Martin Vácha lab

Klíčová slova:

cirkadiánní rytmy, elektromagnetické pole, geomagnetické pole, hmyz, knockdown, knockout, Kryptochrom, magnetorecepce, neuroetologie, orientace, RNA interference, buněčná signalizace

Základní info

Společným jmenovatelem všech výzkumných aktivit naší laboratoře je otázka vlivu magnetických a elektromagnetických polí na živé systémy. Naším cílem je pochopit, jak funguje biologická magnetorecepce a identifikovat signální dráhy buněčných systémů, které jsou citlivé na přirozené geomagnetické pole i člověkem generované technické pole.

Výzkum je prakticky zaměřen na dopady těchto polí na chování, orientaci, paměť a cirkadiánní rytmy buněčných i vyšších systémů. Primárními modelovými organismy jsou zástupci z třídy hmyzu, ale využívané jsou také obratlovčí modely (např. Mus musculus nebo Danio rerio).

Metodika výzkumu je postavena na analýze prvků chování modelů geneticky podobných lidskému modelu, a to pod vlivem světla a magnetického pole. Pro tento účel je laboratoř vybavena unikátními elektromagneticky stíněnými komorami.

Cíle práce

Výzkum je zaměřen především na potvrzení a zkoumání schopnosti zvířat vnímat magnetické pole Země. Kompasový smysl byl popsán již u mnoha druhů živočichů, ale jeho podstata a význam stále nejsou uspokojivě objasněny. Na molekulární funkci receptoru a jeho lokalizaci v těle existují pouze hypotézy. Dosavadní výsledky naší laboratoře ukazují, že hmyzí kompas by mohl být, podobně jako je tomu u ptáků, spojen se zrakovou drahou. Jestli a jak hmyz magnetické pole skutečně vidí, je otázkou, kterou se snažíme rozluštit.

Na základě behaviorálních a buněčných odpovědí na přesně definované zásahy:

• fyzikální – jako jsou orientace a intenzita magnetického pole, vlivy radiofrekvenčních a 50Hz polí, intenzita a vlnová délka světla atd.
• biologické – chirurgické zásahy, mutace nebo vypnutí specifických genů pomocí RNA interference (knockdown) či metodou CRISPR-Cas (knockout)

lze vystopovat molekulární princip dosud neznámého smyslu pro zemský magnetismus a jeho lokalizaci v těle.

Zajímá nás úloha molekuly Kryptochromu (Cry), jejíž signální aktivitu po aktivaci světlem pravděpodobně ovlivňuje magnetické pole Země. Význam našeho výzkumu přesahuje problém, jak se zvířata orientují a pomáhá posouvat hranice známého i ve fotochemii a biofyzice. Ukazuje se také, že opravdu velmi slabá elektromagnetická pole z oboru radiofrekvenčního spektra narušují magnetický kompas zvířat, což je nejspíše vysvětlitelné právě pomocí zapojení Cry. Zároveň je to vůbec nejcitlivější případ biologické citlivosti k takovým vlnám. Vzhledem k tomu, že Cry mají všechna zvířata včetně člověka, nabízí se otázka, zdali nejsou některé naše funkce využívající Cry (třeba biorytmy) přece jen citlivé k radiovým vlnám a jak by se toho případně dalo využít. Myslíme si, že všude, kde je Cry nějak zapojen v řízení buněčných dějů, nese si magnetickou citlivost s sebou. Protože poruchy biologické rytmicity jsou spojeny s mnoha chorobami od onkologických po psychické, chceme se o vztahu Cry – magnet dozvědět více.

Metody výzkumu

Základním typem experimentu je sledování chování zvířat nebo i buněčného metabolismu za různých, přísně hlídaných podmínek. Dvě elektromagneticky stíněné, unikátní laboratoře jsou vybaveny velkými cívkami pro automatické nastavení libovolných magnetických parametrů a videosystémy (kamera, PC, analýza obrazu) pro záznam a vyhodnocování orientačního chování zvířat. Vedle toho sledujeme cirkadiánní rytmy aktivity, které jsou na Cry závislé a rovněž citlivé na magnetické pole.