Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.

Garantující pracoviště:	Ústav biotechnologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
Studijní program/specializace:	Biotechnologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Jan Masák, CSc.

Anotace

Bakterie 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.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Jana Kamanová, Ph.D.

Anotace

Klasické bordetely infikují dýchací trakt savců. B. bronchiseptica je původcem chronických respiračních infekcí u řady savců, zatímco B. pertussis a B. parapertussis HU způsobují akutní respirační onemocnění známé jako černý kašel nebo pertuse. Tyto bakterie vytvářejí biofilmy jak na abiotických površích, tak i v dýchacím traktu, což slouží jako mechanismus úniku před imunitním systémem, a představuje cíl nových antimikrobiálních látek. Cílem dizertační práce je odhalit signální dráhy, které stojí za kolonizací respiračního epitelu, bakteriemi rodu Bordetella a tvorbou biofilmu. Doktorand použije model ALI (air-liquid interface) lidského nosního epitelu a mikroinženýrský biomimetický systém, tzvn. organ-on-a-chip, v kombinaci s metabolomikou, metodou dual RNA-Seq a genovým inženýrstvím.

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

Galektiny jsou živočišné lektiny s afinitou k beta-D-galaktosidům, které se in vivo účastní např. kancerogeneze, kardiopatologií, jsou zapojeny do modulace imunitní odpovědi i průběhu alergické reakce organismu. Koncentraci konkrétních extracelulárních galektinů in vivo lze využít jako diagnostický marker u řady patologií, např. kolorektálního karcinomu. Cílená inhibice extracelulárních galektinů je perspektivním terapeutickým přístupem k léčbě patologií spojených s jejich nadprodukcí. Řada recentních strukturně-funkčních studií se věnuje definování strukturních požadavků na vysoce afinitní a selektivní sacharidové ligandy jednotlivých galektinů. Aviditu specifických sacharidových inhibitorů k vybraným galektinům lze zvýšit i multivalentní prezentací. Cílem práce je příprava nových sacharidových ligandů (glykomimetik) s vysokou afinitou a případně též selektivitou vůči vybraným galektinům. Kromě obvykle studovaných galektinů Gal-1 a Gal-3 bude věnována pozornost zejména skupině tzv. tandemových galektinů (Gal-4, Gal-8, Gal-9). Inhibiční a vazebný účinek těchto glykomimetik vůči vybraným galektinům bude testován in vitro metodami ELISA a dalšími biofyzikálními metodami. Strukturně-afinitní závislosti budou diskutovány v souvislosti s molekulárním modelováním. Připravené ligandy s vysokou afinitou mohou být použity v návazných experimentech s buněčnými kulturami, které jsou zavedené na školitelském pracovišti.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Dr. Ing. RNDr. Petr Baldrian, Ph.D.

Anotace

Severské bažiny jsou významnými zdroji skleníkových plynů se značným vlivem na klima - methanu, oxidu dusnatého i oxidu uhličitého. K omezení emisí se často volí kombinace odvodnění bažin a jejich zalesnění. Přestože tímto způsobem lze produkci skleníkových plynů omezit, jejich emise stále pokračují a jejich množství závisí na hospodaření v lesích. Tok skleníkových plynů je nicméně také regulován dalšími faktory, například sezónní aktivitou vegetace a mikroorganismů. Protože mikroorganismy jsou zodpovědné za produkci skleníkových plynů v půdách bažinných lesů, leží klíč k odhalení příčin jejich produkce v porozumění jejich aktivitám a faktorům, které je regulují. V této práci využijeme terénní experimenty na studijních plochách v jižním Finsku, kde probíhá monitoring produkce skleníkových plynů a informace o složení a funkci mikrobiomu v různých vrstvách rašeliny lze vztáhnout k pozorované produkci plynů z půdy. Práce nabídne jak terénní, tak laboratorní práci a analýzu bioinformatických dat. Úspěšné vyřešení práce by mělo napomoci zvolit vhodný management bažinných lesů tak, aby byla produkce skleníkových plynů omezena a aby se zvýšilo ukládání uhlíku z atmosféry do lesní půdy.

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 chitooligosacharidů a jejich analýzu. Jako zdroj chitinu/chitosanu budou použity exoskelety korýšů, hmyzu (kobylky, včely, tarantule) a houby. Definované COS budou následně využity jako nosiče pro multivalentní prezentaci bioaktivních sacharidů, zejména rutinosy a glykomimetik nesoucích galaktosyl, pro biologické testy s lektiny.

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

Oligosacharidy lidského mléka (HMO) tvoří třetí nejvýznamnější složku mateřského mléka po laktóze a tuku. HMO procházejí trávicím traktem bez větších změn a střevní stěnou se částečně vstřebávají do krevního oběhu. Slouží jako prebiotika pro střevní mikrobiom kojenců, což má význam pro náchylnost k alergiím. HMO brání adhezi patogenů na střevní epitel a přímo regulují imunitní systém např. změnou produkce cytokinů. Bylo zjištěno, že HMO zabraňují nebo zmírňují příznaky alergií. Bakteriální buněčné továrny se používají pro výtěžnou enzymovou syntézu HMO bez nutnosti purifikace rekombinantních enzymů. Pro produkci oligosacharidů mateřského mléka jsou vhodné geneticky modifikované kmeny Escherichia coli. Dosavadní aplikace se většinou omezují na základní výběr HMO, zatímco širší spektrum těchto struktur není k dispozici. Předmětem této práce je vývoj syntézy vybraných složitějších HMO, zejména fukosylovaných a/nebo sialylovaných, na platformě E. coli. Tyto sloučeniny budou dále testovány v biologických experimentech týkajících se jejich vlivu na procesy související s vznikem a vývojem alergií, jako např. průchod střevní membránou, exprese relevantních biomarkerů v epiteliálních buňkách ad.

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

Představte si, že gen je věta začínající velkým písmenem a končící tečkou a genom je kniha vyprávějící celý příběh. U některých prvoků pronikly do vět navíc tečky, které nahrazují konkrétní písmena libovolných slov (konkrétně E a V). Výsl.dkem je, ž. čtenáři (ribozomy) jsou zmat.ni, kde s. tyto věty skutečně nacház.jí, a příběh se stává nesou.islým. V tomto čísle časopisu Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-022-05584-2) jsme popisali mol.kulární mechanismus, kt.rý si tyto organismy mus.ly .yvinout, aby se čtenář mohl ori.ntovat ve .ětách, jako by v nich n.byly žádné t.čky. .ěty jsou tak specificky zakódované, že čt.náři žádných jiných organismů, kromě těchto pár, n.mohou příběh v žádném případě rozluštit. Trik spočívá v délc. transf.r RNA molekuly a . unikátní modifikaci j.dnoho prot.inu, který normálně zajišťuj. rozpoznání teček v buňkách – pr.cizní konec syntézy prot.inů. Díky Vzájemné intErakci těchto dvou modifikovaných molEkul ribozom tohoto prvoka Ví, kdy má správně ukončit syntézu, nEhledě na množstVí tEček, a kdy má tEčky nahradit dvěma půVodními písmeny, což Vrací genEtické informaci smysl. ProzkoumEjme společně (https://www.biomed.cas.cz/mbu/lrge/index.html#), jak sE to děje na molEkulární úroVni a zda by to mohlo být Využito ve prospěch lidskÉho zdraVí! *Toto téma a školitel podléhají schválení Vědeckou radou fakulty.

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

Projekt pro disertační práci se zaměřuje na vývoj tříkrokové enzymové syntézy bioaktivních chitooligomerů (COS) využitelných v ekologické ochraně plodin. Chitooligomery jsou ?-1-4-vázané oligosacharidy složené z jednotek N-acetylglukosaminu a glukosaminu, jejichž 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. V rámci projektu budou připraveny mutantní varianty nové fungální chitinasy se zvýšenou hydrolytickou aktivitou pro zvýšení účinnosti štěpení chitinu, kterým budou připraveny frakce COS s nižšími stupni polymerace. V dalším kroku budou využity mutantní varianty chitinas a ?-N-acetylhexosaminidas s transglykosidasovou aktivitou vhodné pro přípravu chitooligomerů se stupněm polymerace 5-10 v preparativním měřítku. Tyto chitooligomery budou následně částečně deacetylovány pomocí nových chitindeacetylas, čímž získáme frakce COS s různými stupni polymerace a acetylace, které dosud nejsou dostupné. Biologická aktivita připravených chitooligomerů s definovaným stupněm polymerace a acetylace budou testována ve spolupráci s Ústavem experimentální botaniky AV ČR.

Garantující pracoviště:	Ústav biochemie a mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
Studijní program/specializace:	Mikrobiologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Dr. Ing. RNDr. Petr Baldrian, Ph.D.

Anotace

Těžba dřeva v lesích je ekonomicky významná, ale zároveň představuje často dramatický zásah do fungování lesních ekosystémů, které plní významné ekologické role. Zatímco obvyklým přístupem těžby v lesích mírného a severského pásma je holoseč (těžba všech dospělých stromů), stále více se využívá i retenčního hospodaření, při němž je část stromů po těžbě ponechávána nesklizená. Záměrem retenčního hospodaření je zachování struktury a funkce tak, aby regenerace lesního porostu po těžbě byla co nejrychlejší a nejúspěšnější. Těžba stromů zásadně ovlivňuje ekosystémové procesy v lese - snižuje se vstup uhlíku do půdy prostřednictvím primární produkce a mění se dostupnost živin v půdách i mikroklimatické podmínky. Těžené plochy tak poskytují příležitost pozorovat vliv snížení primární produkce na půdní procesy. Těžba má zásadní vliv zejména na hlavní skupinu symbiotických hub - ektomykorrhizní houby, které žijí v symbióze s kořeny stromů, méně je známo o vlivu těžby na další skupiny hub a bakterií. Cílem této práce je popsat krátkodobé vlivy těžby dřeva na aktivitu a složení mikrobiálních společenstev v půdách lesů, kde dominují ektomykorrhizní či arbuskulárně mykorrhizní houby. Změny ve fungování ekosystému, jako je rozklad organické hmoty nebo procesy cyklu dusíku budou popsány pomocí analýzy genomového potenciálu a transkripce půdních mikroorganismů. Práce by tak měla objasnit, jak se mění mikrobiální procesy v půdě po disturbanci porostu a poskytnout podklady pro volbu takového hospodaření v lesích, které bude co nejšetrnější a přispěje k zachování funkcí lesa a ukládání uhlíku do lesních půd.

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. Ing. Kateřina Valentová, Ph.D.

Anotace

Flavonoidy, přírodní sloučeniny nacházející se v různých rostlinách a potravinách, stále budí velký zájem díky svým známým pozitivním biologickým účinkům. Tyto účinky jsou však omezeny jejich nízkou biologickou dostupností po perorálním podání. V rámci práce budou syntetizovány nové deriváty flavonoidů a vyhodnocen vliv různých modifikací na biodostupnost a biologickou aktivitu flavonoidů. Zaměříme se na schopnost připravených derivátů modulovat lékovou rezistenci bakterií, na chelatační aktivitu flavonoidů a jejich inhibiční aktivitu vůči agregaci krevních destiček.

Ústav biotechnologie

Garantující pracoviště:	Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. Ústav biotechnologie
Studijní program/specializace:	Biotechnologie léčiv ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Jan Masák, CSc.

Anotace

Bakterie 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.

Garantující pracoviště:	Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. Ústav biotechnologie
Studijní program/specializace:	Biotechnologie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Irena Jarošová, Ph.D.

Anotace

Předpokládá 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.