Voda v genech

Jak se závažnost problému projevuje mezinárodním vědeckém kontextu?

Problém antibiotické rezistence je již známý delší dobu, nicméně až v současnosti máme vhodné a dostupné analytické metody, které nám jej dovolují studovat dostatečně podrobně. Ve Scopusu jsou na téma antibiotické rezistence v odpadních vodách publikovány každý rok stovky článků. V českém prostředí jde ale o téma zanedbávané a jsme, myslím, jedni z prvních, kdo se u nás antibiotické rezistenci v odpadních vodách věnují.

Co bylo spouštěcím impulsem vašeho zájmu?

Naše mladá kolegyně Dana Vejmelková, která se do problematiky hlouběji ponořila. Výraznou akceleraci nám ale umožnil školní projekt ChemJets, v jehož rámci jsme přijali postdoka Aleksandru Milobedzkou, který se antibiotické rezistenci může věnovat na plný úvazek. Spojili jsme také síly se skupinou profesorky Kateřiny Demnerové z Ústavu biochemie a mikrobiologie.

Můžete definovat cíle, jichž byste chtěli v projektu REPARES dosáhnout?

Není to typicky výzkumný projekt, peníze pro tento typ činnosti jsou v přiděleném rozpočtu omezené. Celá výzva je především zaměřena na zvyšování schopností zemí EU méně výkonných ve výzkumu a inovacích žádat o evropské projekty a naučit se je koordinovat. Vědecká složka je přesto přítomná a my se v jejím rámci zaměříme na popsání toho, jakým způsobem se antibiotická rezistence šíří přes odpadní vody do prostředí. Většina používaných analytických technik je založena na molekulární metodách, hledají se konkrétní geny rezistence, nebo se sekvenuje celý metagenom (veškerá DNA v biomase nebo odtoku z čistírny) a v něm se hledají geny rezistence. Naší snahou bude sjednotit metodiku mezi jednotlivými pracovišti a tu metodiku nějakým způsobem popsat z hlediska standardizace. Obecně používané molekulární metody mají totiž problém s opakovatelností, jsou většinou kvalitativní nebo semikvantitativní, je problém získávat kvantitativní data, která potřebujeme, abychom vůbec dokázali problém komplexně uchopit. Jeden z partnerů v konsorciu už také dlouhodobě provozuje databázi mikroorganismů vyskytujících se v čistírnách odpadních vod a rádi bychom ji společně rozšířili o geny rezistence a spárovali je s konkrétními bakteriemi, které mohou tyto geny přednášet.

Jedním z deklarovaných cílů je též zmapování celosvětového rozsahu problému. Jak se takový rozsah mapuje?

Již jsem říkal, že na dané téma lze najít tisíce publikací, pořád ale zůstává mnoho otázek otevřených. Víme tedy například prokazatelně, že se geny rezistence tvoří například v tělech pacientů nebo v zemědělských chovech zvířat, ale nevíme úplně přesně, jak se přenášejí ze světadílu na světadíl, jak moc se liší typy genů rezistence v různých částech světa, a to jak kvalitativně nebo kvantitativně. My chceme nastavit zlatý standard metodologie (co vzorkovat, jak často, jaké molekulární metody používat atd.), abychom mohli sledovat srovnatelné geny rezistence v různých částech světa. To nám umožní hledat hlavní zdroje genů rezistence, upravovat technologie v čistírnách a podobně.

Zmínil jste, že společně s vaší skupinou pracuje na projektu také tým profesorky Demnerové. Jak se liší vaše role?

Kateřina a její kolegové jsou experti na mikrobiologii a molekulární analýzy, my se zabýváme především technologiemi čištění odpadních vod. Díky spojení našich dvou skupin se nám daří obě expertízy propojit.

Součástí konsorcia jsou mezinárodně uznávaná pracoviště z Nizozemska, Dánska či Portugalska. Jak jste partnery vybírali?

Z vlastní zkušenosti mohu říct, že tyhle věci se vždy tvoří na základě dlouhodobých osobních vazeb. Na ideu udělat společný projekt přišla naše odborná asistentka Dana Vejmelková s Davidem Weissbrodtem z Technické univerzity v Delftu. Přes kamaráda vědce se připojila skupina z WETSUS, což je světoznámý výzkumný institut se zaměřením na vodu, velmi silný partner s mimořádnou schopností spolupracovat s průmyslem. Skupinu z Aalborgu, patřící do absolutní mezinárodní špičky, přivedla naše postdok posila Aleksandra Milobedzka. Posledním partnerem je tým z Portugalské katolické univerzity, též světová extratřída v oboru antimikrobiální rezistence. Musím se přiznat, že složení konsorcia je pro nás jako sen, jedná se skutečně o elitní uskupení, což na druhou stranu znamená velký závazek pro nás jako koordinátora.

Bohatství v šedých vodách

Když jsme spolu mluvili naposledy, zmiňoval jste, že se v rámci projektu Technologické agentury ČR věnujete společně se Skanskou recyklaci šedých vod v bytových komplexech. Jaké jsou výsledky této spolupráce?

Spustili jsme provoz prvních systémů ve větších budovách v ČR, které umožňují uvést zpět do oběhu část odpadních vod z domácností. Pokud vím, ani celosvětově takových systémů v praxi příliš mnoho neběží.

Můžete vysvětlit, jak to v reálu funguje?

V budovách se odvětví odpadní voda z koupelen, konkrétně sprch, van a umyvadel. Jde o velký objem (45% odebrané vody celkem), přičemž voda je typicky teplá a velmi málo znečištěná. S relativně malými náklady a jednoduše se voda v čistírně umístěné například ve sklepě vyčistí a vrátí zpět do oběhu. Bohužel je zatím využitelná jen pro splachování záchodů, protože pouze zde nenarážíme na legislativní problémy. Nevýhoda je, že se tímto způsobem využije pouze část vyčištěné vody a zbytek se vypustí do kanalizace. Kdybychom ji chtěli využít i jinde, třeba na zalévání, musela by se změnit legislativa, protože by zatím formálně šlo o vypouštění odpadní vody do prostředí.

Zatím je „domácích“ čistíren šedé vody v provozu jen pár. Je šance, že se stanou v budoucnu masovou záležitostí?

Nevidím důvod, proč by to tak nemohlo být. Z ekonomického hlediska máme změřenou minimální 20% úsporu vody na obyvatele. Obrovský potenciál vidíme zejména v panelácích a nových bytových domech, kde žije více lidí na jednom místě. Investice do technologie a sekundárních rozvodů se rozloží mezi více domácností a během několika let se vrátí.

Podaří se vám v budoucnu recyklovat větší objem vody z domácností, než je těch současných 45 %?

Z technologického hlediska to dnes není žádný problém. V České republice se fakticky běžně využívá recyklovaná voda, protože mnohá města využívají jako zdroj vody řeky obsahující vyčištěné odpadní vody z měst výše proti proudu. V malém měřítku je ale problémem management rizika. Když vodu dodává velká vodárenská společnost, musí dodržovat přísné standardy, určité počty vzorkování, má lidi, kteří to kontrolují. Díky tomu se výrazně zmenšuje riziko distribuce vody kontaminované patogeny. Když se ale přeneseme na úroveň bytového komplexu, využívajícího vlastní systém recyklace odpadních vod, riziko poruchy na technologii, resp. jejího včasného odhalení neúměrně roste. Co se týče čištění odpadních vod třeba z myčky, tam jde o náročnější technologický proces, u nějž je otázka, zda dává ekonomicky smysl. Nicméně pokud by zásadní množství domácností dokázalo znovu použít těch 40 – 45 % vody, které jsou velmi levně k dispozici už teď, šlo by o obrovský kvalitativní skok.

Jdete sám příkladem? Máte doma vlastní čističku?

Dům jsme rekonstruovali, bohužel, před dávnou dobou, takže vlastní recyklační systém nemám. Ale hospodařím s dešťovou vodou a velmi brzo budeme mít doma ve sklepě na testování nový poloprovozní reaktor na čištění odpadních vod. To ale ještě neví žena (směje se).

Jaká další výzkumná témata řešíte ve vaší skupině Anaerobní biotechnologie?

Obecně nás zajímá recyklace zdrojů a energie z odpadních vod a nakládání s čistírenskými kaly. Novým tématem je power-to-gas technology, což je přístup orientovaný na obnovitelné zdroje energie, kde se potýkáme se skutečností, že přebytečnou energii neumíme efektivně skladovat. Jedna z nových možností je produkce vodíku elektrolýzou vody s jeho následným použitím na produkci bioplynu. Jde o trochu složitou operaci, nicméně přesto je to šance využít energii, která by přišla vniveč. Dále se zabýváme například odstraňováním sulfanu z bioplynů, velkým tématem jsou pro nás nové metody odstraňování dusíku z odpadních vod, případně jeho recyklace ve formě N₂O. V současnosti se také snažíme rozjet několik projektů, které spojuje pojem Voda 4.0. Jde technologická řešení využívající např. internet of things, umělou inteligenci nebo blockchain. Tato řešení pak lze využít v konceptech Smart Cities.

Rodová záležitost

Vzpomenete si, kdy jste se rozhodl, že se voda stane vaší profesní náplní?

S tímhle záměrem už jsem vybíral vysokou školu. U nás je voda rodová záležitost. Moji rodiče studovali na stejné katedře jako já, maminka ještě nedávno  pracovala v hydrometeorologickém ústavu, táta se celý profesní život zabýval povrchovými a odpadními vodami. Jeho otec byl vodohospodář ve Spolaně. V laboratoři, kde nyní pracuji, už jsem byl na praxi během střední školy. Nikdo mě nikdy do ničeho netlačil, ale rodina mě zřejmě formovala podvědomě.

Po doktorátu na VŠCHT jste strávil v rámci postdoku čtyři roky v Nizozemsku, konkrétně ve Wageningenu a Delftu. Proč jste si vybral zrovna tamější pracoviště?

Univerzita ve Wageningenu byla tehdy v oblasti anaerobních technologií pro čistění vod doslova Mekkou, na světě byste asi nenašli lepší místo. Hlásil jsem se tam již dříve na doktorandskou pozici, neúspěšně, ale následně mě pozvali na tříměsíční stáž a po jejím skončení mi vedoucí profesor nabídl postdoktorandskou pozici. Po dvou letech jsem pak společně s ním přešel do Delftu na Institute for Water Education.

Co bylo v Nizozemsku jinak? Jak po stránce vědecké, tak kulturní?

Ocitl jsem se v epicentru dění pro mou výzkumnou oblast, dostal jsem šanci přirozeně spolupracovat s oborovými kapacitami z celého světa, neboť většina lidí tam nepocházela z Nizozemska. Poprvé v životě jsem byl vystaven výzkumu orientovanému na publikace, to jsem do té doby neznal. Radikálně jiná byla také intenzita vedení ze strany mého vedoucího, setkávali jsme se každý týden a poměrně detailně probírali, jak jsem ve své práci pokročil, s čím potřebuji pomoci, jaké jsou moje další plány atd.

Jak bylo těžké se po čtyřech letech z centra dění vrátit zpět do České republiky?

Do Wageningenu jsem vzal rodinu s tím, že se určitě budeme chtít vracet. Na VŠCHT jsem měl kvalitní zázemí a byli jsme s vedoucím domluveni na návratu, takže otázka setrvání v zahraničí vlastně neležela vůbec na stole. Nejtěžší po návratu bylo vybudovat si vlastní tým, na první doktorandy jsem si musel prostě počkat.

Máte k nim stejný přístup, jaký jste zažil v Nizozemsku?

Ano. V dobrém i zlém :)

Ponoukáte své doktorandy, aby vyjížděli na postdoktorandské pobyty stejně jako vy?

Já ponoukám studenty, aby jeli už během doktorátu. Kontakty, které tam nasbírají, jsou zásadní pro jejich další mezinárodní spolupráce. Také je evidentní, že se vrací posunutí na jinou úroveň, vidí na vlastní oči, jak se dělá věda jinde, jaké nasazení je třeba pro úspěch.

Jaké máte plány do budoucna? Neláká vás další zahraniční štace?

Pro mě to teď není téma, nemám ani žádné nabídky. Jsem sice ve fázi, kdy se cítím dost přetížený, spoustu věcí, co bych chtěl, nemám bohužel čas řešit. Ale moc mě baví budování vlastní skupiny, máme hodně doktorandů a začínáme najímat postdoky, v tom nacházím velké uspokojení. Navíc mě čeká zmiňovaný projekt REPARES.