Biotechnologický ústav AV ČR, v. v. i.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Biotechnologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. Jan Dohnálek, Ph.D.

Anotace

Projekt je zaměřen na experimentální popis protonace chemických skupin, která je klíčová v interakcích typu protein-nukleová kyselina. Na modelovém systému nukleas závislých na kovech budou aplikovány experimentální metody strukturní analýzy – rentgenová krystalografie v atomárním rozlišení a neutronová krystalografie a speciální výpočetní postupy. Výsledkem bude zmapování protonace jednotlivých skupin v interakcích v závislosti na nukleové kyselině i na kontextu koordinace kovového klastru modelového katalytického místa S1-P1 nukleáz. Kandidát zvládá alespoň základy metod strukturní analýzy biologických molekul a biochemie.

Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Čajka, Ph.D.

Anotace

Během posledního desetiletí se metabolomika a lipidomika využívající hmotnostní spektrometrii staly klíčovými metodami pro analýzu polární metabolitů a komplexních lipidů v biologických vzorcích (plazma, sérum, moč, tkáně). Kapalinová chromatografie s hmotnostní spektrometrií (LC-MS) je nejčastěji používanou technikou v metabolomice a lipidomice umožňující účinnou separaci a detekci širokého spektra metabolitů. Stále však chybí dostatečné informace o složení metabolomu a lipidomu kapalných materiálů a tkání, které mohou být snadno dostupné a použitelné pro budoucí studie. Disertační práce bude zaměřena na vývoj nových postupů pro komplexní charakterizaci metabolomu a lipidomu biologických vzorků jakými jsou (i) slučování cílených a necílených metabolomických a lipidomických metod, (ii) zvýšení pokrytí spektrálních knihoven používaných pro anotování metabolitů, (iii) aplikace programů pro vizualizaci a interpretaci dat získaných v rámci metabolomických a lipidomických analýz. Práce bude realizována na Fyziologickém ústavu AV ČR, v.v.i. a finančně zajištěna projekty GAČR, MŠMT a AZV.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	MUDr. Jan Kopecký, DrSc.

Anotace

Naše nedávné výsledky získané na myších naznačují možnost snížení obezity prostřednictvím adaptivního zvýšení netřesové termogeneze (NST) v kosterním svalstvu. Tento doktorský projekt se zaměřuje na charakterizaci: (i) role genetického pozadí myší na svalovou NST a její následný vliv na obezitu; (ii) mechanismů odpovědných za trvalé nastavení hladin svalové NST během kritického časového okna krátce po narození, jak naznačují naše nepublikované výsledky; a (iii) in vitro účinků kandidátních sloučenin na energetický výdej ve svalových satelitních buňkách odvozených od myší lišících se v kapacitě svalové NST. Projekt bude využívat: (i) dlouhodobé experimenty na myších s fenotypizací metabolismu celého těla in vivo; (ii) omické techniky a související analýzy dat; a (iii) aplikaci bioanalytických metod in vitro. Tento výzkum prohloubí pochopení svalové NST a jejího potenciálu jako nového terapeutického cíle pro léčbu obezity. Zkoumáním genetických a vývojových faktorů ovlivňujících NST a testováním účinků vybraných sloučenin ve svalových buňkách může tento projekt připravit půdu pro inovativní zásahy proti obezitě. Projekt bude probíhat ve Fyziologickém ústavu AV ČR, přičemž celkový dohodnutý příjem bude garantován po dobu 4 let trvání projektu.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Petr Ježek, CSc.

Anotace

Nejdůležitější funkce beta-buněk pankreatu, tj. sekrece inzulinu, není stále dostatečně prozkoumána, co se týče molekulárních mechanismů. V naší laboratoři jsme objevili redoxní signály H2O2 jako esenciální pro sekreci inzulinu stimulovanou glukózou (NADPH oxidáza 4 je zdrojem) a mastnými kyselinami (mitochondrie jsou zdrojem). Nejsou však známy detailně všechny metabolické dráhy doprovázející stimulanty sekrece inzulinu (sekretagogy) včetně rozvětvených aminokyselin aj. Proto vyvíjíme mitochondriální metabolomiku a proteomiku po magnetické separaci mitochondrií beta buněk s HLA antigenem exprimovaným na povrchu vnější mitochondriální membrány transgenních myší. Pomocí 13C-metabolitů prozkoumáme metabolické dráhy při sekreci inzulinu i simulacích diabetické patogeneze. Určíme zdroje superoxidu/ H2O2 a stanovíme práh a podmínky lipotoxicity. Viz reference doi: 10.1016/j.redox.2024.103283 a doi: 10.2337/db19-1130.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Katarína Smolková, Ph.D.

Anotace

Inhibice nebo disfunkce mitochondriálního metabolismu v netukových tkáních indukuje syntézu triglyceridů (TG) a akumulaci lipidových kapének (LD) tím, že inhibuje import mastných kyselin (MK) do mitochondrií (Gotvaldová et al 2024, PMID: 38532464). Jedná se o mechanismus, kterým se buňka bráni potenciálně lipotoxickým účinkům oxidace FA. Předmětem naší studie je prozkoumat mechanismy regulující distribuci MK mezi oxidací a syntézou TG a jejich vliv na poškození mitochondrií. Využijeme buněčný knockout DGAT1, který je částečně deficientní v syntéze TG, a také knockout mitochondriálního enzymu CRAT, který je schopen indukovat pankreatickou tumorigenezi prostřednictvím epigenetických regulací. V tomto projektu chceme identifikovat lipotoxické molekuly zodpovědné za poškození mitochondrií, které ovlivňují jejich funkci a potažmo přežití buněk. Pomocí multi-omických přístupů chceme ukázat metabolické a genetické znaky spojené s lipotoxickým poškozením mitochondrií. Zaměříme se také na posttranslační modifikace v knockoutovaných modelech. Cílem projektu je identifikovat mechanismy komunikace mezi buněčnými kompartmenty, konkrétně mitochondriemi, peroxizomy a LD, se zaměřením na dynamiku MK v těchto organelách. Naše práce by měla propojit mitochondriálních oxidačních procesy s anabolickým metabolismem a odhalit další mechanismy metabolické signalizace v nádorových buňkách.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Petr Ježek, CSc.

Anotace

Přesné metody měření hmotnosti a funkce beta-buněk pankreatu in vivo jsou nezbytné pro lepší pochopení patogeneze diabetu, jenž je podmíněn nedostatkem pankreatických beta-buněk, a pro vývoj nových možností léčby. Proto vyvineme paramagnetické světlo-konvertující nanočástice (UCNPs) povlečené polymery a konjugované s GLP-1 ligandy (GLP-1 peptidy, liraglutid či agonist 3), abychom zacílili a monitorovali hmotu ?-buněk magnetickým rezonančním zobrazováním (MRI) a luminiscencí. Nově vyvinuté UCNPs budou optimalizovány co do velikosti tak, aby pronikaly do krevních kapilár nativních a transplantovaných pankreatických ostrůvků a umožnily jejich dlouhodobé sledování. Ultramalé UCNPs (5 nm) budou sloužit jako kontrastní látka pro elektronovou mikroskopii k vizualizaci a počítání mtDNA nukleoidů v beta-buňkách, jejichž počet bývá u diabetu snížen. Specifičnost, bezpečnost a účinnost všech vyvinutých UCNPs bude ověřena na modelech in vitro a in vivo pomocí multimodálního zobrazování zahrnujícího luminiscenci, MRI a elektronovou mikroskopii. Viz reference doi: 10.1021/acsami.2c04274.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	MUDr. Lucie Bačáková, CSc.

Anotace

Vaskularizace tkáňových náhrad a modelů je zcela klíčovou záležitostí v tkáňovém inženýrství, neboť v případě tkáňových náhrad zajišťuje jejich dlouhodobou životaschopnost po implantaci příjemci, a v případě tkáňových modelů (majících v moderní vědě 21. století nahradit či alespoň významně omezit používání laboratorních zvířat), jejich adekvátní morfologii a funkci. Bohužel ani v moderním tkáňovém inženýrství není vaskularizace tkáňových konstruktů uspokojivě vyřešena. Je známo, že v trojrozměrných (3D) systémech buněčných kultur, zejména v systémech založených na hydrogelech, vytvářejí endotelové a mezenchymální kmenové buňky (MSC) spontánně pomocí „self-assembly“ duté tubulární struktury podobné kapilárám (doi: 10.33549/physiolres.935294; doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.03.011). Proto budeme v této práci optimalizovat hydrogely z přirozených polymerů (např. kolagen, fibrin) a zejména z polymerů syntetických (např. PEO či Pluronic, funkcionalizované adhezními oligopeptidy, např. RGD) pro tvorbu pre-kapilár z MSC tukové tkáně, kostní dřeně či Whartonova rosolu pupečníku a cévních endotelových buněk. Diferenciace kmenových buněk do buněk požadované tkáně (např. směrem k adipocytům, osteoblastům či hladkým svalovým buňkám cévní stěny) však často tvorbu pre-kapilár narušuje (doi: 10.1089/ten.tea.2020.0330). Proto budeme hledat správné načasování této diferenciace (např. již před vytvořením pre-kapilár), vhodné složení kultivačního média (tj. vhodný poměr vaskulogenního a diferenciačního média), jakož i vhodný poměr kmenových a endotelových buněk. V neposlední řadě zajistíme i vhodné mechanické vlastnosti konstruktu, např. vyztužením nanočásticemi, které budou zároveň uvolňovat růstové a diferenciační faktory (doi: doi: 10.3390/ijms24065692).

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Ondřej Kuda, Ph.D.

Anotace

Tento doktorandský projekt zkoumá přesměrování lipidových metabolických drah u karcinomů pomocí integrativního přístupu kombinujícího metabolomiku, fluxomiku, metabolické inženýrství a in silico modelování. Cílem výzkumu je dekonvoluce komplexních lipidových metabolických drah pomocí analýzy metabolických toků a studií se stabilními izotopovými tracery, podpořených postupy pro zpracování dat založenými na Pythonu a výpočetním modelování. Studie zahrnuje experimentální práci, včetně modelů nádorových buněčných kultur a myších modelů in vivo, s cílem ověřit predikované dráhy a kvantifikovat metabolické toky za fyziologických a patologických podmínek. Přístupy strojového učení pomohou při objevování biomarkerů a předvídání metabolických zranitelností, což nabídne vhled do mechanismů řídících progresi karcinomů a potenciálních terapeutických cílů. Tento interdisciplinární projekt propojuje výpočetní biologii, biochemii a experimentální výzkum rakoviny a přispívá k našemu porozumění metabolismu lipidů a vývoji přesných strategií pro metabolické inženýrství a terapii rakoviny. Práce bude probíhat v FGÚ AV ČR. Práce je finančně zajištěna materiálně i úvazkem.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Petr Ježek, CSc.

Anotace

3D nanoskopie dosud nebyla s to postihnout morfologii mitochondriálních krist a nukleoidů (proteinových komplexů s mtDNA). Vyvineme nové metodiky 3D superrezoluční mikroskopie na prototypu 3D mikroskopu firmy Vutara (dnes součást firmy Bruker) pro stochastickou mikroskopii PALM a dSTORM s rozlišením xy 25 nm a z 50 nm. Zavedeme nové typy analýz 3D obrazu reflektující nm změny v morfologii krist a 3D-redistribuci proteinů ovlivňujících mitochondriální kristy za normálních či patologických stavů (diabetes). Pro analýzu 3D obrazů vyvineme nové postupy založené na využití Ripleyho K-funkce a Delaunay algoritmu. Rozvineme také 3D imunocytochemii typu dSTORM s tzv. nanobodies a FRETem excitovaný PALM/dSTORM. Zahájíme novou generaci superrezoluční 3D mikroskopie. Analogicky prostudujeme nukleoidy mitochondriální DNA při zvýšené či snížené biogenezi (fyziologické, patologické), při jejich dělení zejména vlastní metodou mitoFISH nanoskopie pro počítání tzv. D-loops (počátků replikace mtDNA). Uměle nastavíme velikost nukleoidů či jejich obsah mtDNA. Využijeme též STED mikroskopie. Získáme tak nové protokoly pro 3D nanoskopii a zkombinujeme molekulární biologii a fyziologii buňky s nejmodernější 3D superrezoluční mikroskopií. Molekulární biologii zajistí pracovníci odd. 75 FgÚ AV ČR, v.v.i. Viz. Ref. doi: 10.1089/ars.2022.0173.

Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. RNDr. Pavla Bojarová, Ph.D.

Anotace

Chitin je druhým nejrozšířenějším polymerem v přírodě. Částečnou deacetylací chitinu vzniká chitosan, lineární polymer složený převážně z glukosaminových jednotek (GlcN) a minoritně z N-acetylglukosaminových jednotek (GlcNAc) spojených ?(1?4) glykosidovými vazbami. Chitosan je biokompatibilní, a proto jej lze s výhodou použít v různých biologických a biomedicínských aplikacích. Pro mnoho biologických aplikací je výhodné pracovat s kratšími řetězci chitosanu, tzv. chitooligosacharidy (COS). COS jsou již desítky let intenzivně zkoumány v oblasti medicíny, farmacie, textilního průmyslu, potravinářství nebo zemědělství. Navzdory jejich ohromnému potenciálnímu využití se ve většině studií používají špatně charakterizované heterogenní směsi z důvodu nedostupnosti dobře definovaných COS. Práce bude zaměřena na přípravu autentických, čistých a plně strukturně charakterizovaných COS a chitosanů a jejich analýzu. Definované COS budou následně využity jako nosiče pro multivalentní prezentaci bioaktivních sacharidů a budou studovány jejich bioaktivity, zejména v biologických testech s lektiny.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Vladimir Havlicek, Dr.

Anotace

Infekce centrálního nervového systému způsobují akutní změny psychických a fyzických funkcí mozku, které vedou k chronickému poškození kognitivních, paměťových a motorických schopností. Tyto změny souvisejí se změnami v mozkové neuronální signalizaci ve vnímavých oblastech mozku. Cílem postgraduálního studia je využít zobrazování pomocí matricové laserové desorpce/ionizace s hmotnostní spektrometrií a vysoce multiplexním zobrazováním pomocí hmotnostní spektrometrie založené na imunohistochemii k analýze a kvantifikaci molekulárních interakcí mezi hostitelem a patogenem v případech neuroaspergilózy způsobené druhem Aspergillus fumigatus a pneumokokové meningitidy způsobené Streptococcus pneumoniae. Doktorand(ka) určí optimální mechanismus přenosu mikrobiálních sekundárních metabolitů, jako jsou toxiny a molekuly quorum sensing, přes hematoencefalickou bariéru. Ve studii bude analyzovat vliv mikrobiálních metabolitů na neurotransmiterovou signalizaci, konkrétně prostřednictvím dopaminergní a glutamátergní dráhy, v kriticky postižených oblastech mozku. Kandidátními biomarkery bude úspěšně diagnostikovat infekce CNS ve vzorcích lidského mozkomíšního moku na základě molekulárního otisku hostitel-patogen.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. RNDr. Pavla Bojarová, Ph.D.

Anotace

Chitooligomery jsou ?-1-4-vázané oligosacharidy složené z jednotek N-acetylglukosaminu a glukosaminu a jejich biologická aktivita závisí zejména na jejich stupni polymerace, stupni acetylace a acetylačním vzorci. Chitooligomery jsou známé svou schopností vzbudit imunitní odpověď rostlin, dají se tak využít jako přírodní látky chránící plodiny před mikrobiálními škůdci. Tento doktorský projekt bude zaměřen na efektivní enzymovou přípravu chitooligomerů s různými stupni polymerace a acetylace, žádané a dosud nedostupné jsou zejména chitooligomery se stupni polymerace 6-10 a různými stupni acetylace. Pro tento účel budou využity mikrobiální přirozené i mutantní glykosidasy, zejména chitinasy a ?-N-acetylhexosaminidasy, a chitindeacetylasy z bakteriálních a fungálních zdrojů. Tyto enzymy budou v rámci projektu exprimovány v mikrobiálních expresních systémech (E. coli, P. pastoris), charakterizovány a optimalizovány pro syntézu žádaných chitooligomerů. Biologické aktivity připravených chitooligomerů zejména vzhledem k ochraně rostlin před škůdci budou testovány ve spolupráci s českými i zahraničními partnery laboratoře.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Mgr. Leoš Valášek, Ph.D.

Anotace

Eukaryotic cells have evolved several mechanisms to cope with various environmental stressors. These include a complex signaling pathway referred to as the Integrated Stress Response (ISR) leading cells towards adaptation or death. Whereas its external triggers are oxygen, nutrient deprivation or viral infections, the main internal stressor is the accumulation of unfolded proteins in the lumen of the endoplasmic reticulum (ER). Importantly, the ISR can also be induced by activation of oncogenes. The response is “integrated” as all stress signals are transduced by a family of four serine/threonine kinases and converge into a single event which is the phosphorylation of the ? subunit of eukaryotic translation initiation factor 2 (eIF2?). We have carried out a comprehensive screen to identify what mRNAs and lncRNAs are translated under normal conditions versus acute or chronic (pro-apoptotic) ISR. The aim of the proposed project is to select key mRNAs and investigate the molecular mechanism of their specialized translation, as well as the role of their protein products under given stress conditions.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Vladimir Havlicek, Dr.

Anotace

Disertační téma si klade za cíle studovat, vzájemně porovnat a s relativně nízkými náklady vytěžit metabolismus intracelulárních patogenů uvnitř hostitelských buněk. Během spolupráce se Stanford University bude doktorand(ka) řešit pět intracelulárně orientovaných diagnostických problematik současnosti. Díky této spolupráci bude mít možnost pracovat s izogenními kmeny, tedy vždy bude mít hostitelské systémy s velmi podobnou metabolomickou a identickou genetickou výbavou hostitele. Všechny směry intracelulárního výzkumu mají nejvyšší společenskou důležitost a zahrnují endemickou houbu Coccidioides immitis, Pf4 bakteriofág v gramnegativní bakterii Pseudomonas aeruginosa, polymykovirus AfPmV-1 ve vláknité houbě Aspergillus fumigatus, a betaproteobakterii Mycetohabitans endofungorum, která je intracelulárním symbiontem vláknité houby Rhizopus microsporus. Doktorand(ka) může přispět i k řešení nové diagnostiky Mycobacterium tuberculosis v savčích buňkách. K řešení problematiky bude využito portfolio tzv. Infekční metalomiky, tedy souboru závislých technik hmotnostní spektrometrie, separací a výpočetní techniky.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Vladimír Křen, DrSc.

Anotace

Alzheimerova choroba (AD) představuje závažnou zdravotní a socioekonomickou výzvu. Tento projekt si klade za cíl vyvinout inovativní terapeutické přístupy zaměřené na více cílů prostřednictvím vývoje duálních/hybridních látek. Tyto látky budou kombinovat optimalizované inhibitory O-N-acetyl-?-D-glucosaminidasy (OGA) a inhibitory acetylcholinesterasy (AChE) za použití kovalentní konjugace prostřednictvím optimalizovaného linkeru. Zaměření na oba klíčové biologické receptory, které se podílejí na progresi AD, nabízí potenciál pro efektivnější terapii. Studie zahrne hodnocení karbacyklických glykomimetik vytvořených v rámci česko-rakousko-chorvatské spolupráce, včetně testování jejich průchodnosti hematoencefalickou bariérou (HEB) pomocí statických a dynamických modelů, zvýšení O-GlcNAcylace a snížení hyperfosforylace Tau-proteinu. Součástí výzkumu budou i pokročilé modely lidské AD, jako mozkové organoidy, a in vivo testování účinnosti v tauopatických myších modelech ve spolupráci s Ústavem experimentální medicíny AVČR. Projekt propojuje špičkový výzkum s praktickým uplatněním a nabízí jedinečnou příležitost k zapojení do multidisciplinárního týmu.

Ústav biochemie a mikrobiologie

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Bc. Ondřej Uhlík, Ph.D.

Anotace

Geotermálně vyhřívané podzemní vody přitahují pozornost mikrobiologů již několik desetiletí díky svým jedinečným chemickým charakteristikám a tepelným profilům. Analýzy těchto jedinečných ekosystémů identifikovaly mnoho nových kladů ve stromu života, a to jak bakteriálního, tak archeálního původu. Přestože západní Čechy hostí mnoho léčivých termálních pramenů, které jsou považovány za národní bohatství, jejich mikrobiální život zůstává prakticky neprobádaný. Naše předběžné analýzy odhalily obrovskou mikrobiální diverzitu těchto unikátních ekosystémů, která daleko předčila očekávání jak z hlediska fylogenetické, tak funkční/metabolické novosti. Cílem této doktorské práce bude prozkoumat nové prokaryotické linie z různých vzorků termálních vod a analyzovat jejich metabolický potenciál, fylogenezi a ekologii. Práce bude realizována v rámci grantového projektu GAČR 25-15226S s názvem Skryté klenoty mikrobiální diverzity: Geotermálně ohřívané podzemní vody jako zdroj fylogeneticky nových a metabolicky vzácných prokaryot.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. Ludmila Karamonová, Ph.D.

Anotace

Zneužívání drog a nelegálních látek v běžném životě i při sportu je v současné době velkým celospolečenským problémem. Existuje celá řada instrumentálních metod, vyvinutých pro detekci těchto látek, které však vyžadují náročné přístrojové vybavení a zkušené analytiky. Cílem této dizertační práce bude vyvinout technologicky a finančně nenáročné metody, které by navíc měly být i uživatelsky co nejpřívětivější. Práce se bude soustředit na využití imunochemických principů, na kterých jsou založeny enzymová imunoanalýza na pevné fázi (ELISA) a imunochromatografické testy, přičemž obě tyto metody umožňují efektivní detekci nízkých koncentrací cílových analytů i v komplexních matricích. Práce se dále bude věnovat optimalizaci těchto metod pro konkrétní typy nelegálních látek a hledání nových přístupů pro zvýšení jejich spolehlivosti a citlivosti.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Hana Stiborová, Ph.D.

Anotace

Životní prostředí je neustále vystavováno škodlivým účinkům cizorodých látek s toxickými vlastnostmi. Tyto látky jsou vyráběny a využívány v různých průmyslových odvětvích, včetně farmaceutického průmyslu, přičemž spotřeba léčiv v humánní medicíně neustále roste. I když se často jedná o velmi nízké koncentrace (tzv. mikropolutanty), opakovaná expozice může mít na životní prostředí negativní dopady. V rámci řešení této práce bude vyhodnocen vliv různých směsí mikropolutantů, například farmak, antimikrobiálních látek, nebo změkčovačů plastů na systém půda-rostlina. Bude sledován vliv mikropolutantů na mikrobiální společenstva v půdě, rhizosféře, a na endofytní mikroorganismy. Současně bude vyhodnocena akumulace a transport mikropolutantů rostlinami. Pozornost bude věnována také interakci mikropolutantů s arbuskulární mykorhizou, která může ovlivnit přenos těchto látek do nadzemních částí rostlin.

Garantující pracoviště:	Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i. Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Lenka Burketová, CSc.

Anotace

Řepka olejná (Brassica napus) je celosvětově druhou nejvýznamnější olejninou. Její produkci omezují patogeny a škůdci. Mezi nejzávažnější z nich patří askomyceta Leptosphaeria maculans, původce fómového černání stonků řepky. Projekt se zaměřuje na nehostitelskou rezistenci k tomuto patogenu, která je založena na základních mechanismech rostlinné imunity a není snadno překonávána selekcí virulentních ras patogenu v populaci. S využitím přirozené variability modelové rostliny Arabidopsis thaliana a přístupů molekulární biologie, mikrobiologie, bioinformatiky, pokročilé mikroskopie a fyziologie rostlin, se práce zaměří na odhalení podstaty nehostitelské rezistence u B. napus a dalších rostlin z čeledi Brassicaceae.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Jan Lipov, Ph.D.

Anotace

Racionální boj s retroviry vyžaduje detailní porozumění základním mechanismům, které ovlivňují klíčové kroky jejich životního cyklu. Tento výzkum se zaměří na analýzu strukturních prvků kapsidového proteinu, které jsou nezbytné pro tvorbu a stabilitu retrovirové částice a pro interakci s dalšími virovými proteiny. Nejprve budou rekombinantně připraveny různé formy strukturních proteinů v dostatečném množství a čistotě, které budou následně využity k výrobě virům podobných částic. Dále bude zkoumán vliv mutací vybraných aminokyselin a působení malých nabitých molekul na tvorbu a stabilitu těchto částic. Výsledky tohoto výzkumu mohou významně přispět k vývoji nových antivirových strategií a léčiv.

Garantující pracoviště:	Ústav hematologie a krevní transfuze Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Mgr. Bc. Roman Kotlín, Ph.D., MHA

Anotace

Krevní destičky jsou jednou ze nejdůležitějších součástí hemostázy. Trombocytopatie neboli poruchy funkce krevních destiček, jsou skupinou obtížně diagnostikovatelných vzácných vrozených onemocnění kvůli složité a často nedostupné diagnostice. Výzkum trombocytopatií je v současnosti zaměřen na hledání mutací způsobujících krvácivé projevy u pacientů, kteří nemohou být zařazeni do žádné z historicky definovaných kategorií vrozených destičkových poruch. Nicméně pro správnou diagnostiku a léčbu je kromě genetického podkladu potřeba charakterizovat funkční poruchy způsobující krvácivý fenotyp. V tomto projektu bychom se zabývali rozšířením testovacího schématu, které by pokrylo tyto nenaplněné diagnostické požadavky. Krevní destičky, a zvláště receptory na krevních destičkách se účastní žilní trombózy, arteriálních trombóz a protrombotických zánětlivých dějů. Další částí projektu bude charakterizace receptorů a případně jiných molekul (např. high mobility group box 1-HMGB1) a jejich podíl na aktivaci krevních destiček u těchto závažných civilizačních chorob.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Bc. Ondřej Uhlík, Ph.D.

Anotace

Lignin je po celulose druhým nejrozšířenějším biopolymerem na Zemi a obsahuje přibližně 30 % uhlíku biosféry. Tento komplexní rostlinný biopolymer, tvořený fenylpropanoidními jednotkami, má značný význam jak z ekologického, tak průmyslového hlediska. Přestože syntéza ligninu v rostlinách je dobře prozkoumána, jeho degradace půdními mikroorganismy stále není zcela objasněna. Za hlavní rozkladače ligninu jsou považovány houby, konkrétně bazidiomycety (tzv. houby bílé hniloby) a askomycety, které využívají enzymy jako lakasy a hemové peroxidasy k jeho depolymerizaci. Nové studie však naznačují, že i některé bakterie, zejména streptomycety a proteobakterie, produkují enzymy schopné lignin rozkládat, ačkoli naše znalosti o bakteriální degradaci ligninu zůstávají fragmentární a nekompletní. Degradace ligninu v půdě je zároveň i bohatým zdroj fenolických látek. Mnohé z těchto látek se strukturně podobají antropogenním polutantům, což umožňuje bakteriím využívat stejné enzymy pro jejich degradaci. Tento proces, známý jako kometabolismus, stále není plně pochopen. Informace o degradaci strukturních motivů ligninu a jejich roli v kometabolismu polutantů tak zůstávají neúplné. Záměrem tohoto projektu je blíže objasnit roli bakteriálních populací v degradaci ligninu a jeho strukturních motivů (fenolických látek) a lépe pochopit souvislost této degradace s degradací organických polutantů. Toho bude dosaženo využitím (meta)genomických, transkriptomických a metabolomických technik. Práce bude realizována v rámci projektu MŠMT CŘ OP JAK Talking Microbes - understanding microbial interactions within One Health framework (CZ.02.01.01/00/22_008/0004597).

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Hana Stiborová, Ph.D.

Anotace

Porozumění interakcí nanodiamantových (ND) materiálů s mikroorganismy je klíčové pro základní i aplikovaný výzkum zahrnující například vývoj funkčních biosenzorů, vývoj materiálů na bázi nanodiamantových tenkých vrstev s antimikrobiálními účinky nebo k rychlé detekci mikroorganismů. Nanodiamanty mohou mít široce laditelný povrchový náboj, mohou být stabilizovány vazbou do nanokompozitu nebo dekorovány kovovými nanočásticemi. Těmito mechanismy je možné ovlivnit nejen jejich elektro-optické vlastnosti, ale také interakce s mikroorganismy. V rámci mechanismu působení ND na mikroorganismy bude hodnocena afinita k povrchu buňky, průnik buněčnou stěnou, vliv velikosti ND a jejich zeta potenciálu, tvaru, sp2/sp3 struktury a chemického složení povrchu. Dizertační práce bude rovněž zaměřena na jejich následnou aplikaci, například jako součást senzorů.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Kateřina Demnerová, CSc.

Anotace

Nanovlákenné materiály mají široké uplatnění v medicíně, potravinářství i biotechnologiích, kde je zásadní jejich mikrobiologická bezpečnost. Současný výzkum ukazuje, že interakce nanovláken s mikrobiálními buňkami lze ovlivnit úpravou morfologie a topografie nanovláken. Tato práce bude zaměřena na studium vlivu klíčových faktorů, především průměru vláken, povrchové hustoty a ostrých mikro/nano-struktur na povrchu nanovláken, na interakce s mikroby relevantními pro zmíněné oblasti. Cílem bude jednak snížení adheze patogenů na medicínsky a potravinářsky aplikovatelné materiály, jednak co nejvyšší tvorba biofilmu probiotických mikroorganismů v případě využití nanomateriálů jako jejich nosičů pro velkokapacitní výrobu. Při studiu budou využívány kultivační i moderní mikrobiologické, mikroskopické a molekulárně-biologické metody.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Barbora Holubová, Ph.D.

Anotace

Kratom a nové fytokanabinoidy jako HHC se staly výrazným fenoménem posledních let, přičemž produkty obsahující tyto látky jsou volně dostupné a mají širokou uživatelskou základnu. Tento projekt se zaměřuje na vytvoření certifikovaných terénních testů pro předběžný průkaz akutní intoxikace ze slin. Terénní testy budou založeny na principu kompetitivní imunochromatografické metody s využitím komerčních a nově připravených monoklonálních nebo polyklonálních protilátek. Cílem je především poskytnout dopravní policii nástroj pro kontrolu řidičů ovlivněných těmito látkami.

Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Michal Hocek, DSc.

Anotace

Budou navrhovány a syntetizovány nukleotidy nesoucí specifické ligandy nebo reaktivní skupiny, z nichž bude enzymovými metodami syntetizována modifikovaná DNA, na kterou potom budou připojeny cílové proteiny. Mezi aplikace budou patřit soustavy několika enzymů.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Michal Hocek, DSc.

Anotace

Budou syntetizovány modifikované 2'-deoxyribonukleosid-trifosfáty a použity při enzymové syntéze oligodeoxyribonukleotidů a DNA nesoucích několik modifikací ve specifických pozicích pomocí nového přístupu zahrnujícího opakované nasedání RNA templátů, prodlužování primerů a digesci RNA. Aplikace budou zahrnovat prostorově definované připojení několika různých biomolekul, zejména proteinů, na DNA.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. Iva Pichová, CSc.

Anotace

Terpenické sekundární metabolity slouží organismům ke komunikaci a obraně, a jejich biologické aktivity se využívají v průmyslových odvětvích, jako jsou farmaceutický, kosmetický nebo potravinářský a aromatický průmysl. Tento doktorský projekt se zabývá otázkou evolučního původu biosyntézy terpenoidů u hmyzu. Terpenové syntázy (TPS) jsou klíčové enzymy zodpovědné za přeměnu prenylpyrofosfátů na terpeny a hmyzí TPS nejsou příbuzné svým rostlinným nebo mikrobiálním protějškům. Vyvinuly se několikrát nezávisle na sobě v různých liniích hmyzu. Naše znalosti o jejich reakčních mechanismech a vztazích mezi strukturou a aktivitou zůstávají omezené. V rámci tohoto doktorského projektu bude doktorand funkčně charakterizovat soubor hmyzích terpenových syntáz z nepříbuzných hmyzích skupin a definovat jejich společné a idiosynkratické strukturní rysy získané během jejich několikanásobného nezávislého vzniku. Tento doktorský projekt je financován evropskou doktorskou sítí MSCA „ModBioTerp“ a grantová podpora širšího výzkumného projektu je financována Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy (2024-2027).

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Mgr. Tomáš Kouba, Ph.D.

Anotace

Účinná léčba proti virům chřipky často selhává kvůli virové rezistenci. Zkoumání a vývoj nových léčiv je náročné, protože existuje pouze omezený počet antivirových terapeutických cílů pro racionální návrh léků. Tento projekt bude řešit obojí; prozkoumá a ověří nový terapeutický cíl a vyvine proti němu inhibitory. Nedávné výsledky ve strukturní biologii chřipkové RNA-dependentní RNA polymerázy (FluPol) pomocí kryogenní elektronové mikroskopie (cryo-EM) identifikovaly nový obecný mechanismus v procesu transkripce a replikace virové genomové RNA. Mechanismus je zcela závislý na vazbě virových endogenních molekul RNA na specifická vazebná místa na FluPol. S pomocí již existujících cryo-EM struktur komplexů virových RNA s FluPol navrhneme inhibitory založené na RNA sekvenci, atomové struktuře a interakcích s bílkovinou FluPol. Navíc navrhneme rozsáhlou chemickou modifikaci těchto RNA molekul. Poté otestujeme, zda takto modifikovaně RNA mohou inhibovat FluPol in vitro a v experimentech na buňkách. Zacílení na tato FluPol vazebná místa RNA a použití modifikovaných molekul na bázi RNA je inovativní koncept a očekává se, že bude robustní proti vývoji virové rezistence.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Studijní program/specializace:	Biochemie a bioorganická chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	David Marcelo Sabatini, M.D., Ph.D.

Anotace

Moje laboratoř se zajímá o regulaci metabolismu a růstu. Zájem pramení z naší práce na signální dráze související s protein kinázou mTOR, která je označována za hlavní regulátor růstu a anabolické odpovědi na přítomnost živin. Lysozomy a další organely, jako např. mitochondrie, jsme začali studovat, když se ukázalo že hrají z hlediska dostupnosti základních živin v aktivaci mTORC1 klíčovou roli. Vyvinuli jsme metody pro izolaci a profilování membránových organel (např. Lyso-IP), použili jsme je k identifikaci genů s dříve neznámou funkcí, prokázali jejich zapojení do patofyziologie různých onemocnění. Protože mTORC1 detekuje dostupnost základních živin, začali jsme se zajímat o metabolické dráhy, pomocí kterých buňky inkorporují biomasu a generují energii. (1) Detekce živin pomocí mTORC1 in vitro a in vivo. Naším cílem je identifikovat senzor, který pro dráhu mTORC1 detekuje glukózu; objevit nové senzory živin u dalších zvířat kromě savců; a pochopit, jak senzory živin fungují in vivo. (2) Lysozomy v normální fyziologii a onemocnění. Snažíme se porozumět tomu, jak neurodegenerativní onemocnění ovlivňují funkci lysozomů a identifikovat specifický obsah lysozomů ve specializovaných buňkách. (3) Ve spolupráci s chemiky vyvíjíme molekuly s terapeutickým potenciálem, které se zaměřují na jednotlivé části dráhy mTOR a na lysozomální proteiny.