Charakteristika ústavu – čím se zabýváme

Více než 100 odborníků Ústavu chemie a biochemie MENDELU se podílí na vzdělávání studentů, realizaci mezinárodně uznávaného výzkumu a poskytování špičkových analytických služeb. Ústav je složen ze 7 výzkumných skupin a projektového oddělení.

Zaměstnanci ústavu

doc. Mgr. Zbyněk Heger, Ph.D.
Akademický pracovník – docent – Ústav chemie a biochemie
Vedoucí ústavu – Ústav chemie a biochemie
ÚCB AF, Zemědělská 1, 61300 Brno – Budova D
Kancelář: D4.11
Bc. Iveta Hübnerová
Administrativní pracovník – Ústav chemie a biochemie
ÚCB AF, Zemědělská 1, 61300 Brno – Budova D
Kancelář: D4.10
+420 771 286 159
Nenalezena žádná vyhovující data.

Zázemí – kde pracujeme

Ústav chemie a biochemie Agronomické fakulty MENDELU sídlí v nově zrekonstruované budově D – Pavilonu profesora Adama v areálu Mendelovy univerzity v Brně. Modernizované prostory poskytují kvalitní zázemí pro pedagogickou, vědeckovýzkumnou i další odbornou činnost ústavu. Součástí budovy jsou kanceláře akademických a výzkumných pracovníků, výukové prostory, chemické sklady a rozsáhlé laboratorní zázemí vybavené moderní přístrojovou technikou. K dispozici je rovněž specializovaný prostor pro elektronovou mikroskopii a laboratoře určené pro rozvoj start-up a spin-off aktivit.

Významnou součástí zázemí jsou specializované laboratoře, ve kterých probíhá praktická výuka i vědeckovýzkumná činnost v oblastech chemie, biochemie, molekulární biologie a biotechnologií. Studenti se v rámci laboratorních cvičení seznamují s moderními analytickými, bioanalytickými a molekulárně-biologickými metodami a získávají praktické zkušenosti s využíváním pokročilé přístrojové techniky. Propojení výuky s činností výzkumných skupin zároveň vytváří podmínky pro zapojování studentů do řešení konkrétních vědeckých témat a projektů již v průběhu studia.

Spolupráce s praxí

Ústav chemie a biochemie Mendelovy univerzity v Brně dlouhodobě rozvíjí spolupráci s akademickými, výzkumnými i aplikačními partnery v České republice i v zahraničí. Významným příkladem spolupráce s aplikační sférou je společný výzkum se společností BioVendor – Laboratorní medicína a.s., zaměřený na vývoj nových technologií a produktů pro humánní a veterinární in vitro diagnostiku či vývoj v oblasti nanomateriálů pro transport bioaktivních látek ve spolupráci se společností Enantis s.r.o. Ústav se současně věnuje aplikovanému výzkumu v oblastech bioanalytické a environmentální chemie, molekulární biologie, nanotechnologií, biotechnologií a vývoje nových materiálů pro široké spektrum použití.

Důležitou součástí propojení výzkumu s praxí je poskytování specializovaných analytických služeb a využití moderní přístrojové infrastruktury. Ústav nabízí externím i interním zadavatelům například analýzy aminokyselin a mastných kyselin, prvkovou analýzu, cílenou metabolomiku, analýzu nanomateriálů nebo cytometrické a mikroskopické analýzy. Rozsah služeb se průběžně rozšiřuje podle možností přístrojového vybavení a odborného zaměření jednotlivých laboratoří.

Ústav zároveň spolupracuje s řadou významných českých i zahraničních výzkumných institucí. Mezi nejvýznamější partnery patří například Masarykova univerzita, Vysoké učení technické v Brně, Středoevropský technologický institut, Univerzita Karlova, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně, Výzkumný ústav veterinárního lékařství, firmy jako například BioVendor, Testline, Enantis, GeneProof, MoravoSeed, Asio nebo Tescan, ze zahraničních pak například Max Planck Institute for Chemical Ecology v Německu, Paris Lodron Universitat Salzburg, CIC bioGUNE v Madridu, Johannes Kepler University Linz, Ludwig Boltzmann Institute nebo Mälardalen University ve Švédsku a mnohé další. Spolupráce probíhá zejména v oblasti analytické chemie, bioanalytiky, diagnostiky, metabolomiky a dalších interdisciplinárních výzkumných témat.

Z historie ústavu

Po zřízení Vysoké školy zemědělské v r. 1919 byla její činnost rozdělena mezi dva odbory: hospodářský a lesnický. Pod odbor hospodářský (předchůdce fakulty zemědělského inženýrství, na jejíž činnost posléze navázala Agronomická fakulta) spadal i chemický ústav, který byl založen ve stejném roce jako Vysoká škola zemědělská. Společně s její nástupkyní, Mendelovou univerzitou v Brně, si tedy i on v letošním roce připomíná stoleté výročí své existence.

Zakladatelem a prvním vedoucím chemického ústavu se stal prof. dr. inž. Josef Knop. Ústav obecné chemie anorganické, organické a analytické chemie I zajišťoval, s výjimkou krátkého přerušení činnosti v době okupace, výuku chemie až do r. 1951.

Rokem 1922 můžeme datovat také počátky vědecké práce v oboru chemie na Vysoké škole zemědělské. Výzkumná činnost byla zaměřena na oxidy antimonu, resp. na upřesnění relativní atomové hmotnosti antimonu, později na redoxní indikátory pro analytickou chemii. Pozornost byla zaměřena také na využití metod spektrální analýzy, zejm. spektroskopickou analýzu barviv, jejíž význam byl plně doceněn až v následujícím období. Již po pěti letech od započetí výzkumné činnosti obdržel prof. Knop cenu Československé akademie věd a umění z nadace arch. Wiehla. Do historie vysoké školy se prof. Knop zapsal také jako akademický funkcionář; ve studijním roce 1925–26 zastával funkci děkana odboru hospodářského, ve studijním roce 1932–33 funkci rektora Vysoké školy zemědělské a v letech 1952–1953 děkana agronomické fakulty.

Při osvobozovacích bojích byly prostory ústavu zasaženy výbuchem granátu, přičemž došlo k téměř úplnému zničení spektrální laboratoře, jejíž činnost se datuje již od roku 1923. Díky velkorysé dotaci ministerstva zemědělství bylo vybavení laboratoře natolik obnoveno, že se stala nejlépe vybavenou laboratoří v rámci všech vysokých škol v tehdejším Československu. Spektroskopická laboratoř poskytovala své služby také zadavatelům z řad průmyslových podniků. Byla tedy vlastně v rámci Vysoké školy zemědělské prvním pracovištěm, které, řečeno dnešní terminologií, provádělo aplikovaný výzkum.

V r. 1951 došlo ke sloučení ústavů, které si byly blízké svým odborným zaměřením, a vznikly katedry. V rámci katedry chemické technologie se k ústavu, který nyní nesl přívlastek chemický, přičlenily ústav zemědělské technologie, ústav laktologie, ústav technologie ovoce a zeleniny a ústav agrochemie.

V roce 1953 se oddělily oba technologické ústavy, které se staly samostatnou katedrou. Ústav laktologický přešel ke katedrám zootechnické fakulty a ústav agrochemie se stal součástí katedry výroby rostlinné. Nástupnická katedra nyní nesla název katedra chemická. Po zařazení biochemie a fyzikální chemie mezi samostatné vyučovací předměty se do katedry včlenily i dva nové ústavy, a to ústav biochemie (ten byl krátkodobě také převeden pod veterinární fakultu) a fyzikální a fyzikálně-chemický ústav.

Po odchodu prof. Knopa do penze se v r. 1957 stal novým vedoucím katedry docent, později profesor, RNDr. Karel Marek. Dva roky nato přešla katedra v návaznosti na vznik nové provozně-ekonomické fakulty do její organizační struktury.

V r. 1959 byl změněn název katedry na katedru chemie a fyziky. Ponecháno bylo členění na tři ústavy: ústav chemický, ústav biochemický a ústav fyzikální a fyzikálně-chemický.

Historický exkurz

Nejdelší tradici má ústav chemický. Při zřízení Vysoké školy zemědělské byly pro základní obor chemie určeny dva ústavy, ústav anorganické a organické chemie, který byl veden mimořádně jmenovaným profesorem dr. inž. Josefem Knopem, a ústav analytické chemie vedený, opět mimořádným profesorem, dr. inž. Rudolfem Hacem. Nejdůležitějším úkolem ústavu chemického bylo zajištění výuky hned od prvního semestru působení nové vysoké školy. Nejvyšší priorita byla dána vybudování adekvátních prostor pro laboratorní cvičení. K dispozici byly pouze dvě kapacitně nevyhovující místnosti pro obecnou a pro analytickou chemii, které navíc nedisponovaly ani plynovou přípojkou, ani napojením na rozvod vody. Po dvou letech působení ústavu se však již podařilo základní nedostatky odstranit, a ústav byl vybaven nejen vlastním nábytkem a přístroji, ale i odbornou knihovnou disponující základní literaturou. Profesor Hac se po jednoletém působení v Brně vrací do svého předchozího působiště na pražské Vysoké škole technické a místo vedoucího ústavu analytické chemie zůstalo již neobsazené. Posléze byl ústav rozdělen na ústav analytické chemie kvalitativní, který byl přičleněn k ústavu obecné chemie, a ústav analytické chemie kvantitativní, přičleněný k ústavu agrochemickému. Až do okupace ČSR setrvává ústav obecné a analytické chemie I ve skromných podmínkách pěti místností ve zvýšeném přízemí levého křídla hlavní univerzitní budovy v Zemědělské ulici číslo 1. Po příchodu fašistů do Brna byl nejdříve uzavřen, následně pak přemístěn do prostor pobočky brněnské České techniky.

Druhý z trojice ústavů katedry chemie a fyziky byl ústav biochemický. Po zařazení výuky biochemie jako samostatného předmětu zajišťoval ústav její výuku jak na lesnické fakultě, tak na obou zemědělských fakultách, tj. fakultě agronomické i zootechnické. Kromě toho zajišťoval ústav i výuku všech chemických předmětů s výjimkou fyzikální chemie. Jeho výzkum byl zaměřen na metodické otázky potenciometrického a chromatografického stanovení L-askorbové kyseliny (vitamínu C), sledování její stálosti v roztocích a zjišťování v rostlinném materiálu se zaměřením na vyhledávání odrůd jablek s velkým obsahem vitamínů pro účely výživy. Ústav také vyvinul několik slaboproudých přístrojů, například vysokofrekvenční titrační přístroj, automatické titrační relé, které našlo také průmyslové uplatnění. Také nově upravil typ elektronkového polarografu či zlepšil vlastnosti výchylkových laboratorních potenciometrů.

Ústav fyzikální a fyzikálně-chemický byl založen ve studijním roce 1950–51, kdy byla jako samostatný předmět zavedena do výuky fyzikální chemie. Její výukou byl pověřen RNDr. Josef Žák, který zde nejprve působil jako externí učitel. Byl jmenován státním docentem pro obor fyziky a fyzikální chemie. Od roku 1954 přešel z Výzkumného ústavu krmivářského Československé Akademie zemědělských věd (ČSAZV) na Vysokou školu zemědělskou. Výzkumné aktivity ústavu byly zaměřeny na vypracování spolehlivých fyzikálních a fyzikálně-chemických metod použitelných pro sériová stanovení obsahu stopových prvků v pícních porostech a pro sériová stanovení kalorické hodnoty krmiv v zemědělském výzkumnictví, kontrole a zkušebnictví.

Po osamostatnění ústavu fyziky a fyzikální chemie v r. 1962 vznikla samostatná katedra fyziky.

Vznikla samostatná katedra biochemie. Název stávající katedry se změnil na katedru chemie. Bylo zřízeno jihlavské oddělení Vysoké školy zemědělské, jejíž součástí byla také jihlavská katedra chemie, kterou vedl Ing. Vojtěch Štajgr. Společným jmenovatelem spolupráce obou chemických kateder byla především výuka. Vědecko-výzkumné zaměření katedry chemie navazovalo na předcházející etapu zejména aplikací analytických metod na půdní a biologický materiál a vypracování vhodných metod pro stanovení mikroprvků v tomto materiálu.

V důsledku organizačních změn se samostatná jihlavská katedra stala oddělením v rámci brněnské katedry, a společně zajišťovaly výuku v Brně i Jihlavě pro všechny tehdejší fakulty školy. Po prof. Markovi převzal funkci vedoucího katedry doc. Ing. Lubor Vacek, CSc. V tomto období byly stavebně upraveny prostory katedry. Zřídily se samostatné laboratoře pro pedagogy a vědeckovýzkumnou činnost; byla založena fyzikálně-chemická laboratoř, upravily se laboratoře pro studenty, knihovna katedry dostala samostatné prostory. Posunem ke zkvalitnění výuky byla specializace pedagogů na jednotlivé předměty vyučované napříč všemi fakultami v denním i dálkovém studiu. Vědecko-výzkumná činnost byla zaměřena na sledování degradace krmiv v závislosti na délce jejich skladování a použité konzervaci, sledování obsahu některých prvků a látek v lesních ekosystémech. Výsledkem pak bylo v mnoha případech vypracování vhodných analytických metod, např. titračně fotometrické stanovení tříslovin (v lesních půdách), fotometrické stanovení spojené s destilací těkavých fenolických látek (v rostlinných krmivech) apod.

Samostatné působení katedry biochemie (zřízena v r. 1964 v rámci zootechnického oboru agronomické fakulty), jejímž vedoucím se stal docent, později profesor, RNDr. Ing. Jiří Pavel, DrSc., bylo ukončeno v r. 1970. Katedra byla zrušena a včleněna do katedry anatomie a fyziologie hospodářských zvířat, která pak nesla i nový název katedra anatomie, fyziologie a biochemie hospodářských zvířat. Hlavními úkoly biochemického výzkumu byly zejména sledování biochemických vlastností hospodářských zvířat, především krevních bílkovin, enzymů a dalších složek krve, sledování využitelnosti biochemických testů k selekci a zušlechťování vlastností hospodářských zvířat a hodnocení vlivu agroekologických faktorů na strukturu bílkovin zrna ječmene jarního.

V roce 1980 byl obor biochemie převeden do nově organizované katedry chemie a biochemie. V tomto roce byla katedra převedena z provozně-ekonomické fakulty na agronomickou fakultu. Katedru vedl doc. Ing. Lubor Vacek, CSc. Katedra se rozdělila na brněnské a jihlavské pracoviště, přičemž byla tvořena přibližně 23 pracovníky. V první polovině 80. let 20. století se po výzkumné stránce specializovala na ekologii, zejména studium vlivu ekologických podmínek na biochemické a fyziologické systémy volně žijících živočichů a také na studium vlivu antropogenních imisí na obsah živin v ekosystémech lesů a trav.

Závěr 80. let 20. stol. přinesl nejen změny ve společnosti, ale i ve vedení školy a jejích organizačních složek. Došlo též k transformaci kateder na ústavy. Vedením ústavu chemie a biochemie byl pověřen prof. Dr. Ing. Jiří Pavel, DrSc., který také v té době zastával funkci prorektora pro výstavbu a rozvoj. V době jeho působení došlo ke stavební obnově prostor ústavu, přičemž byly vybudovány také dvě nové laboratoře pro studenty. Ve výzkumné oblasti se členové ústavu zaměřili na řešení aktuálních ekologických projektů. Výsledky jejich práce měly ohlas nejen v rámci domácí, ale i zahraniční vědecké obce.

Po odchodu prof. Pavla do důchodu byla katedra řízena prof. RNDr. Vlastimilem Kubáněm, DrSc. Prof. Kubáň využil své zkušenosti z Masarykovy univerzity a zahraničních pobytů a dokázal získat podporu různých grantových agentur, resp. poskytovatelů finančních prostředků na výzkum. Během jeho působení byl ústav zaměřen především na rozvoj instrumentálních metod analýzy a jejich využití. Výzkum byl zaměřen do oblasti identifikace a stanovení přírodních látek v biologickém materiálu (rostliny, živočichové) a ve složkách životního prostředí, na stanovení iontů kovů a aniontů anorganických a nízkomolekulárních organických kyselin a také na speciační analýzu ve složkách životního prostředí.

Vzhledem ke značnému počtu studentů se navýšil též pedagogický výkon ústavu, který zabezpečoval výuku pro tři fakulty (Agronomickou, Lesnickou a dřevařskou a Zahradnickou). Kromě předmětů teoretického základu, byly akreditovány i specializované předměty (například speciální biochemické metody, ekotoxikologie, chemie životního prostředí) a volitelné semináře. Dosavadní laboratoře byly v několika etapách modernizovány a po získání prostor uvolněných Lesnickou a dřevařskou fakultou byly vybudovány dvě nové. To umožnilo zkvalitnit v podstatě kompletní pedagogický proces. Došlo též k rozvoji doktorandského studia.

V roce 2004 převzal řízení ústavu RNDr. Petr Hrdlička, CSc. (od roku 2006 docent), který pokračoval v koncepci předešlého vedoucího. V tomto období se rozvíjela pedagogika, kdy bylo výukové zaměření ústavu upravováno na základě změn v akreditacích studijních oborů školy. Byla zřízena seminární učebna pro 24 studentů s plným vybavením didaktickou technikou. Počet pracovníků ústavu postupně narůstal, což se odrazilo ve více směrech výzkumné činnosti. Akademičtí pracovníci měli ve volbě svého odborného zaměření značnou volnost. Skupina metodicky řízená profesorem Kubáněm pokračovala ve vývoji analytických metod.

Podařilo se vyvinout zařízení pro kombinované techniky průtokové injekční analýzy a kapilární elektroforézy (FI-CE) s bezkontaktním konduktometrickým detektorem (C4D) a on-line spojení kapalinové chromatografie s atomovou fluorescenční spektrometrií (HPLC-AFS). Druhým směrem byl rozvoj plynové, a především kapalinové chromatografie, a s tím spojený rozvoj extrakčních metod. Vytvořila se skupina, kterou řídil Bořivoj Klejdus (nyní prof. RNDr. Bořivoj Klejdus, Ph.D.). Objektem vědeckého zájmu byly primární a sekundární metabolity rostlin. Pro tento směr byly postupně budovány specializované laboratoře vybavené přístrojovou technikou odpovídající kvalitou a přesností stanoveným požadavkům na tehdejší vybavení instrumentálních laboratoří. Třetím směrem byl rozvoj elektrochemických metod v hraniční oblasti chemie s biochemií a molekulární biologií.

Ujala se ho nastupující mladá generace představovaná například RNDr. Vojtěchem Adamem. Zájem byl orientován na studium interakcí těžkých kovů a proteinů a elektrochemických biosenzorů. Všechny tři směry byly rozvíjeny také s mezinárodní účastí. Primárním výstupem byla celá řada publikací v mezinárodně uznávaných (impaktovaných) časopisech a na konferencích. Pro podporu výzkumu byly provedeny modernizace výzkumných laboratoří, byl zabezpečen zdroj dusíku (jako ochranné atmosféry v přístrojích) výstavbou nádrže na kapalný dusík o obsahu cca 4000 kg. Toto období života ústavu bylo spíše přípravné pro další mohutný rozvoj, především výzkumných aktivit v současném období.

V roce 2012 se stal vedoucím ústavu doc. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D. (později profesor). V letech 2012–2019 byl ústav dále restrukturalizován tak, aby nová struktura odpovídala výzkumným výzvám a také nárůstu počtu zaměstnanců, který na začátku roku 2019 přesáhl magickou hodnotu 100. Základní vizi výzkumu, vývoje a inovací charakterizuje podpora pokročilých postupů a technologií v biologické chemii. Na jejím naplnění pracují výzkumné skupiny zaměřené na stanovené klíčové oblasti, jako jsou bioanalytická chemie, řasové a rostlinné biotechnologie a v neposlední řadě experimentální mikrobiální a živočišná biochemie a biologie.

První oblast, bioanalytická chemie, se zabývá výzkumem a vývojem detekčních postupů a platforem pro rozbor širokého spektra různých analytů počínaje těžkými kovy, jako je rtuť, olovo nebo kadmium, přes nízkomolekulární metabolity až po makromolekulární biomarkery závažných onemocnění. Neméně důležité je také zaměření na neinvazivní diagnostiku v oblasti medicíny a vývoje příslušných nástrojů využívajících nejen elektrochemické, ale také optické (spektrofotometrické a fluorescenční) detekční techniky a fluorescenční zobrazovací metody. Jednotícím prvkem této klíčové oblasti jsou chytré nanomateriály, a to nejen s ohledem na jejich využití pro výše zmíněné účely, ale také pro jejich charakterizaci a studium interakcí s biomolekulami.

Druhou oblastí je výzkum a vývoj pokročilých mikro- a nanomateriálů, a to nejen pro výše zmíněné účely, ale také pro celospolečenskou nutnost studia jejich interakcí s biomolekulami in vivo. Mimoto také ústav vyvíjí materiály mající antimikrobiální, protinádorové či naopak vlastnosti podporující růst a vývoj organismů jak rostlinných, tak živočišných.

Dále je pozornost věnována řasovým a rostlinným biotechnologiím, které jsou zaměřené na studium nízkomolekulárních primárních a sekundárních metabolitů a jejich interakce s epigenetickými mechanizmy (především malé nekódující RNA a methylace) v rozdílných environmentálních podmínkách. Samostatným výzkumným tématem v této oblasti je studium dopadu nanotechnologií na růst a vývoj rostlin a mikrořas.

Poslední oblastí je design a také testování materiálů pro cílený transport chemoterapeutik in vitro a in vivo včetně materiálů schopných transcytózy přes hematoencefalickou bariéru. S pozorností zaměřenou na zvyšování efektivity navržených léčebných postupů jsou studovány mechanismy chemoresistence nádorových buněk a onkometabolity ovlivňující agresivitu a úspěšnost léčby nádorových onemocnění. Neméně důležitou součástí je více mikrobiologických laboratoří zabývajících se hledáním alternativ antibiotických léčiv, studiem komplexních mikrobiomů, ale také potenciálním využitím mikrobiálních enzymů v environmentálních aplikacích.

Pedagogická činnost Ústavu chemie a biochemie je zaměřena jak na pregraduální studium, tak i doktorské studium. Výuka chemických předmětů je zabezpečována pro studenty tří fakult MENDELU: Na Agronomické fakultě pro šest bakalářských studijních programů a deset studijních oborů, tři navazující magisterské studijní programy a čtyři studijní obory, na Lesnické a dřevařské fakultě pro šest bakalářských studijních programů a sedm studijních oborů, na Zahradnické fakultě pro dva studijní programy a tří studijní obory. Výuka je vedena formou přednášek, praktických laboratorních cvičení a seminářů, a to v povinných, povinně volitelných a osmi volitelných předmětech.

Z pohledu pedagogické činnosti je ústav nejvíce zapojen do programů Chemie a technologie potravin a Molekulární biologie a biotechnologie jak v bakalářském, tak navazujícím magisterském studiu. Výuka v těchto programech je průběžně obohacována o výsledky výše zmíněných výzkumných směrů. Primárně se z těchto studijních programů dále hlásí na postgraduální program Biologická chemie, který přímo navazuje na předložený obor, okolo 15 uchazečů.

Prof. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D.  dne 21. května 2024 po krátké, ale těžké nemoci zemřel. Vedení ústavu následně převzal doc. Mgr. Zbyněk Heger, Ph.D., který pokračuje v rozvoji mezinárodně konkurenceschopného výzkumu. Významným symbolem nové etapy se v roce 2025 stalo otevření kompletně zrekonstruované budovy D, pojmenované Pavilon profesora Adama. Zrekonstruovaný pavilon poskytuje ústavu nové výukové a laboratorní prostory, zázemí pro elektronovou mikroskopii i rozvoj start-up a spin-off aktivit. Ústav tak navazuje na více než stoletou tradici chemického výzkumu a současně se dále rozvíjí jako moderní multidisciplinární pracoviště propojující chemii, biochemii, molekulární biologii, biotechnologie a nanotechnologie s důrazem na špičkový výzkum, vzdělávání nové generace vědců a přenos výsledků do praxe.