|
Biochemie a bioorganická chemie
Doktorský program,
Fakulta potravinářské a biochemické technologie
Cílem tohoto programu je připravit vysoce kvalifikované odborníky schopné samostatné vědecké práce, kteří se budou podílet na zavádění nových vizí a moderních postupů do praxe nebo budou pokračovat ve své vědecké činnosti na vysokých školách a vědeckých ústavech a budou tak přispívat k objasňování principů fungování živých organismů. Program Biochemie a bioorganická chemie vznikl sloučením dvou oborů chemie. Bude tak vychovávat odborníky orientované více na biochemii nebo na bioorganickou chemii. Společným jmenovatelem těchto oborů je poznávání chemické podstaty důležitých pochodů v živých organismech, studium vztahu mezi strukturou a biologickou aktivitou biopolymerů, ale i přírodních organických látek nebo jejich syntetických analog. UplatněníAbsolvent tohoto programu je schopen v praxi uplatnit znalosti z různých oborů jako je biochemie, buněčná biologie a molekulární genetika, mikrobiologie, organická chemie a chemie přírodních látek (ve vazbě na téma disertační práce). Na základě získaných znalostí dokáže samostatně plánovat výzkumný projekt, kriticky hodnotit rizika navržených postupů a uplatňovat inovativní postupy ve výzkumu. Další získanou kompetencí absolventa je zkušenost s pedagogickou a manažerskou činností v rámci zapojení do výuky bakalářských a magisterských programů především v roli asistentů při laboratorních cvičeních a při konzultacích bakalářských a diplomových prací. Teoretické, experimentální, pedagogické a manažerské zkušenosti absolventy předurčují k tvůrčí vědecko-výzkumné činnosti, která je stále více žádána na nejrůznějších pracovištích ústavů akademie věd ČR, vysokých škol, zdravotnických zařízení, farmaceutických firem a státních i soukromých výzkumných laboratoří v ČR i v zahraničí, které se zabývají problematikou z oblasti biochemie a bioorganické chemie. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2025/26Biomimetické přístupy k totalní syntéze axinellaminů
AnotaceAxinellaminy patří k nejsložitějším alkaloidům se zajímavými biologickými vlastnostmi. V rámci tohoto projektu budou zkoumány biomimetické přístupy, které umožní krátké totální syntézy přírodních produktů a jejich analogů. Ve spolupráci bude zkoumán jejich biologický profil. Definované chitosanové konjugáty pro biomedicínské aplikace
AnotaceChitin 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. Deriváty flavonoidů jako standardy pro metabolické studie
AnotaceFlavonoidy jsou složky rostlinné potravy, o kterých je známo, že jsou intenzivně metabolizovány ve střevech a interagují s a ovlivňují složení střevního mikrobiomu. Flavonoidy také podléhají rychlé biotransformaci ve fázi II, přičemž se tvoří především odpovídající sulfáty a glukuronidy. Biotransformace polyfenolů střevní mikrobiotou vede také ke štěpení C-kruhu a tvorbě jednoduchých fenolových látek. Cílem tohoto doktorského projektu je optimalizace chemoenzymatických metod pro syntézu knihovny přírodních flavonoidů (myricetin, luteolin, kempferol, naringenin, kyselina hydroxyfenyloctová a kyselina hydroxyfenylpropionová) a jejich metabolitů (sulfáty, glukuronidy a depsidy). K tomuto účelu se používají přirozené a mutantní enzymy z bakteriálních a plísňových zdrojů (arylsulfotransferasy, glukosidasy, glukuronidasy, kvercetinasy). Tyto enzymy budou exprimovány v mikrobiálních expresních systémech (E. coli, P. pastoris), charakterizovány a optimalizovány pro syntézu požadovaných metabolitů. Sloučeniny se pak využijí jako standardy pro metabolické studie prováděné ve spolupráci s našimi partnerskými laboratořemi. Deriváty přírodních mitotických jedů pro medicinální aplikace
AnotacePřírodní produkty Taxol a vinblastin jsou etablovanými léčivy v léčbě různých maligních patologií. Kolchicin je alkaloid používaný při léčbě těžkých zánětů. Ačkoli má kolchicin velice potentní protinádorové vlastnosti, žádný jeho derivát se dosud na trh nedostal. Významný je rovněž potenciál kolchicinu pro cílení γ-tubulinu. K tomuto efektu skupina disponuje originálními a nepublikovanými poznatky. Hlavním problémem Taxolu je zvyšující se rezistence nádorů proti této léčbě. Cílem práce bude (1) syntetizovat nové deriváty kolchcinu navrhnuté jako inhibitory γ-tubulinu, (2) navrhnout a syntetizovat nové potentní deriváty Taxolu s redukovanou indukcí P-gp a (3) navrhnout a syntetizovat nové prekurzory Taxolu a vinblastinu určené pro vazbu na polymer cílící nádorovou tkáň. Design a syntéza nových inhibitorů methyltransferáz
AnotaceDoktorand(ka) se bude zabývat návrhem a syntézou nových inhibtorů methyltransferáz – virových, fungálních nebo lidských. Student(ka) bude ve své práci využívat in silico přístup molekulárního modelování, které by mělo zefektivnit vývoj aktivních látek. Hlavní část pracovní náplně bude ovšem organická syntéza. Příprava analogů vhodných ligandů s fluorescentní značkou umožní efektivní vývoj screeningové metody. Display proteinů na DNA
AnotaceBudou 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. Enzymová syntéza biologicky aktivních chitooligomerů
AnotaceChitooligomery 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. Enzymová syntéza oligonukleotidů a DNA nesoucích několik modifikací ve specifických pozicích
AnotaceBudou 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. Evoluční původ biosyntézy terpenoidů u hmyzu
AnotaceTerpenické 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). Glycinové alkoxyaminy pro nové metodiky biokonjugace
AnotacePrávě jsme dokončili přístupy ke glycinovým alkoxyaminům, které jsou velkým příslibem v biokonjugaci. V rámci tohoto projektu bude prozkoumán potenciál těchto nepřírodních derivátů aminokyselin pro přístup k novým peptidovým strukturám. Imunochemická detekce drog a nelegálních látek užívaných při dopingu
AnotaceZneužívání 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. Inhibitory methyltransferáz – návrh a příprava potenciálních nových léčiv
AnotaceDoktorand(ka) se zaměří na návrh a organickou syntézu nových inhibitorů methyltransferáz, a to virových, fungálních nebo lidských. Při vývoji těchto sloučenin bude student(ka) využívat in silico molekulární modelování, jehož cílem je zefektivnit a zrychlit hledání a optimalizaci inhibitorů. Hlavním těžištěm práce však zůstane organická syntéza potenciálních léčivých látek. Součástí projektu bude příprava analogů ligandů opatřených vhodnou značkou, ať už fluorescentní nebo funkční (biotin pro pulldown, talidomid pro PROTAC technologii). Intergrovaná stresová odpověď a její úloha v přežití či bunečné smrti.
AnotaceEukaryotic 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. Kapalinová chromatografie s hmotnostní spektrometrií pro komplexní charakterizaci metabolomu a lipidomu biologických vzorků
AnotaceBěhem 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. Kryogenní-EM strukturní biologie nemocí: Racionální design inhibitorů RNA polymerázy viru chřipky na bázi virových RNA
AnotaceÚčinná 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. Metabolické inženýrství pro bioprodukci terpenoidů
AnotaceNaše laboratoř kombinuje nejnovější experimentální (např. hmotnostní spektrometrie, metabolomika, RNA-seq) a výpočetní (např. bioinformatika, molekulární sítě, strojové učení) přístupy a vyvíjí nové postupy pro objevování a využití bioaktivních molekul odvozených z rostlin. Cílem tohoto projektu bude inženýring nových mikrobiálních platforem pro bioprodukci terpenoidních prekurzorů a terpenoidů z nich odvozených. Netřesová termogeneze v léčbě obezity
AnotaceNaše 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. Objevování unikátních chemických struktur rostlinných metabolitů
AnotaceNaše laboratoř kombinuje nejnovější experimentální (např. hmotnostní spektrometrie, metabolomika, RNA-seq) a výpočetní (např. bioinformatika, molekulární sítě, strojové učení) přístupy a vyvíjí nové postupy pro objevování a využití bioaktivních molekul odvozených z rostlin. Cílem tohoto projektu bude screening velkého množství rostlinných druhů pomocí kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie, a objevování a izolace nových unikátních chemických látek, včetně základní charakterizace jejich bioactivit. Odhalení molekulární podstaty nehostitelské rezistence k <i>Leptoshaeria maculans</i> u rostlin z čeledi Brassicaceae
AnotaceŘepka 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. Pokročilá glykomimetika ve výzkumu neurodegenerativních onemocnění
AnotaceAlzheimerova 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. Protonační a koordinační stavy v interakci proteinů a nukleových kyselin
AnotaceProjekt 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. Přínos metod detekujících specifické protilátky proti krevním destičkám a granulocytům v transfuzní medicíně a klinické praxi
AnotaceProtilátky proti krevním destičkám a granulocytům způsobují různé klinické stavy u pacientů: autoimunní, aloimunnií cytopenie (trombocytopenie, granulocytopenie), ale mohou být také příčinnou komplikací transfuzní terapie i transplantací. Specifické antidestičkové a antigranulocytové protilátky jsou poddetekovány. Použitím metod zaměřených na detekci specifických antidestičkových a antigranulocytových protilátek se incidence destičkových a granulocytových protilátek zvýší. Zlepší se také laboratorní diagnostika klinických stavů způsobených protilátkami proti krevním destičkám a/nebo granulocytům a ev. bezpečnost transfuze.Disertační práce bude zaměřena na metody detekce specifických protilátek proti krevním destičkám a/nebo granulocytům a jejich přínos pro diagnostiku stavů způsobených těmito protilátkami. Místo výkonu závěrečné práce: Ústav hematologie a krevní transfuze Redoxní mechanismy sekrece inzulinu
AnotaceNejdůležitější 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. Regulace růstu a metabolismu cestou mTOR
AnotaceMoje 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. Studium mitochondriální lipotoxické disfunkce u karcinomu pankreatu
AnotaceInhibice 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. Světlo konvertující paramagnetické nanočástice pro detekci beta buněk pankreatu a magnetickou rezonancí in vivo
AnotacePřesné 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. Syntéza a charakterizace glykomimetik pro cílené terapeutické aplikace
AnotaceSacharidy jsou klíčové biomolekuly, které hrají zásadní roli v různých biologických procesech, jako je buněčná signalizace, adheze, rozpoznávání a mezibuněčná komunikace. V kontextu biomedicíny představují sacharidy a jejich deriváty důležité cíle pro vývoj nových terapeutických látek. Glykomimetika jsou syntetická analoga sacharidů, která napodobují jejich biologické funkce, avšak na rozdíl od přírodních sacharidů jsou stabilní vůči chemické a enzymatické hydrolýze, což zvyšuje jejich terapeutický potenciál a použitelnost. Cílem tohoto doktorského projektu je navrhnout, syntetizovat a charakterizovat nové struktury glykomimetik s potenciálním využitím v cílené terapii a diagnostice. Důraz bude kladen na vývoj sloučenin s vysokou specifitou a afinitou k receptorům zapojeným do patologických procesů, jako jsou záněty, infekce a nádorové bujení. Finální glykomimetika budou podrobena biologickému testování za účelem stanovení jejich terapeutického a diagnostického potenciálu. Téma je určeno primárně pro absolventy chemických a farmaceutických oborů. Student během projektu získá hluboké znalosti v oblasti organické syntézy, technik separace a purifikace a osvojí si moderní metody strukturní analýzy (NMR, MS, HPLC). Součástí práce bude i základní biologické hodnocení syntetizovaných látek. Syntéza nových psychoplastogenních sloučenin jako potenciálních neurochemických nástrojů pro zkoumání lidského vnímání
AnotaceZáměrem tohoto výzkumného projektu je syntetizovat látky s potenciálními psychoplastogenními vlastnostmi a využít je jako nástroj pro neuroimaging pro objasnění jejich základních neurobiologických mechanismů. Cílem projektu je pomocí zkoumání vztahů mezi strukturou a aktivitou již známých a popsaných psychoaktivních látek ze skupiny tryptaminů, fenethylaminů a dalších přírodních alkaloidů navrhnout syntetické cesty pro jejich nová analoga a identifikovat vhodné látky pro farmakologická a neurobiologická zkoumání. V rámci mezinárodní spolupráce bude jejich biologická aktivita testována na ovlivnění monoaminových receptorů a transportérů, na cytotoxicitu a na růst neuronálních buněk (prostřednictvím sledování faktoru BDNF). Vybrané látky budou předmětem preklinických studii v animálním modelu, především s využitím behaviorálních testů a zobrazovacích metod jako je EEG, fMRI a v případě izotopicky značených látek také pomocí PET. Totální syntézy komplexních indoloterpenových akaloidů a jejich analogů
AnotaceV rámci projektu budou vyvinuty syntézy komplexních indoloterpenových akaloidů a jejich analogů, vykazující různorodé biologické aktivity. Úloha krevních destiček ve vrozených a získaných poruchách hemostázy
AnotaceKrevní 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. Místo výkonu závěrečné práce: Ústav hematologie a krevní transfuze Vytvoření vhodného mikroprostředí pro vaskularizaci tkáňově inženýrských konstruktů
AnotaceVaskularizace 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). Využití kapalinové chromatografie ve spojení s hmotnostní detekcí pro farmakokinetické studie psychoaktivních látek
AnotaceNové psychoaktivní látky tvoří strukturně rozmanitou skupinu s širokým spektrem účinku na centrální a vegetativní nervovou soustavu. Řada látek má potenciál při léčbě duševních poruch, neurodegenerativních onemocnění nebo terapii bolesti. Práce bude zaměřena na vypracování metodiky stanovení hladin významných biologicky aktivních látek ve složité biologické matrici. Výsledky budou důležitou součástí probíhajícího neuropsychofarmakologického výzkumu psychoaktivních látek a preklinických studií na pracovišti BAFA. Důraz bude kladen především na optimalizaci zpracování biologických vzorků a vývoj vhodné LC metody ve spojení s hmotnostní spektrometrií. Vývoj a validace metodiky stanovení mastných kyselin na platformě GC-MS a její praktické aplikace
AnotaceGlukokortikoidy zvyšují glukoneogenezi, snižují využití glukózy a podporují lipolýzu, což přispívá k inzulinové rezistenci. Také progesteron zvyšuje inzulinovou rezistenci a lipolýzu, což zvyšuje hladiny volných mastných kyselin, zatímco jeho metabolit allopregnanolon ovlivňuje lipidový metabolismus nepřímo přes stresové hormony. Nadledvinové androgeny mohou zlepšovat inzulinovou senzitivitu díky protizánětlivým účinkům, ale zvýšené hladiny, mohou inzulínovou rezistenci zhoršovat. Také estrogeny zlepšují inzulinovou senzitivitu a lipidový metabolismus, zatímco jejich pokles zvyšuje riziko diabetu. Cílem disertační práce je vyvinout a validovat metodiku pro simultánní stanovení spektra mastných kyselin pomocí platformy GC-MS. Tato metodika bude následně aplikována ke zkoumání souvislostí mezi změnami steroidomu, profilem mastných kyselin a poruchami inzulinové tolerance u pacientek s anamnézou gestačního diabetu. Výsledky výzkumu přispějí k hlubšímu porozumění patofyziologii inzulinové rezistence a poskytnou základ pro diagnostické využití vyvinuté metodiky. Místo výkonu závěrečné práce: Endokrinologický ústav Vývoj imunochemických metod pro detekci HHC a kratomu
AnotaceKratom 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. Výzkum metabolismu lipidů u karcinomů: integrativní přístupy v metabolomice, fluxomice a metabolickém inženýrství.
AnotaceTento 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. 3D superrezoluční mikroskopie ultramorfologie mitochondrií
Anotace3D 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. |
Aktualizováno: 6.1.2022 11:28, Autor: Jan Kříž