Před dvěma lety se Matúš Grieš, Miroslav Rosputinský a Matej Zámečník začali zajímat o soutěž s názvem International Genetically Engineered Machine neboli iGEM. Loni na jaře si vyzkoušeli SynBio Hackathon, kde se zrodil nápad na vědecký projekt, který se rozhodli dál rozvíjet v rámci iGEM-u.
„Rádi soutěžíme, a hlavně rádi vyhráváme a tato soutěž je navíc smysluplná,“ popisuje student přírodovědecké fakulty Matúš Grieš, proč se rozhodli pro účast v soutěži, kde se potkávají týmy z celého světa a z nejprestižnějších univerzit. Aktuálně soutěží přes 400 týmů z více než 50 zemí.
Brněnský tým má 23 členů. Jsou to studující Masarykovy univerzity, Vysokého učení technického a Vysoké školy uměleckoprůmyslové v Praze a také jedna středoškolačka. „V týmu máme Aničku Podmanickou, která nedávno vyhrála evropskou soutěž The Earth Prize s projektem na čistění vody od antibiotik a rezistentních bakterií,” upřesňuje Grieš.
Jak lépe využít močůvku
Tým si zvolil název iGEM Brno a světovou konkurenci chce porazit s ambiciózním projektem, který má pomoci řešit neefektivní nakládání s dusíkatými hnojivy. „Výroba dusíku, respektive amoniaku, je velmi energeticky náročná. Navíc se jako hnojivo používá v takových koncentracích, které rostliny neumí plně absorbovat, a dochází tak ke znečišťování životního prostředí. Chceme nabídnout postup, který by mohl potřebu dusíku v zemědělství snížit,“ přibližuje základní ideu týmové práce Grieš.
Mladí výzkumníci se konkrétně zaměřili na močůvku, kterou produkují zvířata a která se díky vysokému obsahu amoniaku používá jako hnojivo. „Jsme příznivci cirkulární ekonomiky, a tak jsme začali přemýšlet nad tím, jak vylepšit cyklus, kdy hospodářská zvířata žerou rostlinné krmivo a vyprodukují močůvku, která se zase používá jako hnojivo pro pěstování jejich krmiva, ale velká část se jí bez užitku vypaří,“ pokračuje v popisu jeden ze zakladatelů soutěžního týmu.
Do centra jejich pozornosti se dostala vodní rostlina okřehek nebo anglicky duckweed. Je to nejmenší kvetoucí rostlina na světě a je zajímavá tím, že nejrychleji roste a toleruje mnohem vyšší koncentrace dusíku a fosforu než jiné rostliny. „To vše chceme využít k vytvoření systému, kdy se bude okřehek pěstovat v lázni s močůvkou a bude produkovat dostatek krmné biomasy pro zvířata,“ doplňuje další členka týmu z přírodovědecké fakulty Barbora Gavendová. Část dusíku tak zůstane fixovaná v cyklu a nebude se uvolňovat do životního prostředí.
Okřehek v rukou syntetických biologů
„Okřehek sice roste nejrychleji, má hodně vysoký podíl bílkovin a dokáže absorbovat hodně dusíku, ale stále to nestačí k tomu, aby to bylo pro farmáře ekonomicky udržitelné. Proto zkoušíme okřehek pozměnit tak, aby rostl rychleji a snesl ještě více dusíku,” zdůrazňuje Grieš.
Studující se proto snaží vpravit do rostliny upravenou DNA, která podpoří její růst a toleranci k dusíku. Problém ale je, že okřehek je vůči podobným zásahům spíš imunní. „Vědci na celém světě mají problém s tím dostat jinou DNA do jádra buněk okřehku a tím pozměnit jeho vlastnosti.” Přišli tak s řešením, které je založené na transpozonech. „To jsou sekvence DNA, které jsou schopné v genomu měnit svou pozici a kopírovat se. Chceme tento přirozený mechanismus využít k tomu, aby geny, které jsme vybrali na podpoření růstu okřehku, vpravili do jeho genetické informace. Je to založené na výzkumu, který v minulém roce publikoval Keith Slotkin. Zkoušel to na jiných rostlinách a my se ten mechanismus snažíme upravit pro okřehek,” dodává Gavendová.
Jak zdůrazňuje Grieš, ambicí týmu je vytvořit postup, díky kterému by se podařilo zkrátit editaci genomu okřehku z půlroku na jeden měsíc a s úspěšností okolo 30 procent. Dodává taky perličku ze zákulisí soutěže: „Jeden z ambasadorů soutěže, který podporuje týmy, mi prozradil, že úspěšnou editaci genomu okřehku mají porotci na seznamu věci, které jsou zatím nemožné, ale rádi by je viděli vyřešené právě nějakým iGem týmem.“
Biologie, technika, komunikace
Mladý tým má čas do konce října, aby s tímto problémem pohnul. Není to ale jediná věc, která se v soutěži hodnotí. Týmy musí prokázat potenciál svého nápadu, jeho přínos pro lidstvo a vše samozřejmě co nejlépe odprezentovat. Navíc tento i další řešené problémy jsou multidisciplinární, a tak kromě snahy upravit v laboratoři genom okřehku pracuje tým například i na způsobech jeho pěstování.
„Rozdělili jsme se do tří skupin, ta s názvem Synbio Hackers se snaží vyvinout rychle rostoucí a odolný klon okřehku, Cultivation Hustlers pak mají na starosti otázku optimalizace pěstování a sběru okřehku a Duckweed Hispters řeší propagaci týmové práce,“ popisuje Zdenka Vilhanová, která vede posledně jmenovaný tým.
A celý brněnský tým už má i první výrazné úspěchy – jeho technické části se podařilo sestrojit autonomní vertikální kultivační systém. „V soutěži mohou týmu získat bronzové, stříbrné nebo zlaté medaile a my už jsme splnili kritéria pro tu zlatou. Kromě toho se ale chceme ucházet o tři speciální ceny a samozřejmě o Grand Prize,“ říká k ambicím v soutěži Grieš.
Podstatnou částí práce všech lidí v týmu jsou také konzultace s odborníky, vědci, ale i farmáři. Snaží se také propagovat tým a obecně syntetickou biologii na sociálních sítích a v rámci různých univerzitních akcí a akcí pro širokou veřejnost, chystají se třeba na letošní prázdninový Mendel festival.
Čeká je také shánění finanční podpory. Účast v soutěži je totiž hodně nákladná. Jen přihláška vyšla na 137 tisíc korun a účast na Grand Jamboree, což je společné setkání týmů a finále, přijde na 66 tisíc korun za tým s tím, že za každého účastníka se platí další poplatky. A navíc jsou peníze potřeba i na samotný projekt.
„Už nás podpořili Přírodovědecká fakulta MU, Fakulta strojního inženýrství a Fakulta informačních technologií VUT, společnosti BioVendor a Tensor Ventures a s materiálem a prostory nám pomáhají MBL, LMDM, CEITEC MU, ThermoFisher, StrojLab,GMI Vienna a další,“ vypočítává s poděkováním Vilhanová. Dodává, že tým Brno Czech Republic chce další potřebné finance získat i prostřednictvím crowdfundingové kampaně. Pomoci vyhrát studujícím největší soutěž v oblasti syntetické biologie mohou lidé v září na platformě Donio.
