Dietrichsteinský palác Zelný trh 8, Brno

24. října 2007 Dietrichsteinský palác Zelný trh 8, 659 37 Brno

2

MENDEL FORUM 2007 – PROGRAM 8:00 – 8:30 Registrace, zahájení 8:30 – 9:00 Didaktika biologie 8:30 – 9:00 – RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Atraktivní biologie: animované výukové programy 9:00 – 10:30 Výzkum a studium na zahraničních pracovištích 9:00 – 9:30 – doc. RNDr. Omar Šerý, Ph.D. GHC Genetics, New York, USA 9:30 – 10:00 – RNDr. Marcela Buchtová, Ph.D. University of British Columbia, Vancouver, Canada 10:00 - 10:30 – MUDr. Dalibor Valík, Ph.D. Mayo Clinic, Rochester, USA 10:30 – 11:00 – přestávka 11:00 – 12:30 Zajímavosti ze zoologie 11:00 – 11:45 – doc. RNDr. Tomáš Grim, Ph.D. Kukačky versus hostitelé: závody ve zbrojení 11:45 – 12:30 – Mgr. Barbora Bímová O myších a myších 12:30 – 13:00 - přestávka

3

13: 00 – 16:00 J. G. Mendel 13:00 – 13:30 – PhDr. Anna Matalová J. G. Mendel: Pokusy s hybridy rostlin 13:30 – 14:00 - Ing. Nippert Rodný dům J. G. Mendela po rekonstrukci 14:00 – 14:30 – RNDr. Eva Matalová, Ph.D. Mendel, nobelisté, genetika 14:30 – 16:00 - Mendelianum MZM Brno, Údolní 38, Brno návštěva výstavy ke 185. výročí narození J. G. Mendela s průvodcem

******************************************************* Mendel Forum 2007 program a organizace – RNDr. Eva Matalová, Ph.D. [email protected]

4

Univerzita Palackého v Olomouci

__________________________________________________________________

Projekt ESF „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů v biologii“ (CZ.04.I.03/3.2.15.2/0270) je zaměřen na: ¾ Modernizaci výuky biologie na SŠ ¾ Osobní motivaci a rozvoj schopností SŠ pedagogů v oblasti využívání multimediální techniky ve výuce biologie ¾ Vytvoření široké funkční komunikační sítě mezi pedagogy napříč moravskými SŠ a mezi SŠ a VŠ pod záštitou PřF UP v Olomouci Výuka moderní biologie dnes stojí před obtížným úkolem, jak studentům objasnit složité funkční a vývojové vztahy, které se neobejdou bez poznatků molekulární a buněčné biologie. Procesy, které probíhají na této úrovni jsou velmi abstraktní a obtížně představitelné. Abstraktní rovina učiva v kombinaci s jednotvárností výuky velmi ztěžuje pochopení a zapamatovatelnost látky. Studenti pak snadno ztrácejí motivaci a zájem o předmět, což se zpětně odráží ve zhoršených studijních výsledcích. Náš projektový tým se snaží tuto situaci řešit sestavováním variabilních multimediálních výukových prezentací (*), které díky finanční dotaci ESF a MŠMT můžeme bezplatně poskytnout SŠ pedagogům. Jedinou podmínkou pro získání programů je absolvování bezplatného instruktážního kurzu „Atraktivní biologie“ (**), ve kterém zájemce naučíme, jak programy efektivně využívat, popř. rozšiřovat a modifikovat. Nejbližší termíny kurzu „Atraktivní biologie I“ jsou beznadějně naplněny. Vzhledem k mimořádnému zájmu však budeme organizovat pokračující kurz „Atraktivní biologie II“ (jaro a podzim 2008, popř. 2009). Pokud proto máte o multimediální programy a instruktážní kurz zájem, registrujte se, prosím, co nejdříve na http://atraktivnibiologie.upol.cz – listina čekatelů, popř. kontaktujte projektové pracovníky: Jana Kvapilová (tel. 739 249 190, e-mail [email protected]), Šárka Uhlárová (tel. 585 631 414, e-mail: [email protected] )

5

**) Multimediální výukové prezentace ™ Vysoce názorné a didakticky promyšlené PowerPoint prezentace využívající především efektních názorných animací v kombinaci s obrázky, mikro- a makrofotografiemi, videosekvencemi a hypertextovými odkazy vč. propojení na internet. ™ Prezentace jsou velmi snadno ovladatelné a nevyžadují žádné speciální technické vybavení ani zdlouhavé vzdělávání v oblasti počítačové technologie. ™ Vysoce variabilní s možností aktualizace a doplnění. Jsou multifunkční, lze je použít jako základ nebo doplněk výuky s ohledem na individuální požadavky školy, úroveň a zaměření studentů a pojetí pedagoga. ™ Vytváří je tým VŠ odborníků ve spolupráci se SŠ pedagogy partnerských škol v rámci projektu „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů v biologii“. Pracujeme na různých jazykových variantách stávajících programů (angličtina, němčina, francouzština, španělština) HYPERTEXTOVÉ odkazy

http://www...

VIDEO (DVD)

FOTO (makro, mikro)

Power Point

(sekvence)

prezentace

kreslené

ANIMACE (různé grafické programy)

OBRÁZKY DIAGRAMY

Nejbližší další veřejná prezentace programů a projektu proběhne v rámci festivalu vzdělávání dospělých AEDUCA 2007 (22. -23. 10. 2007) a NSTA konferenci v Bostonu (27.-30.3. 2008) Pro aktuální podrobnější informace sledujte projektové webové stránky http://atraktivnibiologie.upol.cz - aktuality

6

(**) Kurz „Atraktivní biologie“ ¾ Prezenční forma kurzu „Atraktivní biologie I“ proběhne na školících pracovištích v Olomouci a Brně (18. a 19. 10, 1. a 2. 11. 2007). Pro případné další zájemce plánujeme pokračování kurzu „Atraktivní biologie II“ v předpokládaném termínu: podzim 2008 popř. jaro 2009. ¾ Kurz proběhne pro skupiny po 10 – 12 účastníků ve 4 hodinovém bloku vedeném VŠ lektorem. Každý účastník bude pracovat na vlastním počítači (poskytnou organizátoři kurzu) a bude mít k dispozici osobního konzultanta. ¾ Každý absolvent obdrží tištěný manuál (návod jak pracovat s ppt prezentacemi).

¾ Po ukončení kurzu obdrží každý účastník na CD nosiči zdarma 40 multimediálních programů ve čtyřech základních oblastech středoškolské biologie.

7

Seznam přednášejících

Mgr. Barbora Bímová Ústav biologie obratlovců, v.v.i., Akademie věd ČR [email protected], www.ivb.cz RNDr. Marcela Buchtová, Ph.D. Laboratoř embryologie živočichů, Akademie věd ČR, Veveří 97, 602 00 Brno [email protected], www.iapg.cas.cz RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, tř. Svobody 26, 771 46 Olomouc [email protected], www.upol.cz doc. RNDr. Tomáš Grim, Ph.D. Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, tř. Svobody 26, 771 46 Olomouc [email protected], www.upol.cz MUDr. Dalibor Valík, Ph.D. Oddělení laboratorní medicíny, Masarykův onkologický ústav, Brno [email protected], www.mou.cz PhDr. Anna Matalová Mendelianum, Moravské zemské muzeum, Brno [email protected], www.mzm.cz RNDr. Eva Matalová, Ph.D. Laboratoř embryologie živočichů, Akademie věd ČR, Veveří 97, 602 00 Brno [email protected], www.iapg.cas.cz Ing. Vladimír Nippert Starosta obce Vražné [email protected], www.vrazne.cz doc. RNDr. Omar Šerý, Ph.D. Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita, Brno [email protected], www.sci.muni.cz

8

ATRAKTIVNÍ BIOLOGIE: ANIMOVANÉ VÝUKOVÉ PROGRAMY Ivana Fellnerová Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého Olomouc Nový trend modernizace výuky je založen na širokém využívání informační technologií. S jejich pomocí lze didakticky zpracovat a atraktivní formou vysvětlit i velmi složitá, těžko pochopitelná biologická témata. Cílem naší práce je snaha o zlepšení kvality výuky biologie na středních i vysokých školách a to prostřednictvím vytváření multimediálních výukových základů pro jednotlivá témata. Ideálním prostředkem k dosažení tohoto cíle jsou PowerPoint prezentace. Jejich výhoda spočívá v neomezené variabilitě a flexibilitě. Tyto prvky poskytují dostatečný prostor pro aktualizaci a modifikaci dat, což zajišťuje maximální univerzálnost vytvářených programových základů. Navíc PowerPoint je program všeobecně dostupný a pro uživatele jednoduchý, nevyžaduje žádné speciální dovednosti ani náročné technické vybavení. Na základě teoretických podkladů navrhujeme didakticky promyšlenou strukturu multimediálních výukových základů pro jednotlivá biologická témata. K teoretickým textovým podkladům jsou řešitelským týmem navrhovány a aktivně vytvářeny vhodné grafické a multimediální prvky, které pak tvoří podstatnou část výukových prezentací. Využívány jsou především kreslené animované prvky, vhodně sestříhané videosekvence na mikro i makroskopické úrovni, interaktivní diagramy a schémata, mikro i makro fotodokumentace a hypertextové resp. internetové odkazy. Při návrzích i vlastním zpracování zapojujeme studenty všech úrovní i zaměření. Tato aktivní spolupráce je mimořádně přínosná a stimulující pro všechny členy týmu. Studentům je práce s počítačovou technikou velmi blízká a při vhodné motivaci dokáží své schopnosti výborně využít. Propojení programu PowerPoint s ostatními grafickými prvky a moderními technologiemi posunuje jeho možnosti daleko za hranice využití běžným uživatelem a dává tak vzniku vysoce atraktivním a názorným výukovým programům. Projekt spolufinancovaný Evropským sociálním fondem ČR (CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270) Internetový odkaz: http://atraktivnibiologie.upol.cz

9

GHC GENETICS, NEW YORK, USA Omar Šerý Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity Brno GHC Genetics, Institute of Human and Predictive Genetics, New York, USA Objev řetězové polymerázové reakce (PCR) předznamenal prudký vývoj molekulární biologie a umožnil její praktické aplikace do klinické praxe. Současnou diagnostiku mnohých infekčních chorob a geneticky podmíněných chorob si již nelze bez PCR analýzy představit. Přitom od objevu PCR uběhlo teprve necelých 25 let. Za tuto dobu byla díky metodě PCR provedena obrovská spousta velkých asociačních studií civilizačních chorob jakými jsou srdečně-cévní choroby (infarkt myokardu, hypertenze, mozková mrtvice, cévní trombóza), cukrovka, obezita nebo třeba rakovina prsu a prostaty. Byly nalezeny stovky mutací a polymorfizmů, které ovlivňují patogenezi těchto onemocnění. V posledních několika málo letech lze sledovat prudký rozvoj nového vědního oboru – prediktivní genetiky. Prediktivní genetika si klade za cíl na základě analýzy DNA a anamnézy s co největší přesností určit možná rizika vzniku chorob u analyzovaných jedinců, odhalit genetické pozadí porušených molekulárněfyziologických okruhů, které k onemocnění mohou vést a společně s analýzou osobní a rodinné anamnézy doporučit analyzovanému jedinci individuální preventivní opatření, které by zamezilo nebo podstatně oddálilo propuknutí choroby. Prediktivní genetika přichází jako nový nástroj preventivní medicíny, která doposud často vycházela z velmi paušalizovaných doporučení a nemohla brát ohledy na individuální přístup. Pro běžného člověka znamená prediktivní genetika možnost, jak zjistit své genetické dispozice k mnohým chorobám, ale zároveň prediktivní genetika představuje možnost, jak se vyhnout chorobám, ke kterým má člověk genetické dispozice. Prediktivní genetika je tu nejen aby upozornila na možná nebezpečí, ale také pro to, aby těmto nebezpečím předcházela v co nejvyšší možné míře.

10

UNIVERSITY OF BRITISH COLUMBIA, VANCOUVER, CANADA Marcela Buchtová Laboratoř embryologie živočichů, ÚŽFG v.v.i., AV ČR Univerzita Britské Kolumbie (UBC) je jednou z největších univerzit na světě. Hlavní kampus leží v malebném Vancouveru v západní části Kanady, při pobřeží Tichého oceánu. UBC byla založena v roce 1915. V současnosti sestává ze dvou kampusů s šesti fakultami na Okanaganu a dvanácti fakultami ve Vancouveru, které každoročně navštěvuje okolo 50 tisíc studentů z celého světa. UBC podporuje výzkum ve všech vědeckých disciplinách. V roce 2005 byla uvedena jako jedna z 10 předních univerzit Severní Ameriky, při srovnání množství a kvality podaných patentů. Přední vědci, včetně nositelů Nobelovy ceny (Michael Smith, Robert Mundell) získávají finanční podporu od průmyslových firem, vlády a rovněž neprofitových organizací. Jedno z témat studovaných na stomatologické fakultě je vývoj zubů a obličeje v průběhu prenatálního období. Vývoj zubů. Člověk v průběhu života vytváří dvě generace zubů, náhradní a trvalou dentici. Jelikož často dochází k poruchám tvorby druhé generace zubů, je studium této problematiky nezbytné. Díky četným studiím na myších, signální dráhy podílející se na vývoj první generace zubů jsou dobře známy. Bohužel myš jako hlavní biologický modelový druh, má pouze jednu generaci. Z tohoto důvodu jsme vývoj náhradní dentice sledovali u hadů, kteří mají schopnost vyměnit zuby několikrát za život. Vývoj zubů je výsledkem indukčních pochodů mezi povrchovou vrstvou ektodermu a podkladovou mezenchymální složkou. Zmnožením povrchových buněk se vytváří zubní ploténky rostoucí do hloubky a mění se v zubní lištu. U hadů jsme nalezli rozdíly ve velikosti a struktuře zubní lišty, která v budoucnu dává vzniknout jednotlivým zubním základům. Lišta hadů se vyskytuje jako kontinuální struktura podél čelistí. Současně její růst nastává po celou dobu embryonálního vývoje ve srovnání s myší, kde se růst do hloubky záhy zastavuje a epitelové buňky se mění v jednotlivé zubní základy. Rovněž exprese sledovaných genů byla prodloužena, popř. se nachází v ektopických oblastech pro myš. Vývoj obličeje. V průběhu posledních dvou týdnů embryonálního vývoje u člověka dochází k rozvoji oblasti obličeje, růstu jednotlivých embryonálních výčnělků, které jsou zakončeny srůstem patra. Pokud dojde k selhání některého kroku embryonálního vývoje, dochází k tvorbě vážných defektů z nichž nejčastější jsou rozštěpy patra. Jelikož rozštěpy vznikají kombinací genetických a zevních faktorů, zvolili jsme pro zkoumání vývoje obličeje kuřecí embrya, která jsou rovněž snadno dostupná prostřednictvím okénka ve skořápce. Tato skutečnost nám umožnila studium funkce jednotlivých genů při vývoji čelistí. Naše experimenty odhalily některé nové kandidátní geny podílející se na vývoji jednotlivých obličejových výčnělků.

11

MAYO CLINIC, ROCHESTER, USA Dalibor Valík Masarykův onkologický ústav Brno Historie akademického medicínského centra, Mayo Clinic, se píše od roku 1846, kdy se Angličan William Worrall Mayo rozhodl, že zkusí své štěstí za oceánem. Po vylodění v New Yorku následovala cesta na americký Středozápad, do městečka, tehdy spíše vesnice, Rochester na jihu státu Minnesota. William W. Mayo se již zabýval studiem medicíny a ve své praxi používal celou řadu na tehdejší dobu zcela novátorských postupů. Hlavní částí lékařské praxe tehdy byla chirurgie a bylo zvykem materiál vyoperovaný nebo snesený z těla pacienta již dále nezkoumat. William W. Mayo postupoval ovšem zcela jiným způsobem; vedl si o pacientech podrobnou evidenci o onemocněních a provedených zákrocích, ale hlavně začal odebraný materiál vyšetřovat pod mikroskopem. Tato technika mu umožnila významně rozšířit jeho znalosti o původech exstirpovaných afekcích, které byly nejčastěji zánětlivé, ale také měly nádorovou etiologii, cizí tělesa a podobně. William W. Mayo měl dva syny, které odmalička vedl k zájmu o medicínu a přírodní vědy a otevřel jim cestu k lékařskému vzdělání. V průběhu studií mu oba synové, William a Charles, také pomáhali v péči o pacienty. Odtud pramení i pozdější název instituce vzniknuvší později. Zprvu lidé jejich praxi říkali Mayo´s Clinic – volně přeloženo jako „Mayova ambulance“; výraz „clinic“ odpovídá v češtině spíše výrazu ambulance nebo poliklinika. Tento název byl posléze zjednodušen na termín „Mayo Clinic“, jenž známe dodnes. Přeměna ambulantní praxe Williama W. Mayo na nemocnici se datuje do roku 1883, kdy postihlo Rochester ničivé tornádo, které zničilo velkou část městečka. Situace vyžadovala velké množství akutních lůžek k ošetření zraněných, které nebyly v Rochesteru k dispozici. Sestry z řádu svatého Františka se tehdy obrátily na Dr. Williama W. Mayo se žádostí o pomoc při vybudování nemocnici. Do tohoto projektu vložil řád finanční prostředky a William W. Mayo a jeho synové své medicínské know-how. V průběhu následujících 5 let tak vznikl dnešní Saint Mary´s Hospital, který je největší lůžkovou základnou dnešní Mayo Clinic. Mayo Clinic se v 80. letech rozšířila o centra na Floridě a v Arizoně a o síť klinických laboratoří Mayo Medical Laboratories. Mayo Clinic je v současnosti přední světovou institucí soustřeďující péči a pacienty, aplikovaný a základní výzkum v biomedicíně a pre a postgraduální výuku lékařů a dalších specialistů. Jenom Mayo Clinic, Rochester čítá kolem 30 tis zaměstnanců z toho asi 1800 lékařů a vědců. Ústředním konceptem, kterým se instituce důsledně řídí, je zásada bratří Mayů, že „the best interest of a patient is the only interest to be considered“. Je obdivuhodným zjištěním, že i při obrovské rozsahu činností, na něž se Mayo Clinic soustřeďuje, je schopna tuto v zásadě triviální větu naplnit praktickým obsahem. Grantová podpora: MZ000209805

12

KUKAČKY VERSUS HOSTITELÉ:ZÁVODY VE ZBROJENÍ Tomáš Grim Katedra zoologie, Univerzita Palackého Pravděpodobně nejznámějším hnízdním parazitem – ptákem, který si nestaví vlastní hnízda a klade vejce do hnízd hostitelů – je kukačka obecná. Zatímco její hlas zná každé malé dítě, žije kukačka skrytým a nenápadným stylem života, takže ji spatříme jen zřídka. Není divu, že do tajů jejích podivných hnízdních zvyků pronikáme až v posledních letech. Hnízdní parazitismus dramaticky snižuje hnízdní úspěch hostitele. Proto jsou samozřejmě ve výhodě jedinci hostitelského druhu, kteří si nenechají parazitismus „líbit” a brání se mu. To naopak vede k evoluci různých kukaččích triků, pomocí nichž se kukačka „snaží” hostitele ošálit. Mezi hostitelem a jeho hnízdním parazitem se rozpoutává dlouhodobý a vzájemný evoluční boj, kterému se v analogii k podobnému jevu v lidské společnosti říká „závody ve zbrojení” (coevolutionary arms-races). Nejlépe prostudovaným hostitelem kukačky obecné je rákosník obecný. Značná část toho, co víme o hostitelských adaptacích proti parazitismu a naopak proti-adaptacích kukačky proti hostitelské obraně, byla vybádána právě v České republice na rybnících u Lednice a Lužice. Během evolučních závodů mezi kukačkou a rákosníkem vznikla řada zajímavých přizpůsobení obou těchto „protivníků“. Hostitelé jsou agresivní vůči samici kukačky u hnízda a snaží se jí zabránit v přístupu k jejich hnízdům. Rákosníci, stejně jako ostatní hostitelé, rozpoznávají cizí vejce ve svých hnízdech a snaží se jich zbavit. V případě, že se však kukaččí vejce úspěšně vylíhne, doroste kukaččí mládě do takřka olbřímých rozměrů a váží několikanásobně více než jeho nedobrovolný adoptivní „rodič“. Obrázek drobného rákosníka, který sedí na zádech obrovského kukaččího mláděte a snaží se jej nakrmit, provokuje k otázce, jak je možné, že hostitel mládě nerozpozná a nepřestane se o něj starat? Důvodem je nejspíše nízká pravděpodobnost setkání hostitelského druhu s kukaččím mládětem – podíl parazitovaných hnízd bývá zpravidla velmi nízký (jen několik %). Navíc hostitel více získá časnějším odmítnutím vejce než pozdějším odmítnutím mláděte. Zatím jediný případ hostitelské obrany proti mláďatům kukačky je schopnost rákosníka obecného opustit parazitická mláďata. Kukačka zvyšuje pravděpodobnost, že hostitel přijme její vejce a vychová z nich vylíhlá mláďata, mimo jiné tím, že klade nesmírně rychle – někdy trvá návštěva s kladením na hnízdě hostitele jen 10 vteřin! Kukaččí vejce jsou také mimetická, tzn. často se podobají svou velikostí, zbarvením a skvrněním vejcím hostitele, pro něhož je pak těžké cizí vejce rozpoznat a odmítnout. V rámci druhu kukačka obecná tak koexistuje několik samostatných samičích ras, z nichž každá má svého specifického hostitele, a klade vejce, která se podobají jeho vejcím. Podporováno nadací: Human Frontier Science Program Organization (grant HFSP RGY69/2007) a MŠMT ČR (grant MSM6198959212).

13

O MYŠÍCH A MYŠÍCH Barbora Bímová Oddělení populační biologie, ÚBO v.v.i., AV ČR Jen málokterý živočich je spjat s lidskou civilizací tak, jako myš domácí. Na jedné straně nás od nepaměti provází jako nevítaný společník působící výrazné hospodářské ztráty, na straně druhé si bez laboratorních myší můžeme jen stěží představit kterékoli odvětví biomedicínského výzkumu. Díky vlastnostem „ideálního laboratorního organismu“ došlo již na počátku 20. století k odvození prvních inbredních kmenů a následnému rozmachu genetiky myší. Právě myš byla vybrána jako jeden z prvních organismů, jehož genom byl popsán. Dnes známe téměř celou jeho sekvenci a máme k dispozici obrovské množství nejrůznějších molekulárních znaků, odvozených od jedinečnosti genetické informace. V 80. letech bylo překvapivě zjištěno, že genom většiny nejpoužívanějších klasických kmenů je hybridního původu a nese geny několika forem rodu Mus (myš). I z tohoto důvodu je dnes stále větší pozornost vědců věnována studiu divokých populací myši domácí. V Evropě se vyskytují dva poddruhy myši domácí, Mus musculus musculus a M. m. domesticus, které se mezi sebou kříží a vytvářejí hybridní zónu, tvořenou jedinci s hybridním genotypem, jejichž zdatnost je zde přímo prověřována přirozeným výběrem. Výzkum hybridních zón tak představuje ideální prostor pro studium speciace, pochopení vzniku a působení reprodukčně izolačních bariér. Tyto bariéry jsou představovány neshodami v genomech obou poddruhů, které by mohly způsobit určité znevýhodnění hybridních jedinců a bránit tak jejich míšení. Jedno z možných vysvětlení vzniku a udržení reprodukční bariéry mezi oběma poddruhy mohou představovat rozdíly v jejich chování, jež mohou vést k tzv. behaviorální izolaci. Schopnost rozpoznat příslušníky vlastního poddruhu a přednostně se s nimi pářit může přímo snížit pravděpodobnost nevýhodného mezidruhového křížení, ještě před vznikem samotného hybridního jedince. Na základě pachových stop jsou myši schopné rozpoznat příslušníky vlastního poddruhu a k jejich přednostnímu výběru dochází zejména u poddruhu M. m.musculus. Dosud bylo popsáno několik kandidátních genů, kódujících proteiny ve slinách či v moči, které by mohly sloužit jako druhově specifické indikátory v mezidruhovém rozpoznávání, avšak jejich přímý význam jako izolačních bariér není přesně znám.

14

J. G. MENDEL: POKUSY S HYBRIDY ROSTLIN Anna Matalová Mendelianum, MZM Brno Mendelovy Pokusy s hybridy rostlin, jsou prvním souborným vydáním všech dosud známých Mendelových pojednání o rostlinných hybridech v českém, komentovaném překladu Anny Matalové, jehož odborným editorem je prof. RNDr. Ivo Cetl, CSc., emeritní vedoucí katedry genetiky a mikrobiologie Masarykovy university. Soubor zahrnuje následující práce: Gregor Mendel: Pokusy s hybridy rostlin. Z německého originálu Versuche über Pflanzen-Hybriden. – Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn 4, 1865, Abhandlungen 3-47, 1866 a z fachsimile Mendelova rukopisu přednášky Versuche über Pflanzen-Hybriden, 1865. Gregor Mendel: O některých křížencích Hieracií z umělého oplození. Z německého originálu Űber einige aus künstlicher Befruchtung gewonnenen Hieracium-Bastarde. - Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn 8, 1869, Abhandlungen 26-31, 1870. Dopisy Gregora Mendela C. Nägelimu. 1866-1873. Dodatek k Mendelovým publikovaným pokusům s křížením. Z německého originálu Gregor Mendels Briefe an Carl Nägeli, 1866-1873. Ein Nachtrag zu den veröffentlichten Bastardierungsversuchen Mendels. Ed. C. Correns. – Abhandlungen math.-phys. Kl. Sächs. Ges. Wiss. 29(3), 189-265, 1905. Fragmenty dopisů C. Nägeliho Gregoru Mendelovi. 1867-1870. Z německého originálu tří rukopisných fragmentů dopisů C. Nägeliho. Doslov prof. RNDr. Ivo Cetl, CSc. Za sto let nejrůznějších interpretací, především Mendelovy nejvýznamnější práce o hrachu, se informace o Mendelovi staly nepřehlednými a nekonzistentními. Považovali jsme za potřebné, aby učitelé a studenti z Mendelova regionu znali originály spisů o hybridech rostlin a mohli v nich hledat odpovědi na kritické připomínky. Poznámky a komentáře mohou pomoci k vědomí širších souvislostí. Svými pracemi se Mendel řadí k moderním vědcům. Jeho práce je stále citována v odborných knihách a časopisech. V prezentaci bude poukázáno na Mendelovo hledání prvkové jednoty v přírodě a jeho myšlenkám o vývojových řadách v potomstvu hybridů. Korespondence Mendela s Nägelim ukáže, že Nägeli se na Mendelově výzkumu jestřábníků aktivně podílel. Poznámky a komentáře naznačí, co vedlo k tvrzení, že Mendel své výsledky falšoval.

15

RODNÝ DŮM J. G. MENDELA PO REKONSTRUKCI Vladimír Nippert Vražné – starosta obce Mendelovo rodiště Hynčice (německy Heinzendorf) je dnes součástí obce Vražné. V Mendelově době k farní obci Horní Vražné (Gross-Petersdorf) patřilo Dolní Vražné (Klein-Petersdorf), Hynčice (Heinzendorf) a Emauzy (Emaus). Farní kostel sv. Petra a Pavla, ve kterém byl Mendel v červenci 1822 pokřtěn, byl postaven v letech 1798 – 1799 na místě starého dřevěného kostelíka. V Hynčicích v té době byla pouze dřevěná zvonička. Naproti Mendelovu rodnému domu v Hynčicích se dodnes dochovala vesnická škola a ve svahu nad ní zděná kaplička a kamenný kříž. Obec Vražné leží v Moravské bráně v blízkosti města Odry a svými hranicemi zasahuje do přírodní rezervace Oderské vrchy. Po velkém požáru v Hynčicích v roce 1868, kdy ohnivému živlu podlehlo dvanáct hynčických dřevěných stavení, se opat Mendel rozhodl své rodné obci vypomoci. V zahradě Mendelových rodičů byla s Mendelovým přispěním (3000 zlatých) vybudovaná požární zbrojnice. Na hasičské zbrojnici byla Mendelovi odhlalena první pamětní deska na světě. Mendelovi vděční rodáci jí označili místo, kde se narodil světově proslulý vědec. V současné době se nadační fond Rodný dům J. G. Mendela zasloužil o to, že selská usedlost, na které Johann Mendel vyrůstal, byla zrekonstruována a slouží jako návštěvnické centrum venkovského regionu Moravského Kravařska. Mendelův otec hospodařil na 15 ha půdy. S koňmi musel robotovat na panském. Traduje se, že při práci s dřevem byl v lese raněn. Mendel to ve svém životopise zmiňuje. Píše, že v roce 1838 postihlo jeho rodiče velké neštěstí, takže ho nemohli dále podporovat při studiu na opavském gymnáziu. Mendelovi tehdy bylo 16 let a musel se o živobytí postarat sám. Zkouška soukromého učitelského kandidáta mu umožnila doučovat slabší spolužáky. Díky soukromým kondicím své studium na gymnáziu v roce 1840 v Opavě dokončil. Přešel do Olomouce na Filozofický ústav, kde se mu však nepodařilo získat hodiny soukromého vyučování. V důsledku strádání koncem školního roku těžce onemocněl a vrátil se domů na zotavenou.V pololetí nedokončeného ročníku byl známkován ve všech předmětech nejlepší možnou známkou. Není proto divu, že se nevracel domů jako budoucí hospodář. Naopak. Byl rozhodnut pokračovat ve studiu. Jeho rozhodnutí potvrzuje, kupní smlouva, kterou přešla hospodářská usedlost Mendelových rodičů Valentina a Rosiny Mendelových na Mendelova švagra Aloise Sturma, který se oženil s Mendelovou starší sestrou Veronikou. V kupní smlouvě se pamatovalo i na Mendelovo zabezpečení. Mendelova mladší sestra Terezie Mendela podpořila částí svého věna a tak v roce 1843 Mendel nakonec Filozofický ústav olomoucké university dokončil. Málo nadějné vyhlídky na učitelování a útrapy posledních let ho nasměrovaly do kláštera v Brně.

16

Rodný dům J. G. Mendela Mendelovo rodinné prostředí ukazuje expozice o jeho životě a díle, kterou doplňuje výstava o Moravském Kravařsku.

Využití kulturního a školícího centra pedagogy a studenty středních i vysokých škol pro výuku v nezapomenutelné atmosféře Mendelova rodného domu, který zaujímá významné postavení v kulturní mapě Evropy, je vítáno. Zájemci o prohlídku či pobyt se mohou hlásit na tel. +420 910 045 810 nebo e-mail: mendel@vrazné.cz.

17

MENDEL, NOBELISTÉ, GENETIKA Eva Matalová Laboratoř embryologie živočichů, ÚŽFG v.v.i., AV ČR Při udělování Nobelovy ceny za objasnění genetického kódu v roce 1968 zahrnul profesor P. Richards do svého úvodního sdělení, že „před sto lety ukončil český mnich Gregor Mendel ve městě Brně sérii svých experimentů ... na základě jednoduchých pokusů objevil Mendel, že naše dědičnost je součástí nezávislých elementů a tato práce se stala počátkem genetiky jako vědy ... v 19. století se však Nobelovy ceny neudělovaly, jinak by byl za takové objevy bezesporu odměněn“. Udělování Nobelových cen bylo zahájeno v roce 1901, pět let po smrti Alfreda Nobela, který v roce 1895 založil nadaci určenou na odměňování mužů a žen, kteří učinili významné objevy na poli fyziky, chemie, medicíny, literatury a míru. Nobel ve své poslední vůli určil, že nositele ceny budou volit členové institucí: The Royal Swedish Academy of Sciences for the Nobel Prize in Physics and Chemistry, Karolinska Institute for the Nobel Prize in Physiology or Medicine, the Swedish Academy for the Nobel Prize in Literature a pětičlenná komise zvolená norským parlamentem (Storting) pro Nobelovu cenu míru. Později byla včleněna ještě cena za ekonomii, kterou na památku Alfreda Nobela uděluje od roku 1969 the Sveriges Riksbank. Mendel se nositelem Nobelovy ceny tedy stát nemohl, ale podařilo se to řadě badatelů, kteří jeho vědecký odkaz dále rozvíjejí. Již byla zmíněna Nobelova cena za fyziologii a medicínu v roce 1968 (R. W. Holley, H. G. Khorana, M. W. Nirenberg), jeden z jejich nositelů profesor M. W. Nirenberg se zúčastnil v roce 2006 přednáškového turné také v Praze a Brně, kde obdržel Mendelovu pamětní medaili udělovanou Mendelianem MZM. Navazující objevy oceněné Nobelovými cenami se týkaly možností čtení genetického kódu a celých genomů (1978 W. Arber, D. Nathans, H. O. Smith), objasnění, že genetický kód není pouze jednoduchý zápis, ale může být různě modifikován (1993 – R. J. Roberts, P. A. Sharp), až po vysvětlení, co vlastně genetický kód představuje v programu života a objev homeoboxových genů (1995 – E. B. Lewis, Ch. Nüsslein-Volhard, E. F. Wieschaus). Dále následovalo nobelovské ocenění objevů týkajících se směrování proteinových produktů genů v buňce s využitím specifických signálních sekvencí nazvaných adresiny (1999 – G. Blobel). Nové tisíciletí začalo udělením Nobelových cen za objasnění genetické regulace buněčného cyklu a buněčné smrti (2002) a objevení procesu řízeného odstraňování proteinových molekul prostřednictvím buněčných odpadkových košů - proteazómů a ubikvitinových značek (2004 –A. Ciechanover, A. Hershko, I. Rose). Nobelovu cenu v roce 2006 ovládla genetika jak na poli Fyziologie a medicíny (A. Z. Fire, C. C. Mello – za objevy týkající se interferencí na úrovni RNA), tak také Chemie, kdy byl oceněn přínos k objasnění principu fungování transkripce u eukaryot (R. D. Kornberg).

18

Mendelovo Brno výstava ke 185. výročí narození J. G. Mendela Mendelianum MZM Brno, 1. 7. – 31. 12. 2007

19

Místa spojená s působením J. G. Mendela v Brně 1 – Mendelianum MZM Brno (Údolní 39). 2 – Budova bývalého technického učiliště (dnes Masarykova univerzita), kde Mendel často předsedal přednáškám Přírodozkumného spolku (Komenského náměstí 2). 3 – Budova bývalého Zemského domu, kam se v roce 1878 přestěhovala Hypotéční banka, které byl Mendel ředitelem (Joštova 8). 4 – Původní augustiniánský klášter s kostelem sv. Tomáše a prelaturou (Moravské náměstí). 5 – Pavilon v Lužánkách, kde se každoročně konaly výstavy ovoce a zeleniny za Mendelovy účasti (Lidická 50). 6 – Pamětní deska na budově České národní banky připomíná Mendela jako vrchního ředitele hypoteční banky markrabství moravského (Rooseveltova/Dvořákova ulice). 7 – Budova bývalé vyšší státní reálky v Brně, kde měl sídlo Přírodozkumný spolek a kde Mendel přednášel o svých objevech – pamětní deska (Jánská 22). 8 – Biskupský dvůr – bývalé Františkovo zemské muzeum – kam Mendel docházel jako člen a funkcionář c.k. Moravskoslezské hospodářské společnosti (Zelný trh 6/8). 9 – Dietrichsteinský palác Moravského zemského muzea – uvnitř desky významných představitelů Hospodářské společnosti (Zelný trh 8). 10 – Kostel sv. Michala, kde byl Mendel 15. 8. 1847 vysvěcen na kněze (Dominikánské náměstí). 11 – Nová radnice v Brně, kde se Mendel účastnil řady společenských akcí (Dominikánské náměstí). 12 – Městský dvůr, kde od roku 1870 sídlil Přírodozkumný spolek (Šilingrovo náměstí). 13 – Nemocnice sv. Anny v Brně, která patřila do duchovní správy augustiniánského kláštera a kde také Mendel zaopatřovat nemocné (Pekařská 53/55). 14 – Augustiniánský klášter v Brně, kde Mendel působil od r. 1843 (od 1868 jako opat), s hospodářskou zahradou, ve které Mendel prováděl své pokusy (Mendlovo náměstí). 15 – Ústřední hřbitov v Brně, kde je Mendel pohřben v hrobce augustiniánů (Vídeňská 94-96).

20

21

22

Otázky k výstavě „Mendelovo Brno“ pro samostatnou práci studentů:

1) Johann Mendel se narodil: a) ve Vídni b) v Praze c) v Brně d) v Hynčicích 2) J. G. Mendel žil v Brně v letech: a) 1802 – 1880 b) 1822 – 1884 c) 1843 – 1884 d) 1843 – 1900 3) Johann Mendel pocházel z rodiny: a) faráře b) sedláka c) učitele d) havíře 4) Svou nejznámější vědeckou práci „Pokusy s hybridy rostlin“ napsal Mendel v: a) češtině b) latině c) němčině d) angličtině 5) Mendelova vědecká práce „Pokusy s hybridy rostlin“ byla vydána tiskem: a) v roce 1843 v Praze b) v roce 1866 v Brně c) v roce 1865 ve Vídni d) v roce 1884 v Mnichově

23

6) Kromě vědecké činnosti působil J. G. Mendel v Brně jako: a) učitel b) bankéř c) kněz d) místopředseda Přírodozkumného spolku 7) J. G. Mendel absolvoval svá vysokoškolská studia: a) v Praze b) ve Znojmě c) v Olomouci d) ve Vídni 8) J. G. Mendel navštěvoval přednášky z: a) matematiky b) fyziky c) chemie d) biologie 9) Nejznámější Mendelovou pokusnou rostlinou je hrách, významná je také jeho publikace o: a) fuksiích b) jestřábnících c) růžích d) obilovinách 10) V rámci světa byla Mendelova tištěná práce „Pokusy s hybridy rostlin“ rozeslána: a) 10 - 50 odborným institucím b) 50 - 100 odborným institucím c) 100 - 150 odborným institucím d) více než 150 odborným institucím 11) V dnešním Pavilonu v brněnských Lužánkách se Mendel zúčastňoval: a) zasedání Přírodozkumného spolku b) přednášek o šlechtění rostlin c) výstav ovoce a zeleniny d) výuky studentů pomologie

24

12) Do noviciátu augustiniánského kláštera v Brně přijímal Mendela opat: a) F. Bařina b) T. J. Martinec c) F. C. Napp d) G. Eder 13) O svých pokusech s hybridy rostlin přednášel Mendel v Brně ve školní budově na: a) ulici Rooseveltově b) ulici Jánské c) ulici Pekařské d) Mendlově náměstí 14) S Mendelovým působením je v Brně spojena nemocnice: a) u svaté Anny b) na Obilním trhu c) na Kolišti d) v Bohunicích 15) Johann Gregor Mendel je pohřben: a) ve Vídni b) v Praze c) v Brně d) ve Vražném Správné odpovědi: 1-d; 2-c; 3-b; 4-c; 5-b; 6-a, b, c,d; 7-c,d; 8- a,b,c, d; 9-b; 10-c; 11-c; 12-c; 13-b; 14-a; 15-c

25

26

Kód pro rozmanitost životů Výstava Mendelianum MZM, do 31. 12. 2007 Současné poznatky molekulární biologie a genetiky přinášejí nový pohled také na evoluci a původ života. Expozice „Kód pro rozmanitost životů“ propojuje Mednelovu výzkumnou práci s evoluční teorií a současnými poznatky přenosu a vyjádření genetické informace. Poznatky moderní biologie potvrdily, že přírodní selekce začala řídit evoluci v souvislosti s molekulární replikací a možností kontinuity genetické informace. Genetická kontinuita je založena na replikaci. Replikace vede k variacím. Variace poskytují materiál k selekci cestou kompetice. Výstava představuje dva důležité aspekty v přenosu genetické informace, který se může uplatnit na různých úrovních. Horizontální přenos nastává během individuálního vývoje a při obnově tkání mnohobuněčného organismu, kdy umožňuje produkci buněk v rámci jednoho jedince se stejnou genetickou informací (replikace během mitózy). Vertikální přenos znamená šíření genetické informace v dalších generacích (potomstvu) daného jedince (replikace během meiózy). Každá změna v genetickém materiálu při horizontálním přenosu tedy ovlivňuje vývoj individua (ontogenezi), ale nikoliv evoluci, ovlivňuje jedince, nikoliv druh. Jak horizonální, tak vertikální transfer informace zajišťují kontinuitu života, i když v odlišném smyslu. Během horizontálního přenosu je genetické informace zdvojena, jedna kopie pro každou dceřinnou buňku. Mateřská buňka dělením mizí, ale neumírá. Tato nesmrtelnost buněk dělením je však omezena počtem buněčných dělení – buněčné stárnutí – ale může se projevit např. u nádorových buněk. Vertikální přenos genetické informace pak zajišťuje kontinuity druhu, původní organismus (donor informace) pak existuje (žije i umírá) zcela nezávisle. Evoluce druhu může být demonstrována hypotetickým Stromem života. V současné době je tento klasický strom založený na morfologii a fenotypovém projevu doplňován a nahrazován Molekulárním stromem, který vychází z analýzy nukleových kyselin, především RNA a mitochondriální DNA. Jeden z těchto moderních virtuálních stromů dominuje expozici.

27

DNA u většinu druhů tedy zjevně představuje základ jak pro individuální vývoj, tak evoluci. Replikace DNA následována dělením buněk umožňuje růst embrya. Tak rozsáhlé buněčné dělení, kdy ze zygoty vzniká celý mnohobuněčný organismus, však vyžaduje precizní řízení a kontrolu, aby se zamezilo chybnému vývoji. Buněčné komunikace založené na specifické genové expresi jsou základem jak úspěšné embryogeneze, tak udržování homeostáze dospělého organismu. Realizace genetické informace představuje dva základní kroky – transkripci a translaci – které mohou být pro jednoduchost přirovnány k počítačovým operacím. Podobně jako pevný disk počítače je usazen uvnitř počítače, tak také DNA jako klíčová databanka je střežena uvnitř buněčného jádra. Ribozómy, kde dochází k syntéze proteinů (tiskárna), jsou však lokalizovány v cytoplazmě, často dosti daleko od buněčného jádra. Informace proto musí být přenesena na dosti dlouhou vzdálenost, jako když si lidé přenášejí data z počítače. Místo disků, flash a disket používá buňka mRNA, která je poslem předávajícím informaci z jádra na ribozómy. mRNA je vyrobena lineárním přepisem DNA v jádře jako hnRNA, pak je dále upravena a odeslána se svým poselstvím k překladu informace z jazyka nukleových kyselin do jazyka proteinů na ribozómech.

28

Tímto zjednodušeným modelem je přiblížena složitost genové exprese také v rámci výstavy Kód pro rozmanitost životů a to na příkladu Mendelova žlutého a zeleného hrášku.

Mendel jako první ukázal, že variabilita může být dána časově závislou realizací dostupné genetické informace. Tyto dědičné jednotky (dnes známé jako alely) jsou komplementární pro každý gen buď v homozygotním nebo heterozygotním stavu (případně hemizygotním u

29

pohlavně vázaných alel), kdy recesivní bývá realizována pouze v homozygotním fenotypu. To je vysvětlení, proč křížení dvou žlutých hrášků (heterozygotů) může dát vznik zelenému potomstvu, aniž by docházelo k promíchávání, mutacím a objevení nových vlastností. Hybridní genetický potenciál tak může vhodně vysvětlit evoluční „změny“. Dalším důležitým zdrojem variablity je souhra mezi více geny a jejich alelami, které se říká genové interakce. Čistá dominance a recesivita vysvětlená Mendelem nezahrnuje všechny geny, i když lze aplikovat jeho štěpné poměry (např. pro dihybrida 9:3:3:1). Některé z těchto příkladů jsou součástí výstavy a vysvětlují případy kodominance, známé u lidských krevních skupin (AB, A, B, 0), dominantní a recesivní epistáze u barevných variant květů a mnohé další.

Sekvenování DNA napomáhá identifikaci genů různých druhů a jejich evoluční srovnávání, ale také přesnou specifikaci určitého individua. Této skutečnosti se využívá především v kriminalistice, soudnictví a v medicíně. Medicínské využití se zdá velmi atrakitvní například z hlediska přesného léčebného postupu, který bere v úvahu individuální odchylky, které často vedou k odmítavým a alergickým reakcím na určité léky. K dispozici je celá řada dalších molekulárně-biologických metod, které slouží ke specifikaci jedinců a jejich příbuzenských vazeb. Analýza mikrosatelitů DAN se využívá při určování paternity /otcovství. Výstava představuje tuto techniku jako postup s širokou využitelností, ale

30

upozorňuje také na vyvstávající etické otázky týkající se ochrany osobních genetických dat. Výstava se dále dotýká aktuálních otázek kulturní evoluce a zdůrazňuje, že odlišnost až neslučitelnost lidských populací – skupin, komunit a národů – pramení z kulturních, nikoliv genetických odlišností. Porušení kulturních bariér se však paradoxně jeví jako mnohem složitější než modifikace genetické informace, které je vzhledem k pokrokům molekulární biologie stále snadnější. V obou případech je však pouze v rukou lidí, jak s tímto potenciálem naloží. Výstava je doplněna jedinečnou sbírkou fosilií, kterou poskytla Masarykova univerzita v Brně.

31

Více informací lze získat v Mendelianu Moravského zemského muzea, které jako první muzeum zařadilo do svého výzkumného programu genetiku. Mendelianum provádí historickovědní výzkum Mendelova života a díla kontinuálně od roku 1962. Archiv Mendeliana uchovává doklady k Mendelově biografii i vědeckému kontextu jeho objevu, které shromáždili mendelovští badatelé od začátku 20. století. Mendelianum vydává jediný specializovaný historickovědní časopis s výsledky výzkumu Mendelova života a díla a vzniku a vývoje genetiky s příspěvky od našich i zahraničních spolupracovníků – Folia Mendeliana. V programu Mendeliana je pořádání výstav a zajišťování lektorské činnosti pro účely školní výuky. Své výsledky pravidelně předkládá odborné diskusi na zahraničních konferencích a popularizuje Mendelův objev v rámci cyklu Mendel Forum. Mendelianum pro veřejnost dále organizuje Mendel Lecture, která je příležitostí pro významné vědce k prezentaci jejich vědecké práce v rámci převzetí Mendelovy pamětní medaile Moravského muzea. Podle stanov Hospodářské společnosti a Přírodozkumného spolku měly zůstat doklady z činnosti obou institucí v zemském muzeu a zemské knihovně, které se k Mendelovi legitimně hlásí. Mendelianum aktivně podporuje rekonstrukci Mendelova rodného domu. Každým rokem se podílí na vyhodnocování studentské vědecké soutěže Mendelovy Hynčice. Poskytuje informační službu studentům i zájemcům z řad široké veřejnosti, z níž většina probíhá elektronicky, ale také výpůjční službou v archivu a knihovně.

Mendelianum Moravské zemské muzeum Brno 542216216 www.mzm.cz [email protected]

32

33

Mendelianum Moravské zemské muzeum Brno

Ústav živočišné fyziologie a genetiky v.v.i. Akademie věd ČR, Brno

Veterinární a farmaceutická univerzita Brno

*********************************************** Evropské sociální fondy ČR (Projekt CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270)

34