|
Biotechnologie
Doktorský program,
Fakulta potravinářské a biochemické technologie
Cílem doktorského studijního programu Biotechnologie je připravit absolventy s hlubokými teoretickými a praktickými znalostmi umožňujícími samostatnou tvůrčí práci v biotechnologických a dalších příbuzných oborech. Studium je zaměřeno na vědecký-výzkum a jeho aplikace ve vývoji nových produktů a v technologiích využívajících biologický činitel jako základ procesu. Zvláštní pozornost je věnována specifickým vlastnostem mikrobiální, rostlinné, a živočišné buňky a získání schopností aplikovat tyto poznatky při vývoji nových produktů. Nedílnou součástí je vývoj nových technických (inženýrských) řešení biotechnologických procesů. Studium je proto zaměřeno na komplexní prohloubení teoretických znalostí v chemických, biologických, inženýrských a ekonomických vědních disciplínách, a dále na získání praktických zkušeností a dovedností v oblasti řízení a metodologie biotechnologického výzkumu. UplatněníAbsolventi se uplatňují ve vědeckém výzkumu zaměřenému zejména na vývoj a optimalizaci procesů pro produkci farmaceutických produktů, čistých chemikálií, biopaliv, stejně jako tradičních produktů kvasného průmyslu. Další uplatnění je přímo biotechnologickém průmyslu a navazujících oblastech potravinářského, farmaceutického a chemického průmyslu, včetně oblasti zpracování biologických odpadů a ochrany životního prostředí. Mohou zastávat řídící pozice ve vývoji, výrobě, kontrole a projekci v komerčních institucích, respektive orgánech státní správy. Vzhledem k širokému pojetí odbornosti jsou připraveni nejen na profesionální působení ve své specializaci, ale také na snadnou adaptaci k případnému působení v dalších technologických a přírodovědných oborech. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2024/25Aktivace biosyntetických drah aktinomycet k objevu nových bioaktivních látek
AnotaceBakterie aktinomycety, známé svou produkcí bioaktivních metabolitů, jako jsou antibiotika, protinádorové látky a imunosupresiva, byly vzhledem k častému znovuobjevování již známých sloučenin považovány za vyčerpaný zdroj. Že tomu tak není jsme zjistili díky pokročilým technikám sekvenování, které na úrovni genomu odhalily stále široký potenciál aktinomycet pro objev nových látek. Problémem je, že biosyntetické dráhy vedoucí k těmto novým látkám nejsou za běžných laboratorních podmínek aktivní. V tomto projektu se zaměříme na naši unikátní sbírku aktinomycet z různých míst světa. Prostřednictvím sekvenování genomů těchto kmenů jsme identifikovali genové klastry kódující biosyntézu metabolitů s neobvyklými strukturními motivy. Naším cílem bude využít moderní metody k ovlivnění regulace drah a tím k jejich aktivaci, a produkované sloučeniny strukturně a funkčně charakterizovat. Případně se zaměříme také na způsob, jakým jsou látky tvořeny, a to studiem klíčových enzymů zapojených do jejich biosyntézy. K dosažení těchto cílů využijeme multidisciplinární přístup, který zahrnuje kultivaci mikroorganismů, extrakci a editaci DNA, heterologní expresi, bioinformatiku, LC-MS s nejmodernějším přístrojovým vybavením, a testování bioaktivity proti panelu klinicky relevantních patogenů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i.
Biologická aktivita nanočástic připravených „zelenými technologiemi“
AnotaceProkázané antimikrobiální účinky nanočástic kovů způsobené jejich unikátními vlastnostmi zajistily rychlý nárůst komerčních aplikací. Přirozené formy nanočástic vznikají mnoha různými biotickými i abiotickými mechanismy. V současné době jsou mimo jiné předmětem zájmu biotechnologické postupy využívající mikrobiální buňky/lyzáty nebo rostlinné tkáně a extrakty, a to zejména vzhledem ke skutečnosti, že tento přístup umožňuje modifikace velikostí a tvaru produkovaných nanočástic a poskytuje možnosti jejich cílené povrchové úpravy (funkcionalizace). Nedílnou součástí práce bude charakteristika chemických a biochemických vlastností s důrazem na biologickou aktivitu připravených nanočástic.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Biostimulanty a biopesticidy na bázi mikroorganismů a/nebo jejich produktů pro udržitelné zemědělství
AnotacePro maximalizaci výnosu plodin je často používána celá řada drahých agrochemikálií syntetického původu, které představují zátěž pro životní prostředí. Jako alternativu lze využít biostimulanty a/nebo biopesticidy, které představují velmi rozmanitou skupinu látek odvozených z různých přírodních zdrojů. Ovlivňují vitalitu a obranyschopnost rostlin vůči abiotickým (UV, sucho, nedostatek živin, salinita, osmotický a oxidační stres) a biotickým stresorům (fytopatogenní mikroorganismy a škodlivý hmyz). Výzkum je založen na testování mikroorganismů a/nebo jejich produktů (VOCs, enzymy a proteiny) s potenciálem využití jako základu biopesticidu/biostimulantu. Pro sledování účinků připravených biopesticidů/biostimulantů na rostliny budou používány především moderní, nedestruktivní, metody, které umožňují dlouhodobé sledování zdravotního stravu rostlin (spektrální analýza) a hmoty rostlinné biomasy a rostlinnou fyziologii (fotogrammetrie a laserové 3D skenování). Pro detailnější analýzu účinku mohou být použity (destruktivní) analytické metody jako GC-MS a HPLC-MS/MS (stanovení fytoalexinů a fytohormonů, VOCs). Vybrané mikroorganismy budou podrobně charakterizovány pomocí analýzy genomu, biostatistiky a finálního potvrzení produkce predikovaných biologicky aktivních molekul (GC-MS, HPLC-MS/MS, analýza enzymové aktivity, gelová elektroforéza & MALDI-TOF MS). Komplexní přístup bude završen formulací biopřípravku.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Biotechnologická upcyklace vedlejších produktů ze zemědělsko-potravinářského sektoru
AnotaceUpcyklace je proces přeměny vedlejších surovin na materiály s vyšší přidanou hodnotou. Zemědělsko-potravinářský sektor generuje celou řadu vedlejších produktů, které představují cenný materiál pro následné biotechnologické využití, zejména díky vysokému obsahu organicky vázaného uhlíku a dusíku, které mohou sloužit jako zdroj živin a energie pro růst mikroorganismů a syntézu cenných látek. Využitelné složky jsou ale často součástí rigidních polymerů a je nutné je nejprve zpřístupnit. K tomu slouží řada fyzikálních, chemických i biologických metod, přičemž výběr vhodné metodiky zásadně ovlivňuje účinnost konverze původního materiálu, výtěžnost utilizovatelných složek a tvorbu nežádoucích inhibitorů. Pro následný biotechnologický proces musí být optimalizováno zastoupení různě zpracovaných odpadů s ohledem na požadavky producenta, ale také metodika vedení a řízení bioprocesu. Nedílnou součástí je také výběr vhodných produkčních kmenů a jejich adaptace, pochopení mechanismů negativního působení inhibitorů a mapování důsledků pro produkční a výtěžnostní parametry procesů. Předmětem této práce bude vývoj postupů zpracování vedlejších proudů ze zemědělství a potravinářství pro biotechnologické procesy s důrazem na maximální konverzi využitelných složek při minimální tvorbě inhibitorů a minimalizaci energetických a materiálových vstupů. Současně bude řešena vhodnost zpracovaných surovin pro vybrané skupiny mikroorganismů s ohledem na jejich nutriční požadavky, a bude studován mechanismus inhibičního účinku. Pro vhodné kombinace zpracovaných odpadů a produkční organismy budou optimalizovány biotechnologické postupy pro produkci specializovaných bakteriálních preparátů a primárních metabolitů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Degradace bakteriálních signálních molekul prostřednictvím Ntn-serinových hydroláz navržených racionálním inženýrstvím jako nový antibakteriální přístup
AnotacePředpokládá se, že rostoucí antibiotická rezistence vyústí globálně v roce 2050 k 10 milionům úmrtí ročně. Cílený návrh quorum-quenching (QQ) enzymů, negativně ovlivňujících komunikační proces u gram-negativních bakterií vedoucí k tvorbě biofilmu, tzv. quorum sensing (QS) proces, představuje chytrou strategii, jak s touto hrozbou bojovat. Proteinovým selektivním inženýrstvím navržené, a na míru šité, mutantní varianty biotechnologicky dobře zavedené penicilin-G-acylázy z E. coli (ecPGA) budou v tomto projektu použity pro vývoj metodiky jejich účinné imobilizace na biodegradovatelný nanonosič v kombinaci s biologicky produkovanými nanočásticemi zlata (BAuNP). Účinnost takto navržené strategie bude testována na vývoji a maturaci biofilmu u významných gram-negativních patogenů Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae and Burkholderia cenocepaceae. Morfologie biofilmu bude analyzována pomocí elektronové mikroskopie, zatímco profil signálních molekul syntetizovaných v bakteriální populaci bude důkladně prozkoumán pomocí kapalinové chromatografie s tandemovou hmotnostní spektrometrií. Projekt prozkoumá a zvýší potenciál těchto QQ enzymů působit jako alternativa a doplněk ke konvenčním antibiotickým terapiím a činidlům pro lékařské a průmyslové využití v boji proti tvorbě biofilmu.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Hodnocení účinku sekundárních metabolitů houby Monascus na gram pozitivní sporotvorné bakterie
AnotacePodstatou práce bude shromáždění různých typů sekundárních metabolitů, zejména pigmentů, tvořených různými hub rodu Monascus, v podobě jak komplexních extraktů tak čistých látek a testování jejich vlivu na Gram-positivní sporulující bakterie, zejména rody Clostridium a Bacillus. Bakterie těchto druhů jsou častými kontaminanty potravin a jejich úplné vymýcení je obtížné z důvodu tvorby vysoce odolných spor. U pigmentů hub Monascus byl prokázán jak barvící tak antimikrobiální efekt, avšak testování antimikrobního účinku bylo omezeno na vegetativní buňky. V této práci se bude testovat také inhibice sporulace a potlačení klíčení spor. Při práci se budou využívat pokročilé metody jako je průtoková cytometrie společně s fluorescenčním značením buněk, RT-qPCR a transkriptomická analýza.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Chemicko-inženýrské aspekty fotoautotrofních kultivací
AnotaceKultivace fotoautotrofních mikroorganismů zahrnují některé specifické procesy, které jsou z hlediska důležitosti pro rychlost růstu mikroorganismu a energetickou náročnost kultivace stále podceňovány. Jedná se především o mezifázový transport hmoty, tj. účinné odstraňování kyslíku z kultivačního média a dodávku oxidu uhličitého. Dalším parametrem je dodávka světla do fotobioreaktoru – spektrum a intenzita záření i geometrie reaktoru mají zásadní vliv na energetické náklady kultivace i rychlost růstu fotosyntetizujících mikroorganismů a složení jejich biomasy. Cílem práce je popsat tyto procesy z hlediska fyzikálně-chemického i fyziologického, identifikovat stávající technologická řešení a jejich limitace a na základě hlubšího porozumění a modelování navrhnout zlepšení stávajících řešení a experimentálně je ověřit.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.
Interakce biologicky aktivních látek a zástupců mikroorganismů gastrointestinálního traktu
AnotacePráce bude zaměřena na identifikaci a charakterizaci biologicky aktivních přírodních látek získaných např. ze zpracování vinařských odpadů (matoliny, třapiny, letorosty Vitis vinifera) a zjištění jejich vlivu na růst zástupců mikroorganismů trávicího traktu. Budou sledováni zástupci jak probiotických mikroorganismů (Lactobacillus, Bifidobacterium) tak zástupci oportunních patogenů a to jak ve formě suspenzního růstu tak jejich schopnost adheze a tvorby biofilmů. Interakce biologicky aktivních látek a mikroorganismů budou sledovány jak na úrovni potenciálu podpory či inhibice růstu tak na úrovni interakcí v biofilmu včetně produkce faktorů virulence u oportunních patogenů včetně sledování potenciálu synergického působení s antibiotiky.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Možnosti eliminace vláknitých hub netermálním plazmatem
AnotacePlísňová kontaminace představuje problém v průmyslových odvětvích, zejména v potravinářském, zdravotnickém a klinickém sektoru, a to kvůli pozoruhodné odolnosti plísní vůči konvenčním metodám kontroly. Mezi zvláště problematické kontaminanty patří zástupci rodů Alternaria, Aspergillus a Fusarium. Novou a účinnou možností v kontrole a odstraňování plísňových kontaminací je využití netermálního plasmatu. Existují různé typy generátorů netermálního plasmatu, např. korónový výboj nebo přechodová jiskra, které se liší např. množstvím energie dodané do výboje. Netermální plasma inhibuje mikroorganismy tvorbou reaktivních forem kyslíku a dusíku. Mikroskopické houby jsou obtížně odstranitelné díky různým formám životního cyklu a spory jsou z těchto forem nejodolnější. Cílem práce je porovnání různých forem netermálního plazmatu v účinnosti eliminace vláknitých mikroorganismů, jejich vliv na metabolickou aktivitu vláknitých hub a morfologické změny ve struktuře spor a biofilmu. Dále vliv délky expozice a množství živin na regenerační schopnost spor a biofilmů a tvorbu mykotoxinů. Budou využity zobrazovací metody SEM, TEM a holotomografický mikroskop, dále možnost využití cytometru pro sledování změn a účinnosti netermálního plazmatu na spory. Bude testováno využití netermálního plazmatu pro různé typy povrchů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Nanokompozity s vysokou aktivitou vůči pathogenním mikroorganismům
AnotaceNanočástice a další nanostruktury často disponují vysokou biologickou aktivitou. Biologická aktivita je v tomto případě výsledkem souboru charakteristických vlastností těchto struktur, jako je jejich tvar a velikost a dále chemické složení. Původně převažující studium biologických aktivit nanočástic kovů a jejich oxidů se přesouvá ke kompozitním nanočásticím tvořeným například různými polymery a kovy. Prostorové uspořádání těchto kompozitů bývá často klíčové. Tématem disertační práce je nalezení vhodných postupů, s důrazem na "zelenou synthesu", pro přípravu nanokompozizů na bázi přírodních polymerů, jako například chitosanu a ligninu v kombinaci s různými kovy. Cílem bude získání nanostruktur s vysokou antimikrobní aktivitou využitelnou zejména v medicíně a příbuzných oborech.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Použití enzymů pro syntézu a recyklaci udržitelných polyuretanů
AnotaceVýzkum je realizován ve spolupráci s Ústavem makromolekulární chemie AV ČR, v.v.i, Praha a Gdaňsk University of Technology, Polsko a podpořen LA GAČR projektem. Práce je zaměřena na využití enzymů pro syntézu a recyklaci polyuretanových materiálů, tedy využití konceptů jako „Green chemistry“, „Cradle-to-grave“ a „Cradle-to-cradle”. Enzymové syntézy a recyklace jsou hodnoceny a porovnávány s chemickými a fyzikálními přístupy našich výzkumných partnerů. Polyuretanové materiály jsou navrhovány tak aby se docílilo specifické struktury a hustoty polymeru, vhodných vlastností povrchu (hydrofobita, náboj) a hydrolytické degradovatelnosti s maximem využití přírodních a/nebo obnovitelných monomerů. Výzkum zahrnuje práci s mikroorganismy a enzymy, jejich charakterizaci a použití v různých částech životního cyklu polyuretanových materiálů. Spolu s biologickými metodami je pro hodnocení polyuretanů používána široká škála analytických metod: FTIR a Ramanova spektroskopie, SEM (narušení struktury materiálu), MALDI-TOF, NMR, HPLC-UV/RI, HPLC-MS/MS a GC-MS (fragmentace), OxiTop (asimilace) a zeta potenciál, kontaktní úhel a obrazová analýza (vlastnosti povrchu a interakce s mikroorganismy a enzymy). V případě zájmu je možné i zapojení do výzkumu chemické syntézy a degradace polymerů na Ústavu makromolekulární chemie, tedy multioborový přístup k řešení dizertační práce.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Produkce fykocyaninu při autotrofním, heterotrofním a mixotrofním způsobu kultivace mikroskopických řas a sinic
AnotaceFykocyanin (PC) je modrý pigment, který je součástí doplňkového světlosběrného komplexu sinic a některých řas. Je to ve vodě rozpustná multimerní sloučenina s fluorescenčními tetrapyrrolovými chromofory. Nedávno byla publikována data o různých terapeutických vlastnostech PC, jako jsou antioxidační, antidiabetické, proti stárnutí, hepatoprotektivní, antimikrobiální, protirakovinné, imunoregulační a protizánětlivé. Přestože se PC již používá v potravinářském průmyslu a kosmetice, jeho potenciál není dosud plně využit, zejména kvůli rychlé degradaci při kyselém pH a relativně vysoké ceně. Cílem této práce bude kultivovat sinice Limnospira sp., Aphanizomenon flos-aquae a červenou řasu Galdieria sulphuraria (i), určit produktivitu biomasy a PC za různých podmínek v autotrofním, heterotrofním a mixotrofním režimu (ii), optimalizovat podmínky produkce v laboratorním měřítku (např. teplota, pH, zdroj dusíku, uhlík a energie) (iii), stanovit chemickou a tepelnou stabilitu PC (iv) a posoudit způsoby extrakce PC z biomasy včetně odhadu výrobních nákladů.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.
Symbiotické působení bakteriofágů a rostlinných extraktů pro zdravý mikrobiom
AnotaceStřevní mikrobiom hraje zásadní roli pro lidské zdraví a jeho dysbióza je příčinou mnoha chorob. V důsledku narušení přirozené střevní mikroflóry vzniká prostor pro kolonizaci (potencionálně) patogenními kmeny např.: Streptococcus, E. coli, Staphylococcus, Klebsiella pneumoniae, Salmonella, Bacteroides atd., které byly v roce 2017 označeny Světovou zdravotnickou organizací jako prioritní patogeny představující největší hrozbu pro lidské zdraví. K léčbě střevní dysbiózy jsou často využívána širokospektrá antibiotika, s čímž je spojena řada negativních aspektů. Mezi vhodné alternativy patří např. využití bakteriofágů nebo rostlinných extraktů s antimikrobiálními účinky. Jako optimální cesta se jeví kombinace specificky působících fágů s rostlinnými extrakty, u nichž byl popsán antibakteriální účinek proti kvasinkám a některým druhům bakterií. V rámci projektu bude testována účinnost fágů na nežádoucí bakterie (např. rody Klebsiella, Pseudomonas, Staphylococcus, E. coli) a účinnost antimikrobiálních extraktů získaných z rostlinných odpadů, které budou cíleně působit na bakterie a kvasinky způsobující dysbiózy střev. Výsledkem bude kombinovaný preparát, který bude podporovat růst přirozené střevní mikroflóry (rostlinný extrakt) a zároveň inhibovat růst nežádoucích kvasinek a bakterií.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Využití nových extrémofilních bakteriálních izolátů z radonových pramenů v biotechnologiích
AnotaceEkosystém přírodních pramenů je nevyčerpatelný biosystém s vysokým počtem extremofilních bakterií. Tyto mikroorganismy jsou schopny existovat a růst i v extrémních podmínkách, jako je nízká dostupnost organických substrátů nebo přítomnost toxických látek, jako jsou těžké kovy nebo radionuklidy. Mikroorganismy nalezené v těchto lokalitách jsou účinně adaptovány na to, aby se vypořádaly s mnoha extrémními environmentálními zátěžemi a překonaly nehostinné životní prostředí. Tyto adaptace zahrnují výrazné změny v metabolických procesch, biologických funkcích, ale i změny v genomu a transkriptomu. Mezi extremofilními mikroorganismy byla dosud největší pozornost věnována termofilům. Podrobně jsou studovány jejich mechanismy adaptace, zejména jejich enzymy, které se používají v průmyslových a biotechnologických aplikacích. Extremofilové z prostředí radonových pramenů nepochybně produkují enzymy s unikátními vlastnostmi, které mohou být vhodné pro biotechnologické procesy probíhající v širokém rozsahu podmínek a teplot i další průmyslově využitelné sloučeniny. V disertační práci budou hledány kultivační podmínky pro maximalizaci tvorby vybraných mastných kyselin využitelných v biotechnologiích, budou hledány enzymatické dráhy pro tvorbu biotechnologicky využitelných enzymů. Vybrané mastné kyseliny budou izolovány, purifikovány a testovány pro využití v kosmetice a potravinářství.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Využití obilných extrudovaných výrobků jako náhrady sladu
AnotaceV České republice je v současné době velký tlak na ekonomiku výroby. Jedním z největších nákladů je cena sladu. Protože je maximální snaha zachovat kvalitu finálního výrobku při snížení výrobních nákladů, je nutné v pivovarech vybrat takové technologie, které by toto splňovaly. V této práci budou odzkoušeny různé způsoby extruze z různých obilovin a vzniklý produkt bude použit pro srovnávací várky s celosladovými a bude provedeno hodnocení, jestli je možné tuto technologii využít a v jakém rozsahu.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
Vývoj biopesticidů na bázi mikrobiálních i rostlinných biologických aktivních látek
AnotaceTato práce se bude zabývat vývojem biopesticidů, které využívají biologické aktivní látky jak z mikrobiálního, tak z rostlinného původu. Cílem je zhodnotit potenciál těchto látek pro ochranu rostlin, zvláště zemědělských plodin a kontrolu výskytu nežádoucích organismů. Práce se zaměří na identifikaci vhodných mikroorganismů a rostlinných extraktů, zkoumání jejich bioaktivit a následným studiem aplikačních formulací s maximální účinností. Pozornost bude věnována zvláště vývoji biopesticidů s minimálními vedlejšími účinky na ekosystémy a životní prostředí.
kontaktujte vedoucího práce
Místo výkonu práce:
Ústav biotechnologie, FPBT, VŠCHT Praha
|
Aktualizováno: 25.8.2022 15:42, Autor: Jan Kříž