Můžete nějak laicky popsat svoji specializaci?
Moje obecná specializace je strukturní biologie a biochemie. Jde o obor, který zkoumá, jakým způsobem souvisí struktura biomolekul s jejich funkcí. Pro představu – například lékaře bude zajímat funkce molekuly v organismu a bude mu celkem jedno, jestli bude vypadat jako tyčka či jako ovál. Ale v organismu platí, že funkce je významně podmíněna strukturou. Stejně jako vám není jedno, jestli je fotbalový míč kulatý nebo hranatý.
Pohybujete se v oblastech, jako je kvantová a výpočetní chemie. Dá se vůbec nějak jednoduše popsat, co to je?
Metody, kterými pracujeme, jsou výpočetní – dnes tedy takřka úplně závislé na počítačích. Věcí, které můžeme vypočítat, je celá řada. První je možnost pomocí počítačových metod zobrazit třeba nějakou bílkovinu, nukleovou kyselinu či cukr. Umožní vám to vidět molekulu s rozlišením až na jednotlivé atomy. V podobě dat je to mnoho čísel. Když z toho ale uděláte trojrozměrný model, tak vám to umožní přenést mikrosvět do makrosvěta. Tedy přenést úvahy o věcech, které nejsou vidět, do našeho prostoru, kde můžeme navrhovat nějaké postupy, na které bychom jinak nepřišli, a pak věci zase zpátky vrátit do mikrosvěta.
To je tedy nějaká základní úroveň. Co dál?
Výpočetní metody jsou dnes dvojího typu. Prvním jsou empirické metody, které vyžadují nějaké parametry. Tyto parametry je potřeba pracně získat. S nimi pak ale dokážeme počítačově studovat systémy mající třeba i statisíce atomů. Naším příspěvkem je jednak hledání chybějících parametrů, ale hlavní jádro našeho výzkumu jsou aplikace těchto metod na studium systémů zajímavých například z hlediska biotechnologie či medicíny.
Ano. To jsou metody, které nemusíme parametrizovat. Vymyslíte si molekulu a my vám řekneme, jaké bude mít vlastnosti. Prostě vám to vypočítáme. Použití nějaké jednoduché kvantově chemické metody nám třeba během několika minut dá představu o tom, jaký tvar molekula má. Ale když sáhneme po složitějších metodách, tak výpočet na stejné molekule může trvat měsíce i léta. Je to ovšem lákavé, protože se dostanete k přesnosti, která bude přesahovat přesnost většiny experimentů. To je výstižné pro vývoj výpočetních metod – postupujeme od vysvětlení toho, co pozorujeme v realitě, přes předpovědi, které si můžeme ověřit experimentem, až po předpovědi, které dnes experimentem ověřit nedokážeme.
Není tam nic nepředvídatelného? Opravdu se dá všechno spočítat?
Je to v podstatě tak. Ale takové přesnosti zatím dokážeme dosáhnout jen u systémů obsahujících třeba pět atomů. Kdybychom chtěli předpovídat vlastnosti systémů o tisících atomů, tak nemůžeme na takto přesnou kvantovou chemii ani pomyslet.
Kvantová chemie je tedy omezená technickými možnostmi? Nejsou na ni dost rychlé počítače?
Ano. Proto nás někdy nemají rádi specialisté v oblasti hardwaru. Nabídnou nám několikanásobnou výpočetní sílu a nám trvá třeba pouhý týden, než opět narazíme na její hranice. Ono stačí k pětiatomovému systému přidat další dva atomy a celá kapacita je opět spotřebována. Těmito metodami jsme schopni spotřebovat potenciálně nekonečné množství výpočetní síly. Ale pracuje se samozřejmě i na jiných metodách, jak dosahovat relativně přesných předpovědí i na velkých systémech.
Jak je to s simulačními metodami?
Ty jsou klíčové, protože dokáží vidět systém dynamicky. Takže můžete sledovat vývoj molekulárního systému v čase. Nevýhodou je, že výpočetní krok dobré simulační metody by měl být kratší než ty nejrychlejší pohyby v molekule, abychom je zachytili. A teď si představte, že třeba vazby mezi atomy vibrují na frekvenci pikosekund, tedy 10-12 vteřiny. Když je chcete zachytit, tak potřebujete výpočetní krok femtosekundový – to je 10-15 vteřiny. Takže když se chcete podívat, co vám molekulární systém udělal během jedné nanosekundy – tedy za 10-9 vteřiny –, tak musíte mít v té simulaci obsaženo milion kroků. Když vám tedy někdo zdesetinásobí výpočetní sílu, tak místo jedné nanosekundy můžete simulovat deset nanosekund. To je sice ještě stále málo, ale i taková simulace může mnohé odhalit.
Simulační metody jsou klíčové, protože vidí systém dynamicky. Proč je to tak důležité?
Vidíte, co se v těch systémech opravdu děje. Biologický čas je veličina, o které se budeme ještě hodně dozvídat. Na jedné straně čas biologického systému je celý život nebo hodina či vteřina. Vteřina je tak někde na hranici toho, co nás z makroskopického hlediska zajímá. Ale když se dostaneme na úroveň mikrosvěta, na procesy, které nevnímáme, ale které v našich organismech probíhají, abychom mohli vůbec rozumně fungovat, tak se dostáváme i do pikosekund. Když uvidíte, že na vás letí míč, a chcete mu uhnout, tak musí ve vašem těle proběhnout velká kaskáda procesů, jen abyste pohnuli hlavou. Kdyby každý z těch procesů trval vteřinu, tak byste zareagovali za půl roku. Je kouzelné pozorovat molekuly vody procházející se bílkovinou rychlostí chodce v parku stejně jako proton, který přeskočí na jiné místo rychlostí několikrát vyšší, než je rychlost tryskového letadla.
Zní to tak, že vaše výzkumy stojí na začátku a zatím vás svazují technické možnosti.
Zčásti to tak jistě je, ale pochopitelně pracujeme na velmi konkrétních věcech, které lze řešit už nyní. Například jeden z našich projektů se zabývá enzymem acetylcholinesteráza, který je cílovou látkou pro nervově paralytické látky. Tento enzym odbourává mediátory přenosu nervového vzruchu. Takže když ho inhibujete a on je neodbourá, tak se nervový vzruch stane a zůstane. Jinými slovy během mimořádně krátké doby ztuhnete. Vyvstává tu mnoho zajímavých otázek. Jedna z nich je, že aktivní místo enzymu je velmi hluboko v molekule, ale přitom enzym funguje extrémně rychle. Kdyby tak nefungoval, tak bychom se hýbali asi nějak pomalu a trhaně. Z našich výzkumů například vyplývá, že uvnitř enzymu existuje několik vrátek, která se různě otvírají a zavírají, a tím urychlují enzymatický proces. Dokonce vidíme, že jedna molekula vody jde z aktivního místa ven a druhá jde dovnitř a dokáží se uvnitř enzymu vyhnout – mají tam takovou hezkou výhybku. Jestliže molekulární systém dokážeme uchopit tímto typem znalostí, tak s ním pak dokážeme daleko lépe pracovat a pochopit ho. Konkrétně tento projekt zajímá třeba vojáky nebo protiteroristické specialisty. Řeší se, jak zachránit člověka postiženého nervově paralytickou látkou. Další věc je, že se věří, že tento enzym nějak souvisí s Alzheimerovou chorobou.
Když mluvíte o molekulách a atomech putujících lidským organismem, zní to trochu, jako byste nahlíželi do kuchyně organismu – tedy k samotné podstatě toho, jak to všechno funguje. Jaký je to pocit?
Lze samozřejmě jít ještě hlouběji do kvantového světa, ale to se biologicky většinou neprojeví, takže asi opravdu jdeme k samotné podstatě a pocit je to fantastický. Jenže nesmíme zapomenout na jednu věc – už klasik praví, že pro stromy někdy nevidíme les. To, na co se díváme, jsou stromy. Organismus je les. Čili to všechno, co děláme, je velmi vzrušující, ale stejně tak vidíme, že cesta k tomu, abychom viděli les a přitom znali jednotlivé stromy, je opravdu dlouhá. Ale rozhodně je to cesta, kterou chceme jít, a děláme všechno proto, abychom k ní pootevřeli vrátka. Ta cesta už má dnes i jméno, říká se jí „systems biology“. Zajímá ji, jak se elementární procesy založené na interakci dvou molekul spojují do kaskád a jak se projevují v organismu jako takovém.
Takže myslíte, že hlubší pochopení toho, jak to všechno vlastně funguje, je už jen technická otázka nebo otázka času? Nemůže tu být nějaký principiální problém, který to prostě znemožní?
Problém může být v složitosti těch systémů. Může tam být něco, co bude tak složité, že to nepůjde překonat. To je věc, kterou dnes asi nikdo nedokáže předpovědět. Když se podíváte na bouřlivý vývoj přírodních věd na začátku 20. století, tak uvidíte, jak tehdy fyzika poskočila velmi rychle dopředu a že jsme se mohli setkat s názorem, že chemie je aplikovaná fyzika. Tedy že když už známe všechny zákonitosti, tak vlastně známe i chemii. Dnes můžete udělat podobnou extrapolaci – biologie je aplikovaná chemie. Všechno, co se v nás děje, jsou chemické procesy. Vypadá to dokonce, že i procesy v mozku. Přesto tomu tak docela není. Chemik prostě nedokáže popsat biologický projev organismu. Ne protože to principiálně nejde, ale protože je to tak složité, že se přes to nedokážeme dostat. Tam někde bude odpověď na vaše otázky. Nemyslím si, že by se někde byť jen rýsovala možnost popsat les organismu pomocí stromů. I když bychom se soustředili jen na některou část. Vědci pracující v této oblasti se rozhodně nemusí bát, že nebudou mít co řešit.
Máte nějaký svůj vědecký sen? Něco, na co byste chtěl přijít?
To se mění s věkem. Když vyvíjíte počítačové programy pro biologické a chemické aplikace, tak je vaším snem vytvořit cosi univerzálního, co předpoví něco velmi důležitého. Když je člověk starší, tak ví daleko víc, že je všechno velmi složité, a ambice na nalezení perpetua mobile jsou stále menší. Permanentní je samozřejmě stále touha poznávat nepoznané. Ale moje ambice jako ředitele Národního centra pro výzkum biomolekul je i přispět k vytvoření instituce, která bude vidět nejen ze Žerotínova náměstí, ale z celého světa. Dát dohromady mladé lidi, kteří budou dělat vědu s chutí a dokáží k ní přitáhnout další mladé lidi z celého světa.
Jste ředitelem centra a máte spíš manažerskou funkci. Máte ještě čas na vědu?
Je to pozice někde mezi. Šéf takového centra je přesně na té hraně, kdy ještě může dělat vědu, a já se o to snažím – vedu doktorské studenty a mám kolem sebe schopné vedoucí skupin a další spolupracovníky. Ale na druhé straně musím dělat věci manažerské. Je to dáno tím, že zdroje, které dostáváme z rozpočtu školy, tvoří jen asi deset procent našeho celkového rozpočtu – stojíme tedy na účelových zdrojích. Což znamená, že se musíme pořád starat o budoucnost. Já sám ale nemám rád papíry. Proto mám tři sekretářky, a když se můžu zbavit papírů, tak to udělám s chutí. Budu rád, když i univerzita bude myslet na to, aby těch papírů bylo co nejméně.
Snažíte se tedy vědce nezatěžovat administrativou?
Ano. Máme kvalitní administrativní aparát, který je sice dražší, než by to bylo nezbytně nutné, ale na druhé straně se tyto prostředky mnohonásobně vrátí. Naše filozofie je zbavit lidi, kteří dělají vědu, maxima administrativní práce. Když chceme dělat vědu, která je soutěživá minimálně v evropském a nejlépe ve světovém měřítku, musíme tady mít lidi, kteří dělají naplno svou práci a ne že dvě hodiny denně vyřizují nějaké papíry.
Považujete to za velkou výhodu vašeho centra?
Samozřejmě nejen to. Ale když se podíváte, kolik talentovaných lidí se vrátilo ze zahraničí do České republiky za posledních pět let s výraznými grantovými prostředky, a kolik jich šlo na naše pracoviště, tak to je docela hezký pohled. A podle mě sem přišli nejen proto, že disponujeme vynikajícím přístrojovým vybavením zahrnujícím i řadu přístrojů v České republice unikátních, ale zejména proto, že cítí, že tady budou mít dobré podmínky pro vědu. A to by měla být obecně snaha Masarykovy univerzity, potažmo Přírodovědecké fakulty.
Myslíte tedy, že je dobré, aby univerzita směřovala k tomu, že bude výzkumnou?
To považuji za velmi důležité. Je určitě moc dobře, že se univerzita otevřeně hlásí k tomu, že chce být výzkumnou – tedy takovou, která se z převážné většiny živí účelovými prostředky. To je určitě jeden z nejlepších vkladů do budoucnosti, protože si nedovedu představit, že ji v tom časem nepodpoří stát, i když to zatím dělá poněkud laxně. Ale začíná se mluvit o tom, že výzkumné univerzity by se měly vydělit a být jinak financovány. Takže, pokud do toho univerzita investuje s předstihem, tak i zisk, který z toho může mít, bude vynásoben. To je stejně jako v podnikání. Problém je v tom, že univerzita se nechová plně jako výzkumná univerzita. Ona za to ale tak úplně nemůže, protože k tomu nejsou vytvořeny obecné podmínky a tím pádem na to v současné době doplácí a doplácela by ještě víc, kdyby se tak chovala zcela.
Kde je podle vás řešení?
Žádný výzkum nemůže zcela přežít jen z účelových prostředků, protože tím nepokryje běžnou infrastrukturu. A grantový systém je dnes nastaven tak, že část nákladů na režii musí doplácet univerzita. K tomu je ovšem potřeba dosáhnout nějakého kompromisu a vyvážení mezi fakultami, které jsou výzkumné a které ne. Univerzita musí vysvětlovat fakultám, které nejsou výzkumné, že je potřeba výzkumný charakter univerzity budovat, protože se to vrátí a jednou je to nejspíš bude živit. A těm výzkumným musí zase vysvětlovat, že jim nemůže dát tolik, kolik by si na výzkum zasloužily, protože je potřeba živit i fakulty, které výzkumné nejsou. To jsou podle mě fakta, o kterých je potřeba diskutovat v akademické veřejnosti i na úrovni státní administrativy a posunout je správným směrem.