Na seznamu 6200 nejcitovanějších vědců z více než 60 zemí světa Highly Cited Researchers 2020 je i jméno odborníka na analýzu rostlinných hormonů Ondřeje Nováka z Laboratoře růstových regulátorů, což je společné pracoviště Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR.
Ondřej Novák se spolu s kolegy snaží objasnit nezastupitelnou roli fytohormonů ve fungování rostlin. Výsledky společného bádání olomouckých vědců nacházejí uplatnění v zemědělství, v oblasti kosmetiky či ve výzkumu protinádorových látek.
Co říkáte svému zařazení na seznam nejcitovanějších vědců světa?
Umístit se potřetí v žebříčku vysoce citovaných vědců člověka velmi zavazuje a zároveň i potěší. Jde o seznam nejvíce citovaných vědců, průkopníků ve svých oborech za poslední desetiletí, kteří zastupují přes 1250 institucí. Není to ale jen můj osobní úspěch. Je to také ocenění práce mých studentů, kolegů a spolupracovníků z naší univerzity a Akademie věd ČR.
Čím se v Laboratoři růstových regulátorů zabýváte?
Věnujeme se rostlinným hormonům, což jsou malé signální molekuly, které zodpovídají za to, jakým způsobem bude rostlina reagovat na různé vnější podněty a jak se bude vyvíjet. Rostlinné hormony jsou zodpovědné například za to, zda rostlina na světle správně roste nebo má rozvětvené kořeny tak, aby dokázala efektivně čerpat vodu a živiny z půdy. Stručně řešeno – v našem týmu se snažíme stanovit rostlinné hormony v rostlinném pletivu, abychom lépe pochopili, jak v těle rostliny fungují. Na našem pracovišti se rostlinným hormonům věnujeme z pohledu analytické chemie, protože jsem vystudovaný analytický chemik, který se ale věnuje biologii. Mám doktorát z botaniky.
K jakým výsledkům se lze pomocí zkoumání fytohormonů a jejich funkce v rostlinách dopracovat?
Díky studiu rostlinných hormonů lze například zmapovat mechanismy, pomocí kterých rostliny reagují na vnější stresové podněty. Jak si například poradí s vyšší salinitou okolního prostředí, suchem či naopak nadměrnou vláhou. Můžeme zjistit, jakým způsobem organismus rostliny identifikuje situaci, když například pět dní panuje sucho. Rostlina na to i díky fytohormonům reaguje zastavením svého růstu, aby snížila požadavky na vláhu. Všechny tyto děje jsou řízeny na úrovni signálních drah. Rostlinný hormon vyvolá nějakou odpověď, jestli rostlina založí další list, nebo dá raději přednost tvorbě dalšího postranního kořenu, pomocí kterého získá více vláhy.
Jakou roli v tomto složitém systému hrají rostlinné hormony?
Prostřednictvím fytohormonů se sdílí informace o tom, že rostlině chybí živiny a musí najít nějakou další cestu k jejich zdroji. Například za zakládání nového kořene zodpovídá jedna skupina fytohormonů nazvaná auxiny. Zatím ale nevíme, co je vlastně prvotním signálem, který tento složitý proces odstartuje. Pouze víme, že rostlina kořen založí a které buňky se při tomto procesu rozdělí. Také nevíme, proč se kořen rostliny založí zrovna tady, a ne třeba o pět centimetrů níž. V našem výzkumu se proto snažíme tyto jednotlivé střípky mozaiky složit a pochopit fungování celého systému.
Pomocí jakých metod tyto složité procesy uvnitř rostlin zkoumáte?
Potřebujeme k tomu nástroje molekulární biologie. Používáme tedy různé transgenní rostliny a mutanty. Pracujeme na úrovni genů a DNA, vystřihujeme různé části DNA. Dále provádíme klasickou biochemickou analýzu, pomocí které zjišťujeme děje na úrovni metabolismu. Svoji pozornost jsme zaměřili na úzkou skupinu velmi důležitých molekul – rostlinných hormonů, kterých je ale velmi málo. Pro představu – v jedné buňce jsou miliony molekul, ale z tohoto počtu pouze jedno procento v našem výzkumu studujeme. Tyto signální molekuly, kterým říkáme fytohormony, hrají klíčovou roli v tom, jak bude rostlina růst.
Jaké je nejčastější praktické využití vašich poznatků?
Zabýváme se vývojem metod pro stanovení malých signálních molekul, tedy fytohormonů. Tyto metody následně využíváme ve spolupráci s rostlinnými biology v základním výzkumu. Získané poznatky lze později aplikovat například v zemědělství a biotechnologiích, což je v poslední době obrovský trend. Díky výzkumu fytohormonů lze totiž snížit množství chemických látek, které se v zemědělství používají, jako jsou například pesticidy či herbicidy. Naší snahou je snížit zátěž životního prostředí pomocí speciálních přípravků, které fungují na úrovni signálních molekul rostlin, a to cestou regulace jejich koncentrace nebo ovlivnění jejich biologického účinku. Často například analyzujeme přípravky, které se používají v zemědělství. Sledujeme, zda obsahují signální molekuly – fytohormony, které by měly obsahovat, pokud očekáváme, že rostliny budou mít díky aplikaci přípravku například zelenější listy. Stanovujeme fytohormony v biostimulantech, které jsou nyní velmi populární v ekozemědělství. Nebo se snažíme pochopit, proč zrovna daný přípravek podporuje tvorbu kořenového systému. Často také zkoumáme výsledek toho, co rostliny po aplikaci přípravku vyprodukují a zda dotyčný přípravek opravdu podporuje biosyntézu požadovaných signálních molekul.
Jaké další uplatnění mají fytohormony v oblasti pěstování rostlin?
Jejich využití je široké. S rostlinnými hormony se setká prakticky každý, protože všichni si aspoň jednou za čas kupujeme květiny. Při pěstování květin se ve velkém měřítku uplatňují biotechnologie. V nich jsou fytohormony důležité při klonování. Díky tomu jsou prodávané květiny stejné v Olomouci, Praze nebo Paříži. Platí to nejen u růží, ale i u jiných řezaných či pokojových rostlin. Navíc se tímto způsobem množí nejen hospodářsky významné, ale také léčivé ohrožené druhy rostlin.
Jak tohoto efektu pěstitelé květin docílí?
Všechno začíná v takzvaném flowboxu se živným médiem, do kterého se kromě cukrů, vitaminů, makroprvků a mikroprvků v určité fázi přidávají fytohormony. Nejprve je přimíchán cytokinin, který má na starost tvorbu stonků a listů. Naroste tedy nadzemní část rostliny, zejména velké množství nových výhonů, a tedy i rostlinek. Poté se přidá auxin, který má na starosti zakořeňování. Díky tomu květina vytvoří dostatek kořenů a rostlina naroste do požadované podoby. Takto funguje v biotechnologiích zcela standardně. I když to zní velmi jednoduše, jde o komplikované protokoly, které se složitě vylaďují pro jednotlivé rostlinné druhy.
Jakým směrem se ubírá váš další výzkum?
Laboratoř růstových regulátorů je pracoviště, které je příkladem multidisciplinarity. To znamená, že my jsme někde uprostřed v průsečíku mezi rostlinnou fyziologií, aplikovanou chemií a mezi lékařským výzkumem a biotechnologiemi. Kolegové slaví úspěchy na poli chemické biologie. To je propojení organické chemie, která je základem všech metod nebo aplikací, které se používají v oblasti léčiv, kosmetiky nebo biostimulantů. V našem týmu zase zkoumáme fytohormony do hloubky. Nezajímají nás jen samotné signální molekuly, ale komplexní metabolismus rostlinných hormonů a způsob jejich účinku. Myslím, že jako jedni z mála na světě dokážeme pro každou z celkem osmi hormonálních skupin analyzovat všechny střípky, které skládají komplexní metabolismus. Za těch 20 let se nám podařilo poskládat jednotlivé metodické přístupy, aby byly funkční a vzájemně propojeny. V současnosti se snažíme více zaměřit na samotnou rostlinnou buňku a děje v ní ukryté. V oblasti rostlinných hormonů se již poměrně jednoduše dokážeme podívat, jak funguje metabolismus těchto látek na úrovni celé rostliny. To, co ale ještě moc neumíme a je to obrovská neznámá, jsou děje uvnitř buňky. Proto se postupně posunujeme na úroveň buňky a sledujeme, co se tam s fytohormony děje. Je to obrovská výzva, protože buňka je velmi malá. Nabízí se přirovnání se špendlíkovou hlavičkou, na kterou se díváme z kosmické výšiny. Už na tom ale pracujeme a známe směr, kterým se vydat. Jde o propojení nejen mezioborové, ale i o spolupráci s dalšími vědeckými týmy na špičkové mezinárodní úrovni. A tak se opět dostávám k žebříčku Highly Cited Researchers, kde by se mé jméno bez spolupráce s ostatními kolegy nemohlo nikdy ocitnout.
Seznam Highly Cited Researchers 2020 obsahuje zhruba 6200 jmen výzkumníků z více než 60 zemí, kteří působí ve 21 výzkumných oblastech, případně napříč nimi. Jedná se o osobnosti, jejichž práce měly velký dopad na vědeckou komunitu a byly mimořádně citovány. V prestižním seznamu figuruje také 26 nositelů Nobelovy ceny. V žebříčku jsou celkem čtyři vědci spjatí s Univerzitou Palackého. Kromě Ondřeje Nováka se na něj zařadili chemici Rajender Varma, Radek Zbořil a Patrik Schmuki. Seznam pro rok 2020 vznikl na základě analýzy publikací z let 2009 až 2019 podle databáze Web of Science společnosti Clarivate Analytics. (red)