Ověří schopnost rozmnožování ve vesmíru
Je možné, aby se v podmínkách mikrogravitace a kosmické radiace vyvinul plodný jedinec? Odpověď na tuto otázku bude ověřovat biologický experiment ZOE. Tento projekt může významně přispět k pochopení reprodukční biologie i mimo naši planetu.
I přesto, že experiment bude probíhat na modelu kura domácího, výsledky lze aplikovat i na savce, tedy i člověka. Vědci budou moci na jejich základě a odhalení případných patologií určit, co je potřeba překlenout biotechnologickými metodami a zajistit tak bezproblémový embryonální vývoj vedoucí k vývoji pohlavně plodného jedince.
Hlubší vysvětlení experimentu a jeho cíl
Klíčem k vzniku pohlavně plodného jedince u obratlovců, tedy i člověka, je správně proběhlý počátek embryonálního vývoje, v rámci kterého se vytváří populace tzv. primordiálních zárodečných buněk. Ty, následně migrují do základů pohlavních žláz, kde se usazují. Tyto buňky prochází složitou kaskádou dělení, a nakonec dávají vzniknout pohlavním buňkám.
Experiment ZOE se zaměří na to, jak stresory jako mikrogravitace a zvýšená radiace ve vesmíru ovlivňuje raný embryonální vývoj, migraci primordiálních zárodečných buněk a osídlení základů pohlavních žláz těmito buňkami, tedy klíčové kroky nezbytné pro vznik jedince schopného pohlavního rozmnožování. Všechny tyto ukazatele bude experiment ověřovat na modelu kura domácího. Narušení těchto vývojových procesů by mohlo vést až k neplodnosti, což by byl zásadní problém pro vznik mnohogeneračních kolonií lidí či zvířat mimo Zemi v podmínkách stavu beztíže nebo snížené gravitace.
Součástí experimentu je také vývoj modulárního transportního boxu LIVET pro vejce, který zajistí bezpečný transport vajec na Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS) a zpět na Zemi. Součástí boxu bude aktivní dozimetr SPACEDOS a sada pasivních detektorů, které budou měřit úroveň radiace v průběhu mise. To vědcům umožní určit pravděpodobně absorbovanou dávku ionizujícího záření embryi před inkubací, v průběhu inkubace a po inkubaci vajec. SPACEDOS bude také měřit teplotu v oblasti vajec, která je klíčovým parametrem ve vývoji embrya. Vedle teploty bude měřit i vlhkost. Velkou výhodou boxu LIVET, pocházejícího z dílen českých firem, je jeho modulárnost, tzn., že další boxy pro jiné biologické vzorky mohou být vyvíjeny na zakázku dle potřeby jiných experimentů.
Jak to funguje a jak to bude experiment probíhat?
Experiment proběhne na palubě ISS v inkubátoru KUBIK, do kterého český astronaut Aleš Svoboda vloží ve stanovený čas vnitřní část transportního boxu LIVET a provede inkubaci vajec kura domácího v přesně definované teplotě po dobu kolem 4 dní v závislosti na časových možnostech a době trvání mise. Embrya budou inkubována o trochu déle, než je doba nutná pro osazení základů pohlavních žláz, v podmínkách Země, a to z toho důvodu, že mikrogravitace a zvýšená radiace způsobují stres, který může způsobit opoždění vývoje embryí. Inkubace proběhne cca 4 dny před plánovaným koncem mise a po inkubaci budou vejce v inkubátoru zchlazena, aby se zastavil vývoj a nepokračoval při cestě zpět na Zem a do logistického centra. Po předání biologických vzorků vědcům dojde k jejich analýze a interpretaci výsledků. Tato část však již není součástí mise.
Přehled institucí stojících za experimentem
- Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i
- GODS s.r.o.
- Universal Scientific Technologies s.r.o.
Hlavní zástupci řešitelského týmu
Mgr. Oldřich Zahradníček, Ph.D.
Mgr. Oldřich Zahradníček, Ph.D. je vědecký pracovník v oblasti radiobiologie a embryologie. Doktorát získal na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze v roce 2011. Původně se zaměřoval na embryologii a vývojovou biologii plazů a savců. Mnoho metodických zkušeností získal během stáží na King’s College London ve Výzkumném centru pro kraniofaciální a regenerativní biologii. V současnosti vede skupinu radiobiologie na Oddělení dozimetrie záření Ústavu jaderné fyziky AV ČR, v. v. i., kde se zabývá biologickou účinností ionizujícího záření na nádorové i zdravé buňky v in vitro kulturách a také vlivem záření na embryonální vývoj kura domácího. Se svým týmem dále zkoumá i vliv mikrogravitace na raný embryonální vývoj tohoto modelového organismu. Vedle těchto témat vede na pracovišti biodozimetrický výzkum, jehož cílem je stanovit kalibrační křivky pro odhad absorbované dávky ionizujícího záření jedincem v případě jaderné události nebo jaderného útoku.
Ing. Pavel Trefil, DrSc.
Ing. Pavel Trefil, DrSc.je v současnosti vědeckým pracovníkem Ústavu jaderné fyziky AV ČR a vedoucím výzkumu v oblasti biotechnologií ve společnosti Teramed, s. r. o. Doktorát získal v roce 2002 na České zemědělské univerzitě v Praze za dosažené výsledky v oblasti drůbeží transgeneze. Od roku 1994 působí jako prezident české pobočky Světové drůbežářské organizace (WPSA) a absolvoval řadu dlouhodobých pracovních pobytů, například v USA (USDA, Maryland), ve Francii (INRA Nouzilly), ve Skotsku (Roslin Institute), v Číně (HIAVS – Changsha) a na dalších pracovištích. V roce 2007 obdržel cenu Ministerstva zemědělství ČR za nejlepší výzkum aplikovaný v praxi, kterou mu udělil předseda vlády ČR. V současnosti se zaměřuje především na studium vlivu záření na rané embryonální buňky drůbeže (primordiální zárodečné buňky – progenitory ovariálních a spermatogoniálních buněk). Dále se věnuje vývoji praktických modelů využívajících těchto buněk nejen v nových šlechtitelských postupech, ale také při záchraně vzácných druhů ptáků.
Ing. Iva Ambrožová, Ph.D.
Ing. Iva Ambrožová, Ph.D., je vědecká pracovnice s více než dvacetiletou praxí v oblasti dozimetrie a mikrodozimetrie ionizujícího záření, včetně dozimetrie na palubách letadel a kosmických lodí a ve svazcích těžkých nabitých částic využívaných mimo jiné i v radioterapii. Vystudovala Fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou Českého vysokého učení technického v Praze, kde v roce 2006 získala doktorát v oboru jaderné inženýrství. Po jeho dokončení absolvovala roční postdoktorandský pobyt na pracovišti NIRS (Chiba, Japonsko). Od roku 2003 působí v Ústavu jaderné fyziky AV ČR, v. v. i., na Oddělení dozimetrie záření, kde v letech 2015–2023 vedla skupinu Dozimetrie a mikrodozimetrie a od roku 2023 zastává funkci zástupkyně vedoucí oddělení.
Ing. Martin Kákona, Ph.D.
Ing. Martin Kákona, Ph.D.je výzkumník a konstruktér elektroniky v Ústavu jaderné fyziky AV ČR, zaměřený na kosmické záření a vývoj otevřených dozimetrických systémů AIRDOS a SPACEDOS. Absolvoval ČVUT (FJFI i FEL) a získal doktorát z jaderného inženýrství. Nyní působí na stáži v NASA a Lawrence Berkeley National Laboratory jako držitel Fulbright-Masarykova stipendia, kde se věnuje analýze dat z ISS. Více než dvě dekády pracoval v kybernetické bezpečnosti (S.ICZ, dříve DECROS), kde vedl vývoj prvního českého šifrovacího mikroprocesoru. Je autorem tří patentů, více než 20 vědeckých publikací a spolutvůrcem modulární elektroniky MLAB. Jako manažer řídil granty v objemu přes 150 milionů Kč a vyučuje návrh polovodičových detektorů na FJFI ČVUT.
Matyáš Šanda
Matyáš Šandaje konstruktér a designer stojící za projektem Hydronaut, první českou podvodní výzkumnou stanicí určenou pro simulace pobytu v extrémních podmínkách. Specializuje se na vývoj a realizaci habitatů pro náročná prostředí, kde kombinuje technické inženýrství, systémové myšlení a praktické zkušenosti z provozu v terénu. Jeho práce propojuje principy kosmického inženýrství s aplikacemi v reálném světě — od návrhu tlakových systémů a životní podpory po modulární konstrukce umožňující dlouhodobý pobyt živých organismů, včetně lidí, pod vodou či v extrémním prostředí. Je držitelem medaile za zásluhy v oblasti strojírenství Fakulty strojní ČVUT. Působí rovněž jako technik a operátor vědeckých expedic na Antarktidě. Díky schopnosti nacházet inovativní řešení ve stísněných a náročných podmínkách je klíčovou osobností v oblasti vývoje habitatů pro podvodní i vesmírné mise.
Jakub Červinka
Jakub Červinka je technický specialista zaměřený na 3D modelování, tisk a vývoj funkčních prototypů pro projekty s vysokými nároky na přesnost a spolehlivost, včetně aplikací ve vesmírném prostředí. Má hlubokou znalost materiálů, výrobních technologií a klasických datových formátů, kterou využívá k optimalizaci konstrukcí pro specifické provozní podmínky. Dokáže efektivně převádět komplexní digitální návrhy do fyzické podoby a vyvíjí vlastní nástroje pro přípravu a kontrolu tiskových dat. Jeho práce je klíčová zejména v projektech, které vyžadují odolné konstrukce, precizní zpracování a spolehlivý provoz v extrémních podmínkách s mimořádnými nároky.