Jaké předměty?
Imunologie
Fyziologie živočichů
Vývojová biologie
Schéma předmětů vyučovaných na OFIŽ
Metody: od tkáňových kultur po živá
zvířata, od sledování chování zvířat po
molekulární techniky a mikroskopii.
Jaká témata výzkumu?
Imunologie
Fyziologie živočichů
Vývojová biologie
Jací lidé?
Prof. Bryja
Prof. Vondráček
Doc. Buchtová
Doc. Kubala
Doc. Hyršl
Doc. Žákovská
Doc. Vácha
Dr. Nejezchlebová
Dr. Dušková
Dr. Pacherník
Dr. Dobeš
Laboratoř neuroetologie a
smyslové fyziologie
Martin Vácha
Neuroetologie (behaviorální neurobiologie):
 Syntéza etologie a neurobiologie (60.l)
 Neurální podstata chování
 Nástroj řešení otázek neurofyziologie sledováním
chování
CHOVÁNÍPODNĚT ŽIVOČICH
Co je to neuroetologie?
Problémy neurofyziologie se často zkoumají
sledováním chování:
•Řízení a poruchy pohybu
•Cirkadiánní rytmy
•Smyslové schopnosti, účinky repelentů
•Orientace a navigace živočichů
•Působení drog a farmak
•Agresivita
•Stárnutí
•Paměť a učení ...
Magnetické pole a cirkadiánní rytmy živočichů i
buněk.
Geomagnetické pole doprovází život od jeho
počátku
Magnetosféra chrání Zemi před slunečním větrem
- Chrání život před ionizujícími účinky
- Chrání atmosféru před „odfouknutím“
Schopnost je vnímat je dnes již dobře doložený
fenomén.
Migrující druhy zvířat
GMP používají pro
svou orientaci
Man?
1. What for ?
Wang CX, Hilburn IA, Daw-An Wu, Mizuhara Y, Cousté CP, Abrahams JNH,
Bernstein SE, Matani A, Shimojo S, Kirschvink JL. 2019. Transduction of the
Geomagnetic Field as Evidenced from Alpha-band Activity in the Human Brain.
Fotochemický model biologické citlivosti:
Existuje signální protein tvořící po dopadu
světla radikálové páry citlivé
na GMP.
Je to Cryptochrom (Cry)
Ritz T, Adem S, Schulten K. 2000. A model for photoreceptor-based magnetoreception in birds. Biophys J 78(2):707-718.
Solov’yov, I. A., H. Mouritsen, and K. Schulten. 2010. Acuity of a
cryptochrome and vision-based magnetoreception system in
birds. Biophysical Journal 99: 40-49.
Je v sítnici a možná ovlivňuje
fotorecepci zvířat. Zvířata tak
možná GMP vidí.
Rouyer, F. 2008. Mutant flies lack magnetic sense. Nature Vol 454: 949-951.
Gegear, R. J., A. Casselman, S. Waddell;, and S. M. Reppert. 2008.
Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in drosophila.
Nature 454: 1014-1018.
 Cry-deficientní
Drosophila ztrácí
schopnost
rozeznat
přítomnost
magnetického
pole.
 Vložení savčího
cry ale citlivost
zachrání
24 hod rytmy jsou všem tvorům na Zemi
přirozené.
Cirkadiánní rytmy
Jak se měří?
Běhací kolo
(mlýnek)
Hodiny sídlí v mozku a při vyřazení se
rytmus spánku a bdění rozpadá.
Opět Kryptochrom: řídí
životní rytmus lidí i
zvířat.
Dokonce i buňky v tkáňové kultuře ví,
kolik je hodin
Fedele, G., Edwards, M. D., Bhutani, S., Hares, J. M., Murbach, M., Green1, E. W., et al. (2014). Genetic Analysis of Circadian Responses to Low frequency
Electromagnetic Fields in Drosophila melanogaster. PLOS Genetics, 10(12), e1004804.
Fedele, G., Green, E. W., Rosato, E., & Kyriacou, C. P. (2014). An electromagnetic field disrupts negative geotaxis in Drosophila via a CRY-dependent pathway.
Nature Communication, DOI: 10.1038/ncomms5391.
Spojení magnetické a hodinové úlohy: MGP
přes Cry ovlivňuje vnitřní hodiny.
Magnetické pole ovlivňuje rytmus
spánku a bdění !
… a my nevíme jak a proč
Význam pro chronobiologii a
chronopatologii
• Pracovní výkon, učení
soustředění, ale i účinnost
léků závislá na denní době.
• Při konfliktu hodin
nebezpečí poruch spánku
(jet lag), příjmu potravy
(obezita, diabetes,
metabolický syndrom),
kardiovaskulárních,
onkologických poruch.
• Deprese a poruchy spánku.
Cíl: pochopení molekulárního principu a lokalizace
receptoru magnetorecepčního smyslu a magnetické
sensitivity.
Metody práce v magnetobiologické laboratoři:
Velké cívky umožňují nastavit libovolné GMP.
Stíněné komory v
kampusu
Umožňující odfiltrovat co
nechceme a nastavit
GMP, jaké chceme.
Stíněné komory v
kampusu
Umožňující odfiltrovat co
nechceme a nastavit
GMP, jaké chceme.
Metody práce naší laboratoře:
Sledujeme pohybovou aktivitu zvířat. Laboratoř je vybavena
videosystémy pro záznam a vyhodnocování pohybů.
Mus musculus
Blatella germanica
Pyrhocorris apterus
Metody práce naší laboratoře:
Máme k dispozici laboratorní testy magnetorecepčního chování u
hmyzu.
Díky tomu aplikujeme:
Metody funkční genetiky (knockoutovaní jedinci, vypnutí určitých
vytypovaných genů, RNAi, crispr)
Fyzikální faktory (parametry světla a magnetického pole)
SW
analyzující
obraz
… a periodicitu chování
Radiofrequency noise background in a lab is
not far from what we saw to change clock
Shrnutí:
• Zvířata mají smysl, který jsme asi ztratili
• Existují chemické reakce citlivé na GMP
• Kryptochrom (Cry) je látka citlivá na MGP
• Cry jsou součástí řízení rytmicity
• Protože jsou Cry i v těle člověka, možná
jsme na stopě toho, že některé naše funkce
jsou k MGP a RF citlivé.
Otázky výzkumu:
 Jak ovlivňuje biologické systémy
radiofrekvenční pole ?
 Jaká je molekulární úloha Cry?
 Vidí zvířata pozici severu zrakem a jak ?
 Jak magnetické pole mění rytmus spánku a
bdění ?
 Jsou i ostatní (nekompasové) funkce
živočichů citlivé na magnetické pole ?
 Jsou buňky ovlivnitelné radiovými poli?
K čemu je takový výzkum dobrý?
• Základní výzkum – nikdy nevíte...
• Nejslabší známá interakce mezi biologií a
mag. polem.
• Výzkum posouvá hranice mezi biologií,
„kvantovou biologií“ a fotochemií.
• Praktické aplikace v oblasti ochrany zdraví,
kvality spánku, interakcí s technickými
zařízeními atd.
Dierickx, Pieterjan, Linda W. Van Laake, and Niels Geijsen. "Circadian clocks: from stem cells to tissue homeostasis and regeneration." EMBO reports 19.1
(2018): 18-28.
Altered clock changes the role of clock genes
toward modulation of proliferation
Cry expression is a marker of chronic
lymhocytic leukemia.
Eisele, Lewin, et al. "Combined PER2 and CRY1 expression predicts outcome in chronic lymphocytic leukemia." European journal of haematology 83.4
(2009): 320-327.
Naučíte se: Co to znamená analyzovat chování
zvířat v laboratoři.
Dosavadní granty:
 Ověření magnetorecepce potemníka moučného. GAČR 2001-2003
 Analýza magnetorecepčního chování laboratorních druhů hmyzu.
GAČR 2005-2008
 Neurální podstata magnetorecepce hmyzu. GAČR 2007-2010
 Fyziologická a funkčně genetická analýza magnetorecepce na hmyzím
modelu GAČR 2013-2015.
 At the Cross-road of Magnetic Fields and Light: A New Perspective of
 circadian Clock Control GAMU 2019-2021
 NAZV 2019-2013
 Spolupráce s Molekulární chronobiologickou lab. ČB, Marburg, Oxford,
Lund,
Zájem badatelů neklesá. Heslo
„magnetoreception“
Vítán je ten, kdo:
 se neštítí hmyzu a trochy fyziky
 přitahuje ho nervový systém, chování a
smysly
 se nebojí dennodenní rutiny
 umí se srovnat s tím, že aplikace jsou zatím
daleko
Kontakt:
• Doc. Martin Vácha, vacha@sci.muni.cz
• Laboratoř neuroetologie hmyzu
• https://www.sci.muni.cz/ofiz/vacha/
Děkuji za pozornost!
vacha@sci.muni.cz
Užitečný pomocník při využívání
předplacených služeb MUNI je
Virtual Private Network (VPN )
https://it.muni.cz/sluzby/vpn