Martin Vácha

Klíčová slova:

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

Vedoucí skupiny:Doc. RNDr. Martin Vácha, Ph.D.
Kancelář:123 (Kamenice 5 — D36)
E-mail:vacha@sci.muni.cz
Telefon:549 49 7877
Seznam vyučovaných předmětů
Seznam publikací
Projekty

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.

Členové laboratoře

Volná témata závěrečných prací

Cirkadiánní rytmy zvířat pod vlivem elektromagnetických polí

Zjistili jsme, že vnitřní hodiny hmyzu jsou ovlivnitelné slabými magnetickými a elektromagnetickými poli, která se vyskytují zejména v blízkosti technických zařízení. Správný cirkadiánní rytmus je přitom v pozadí mnoha funkcí organismu a jeho poruchy vedou k řadě chorob. Experimentální behaviorální práce na hmyzích a savčích modelech má ukázat, jaká je citlivost tohoto jevu a jaký je jeho mechanismus a podstata.

Kryptochrom jako kandidát na magnetosensitivní molekulu zvířat

Víme, že laboratorní hmyz dokáže vnímat směr magnetického pole Země. Mechanismus kompasu zvířat je dosud neznámým způsobem vázán na flavoprotein Kryptochrom (Cry). Pomocí genové editace (Crispr) a především behaviorálních metod na hmyzích modelech budeme zkoumat, jak Cry funguje a jestli je opravdu hledaným magnetoreceptorem.

Schopnosti učení včely medonosné pod vlivev elektromagnetických polí

Publikovaný experiment ukazující, že schopnost včel učit se je významně snížena v blízkosti 50Hz elektromagnetických polí v okolí silových vedení, potřebuje nezávisle ověřit. Experimentální práce převážně v laboratoři má replikovat a rozšířit tento nález významný nejen pro včelaře.

Světlo a magnetické pole v řízení buněčných dějů

Téma je zatím v přípravě.

Elektromagnetická pole mobilních technologií a vliv na nervový systém savců

Téma je zatím v přípravě.

Obhájené diplomové práce

Obhájené doktorské práce

Granty

Probíhající projekty

Ukončené projekty

2019 – 2023 At the Cross-road of Magnetic Fields and Light: A New Perspective of circadian Clock Control, řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)

2019 – 2021 GAMU Efektivní postupy a strategie pro zvládání včelích chorob a udržitelný chov včelstev. spolupráce

2013 – 2015: GAČR Fyziologická a funkčně genetická analýza magnetorecepce na hmyzím modelu: řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)
2007 – 2010: GAČR Neurální podstata magnetorecepce hmyzu, řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)
2005 – 2007: GAČR Analýza magnetorecepčního chování laboratorních druhů hmyzu, řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)
2001 – 2003: GAČR Ověření magnetorecepce potemníka moučného, řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)1

Odkazy na příbuzné stránky nebo laboratoře, s nimiž spolupracujeme

Fotodokumentace