgy, aby pomohli zmenšiť hranicu s vesmírom. A až to bude menej rizikové, snáď si tam hore dám jeden milkshake z rias – popri práci, pravdaže. (úsměv)