Profesor Bohuslav Gaš byl oceněn medailí Arnolda O. Beckmana

Profesor Bohuslav Gaš při udělování Medaile Arnolda O. Beckmana v kanadském Niagara-on-the-Lake. Foto: SCIEX

Vážený pane profesore, přijměte nejprve gratulaci k významnému ocenění za Vaši celoživotní práci. Můžete nám nejprve přiblížit, jak vypadala vaše profesní dráha v oboru elektroforézy, za kterou jste byl oceněn významnou oborovou medailí?

Děkuji za gratulaci! Ano, velkou část svého profesního života jsem zasvětil separační metodě, která se nazývá elektroforéza. Její kořeny sahají až do počátku 19. století, kdy bylo zjištěno, že se částečky jílu ve vodě začnou po přiložení napětí pohybovat. Tomuto jevu se začalo říkat elektro-foréza. V roce 1897 napsal Friedrich Kohlrausch (1840 - 1910) první a zcela zásadní příspěvek k matematické teorii tohoto jevu. I díky tomuto článku se metoda rozvíjela dále, např. v roce 1948 získal za elektroforézu proteinů krevního séra Nobelovu cenu za chemii Švéd Arne Tiselius (1902 - 1971).  V 80. letech minulého století byla elektroforéza v kapilárním provedení využita i pro první sekvenaci lidského genomu v  tzv. Human Genome projektu, který tehdy stál tři miliardy dolarů. V dnešní praxi ji využívají například farmaceutické firmy, kde se spolu se svou sesterskou separační metodou, chromatografií, využívá pro kontrolu čistoty produktů.

A jak konkrétně začala Vaše dráha tímto oborem?

Na naší fakultě se elektroforéza zabydlela v 70. letech minulého století, kdy se můj tehdejší školitel prof. Jiří Vacík spojil se skupinou z nizozemského Eindhovenu, vedenou prof. Fransem Everaertsem. Ten se podílel na vývoji určitého módu elektroforézy, tzv. izotachoforézy. Prof. Everaerts byl vynikající člověk a příznivce tehdejšího Československa a díky němu mohli naši studenti vyjíždět na výměnné exkurze do Nizozemí, což tehdy za hlubokého komunizmu rozhodně nebylo běžné. Profesor Vacík také založil skupinu, která se zabývala izotachoforézou, do níž jsem já jako student nastoupil. Svou diplomovou práci jsem tedy dělal právě na izotachoforéze. Podstatou diplomky bylo řešení rovnic kontinuity, což v případě elektroforézy jsou nelineární parciální diferenciální rovnice.

Jak jste je vyřešil?

Pomocí hybridního počítače, který byl kombinací digitálního a analogového počítače. Tehdy šlo o úplnou novinku a já jsem byl první uživatel tohoto počítače. Byl dovezen ze Spojených států a jeho využití bylo dokonce kontrolováno americkou ambasádou. Počítač byl totiž vhodný k tomu, aby se pomocí něj daly počítat dráhy balistických střel. Analogový počítač využívá zajímavou skutečnost: napětí na kondenzátoru, který se nabíjí elektrickým proudem, je úměrné integrálu proudu. V praxi se tak děje pomocí elektronického obvodu, tzv. integrátoru, což je operační zesilovač, který má ve zpětné vazbě kondenzátor. Integrace je současně metoda, jíž se řeší diferenciální rovnice. Vyřešení rovnic pro izotachoforézu se mi podařilo v roce 1975 jako vůbec prvnímu na světě.

Hybridní počítač EAI 680, na němž profesor Gaš pracoval v Ústavu teorie informace a automatizace AV ČR.  Foto: archiv B. Gaše.

V této práci jste pak na fakultě dále pokračoval?

Nikoliv. Po odsloužení roku vojny jsem pokračoval na kandidatuře, kde jsem vyvíjel vysokofrekvenční bezkontaktní vodivostní detektor pro izotachoforézu. Poté jsem na mnoho let odešel z fakulty a pracoval na jiných výzkumných tématech. Pracoval jsem ve Výzkumném ústavu organických syntéz v Rybitví, později jsem přešel do Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie AV ČR, jehož jedna část tehdy sídlila ve Vlašské ulici. Těsně před dostavěním nového areálu ústavu na Ládví jsem se v roce 1988 vrátil na naši fakultu k prof. Vacíkovi a opět jsem se začal věnovat elektroforéze. Moje práce pak vedla dvěma směry.

Jaké to byly?

Jednak jsem ještě upravil  vysokofrekvenční bezkontaktní vodivostní detektor, aby mohl fungovat na tenkých křemenných kapilárách. Na jedné konferenci si mě všimla firma Hewlett Packard (později to byla firma Agilent, která se z ní odštěpila), čímž započala plodná spolupráce, která trvá do dneška. Detektor, který jsme pro ně vyvíjeli, nakonec vyrábět nezačali, udělili nám nicméně licenci, abychom jej mohli vyrábět sami, což činíme dodnes. Firma Agilent nám financovala několik projektů, dostali jsme od nich také velkorysý dar, kterému říkají University Phillantropy Grant. Z těchto peněz v současnosti financujeme například cesty studentů do zahraničí.   

A další směr?

Ten se odvíjel od mého angažování v teorii elektroforézy. Ve spolupráci s celou naší výzkumnou skupinou jsme během doby vyvinuli dva počítačové programy. První z nich je Simul, který řeší parciální diferenciální rovnice kontinuity numericky. Další věc, kterou jsme udělali, bylo zlinearizování rovnic kontinuity a odvození Jacobiho matice systému.  

I zde jste teorii dotáhli do vytvoření počítačové aplikace?

Ano. Na základě tohoto lineárního modelu jsme vyvinuli druhou rodinu programů, která se nazývá PeakMaster. Díky zjednodušení výpočtu je možné získat řešení během zlomku sekundy a získat tak pomocí počítače obrázek, jak bude vypadat reálná elektroforetická separace. Tento program jsme umístili jako freeware na naše webové stránky a zanedlouho se stal velmi populární. Troufnu si říci, že dnes možná každá laboratoř, která se zabývá elektroforézou, má PeakMaster stažený a používá jej. K jeho oblibě přispělo i to, že umí velmi přesně počítat pH roztoků elektrolytů. Program využívá rozsáhlou databázi pK konstant a mobilit, kterou vytvořil náš dlouholetý přítel a spolupracovník z Hirošimské univerzity Takeshi Hirokawa.

Počítačový program PeakMaster pro simulaci elektroforézy a method development volně dostupný na webové stránce skupiny separačních procesů katedry fyzikální a makromolekulární chemie

Na těchto výsledcích se jistě podílelo více lidí.

Samozřejmě. Výzkum je vždy kolektivní práce a já proto nemohu nezmínit řadu svých vynikajících studentů a kolegů. Můj největší dík patří především následujícím čtyřem. Vlastimil Hruška, který je nyní zaměstnán ve firmě Agilent, byl programátorem dnešní podoby Simulu. Milan Štědrý vytvořil teorii eigenmobilit, Michal Jaroš naprogramoval PeakMaster. Martina Riesová udělala velkou část experimentů okolo elektromigračních oscilací. Ale i ostatní studenti, kolegyně a kolegové se velmi podstatně podíleli a stále podílejí na práci celé skupiny.

Lze si domyslet, že to bylo právě všeobecné rozšíření těchto dvou programů, které se stalo důvodem, proč jste byl výborem navržen na udělení Medaile Arnolda O. Beckmana, která byla udělena “za celoživotní výjimečné vědecké výsledky na poli elektromigračních separačních metod”. Jak vlastně takové udělování cen probíhá?

Asi měsíc před konáním konference MSB 2016 v kanadském Niagara-on-the-Lake, v jejímž rámci došlo k udělení ceny, mi jeden ze členů výboru, význačný odborník v elektroforéze, James Landers, zavolal s tím, že jsem byl výborem vybrán k udělení medaile. V rámci programu konference je utajováno, kdo bude mít plenární přednášku, spojenou s udělením ocenění. V programu přednášek se moje jméno objevilo až večer před oficiálním začátkem konference během uvítacího setkání. Účastníci konference, které z velké části osobně znám, mi pak začali spontánně gratulovat.

Po kolikáté byla cena udělena?

Cena byla udělena teprve popáté. Když vidím osobnosti, kterým byla udělena přede mnou, jsem moc rád, že mohu být v takové společnosti. Vlastnímu předání ceny předcházelo laudatio, jehož autorem byl již zmiňovaný James Landers. Cenu mi předával Jeff Chapman z firmy SCIEX. Po předání ceny jsem pak měl plenární přednášku.

A my Vám také za celou fakultu gratulujeme!

ptal se: Michal Andrle