Mezinárodní složení týmu prospívá kvalitě výzkumu, říká doktor Pumera

Můžete stručně popsat hlavní předmět Vašeho zájmu, tedy nanoroboty?

Téma nanorobotů a mikrorobotů je dalším stupněm vývoje nanotechnologií. Nanotechnologie vytvářejí malé objekty, které jsou buď konstruovány zmenšováním větších struktur, nebo naopak spojováním atomů a molekul. Ve všech případech zatím byly výsledkem stacionární objekty. Měly skvělé vlastnosti, funkčnost, ale tím to končí. Naši nanoroboti a mikroroboti jsou dynamické systémy, které se mění. Jsou to jakoby umělé organismy (z hlediska funkčnosti, nikoli konstrukce), které se dokážou pohybovat podobně jako živé mikroorganismy. Tedy tak, že berou chemickou energii z prostředí a přeměňují ji v pohyb. Stejně jako bakterie, které se pohybují bez nějakého vnějšího vstupu, magnetického nebo elektrického pole.

Jakou mají takoví roboti funkčnost?

Pohyb samozřejmě není to hlavní. Klíčové je, co takový nanorobot dokáže udělat. My jsme schopni nanoroboty na povrchu funkcionalizovat různými skupinami, aby buď katalyzoval reakci, nebo nesl rozpoznávací prvky (krátká originální DNA, protein), které dokážou vychytat v prostředí další elementy, viry či buňky. Nebo může mít na rozpoznávacím elementu něco navázaného (třeba léčivo), a když se dostane do oblasti, kde je například jiné pH, tak léčivo na daném místě uvolní.

Pokud bychom si tedy představili konstrukci nanorobotů, první úrovní složitosti je tedy motor, pohyb, který je autonomní, rychlý, nicméně náhodný. Druhou úrovní je funkcionalita, tj. že se robot v určitém prostředí nějak chová – vychytává elementy, nebo něco uvolňuje nebo katalyzuje. Třetí úroveň je, že se k autonomnímu, náhodnému pohybu přidá schopnost navigace. Čili že připravíme takové roboty, kteří budou schopni následovat například světlo, slabé magnetické pole nebo gradient koncentrace nějaké chemikálie. Tomu se říká fototaxe, magnetotaxe či chemotaxe a je typickou vlastností živých organismů. Přičemž robot může zdroj následovat, nebo se od něj naopak vzdalovat. Čili se může chovat „inteligentně“.

Třemi úrovněmi to končí, nebo počítáte s dalšími?

Čtvrtou úrovní je, aby spolu roboti komunikovali a drželi se při sobě jako hejno. To by umožňovalo použít je ve velkém množství, a logicky čím jich bude více, tím účinnější efekt dokážou přinést.

Předpokládám, že se stále pohybujeme na půdě základního výzkumu. K čemu to pak může být dobré v praxi?

Ano, jde o základní výzkum, který by ale měl mít reálné využití v biomedicíně a v oblasti životního prostředí. Co se týče medicíny, nabízí se samozřejmě léčba rakoviny. Je důležité, aby ti roboti nebyli toxičtí a mohli se dostat z těla jednoduše ven. První využití by tedy mohlo být pro léčení rakoviny trávicího traktu. V průběhu výzkumu se ovšem může ukázat, že roboty půjde nakonec využít mnohem snáze pro léčbu něčeho jiného, to teď ale nevíme. Je to zkrátka výzkum, u něj nikdy nemůžete přesně vědět, co objevíme, co bude za rok. Znáte směr, ale ne konkrétní výstupy. Kdybych věděl, kde budeme za pět let, zaměřím se na to teď hned, protože před ostatními získám pětiletý náskok.

Jak mohou roboti pomoci se znečištěním životní prostředí?

Vezměme si za příklad havárii, která skončí olejovou skvrnou na moři. Pokud naši roboti budou fungovat v již zmíněných hejnech a budou nadáni schopností navigace, umožní jim to pohyb podle gradientu nějaké chemikálie, která je nebezpečná. Její přítomnost roboty aktivuje, oni se budou pohybovat dopředně směrem ke zdroji, budou nést dekontaminanty, a tedy budou schopni znečištěnou oblast vyčistit. A to mnohem rychleji a přesněji než doposud. Další možnost využití je použít roboty jako indikátory znečištění. Tím, že budou vystaveni kontaminantu, přepne se konformace chemické látky a oni změní barvu, případně začnou být fluorescenční. To upozorní na problém.

Na VŠCHT působí od roku 2008 úspěšná výzkumná skupina Chobotix pod vedením profesora Františka Štěpánka. V centru jejího zájmu jsou „mikroskopičtí chemičtí roboti“ (více zde: www.chobotix.cz ) Můžete popsat rozdíly ve vašich výzkumech?

Pole nanorobotů, nanostrojů je velmi široké, od molekulárních mašinek - za jejichž výzkum získal minulý rok profesor Fraser Stoddart, Jean-Pierre Sauvage a Ben Feringa Nobelovu cenu - přes nanostroje, nanoroboty až po mikroroboty. V tomto poli pracují desítky skupin. Některé instituty, jako např. Max Planck ve Stuttgartu, se pyšní tím, že mají pod jednou střechou několik skupin zabývajících se nanoroboty. Z mého pohledu nejsme se skvělou skupinou profesora Štěpánka v přímé konkurenci, rozdíl je v pohybu robotů a v aplikaci. Jestli to správně chápu, roboti pana profesora Štěpánka jsou stacionární systémy, které se nepohybují. Naši ano. Každopádně nevnímám přítomnost dvou silných skupin se zdánlivě podobným tématem na jedné univerzitě konkurenčně, ale naopak. Je to ohromné posílení mezinárodního renomé VŠCHT Praha v dané oblasti. My totiž nesoutěžíme mezi sebou, ale se zahraničím, protože oba děláme vědu na světové úrovni.

Koho tedy považujete za přímou konkurenci v mezinárodním měřítku?

Tématem nanorobotů se samozřejmě nezabývá jen naše skupina. Pracují na tom výzkumníci z Kalifornie, z Barcelony, zmíněný Max Planck Institut ve Stuttgartu a také dvě silné skupiny z university v Pensylvánii, která je naším největším konkurentem. O nich vím, že vyvíjejí nanoroboty, kteří mají fungovat jako skauti pro objevy ropných polí. Což je sice hodně futuristické, ale nikoli nereálné.

Omlouvám se za nedostatek fantazie, ale jak může nanorobot identifikovat ropná pole?

Idea je celkem jasná. Vypustíte nanoroboty do vrtu, necháte je nějaký čas působit a sbírat vzorky. Pak roboty sesbíráte zpět a zanalyzujete získané vzorky. Realizace je ale zatím daleko. Nicméně řada zadavatelů kouká cíleně daleko do budoucnosti. V roce 2013 jsem měl v Singapuru zajímavý rozhovor s americkou Air Force. Její zástupci jezdí po univerzitách, sledují zajímavé nápady a nabízejí jednoroční granty. Vůbec se nezajímají o současné technologie, ani o ty příští, na kterých se už pracuje. Zajímají je „next next“ technologie s aplikací za 10 až 20 let.

Vraťme se na chvíli ještě k té konkurenci…

V tématu nanorobotů se pohybuji od roku 2008. Několikrát jsem narazil na problém, který se mi zdálo těžké překonat. Říkal jsem si: To se vyřeší nejdříve tak za 5-10 let. A pak jsem byl příští rok překvapen, že problém naše konkurence překonala nějakým chytrým řešením a celé pole jelo dál. To je výhoda konkurence v jakémkoliv oboru, různé skupiny mají různá know-how. A jak se navzájem snaží jedna druhou předběhnout, významně posouvají výzkum vpřed. Téma nanorobotů v poslední době nabývá na atraktivitě. Na začátku nás na konferencích bylo pár desítek, teď už potkávám kolem 200 kolegů, kteří se danou oblastí zabývají. Různé skupiny přispívají různou měrou k pokroku, navíc to téma je hodně široké, ale konkurence zřetelně roste. Díky tomu je jisté, že aplikace přijdou rychleji, než si teď myslíme.

V projektové žádosti jsem se dočetl, že budete spolupracovat se čtyřmi špičkovými zahraničními centry. Kde je hranice mezi konkurencí a kooperací?

Já jsem velmi otevřený vzájemné spolupráci. Přímým konkurentům samozřejmě neřeknete, na čem právě děláte. Ale máte svou klíčovou oblast, ve které přesně víte, co děláte, a jste v ní silní. Na tu pak nabalujete další oblasti, kde už tolik silní nejste, ale víte, že někdo jiný je. Přímo si nekonkurujete, navíc se vzájemně hodně obohatíte a ušetříte čas i energii. Nesnažíme se za každou cenu naučit něco, co použijeme jednou za několik let, na to je lepší mít externí spolupracovníky.

Spolupracovat budete s University of California, japonským National Institute for Material Science, německým Forschungszentrum Jülich a University of Cambridge. Jaké budou role jednotlivých partnerů?

V Cambridge působí skupina, která se zaměřuje na výzkum pohybu v mikrofluidních kanálcích, čili jde o zkušenost relevantní k pohybu v tělních kapilárách. Dominantou japonského institutu je funkcionalizace povrchů. Výzkumné centrum v Jülichu vytváří nanoobjekty pro zcela jiné využití, ale jsou schopni je změnit v tom smyslu, aby byly funkční pro nás. Tým Kalifornské univerzity má zkušenosti s bioaplikacemi - aplikují chemické motory do myší. To bychom se od nich chtěli naučit, jsou v tom nejlepší na světě. Sice patří mezi naše blízké konkurenty, ale máme skvělé osobní vztahy, takže aspekt vzájemné soutěže přehlížíme. Spolupráce se všemi institucemi je samozřejmě založena na tom, že dané výzkumníky znám a vím, že jsou experti v tom, co dělají.  

Vaše nová výzkumná skupina na VŠCHT bude z poloviny mezinárodní. Jak jste dával tým dohromady?

Zahraniční vědci se rekrutují jak z otevřených výběrových řízení, tak i z přímo oslovených vědců z oboru. Další část budou tvořit čeští vědci a studenti. Idea je mít skutečně mezinárodní tým, což v ČR není až tak obvyklé. Výhoda mezinárodního týmu je ta, že každý člen má úplně jiný background, přináší odlišnou zkušenost nejen vědeckou, ale i z hlediska přístupu. To ve výsledku ohromně posiluje kvalitu výzkumu. Osobně jsem velký fanoušek toho, aby lidi měli velkou mobilitu, protože se naučí jiné věci než na alma mater. Zároveň vidíte, že tito lidé jsou schopní ve vědě přežít, protože jako cizinec musíte být lepší než domácí, jinak vás nikam nevezmou. Musíte také své postavení pravidelně obhajovat. Takže velká mobilita slouží jako filtr kvalitních vědců. Samozřejmě čest výjimkám, které dělají velkou vědu na světové úrovni i bez výrazné mobility, s několika mám čest spolupracovat.

Jak těžké je dostat vybrané výzkumníky do České republiky?

Není to úplně snadné. Češtinou se jinde nedomluvíte, takže prohloubení znalosti světového jazyka jako motivace nefunguje. Adepti mimo EU, např. ze Singapuru nebo Peru, potřebují víza, k čemuž musí doložit svou bezúhonnost za poslední tři roky. To znamená, že musí cestovat na úřad do každé země, kde v posledních třech letech pracovali, což je stojí spoustu peněz osobních, já to z projektu zaplatit nemůžu. V USA, Japonsku, Singapuru podobná potvrzení nikdo nechce. Paradoxně je ve finále snazší najmout někoho, kdo není mobilní. K tomu si vezměte, že ti lidé mají rodiny, tzn. najít pro partnery nebo partnerky práci, mezinárodní školy, které jsou drahé a nelze je platit z projektu. V zásadě sem jdou ti lidé jen proto, že je neskutečně zajímá naše téma. Do týmu se nám nyní hlásí i zahraniční vědci i studenti, například ze Španělska a Anglie, se svým vlastním stipendiem, protože chtějí být součástí této skupiny.

A co Vy? Bylo složité rozhodnout se pro návrat?

Upřímně, nebýt programu OP VVV, asi bych se do Čech nevrátil. Přestože tu mám řadu osobních vazeb, za posledních 16 let v zahraničí jsem vybudoval velice produktivní tým, který dělá výbornou vědu na světové úrovni. A chci ji dělat i v budoucnu. Na špičkovou vědu jsou potřeba finance. Úspěšná skupina je jako „start-up“ firma. Musíte shánět sponzory, granty, abyste měl z čeho platit své pracovníky, chemikálie, nové přístroje, opravy přístrojů. Musíte se věnovat studentům pracujícím ve skupině, aby se z nich stali experti; psát vědecké články a reporty, diskutovat s členy týmu, řešit personální otázky atd. K tomu učíte 300 studentů a připravujete zkoušky. Je to práce na 14-16 hodin denně. Pokud vás chce nějaká instituce v zahraničí k sobě přetáhnout, tak je obvyklé, že vám nabídne plné vybavení nové laboratoře, zaměstná členy týmu atd. Grantové schéma projektu OP VVV mi návrat umožňuje, protože nabízí srovnatelné podmínky -  kromě platů - s nabídkami z top univerzit v USA nebo Koreji, které mi také ležely na stole. Mohu vybudovat velký tým, vlastní laboratoř a hned se vrhnout do práce. Programů na podporu excelentních zahraničních týmů je určitě třeba víc napříč obory, protože věda je zejména o kvalitních vědcích a kvalitních výzkumných tématech.

Už máte celý tým pohromadě?

Ne. Budování excelentního týmu trvá normálně několik let. V případě projektu OP VVV budeme rychlejší, tým sestavujeme v několika fázích v průběhu přibližně jednoho roku. Některé pozice jsou jmenované, na ostatní vypisujeme výběrová řízení. Zásadní je, aby zájemci měli zkušenosti vždy v dílčích specifických oblastech, protože máme jasnou představu, jakou práci by měli vykonávat. Potřebujeme například člověka s expertízou na modifikaci nanorobotů, experta na nanofabrikace atd.

Budete na VŠCHT kromě vedení výzkumné skupiny také učit? Jaký je Váš vztah k pedagogice?

Když jsem působil v Japonsku, měl jsem permanentní pozici ve výzkumné instituci, kde nebyla možnost učit. A viděl jsem na vlastní oči, jak řada starších kolegů po letech ustrnula bez těch neustálých otázek a výzev, které před vás pokládají studenti. Musíte vlastně pořád přemýšlet nad základními věcmi, když jim vysvětlujete, co a jak funguje. Ptáte se pak sám sebe – jak já vlastně vím, že to tak funguje? A začnete přemýšlet, ověřovat. Když jsem pak byl na univerzitě v Singapuru, znovu jsem si uvědomil, jak mě výuka nabíjí a inspiruje. Také na VŠCHT chci určitě učit, i když to pozice v projektu nevyžaduje. Samozřejmě to, čemu opravdu rozumím a o čem vím, že je v současné době důležité znát.