Svět funguje na souhře chemických látek, říká talentovaný mladý vědec

Jak se v našem těle čte genetická informace, proč drží pohromadě proteiny v membránách a jak přesně v mozku fungují receptory, které nám umožňují myslet? Klíčem k těmto procesům jsou tzv. kation-π interakce, dosud přehlížené mezimolekulové interakce. Právě na jejich studium se zaměřil třiadvacetiletý Matěj Červenka z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR, laureát studentské ceny Via Chimica.

Získal jste cenu za nejlepší studentskou práci v celém oboru chemie. Jaký je to pocit?

Mám radost, ale zároveň mi to přijde neuvěřitelné. Nečekal jsem, že by mohl vyhrát někdo, kdo dělá základní výzkum ve fyzikální chemii. 

Do soutěže jste se přihlásil s výzkumem, který kombinuje náročné fyzikálně-chemické experimenty s počítačovými simulacemi. Dokážete ho jednoduše vysvětlit?

Chtěli jsme zjistit, jak se k sobě ve vodě chovají kladně nabité ionty a aromatické molekuly. Říká se tomu kation-π interakce. Jsou to síly, které jsou v biologii úplně všude – drží pohromadě proteiny v membránách, ovlivňují, jak se čte DNA nebo jak v mozku fungují receptory. Problém je, že ve vodě se tyto mezimolekulové síly velmi špatně měří.

AV ČR/Barbora Mráčková: Svět funguje na souhře chemických látek, říká talentovaný mladý vědec: Matěj Červenka z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

Jak se vám to tedy povedlo?

Pomocí náročné metody neutronového rozptylu a molekulových simulací. Zatímco neutronový rozptyl umožňuje sledovat uspořádání molekul a jejich vzájemné vzdálenosti na atomární úrovni, molekulové simulace pomáhají popsat a interpretovat jejich chování v detailu, který samotný experiment neukáže. Podařilo se nám díky tomu něco, co nikomu před námi. Experimentálně jsme dokázali, že kation-π interakce jsou ve vodě silnější, než jsme si doteď mysleli na základě počítačových simulací.

Neutronový rozptyl se měří na jaderném reaktoru, ten ale v Česku nemáme…

Ne. Za měřením neutronového rozptylu jsme museli vycestovat do francouzského Grenoblu, kde jaderný reaktor mají. Čas na tomto přístroji je extrémně drahý – jeden den stojí třeba 30 tisíc dolarů – takže jsme museli jet nadoraz. Pracovali jsme běžně 18 hodin denně v kuse, jen s několika hodinami spánku, abychom využili každou vteřinu.

K čemu může váš objev v budoucnu sloužit?

Náš výzkum dává vědcům do ruky přesnější nástroj pro vývoj nových léků. Jako model jsme totiž použili látky, které simulují chování důležitých molekulárních motivů v lidském těle: acetylcholinu, což je neurotransmiter zodpovědný za paměť, spánek či svalové kontrakce, a tyrosinu, což je aminokyselina tvořící bílkoviny. Díky našemu měření teď přesně víme, jak se tyto látky ve vodním prostředí přitahují. Tato data jsou klíčová pro zpřesnění počítačových simulací, které se používají k předpovídání účinků nových léčiv.

Co je Via Chimica?

Cena je určena pro mladé talenty v oboru chemie, a to za originální studentskou práci i schopnost svůj výzkum vysvětlit jak ve vědeckém, tak v popularizačním textu. Uděluje ji Nadace Experientia ve spolupráci s Učenou společností ČR. Za nadací stojí manželé Dalimil Dvořák z Vysoké školy chemicko-technologické a Hana Dvořáková, jež spolupracovala v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR s Antonínem Holým na vývoji antivirových látek. Laureát ocenění Via Chimica získává 50 tisíc korun.

Pojďme se od vašeho tématu přesunout k vám. Zaujalo mě, že studujete chemii na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze a zároveň už od 19 let pracujete v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Jak to stíháte?

Já se hrozně nerad nudím. Obor chemie je známý jako nejtěžší bakalářský obor na VŠCHT. Byly časy, kdy bylo vážně těžké skloubit práci a školu. Když jsem dopisoval svůj výzkumný článek, byl jsem od rána do pěti ve škole a pak od pěti do devíti na Akademii věd, ale já jsem to tak chtěl. Stíhal jsem u toho i sportovat. Takhle rozlítaný jsem býval už na střední.

Jak jste se vlastně v tak mladém věku dostal do Ústavu organické chemie a biochemie? 

Studoval jsem na pražském Gymnáziu Jana Keplera, kde jsme měli super chemii. Ve třetím ročníku jsme dělali projekt na školní přednáškové fórum Symposion: smíchali jsme sodík a draslík a získali eutektickou kapalnou směs, která vypadá jako rtuť. Hrozně mě to zajímalo. A pak jsme se dozvěděli, že něco podobného dělá Phil Mason, který pracuje v laboratoři českého chemika Pavla Jungwirtha. Znáte Phila Masona?

Ne, povězte mi o něm.

Phil Mason je britský chemik a youtuber, který sehrál klíčovou roli při experimentální přípravě kovové vody. Zjistil, že je k tomu potřeba slitina sodíku a draslíku, díky níž se voda „nadopuje“ elektrony. Přijal nás – ještě jako středoškoláky – do Ústavu organické chemie a biochemie a tu směs nás naučil připravovat. Pak se mě zeptal, jestli bych se nechtěl zapojit do jejich výzkumu.

AV ČR/Barbora Mráčková: Svět funguje na souhře chemických látek, říká talentovaný mladý vědec

Takže jste u něho po nástupu na vysokou školu začal pracovat na bakalářce?    

Původně jsem se v Akademii věd věnoval právě projektu o kovové vodě, ale fascinovalo mě, že Phil Mason dělá i počítačové simulace a neutronovou difrakci. Ukázal mi starší, nevyužitá data z dřívějších experimentů. Jsou to hrozně drahá měření a byla by škoda je nechat jen tak ležet, tak jsem se do nich pustil. Z toho nakonec vzešel můj první článek a vlastně celá moje současná vědecká práce. Teď už máme s Philem Masonem na kontě několik článků. A k tomu jednu žádost o grant.

Moment, vy už máte na kontě několik odborných článků, a to ještě předtím, než jste odevzdal bakalářku?

Ano, bakalářku budu odevzdávat až začátkem června.

Jaké to je pracovat v týmu Pavla Jungwirtha?

Je to hodně inspirující, protože v týmu jsou velmi chytří a šikovní kolegové. Sám Pavel Jungwirth je velmi inspirativní člověk. Jako vědec toho opravdu moc dokázal. Ale líbí se mi na něm i to, že zároveň pořád hraje, asi tak čtyřikrát týdně, tenis. Život si užívá a ukazuje nám, že vědec nemusí být jen „nerd“ zavřený dvanáct hodin denně v laboratoři. V létě si třeba rád zasurfuju a tak podobně...

Vědec, který dělá windsurfing?

Ano, dokonce jsem dřív dělal instruktora. Jezdím rád surfovat do zahraničí – do Francie, Chorvatska, ale i Rakouska nebo na Balt. Nedávno jsem si koupil starou dodávku a přestavuju ji na „surfkáru“. 

To je skvělé. U sportu asi úplně vypnete myšlenku na vědu…

Člověk si mentálně odpočine. Ale abych řekl pravdu, i na surfování se dívám z pohledu vědce. Zajímá mě, z jakých materiálů je surf vyrobený, proč se dělá právě takto i jak by se materiál dal zlepšit. Takhle to mám ale se vším. Svět z pohledu chemika je fakt zajímavý.

AV ČR/Barbora Mráčková: Svět funguje na souhře chemických látek, říká talentovaný mladý vědec: Ve volném čase se Matěj Červenka věnuje windsurfingu, i na vlnách ale přemýšlí o chemickém složení materiálů svého surfařského vybavení.

Otázka, zda se v budoucnu chcete věnovat výzkumu, je tedy zbytečná. Chtěl byste zůstat u základního výzkumu, anebo vás láká aplikovaný?

Základní výzkum se mi moc líbí. Má své kouzlo, je romantický. Aplikace mě ale ve vědě hodně pohánějí kupředu. Například s mojí přítelkyní, která taky pracuje v Ústavu organické chemie a biochemie, bychom aktuálně ve společném projektu chtěli zkombinovat její téma, což je molekulární biologie, s mým – tedy výpočetní chemií. Zajímá nás například screening látek pro potenciální léčiva. S kolegy také pracujeme na proteinových silových polích, abychom mohli vysvětlovat jevy na širší, biomolekulové úrovni. O naše metody projevila zájem farmaceutická firma AstraZeneca, takže potenciál tam určitě je.

Vědě obětujete už za studií opravdu hodně času. Je pro vás cena Via Chimica zadostiučiněním?

Určitě ano. I když jsem článek o mezimolekulové interakci publikoval v prestižním časopise Journal of Physical Chemistry B, a objektivně to tedy byl velký úspěch, měl jsem hodně dlouho pocit, že to nikdo nevidí, a cítil se přehlížený. Bojoval jsem i s impostor syndromem – tedy s pocitem, že do vědeckého světa možná ani nepatřím. Opravdu mě proto potěšilo, že článek někdo ocenil. Uvědomil jsem si díky tomu, že jsem udělal velký kus práce a že jsem na správném místě.

Je něco, co byste poradil studentům, kteří by chtěli jít ve vašich stopách a žádat o cenu Via Chimica v příštích letech?

Poradil bych jim, aby odvedli co nejlepší práci, pak si za ní stáli a byli sebevědomí v tom, co dokázali.

AV ČR/Barbora Mráčková: Svět funguje na souhře chemických látek, říká talentovaný mladý vědec

Matěj Červenka
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR

Narodil se v roce 2003 v Praze. Po absolvování Gymnázia Jana Keplera nastoupil na Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze, kde nyní studuje bakalářský obor chemie. Zároveň pracuje v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR ve skupině Pavla Jungwirtha, kde propojuje počítačové simulace s experimenty, díky nimž už své výsledky prezentoval na několika konferencích a publikoval například v časopise Journal of Physical Chemistry B. Za vědou i za větrem často vyráží do zahraničí — zatímco v laboratoři hledá odpovědi pomocí přesných měření a modelů, ve volném čase se věnuje windsurfingu, který je jeho další velkou vášní.