Chemie musí chránit životní prostředí, říká držitel Prémie Otto Wichterleho

Ve sklenici vody dokáží vědci najít desítky cizorodých látek. Koncentrace každé z nich je sice minimální, problém ale je, že je jich ve vodě obsaženo tolik. Enviromentální polutanty jsou látky znečišťující naše životní prostředí a v přírodě mohou přetrvávat roky až celá desetiletí. Jiří Henych z Ústavu anorganické chemie AV ČR vyvinul prášek, který dokáže takové znečišťující látky neutralizovat a kromě pesticidů funguje i na syntetické bojové látky.

Věnujete se nanostrukturním oxidům. Co si pod tímto pojmem můžeme představit?

Nanomateriály s námi byly vždycky, vezměte si třeba nanočástice vzniklé spalováním nebo aktivní uhlí. Základem mého oboru je fakt, že v mikroskopických rozměrech, dejme tomu pod sto nanometrů, některé látky mění svoje vlastnosti a chovají se jinak, než jak je běžně známe z makrosvěta. Samotné oxidy kovů, ve formě práškových materiálů, jsou tvořené malými nanokrystalky. Ty mají velký povrch, na kterém se nacházejí aktivní místa, takže na nich mohou probíhat zajímavé fyzikální a chemické procesy.

Jedním z nich je adsorpce, díky níž mohou oxidy na svůj povrch navázat řadu jiných látek a ty potom reaktivně přeměnit. Takové vlastnosti materiálů se dají využít v mnoha odvětvích. My jsme se zaměřili na jeden malý segment aplikací: chemii životního prostředí. Ta mě osobně zajímá ze všeho nejvíc.

To zní jako poměrně specifické zaměření. Jak jste se k němu dostal?

Jde vlastně o velmi multioborový výzkum. Máte pravdu, že se jedná o specifickou disciplínu, ale vyžaduje znalosti z ekologie, organické, anorganické i analytické chemie. Dlouhodobě se soustředíme na výzkum možností, jak rozkládat pesticidy a jiné znečišťující látky v životním prostředí. Výhodou našeho výzkumu je, že poznatky environmentální chemie jsou velmi dobře aplikovatelné. Myslím si, že je to odvětví chemie, které nás jako společnost bude do budoucna zajímat vůbec nejvíc.

A jak tedy probíhá váš výzkum?

Neustále připravujeme a vyvíjíme nové materiály, které mají naději, že budou účinné pro likvidaci škodlivých látek v našem prostředí. Zároveň ale rozšiřujeme portfolio těch látek, jejichž dopad na přírodu zkoumáme. Kromě pesticidů jsou to třeba léčiva a věnujeme se i studiu vodních mikropolutantů, které mají farmakologický původ.

Do vody se dostávají léky?

A nejenom ty. Mezi mikropolutanty lze zařadit látky, které se ve vodě už dávno nacházejí. Není to ale tak, že by naše technologie čištění vod nefungovaly. Jde o látky v tak malých koncentracích, že je není možné snadno odstranit. Dnes víme, že tam jsou, ale dřívější analytické metody je nemohly odhalit. V téměř každé sklenici vody, kterou si napustíte, lze například najít stopové množství kofeinu.

Jak moc jsou tyto látky nebezpečné?

Samy o sobě by nás nemusely nijak znepokojovat, protože v tak malých koncentracích by neměly mít žádný významný biologický účinek. Zatímco koncentrace některých z nich splňuje zákonné limity, na jiné látky takové limity ještě neexistují. Problém je, že ve vodě se jich nachází obrovské množství typů. Najdeme v ní vše od pesticidů, nanomateriálů a mikroplastů až po ony zbytky léčiv. Z těch odhalíme třeba všudypřítomný ibuprofen, antidepresiva nebo různé hormony. A to všechno dohromady už znepokojující je. U řady z nich nemáme představu, jaké mohou mít biologické efekty. Akutní toxicitu odhalíme snadno, ale dlouhodobé účinky tak jednoduše nezjistíme.

Jiří Henych z Ústavu anorganické chemie AV ČR (CC)

Neměly bychom je tedy přestat používat?

To není zase tak snadné. V ekologii sice platí jakýsi systém předběžné opatrnosti: když přesně nevíte, jak nějaká látka působí, je lepší ji do přírody nevypouštět. Jenže tady mluvíme o látkách, které buď už v našem prostředí jsou, nebo je využívat potřebujeme. Vezměte si třeba takové bisfenoly, což jsou změkčovadla plastů. Z výzkumů víme, že masivně rozšířený bisfenol A je endokrinní disruptor a v určité koncentraci může poškodit hormonální systém. A tak se od jeho použití ustupuje. Nahrazují ho jiné bisfenoly. Jenže teď se ukazuje, že některé z nich jsou neméně nebezpečné.

Takových látek s neprobádanými účinky se používá mnoho?

Ano, ale není to tak, že by byly neprobádané. Jen je velmi obtížné určit, jak se budou v prostředí v delším časovém období chovat. Dobře známým příkladem je DDT. Až po čase se zjistilo, že v prostředí zůstává dlouhá léta a má negativní dopady. Nahradily ho organofosforečné pesticidy. Jenže ty jsou zase toxické při kontaktu a na organismus působí jako nervové jedy. Zdá se, že i pozůstatky některých z nich zůstávají v prostředí dlouho po jejich použití. Je jasné, že bez některých chemických látek se neobejdeme a jejich využívání je žádoucí. Zvyšují kvalitu našeho života. Lidská společnost ale produkuje takových nových látek relativně mnoho a postihnout všechny jejich efekty na všechny složky životního prostředí je velmi komplikované.

A právě zde nachází váš výzkum ony zmíněné aplikace?

Ano. Když už podobné chemické látky využíváme, je také dobré mít k dispozici technologie pro jejich kontrolu. Nás proto zajímá, zdali a jak by se daly k jejich likvidaci v prostředí využít nové materiály, které byly původně vyvinuty třeba k destrukci bojových chemických látek.

S kolegy z Fyzikálního ústavu AV ČR a dalšími jste vyvinuli nanokompozit, prášek, který dovede ničit pesticidy i nervově paralytické látky.

Ano, ale jde jen o jeden konkrétní materiál, kterých jsme syntetizovali mnoho. Jistě, je zajímavý, ale pracujeme na mnoha jemu podobných. Základem výzkumu bylo testování účinnosti při degradaci bojových chemických látek, což dělali kolegové z Vojenského výzkumného ústavu v Brně. My jsme se zaměřili na testování efektu na znečišťovatele v prostředí. Některé z těchto znečišťujících látek jsou totiž svou strukturou těm bojovým podobné. A fungovalo to.

Takže jste našli vícero využití. Jak tedy váš prášek funguje?

Všechny látky kolem nás něco adsorbují. Jejich molekuly mohou na svém povrchu fyzikální vazebnou silou navázat jiné molekuly (takzvaná fyzisorpce) – už jsem zmiňoval aktivní uhlí, kterým se čistí voda. Kovové oxidy, jimž se věnujeme, mají na povrchu navíc takzvaná aktivní místa, na kterých velmi zjednodušeně buď chybějí elektrony, nebo jich mají přebytek. Proto jsou schopné vázat části jiných molekul. Pokud při interakci molekuly s aktivním místem vznikne chemická vazba, nazývá se tento jev chemisorpce. Spojení je ale mnohem pevnější než u fyzisorpce, a tak se může změnit systém chemických vazeb připojené molekuly a ona se může rozpadnout – část se odštěpí a část zůstane. Následkem toho látka zcela změní svoje vlastnosti, třeba ztratí toxicitu. Navíc tato méně jedovatá látka zůstane na oxidu přichycená, takže ji pak můžete poměrně snadno odfiltrovat nebo jinak odstranit.

Pesticidy a bojové látky se kryjí i svým historickým vývojem. Začaly se průmyslově vyrábět v druhé polovině čtyřicátých let a měly zaručit vyšší zemědělské výnosy.

Hodně se hovořilo o efektu vaší látky na nervově paralytickou látku novičok. Prý ho dovede neutralizovat.

Novičok patří do skupiny organofosfátů, ale to je dost široká rodina látek, které mají různé vlastnosti. Z těch bojových sem patří třeba sarin, což je těkavý plyn, nebo látka VX, ta má zase podobu viskózní kapaliny. A náš přípravek na každou z nich funguje odlišně. U novičoku můžeme účinky jen předpokládat. Nevíme, jaká je jeho přesná chemická struktura. Vědci ze zmíněného Vojenského výzkumného ústavu teoreticky mají technologie, aby mikrodávku novičoku připravili, jenže k tomu nemají důvod a možná ani netuší, jak přesně vypadá. Z toho mála, co víme, podobnosti jsou. Ale v současnosti nejsme schopni říct, jak efektivní by proti němu náš nanokompozit byl, ani jak rychle by fungoval.

Výsledky našich testování se ale objevily v době, kdy se o novičoku hodně mluvilo v médiích. Takže se na tuto domněnku zaměřila veškerá pozornost. Vždycky jsem při rozhovorech říkal, hlavně o novičoku nepište v titulku. Pokaždé tam samozřejmě byl (smích).

Jde o velký objev. Jak dlouho výzkum takové látky trvá?

Je to běh na dlouhou trať. S výzkumem tohoto typu oxidů začal už můj školitel, který si povšiml, že díky své struktuře by mohly působit proti bojovým chemickým látkám. Po jejich syntéze se následně do výzkumu zapojil vojenský ústav, který vyvinul metodiku na testování. Teprve později se zjistilo, že by tento materiál mohl být efektivní také proti znečišťujícím látkám. Dlouhou řadou výzkumů jsme se nakonec dostali až k dnešku, celý ten proces trval asi dvacet let. Já samozřejmě v tomto soukolí nejsem celou dobu, ale asi jen posledních jedenáct let.

Měl váš objev nějakou odezvu u jiných institucí a firem?

Musím říct, že zájem byl překvapivě vysoký, hlavně od subjektů, které hledají alternativy běžných dekontaminačních materiálů. Spolupracujeme třeba se Státním ústavem jaderné, chemické a biologické ochrany. Kromě využití v armádě jsou tyto látky totiž zajímavé také pro útvary, které se zabývají dekontaminací nebezpečných materiálů. Například pro hasiče nebo záchranný sbor. Bezpečná dekontaminace je ale nutná i jinde, když se třeba musí vyčistit místnosti, kde se nelegálně vařily drogy. Spolupracujeme také s firmami, které se zabývají potlačením následků ropných úniků a čištěním vod. Zájem o další společný výzkum projevila také řada zahraničních univerzit, ať už ze Švédska nebo Francie. Zkrátka, snažíme se pro naše látky najít co nejširší portfolio využití. Musím ale jedním dechem dodat, že transfer technologií je pro nás poměrně nová a neprozkoumaná disciplína, kterou se učíme. Všechna taková spolupráce je tedy v současnosti teprve v zárodku.

Jde o velmi široký záběr možných využití.

A to jsme ještě nemluvili o bioaplikacích. Některé materiály, jimiž se zabýváme, totiž dokážou napodobovat funkci enzymů v lidském těle. Třeba oxid ceričitý se dá teoreticky použít k ochraně zdravých buněk nebo k likvidaci rakovinových. Uvažuje se, že by tyto oxidy mohly plnit funkci jakýchsi umělých enzymů. A ještě k tomu se ukázalo, že některé mají antivirotické účinky. Těch možných využití je obrovské množství a my se soustředíme jen na jeden malý segment. A v něm chceme být opravdu dobří.

Zdá se, že se vám to daří. Za svůj výzkum jste před dvěma lety získal Prémii Otto Wichterleho, kterou AV ČR uděluje perspektivním vědcům. Jak jste tehdy na ocenění reagoval?

Samozřejmě jsem měl radost, to nezapírám. Chápu jej ale tak, že takové ohodnocení není nikdy individuální. Výzkum dělám už od dob své diplomové práce a denně pracuji s mnoha lidmi, kteří mi samozřejmě pomáhají. Navíc vědecký vývoj nemá začátek a konec. Tím chci říct, že přede mnou už byly desítky let práce řady významných lidí, vědců, na jejichž poznatky jsem navázal. Já jsem tak vlastně přidal jen další dílek do skládačky.

Časopis Science minulý rok vydal studii, podle které se toxicita syntetických pesticidů pro bezobratlé živočichy a užitečný hmyz od roku 2005 do dnešních dob zdvojnásobila.

Říkáte to s velkou pokorou.

Abych se přiznal, ani jsem nevěděl, že takové ocenění existuje. Až vedení ústavu mi řeklo, že výsledky naší práce jsou dostatečně zajímavé na to, abychom se mohli o prémii ucházet. Do té doby jsem o tom tedy vůbec neuvažoval.

Kolegové vám gratulovali, nebo potichu záviděli?

Samozřejmě gratulovali. Jsem si docela jistý, že mi nezáviděli. Někteří moji kolegové prošli podobnou cestu jako já, také jsou to vesměs mladší lidé. Vědí, jaké překážky mě v dosavadní kariéře potkaly, mají podobné problémy, obavy. Také si prošli podobně pozitivními situacemi. Chápou, co to znamená, když do vás jako do mladého vědce nadřízení vloží důvěru, dají svobodu. Navíc jsou stejně tak dobří vědci jako já. Za pár let třeba padne nějaké ocenění také na jejich hlavu.

Jak se ocenění promítlo do vašeho profesního života? Pootevřelo nějaké dřív zavřené dveře?

Za vědce by nejhlasitěji měly hovořit jeho výsledky a ne ocenění. Musím ale uznat, že prémie pomohla. Výzkum se dostal do médií, na základě čehož mě kontaktovali lidé z jiných ústavů. Dále, ve vědě není tolik peněz a finanční podpora jistě pomáhá. Zároveň je cena prestižní, takže něco vypovídá o kvalitě samotné práce. Veřejně dokazuje, že je na nás spoleh. Tento signál měl v našem malém českém prostředí odezvu. A také se přiznám, že se o ní v životopisu zmiňuji opravdu rád.

Pomohla prémie i vašemu oboru?

Do jisté míry. Přilákat do výzkumu dostatek mladých lidí je dlouhodobý problém. Bohužel, přírodní vědy obecně tolik netáhnou. Když tedy Akademie věd ČR takovým způsobem motivuje mladé vědce, je to jenom ku prospěchu věci. Také já sám jsem, řekněme, na začátku své kariéry, a osobně je pro mě podnětem, abych se ve svém výzkumu zlepšoval. Je motivací k pokroku samotných vědců.

Zmínil jste, že před vámi v tomto oboru již pracovala řada významných lidí, na které jste navazoval. Na ramenou kterých obrů stojíte?

Studoval jsem na Fakultě životního prostředí Univerzity Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem. Dodnes tam působí profesor Pavel Janoš, který mě na tuto cestu přivedl. Když jsem se ho během studií zeptal, jestli ho nenapadá nějaké zajímavé téma diplomové práce v laboratoři, vzal mě s sebou do Řeže. Zde jsem potkal Václava Štengla z Ústavu anorganické chemie AV ČR, který se zabýval materiálovou chemií. To je otec celého tohoto vědeckého tématu. Po prvním rozhovoru mi bylo jasné, že jsem našel, čemu se chci věnovat. Přistoupil jsem k věci ale z trošku odlišné strany než on. Spíše než vývoj nových materiálů mě zajímaly jejich aplikace.

Opravdu to bylo tak spontánní?

Ano, kromě toho mě uchvátilo i samotné prostředí. Vědecké zázemí, přístroje, hezké laboratoře... a především atraktivní témata výzkumu. Jsme sice nedaleko Prahy, kde je hodně studentů a budoucích vědců, ale sem do Řeže mladé lidi přece jen přilákáte jedině oním atraktivním výzkumným tématem. Že mě má práce stále baví, poznáte snadno. Už jsem tady jedenáct let.

Prášek, který dovede neutralizovat toxické látky v prostředí nenajde využití jen v ekologii a armádě, dobře se hodí také pro hasičský záchranný sbor.

Tak to asi můžete onu víc než dekádu zhodnotit. Když se podíváte zpětně, splnila Akademie věd vaše tehdejší očekávání?

Já jsem na začátku nevěděl co čekat. Byl jsem spíš jako houba, co nasává všechny informace o podobách vědecké práce a o tom, jak funguje Akademie věd. Ale ano, očekávání se splnila. Můžu to říct především proto, že se celou dobu věnuji něčemu, co mě baví, co má z mého pohledu smysl. Nemalý podíl na tom má fakt, že má práce mi umožňuje velkou míru svobody, což nemůže říct kdekdo. Ze své současné pozice můžu tvrdit, že v Akademii věd je výborné vědecké prostředí.

Vedle práce v Ústavu anorganické chemie AV ČR také učíte na Fakultě životního prostředí a Přírodovědecké fakultě Univerzity Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem. Pohybujete se tedy ve výzkumu, ale také v akademické sféře.

Ano, primární je ovšem samozřejmě výzkum. Ale vyjít někdy z laboratoře do prostředí plného mladých lidí je osvobozující. Myslím si, že kdokoli se věnuje výzkumu, měl by působit také v univerzitním prostředí. Učit pořád ty samé věci podle jednoho vzorce není správné, vědec musí své poznatky aktualizovat a v takové podobě je předávat dál. Beru to tedy jako povinnost, ale je to také zábava.

Funguje z vašeho pohledu spojení mezi prostředím výzkumu a univerzitami?

Z mého pohledu můžu říct, že ano, protože se nám daří sem do Řeže studenty lákat. Každý rok jich tu několik zpracovává své závěrečné práce nebo jezdí na specializovaná školení a stáže. Ze všech koutů země, nejen z Ústí, kde učím, a z Prahy, která je nedaleko, ale třeba i z Pardubic. Pro vědu i Akademii věd je nová krev potřeba. Studenti jsou draví a mají neotřelé nápady.

Jste mladý, úspěšný a na své studenty můžete působit jako vzor. Co potřebují, aby dosáhli úspěchu?

Jednoznačně výdrž. Z vlastní zkušenosti můžu říct, že většina studentů a začínajících vědců neodchází proto, že by neměli potřebné schopnosti nebo vědomosti, ale protože nedokážou vydržet všechno, co je s vědou spojené. Někdy se zklamete, jindy výzkum skončí na mrtvém bodě, obtížně hledáte finance nebo zastání. Přijde doba, kdy se sám sebe tážete, proč to vlastně děláte. Odpověď je ale snadná: protože o vědu máte zájem a chcete ji dělat. Rozhodně však pomáhá, když kolem sebe najdete lidi, na které je spolehnutí. Ať už ve funkci školitele, vedoucího nebo kolegů.

Jste vědec, k tomu učíte, a ještě vedete stáže pro studenty. Máte vůbec nějaký čas pro sebe?

Osobně obdivuju lidi, kteří jsou schopni dát všechnu svou energii do práce. Já se rád zajdu projít ven. Nebo jezdím na kole, protože Ústí má krásné okolí. Rád si povídám s lidmi, zajdu jen tak na pivo. V životě je třeba najít balanc. Když se to povede, tak se o to víc zase těšíte druhý den do práce.

Jak se za dobu, co působíte v Akademii věd, vaše práce změnila?

Bohužel, v laboratoři trávím méně a méně času. Naopak spíš úkoluji kolegy v týmu. Asi třetinu práce strávím u počítače, píšu články, vyhodnocuji data, vytvářím zprávy. Pak také navazuji spolupráce. Nakonec, pokud mi nějaký čas zbude, dojde i na onu laboratoř.

Kam dál byste chtěl se svým výzkumem v tomto směru postupovat?

Pro mě je ochrana životního prostředí nadmíru důležité téma. Doufám, že se do budoucna náš tým rozroste a rozvineme systematickou metodiku, jak látky k jeho ochraně studovat. Také by stálo za to lépe prozkoumat využití v odvětvích, kterým nyní rozumíme relativně okrajově. Mám na mysli třeba zmíněné umělé enzymy. Samozřejmě nás stále baví experimentovat, syntetizovat nové typy látek. Když studujete vlastnosti materiálů v atomárním měřítku a následně vidíte, jakým způsobem se promítají do našeho makrosvěta, je to zkrátka neuvěřitelné. Já sám ale rád hledám cesty, jak by se tyto mikroskopické vlastnosti daly využít prakticky.

Ing. Jiří Henych, Ph.D.
Ústav anorganické chemie AV ČR

Vystudoval Fakultu životního prostředí Univerzity Jana Evangelisty Purkyně, obor ochrana životního prostředí a odpadové hospodářství. Pokračoval studiem environmentální analytické chemie. Od své alma mater se úplně neodloučil, dnes v ní vzdělává nejen mladé vědce, ale i učitele a lidi z praxe. Zaměřuje se na výzkum nových materiálů pro likvidaci toxických látek, jako jsou organofosforečné bojové chemické sloučeniny a pesticidy. Je držitelem Prémie Otto Wichterleho 2020.

Rozhovor najdete v aktuálním vydání časopisu A / Věda a výzkum. Všechna dosavadní čísla jsou k dispozici online na našem webu.

2/2022 (verze k listování)
2/2022 (verze ke stažení)

Text: Jan Hanáček, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Shutterstock

Text, úvodní foto a fotografie označená (CC) jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Nový vodíkový elektrolyzér ukládá energii z obnovitelných zdrojů
• Chemičkou jsem se chtěla stát už od čtrnácti let, říká Adéla Šimková
• Vědci vyvinuli novou kontrastní látku, která pomůže včas odhalit skryté nemoci
• Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, říká Tomáš Pluskal
• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
• Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii
• Proč se Země a Venuše vyvinuly odlišně? Napoví mise, jíž se účastní i Češi
• Nová zobrazovací metoda pomůže rychleji identifikovat například rakovinné tkáně
• AMULET se zaměří na vývoj multiškálových materiálů, získal téměř půl miliardy