Experimentální biofyzik Miroslav Kloz zkoumá molekulárně-biologické procesy v reálném čase prostřednictvím moderních laserů. A jak sám říká, za svou vědeckou kariéru vděčí náhodným příležitostem, například vzniku moderního centra ELI Beamlines, ve kterém působí po návratu z Nizozemí.
Potřebujeme kvantovou fyziku k tomu, abychom pochopili podstatu života?
To je do určité míry otevřená otázka. Obecně se dá říci, že kvantová fyzika je důležitá na malých rozměrech, rychlých časech a nízkých teplotách. Důležitým směrem současné biofyziky je hledání odpovědi na to, zda se v živých organismech tyto škály posouvají a kvantové jevy se projevují na delší časy a větší vzdálenosti, než v neživé hmotě. A skutečně existují náznaky, že přinejmenším některé kvantové jevy se v biologických systémech vyskytují a evoluce je aktivně využívá ve svůj prospěch.
Jak se dají zkoumat kvantové jevy na molekulární úrovni?
Molekuly si můžeme představit, jako kdyby to byly kuličky na pružinkách, jejichž síla odpovídá síle chemické vazby. Takový model se bude chvět, a pokud bude poměr pevností i hmotnosti jednotlivých atomů proporcionální, tak chování modelu bude velmi podobné chování reálné molekuly. A právě vibrace chemických vazeb dokážeme měřit. Pokud například při experimentu některá frekvence vibrace zmizí, tak to znamená, že došlo k rozštěpení vazby. Studujeme ale velmi složité systémy a každý typ molekuly se může změnit ve stejnou chvíli jinak a my pouze předpovídáme, co se v danou chvíli stalo.
Takže neumíme studovat kvantové jevy na úrovni jednotlivých molekul?
To zatím příliš neumíme. Ke studiu kvantových jevů je jich potřeba synchronizovat větší množství. Hodně nadějí dnes ale vkládáme do elektronové mikroskopie, protože dochází k velkému pokroku v oblasti detektorů, což nám umožňuje vidět jednotlivé atomy uvnitř molekuly. Limitující ovšem je, že je to možné pouze u molekul zmražených tekutým dusíkem. Navíc mikroskop molekulu zachytí v jejím průměrném stavu. Získat veliké rozlišení v čase a prostoru najednou se zatím moc nedaří. Každé zvlášť už umíme docela dobře.
Věnujete se oboru, kterému se říká femtobiologie. Co je jeho náplní?
Femtosekundy jsou časové rozmezí, ve kterém probíhají změny na molekulární úrovni v živých organizmech. Moderní lasery umí vysílat v takto krátkém sledu světelné impulzy a díky tomu můžeme studovat světloaktivní procesy v živých organizmech na reálné časové škále. U fotosyntetických systémů například studujeme, jakým způsobem probíhá přenos energie do reakčního centra, když rostlina absorbuje světlo. Charakteristikou kvantových jevů je, že částice jsou delokalizované a nemají přesnou polohu. Zajímavou otázkou tedy například je, zda je fotosběrný systém sestavený tak, že exciton aktivně probíhá několika drahami zároveň, aby měl větší účinnosti přenosu.
Podobnému tématu jste se také věnovali ve vašem posledním výzkumu.
Většina energie, která živí biosféru na Zemi, je generovaná fotosystémy založenými na chlorofylu. Máme ale poměrně silné genetické důkazy o tom, že jejich evolučně starší verze byla založená na rhodopsinech. Ty dnes najdeme například v tyčinkách sítnice oka obratlovce a slouží i jako otevírače membránových kanálů, které umožňují průchod iontů přes membránu. Aktivují se tím, že na jejich nebílkovinnou složku, retinal, dopadne foton. Zjišťovali jsme, jak na mechanistické úrovni funguje konformační změna membránového kanálu: jak dlouho je otevřený, kdy se zavře atd., a měřili jsme jeho kvantovou účinnost, tedy s jakou pravděpodobností se kanál otevře po dopadnutí fotonu.
Může mít váš výzkum nějaké aplikovatelné výsledky?
Typ retinalu, který jsme zkoumali, je citlivý v červené oblasti a červené světlo proniká mnohem hlouběji do tkání. Pokud by se nám podařilo zakomponovat tento světlem řízený iontový kanál například do neuronů v mozku myší, tak bychom tím mohli aktivovat vybrané neurony a neinvazivně sledovat, co se v reálném čase děje v mozku.
Biofyzika je živá disciplína
Kudy vedla vaše profesní cesta?
V kariéře jsem byl hodně ovlivněn příležitostmi. Na střední škole jsem se věnovat biologii a v rámci vzdělávacích programů a olympiád jsem se dostal do kontaktu s biofyzikou, na které se mi líbily její velmi exaktní základy a možnost získat vysoké vzdělání v matematice. Na Jihočeské univerzitě jsem se utvrdil v tom, že experimentální biofyzika je skutečně živá disciplína, ve které je možné objevit mnoho nového. A když se mi naskytla možnost dělat doktorát a využívat femtosekundové lasery ve velmi prestižním týmu na holandské Free university Amsterdam, odjel jsem tam. Opustil jsem Česko s tím, že se sem nejspíše nikdy nevrátím, protože tady v tomto směru nebylo žádné pracoviště takového rozsahu.
Jsem rád, že se dnes nevěnuji čisté molekulární biologii, jak jsem měl ke konci střední školy v plánu, protože je to disciplína, která je hodně založená na náhodě. Když máte ve fyzice dobrý nápad a promyšlený experiment, tak jdete do laboratoře, postavíte si přístroj a naměříte si, co potřebujete. Biologické disciplíny jsou mnohem více založené na tvrdé práci a na přirozeném neúspěchu. Mám také pocit, že doktorandi a doktorandky jsou v biologických oborech často velmi frustrovaní, protože jsou bráni jako levná pracovní síla. Fyzik má věci tak nějak víc pod kontrolou, což vnímám subjektivně jako pozitivní.
V Holandsku jste pak strávil 7 let. Co bychom si mohli z holandského systému přenést do českého akademického prostředí?
Předně musím říct, že návrat zpět pro mě byl hodně velký šok po osobní i profesní stránce. V Holandsku jsem zažil první kroky do dospělého života (od vyplňování daňového přiznání až po narození dětí), takže mi trvalo několik let, než jsem se po návratu aklimatizoval. Holandsko je osobitá země, kde mnoho věcí funguje jinak než ve zbytku Evropy. Naše perspektiva západní Evropy je hodně formovaná Německem, ale to je vlastně kultura dost podobná té naší.
Oslovila mě například jejich časová i výzkumná flexibilita. Tamní systém je založený na principu osobní zodpovědnosti, takže pokud například získáte grant, tak je z velké části na vás, za co peníze utratíte. Množství času, který Holanďané fyzicky stráví v práci, je jedno z nejnižších na světě a nikdo vás nehlídá, kdy chodíte do práce a kolik času v ní strávíte. A i přesto je kvalita vědeckých publikací na hlavu holandského fyzika jedna z nejvyšších na světě. Chápou, že ke kvalitnímu výzkumu jsou potřeba především finanční prostředky a svoboda.
Mezitím v Česku vzniklo moderní laserové pracoviště ELI Beamlines, které je dnes vaším působištěm.
To byla další z řady náhod, která mě v životě potkala a nasměrovala. Do rozvoje ELI Beamlines šly velké finanční investice, člověk ale nesmí spadnout do pasti a říkat si, že když pracuje v moderní a bohaté instituci, tak je to důkaz o jeho kvalitě. Naopak by si všichni měli uvědomovat, že dostali velikou možnost, s kterou se ale také pojí veliká zodpovědnost, a měli by pracovat tak, aby si zasloužili možnosti, které máme. A brát to trochu s pokorou.
Je ELI Beamlines instituce, která je uznávaná v evropském nebo světovém měřítku?
Určitě je to místo, které má pozitivní dopad na českou vědu a řada zahraničních vědců k nám jezdí provádět experimenty s využitím našich laserů. Co se vědeckého výkonu týče, mohl by být lepší, ale to se dá říct vždy. Zároveň je ale potřeba vnímat určité zákonitosti. Když přidáte výzkumnému týmu trošku peněz, tak mu většinou zvýšíte výkonnost. Ale když někomu najednou dáte desetinásobek rozpočtu, tak není připraven desetinásobně zvětšit svůj výkon. Pokud je člověk úspěšný ve vedení týmu dvou lidí, tak v desetičlenné skupině může narazit na to, že zavedené procesy nefungují, a může velmi snadno sklouznout do nějaké formy neefektivity. Navíc jsme dnes hodně zaměřeni na cíl, takže když dostanete peníze na nějaký konkrétní vědecký záměr, nemůžete si jen tak dovolit říct, že selhal, což není vždy ku dobru věci. Akademická sféra se ale nereformuje rychle, a to je vlastně správně. Myslím si, že určitá setrvačnost je nezbytná k tomu, aby věci fungovaly dobře.
Autorka: Tereza Mašínová (Vědavýzkum.cz)
Miroslav Kloz je experimentální biofyzik, který vystudoval Biologickou fakultu Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Mezi roky 2009 a 2015 žil v Nizozemí, kde v roce 2013 získal doktorát na Vrije Universiteit Amsterdam. Od roku 2015 pracuje v ELI Beamlines v Dolních Břežanech, jako vedoucí skupiny femtosekundové optické spektroskopie. Má čtyři děti.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Vědavýzkum.cz
