2016

Rámcová témata disertačních prací na FPBT podle oborů s počátkem řešení v akademickém roce 2015/2016

Doktorský studijní program: P2836 Biochemie a biotechnologie Obor: 2810V001 Biotechnologie Ústav biotechnologie Využití netradičních mikroorganismů při výrobě piva Školitel: doc. Ing. Tomáš Brányik, Ph.D. Školitel specialista: Ing. Marcel Karabín, Ph.D. Zvyšující se tržní konkurence vede pivovary k rozšiřování nabízeného sortimentu. Jednou z možností vývoje nových produktů je využití netradičních mikroorganismů v celém procesu fermentace. Jednou skupinou takových mikroorganismů jsou probiotika, prospěšná pro lidské zdraví, typicky v oblasti zvyšování imunity a udržování rovnováhy střevní mikroflóry. Cílem projektu bude získat soubor mikroorganismů s probiotickými vlastnostmi se schopností zkvašovat pivovarskou mladinu a/nebo snášet prostředí tradičního i nealkoholického piva bez snížení životaschopnosti. Dále bude studována fermentační kapacita vybraných mikroorganismů, tvorba senzoricky aktivních látek a vliv přítomnosti netradičních mikroorganismů na koloidní a chuťovou stabilitu produktů. Biosorpční potenciál fototrofních mikroorganismů Školitel: doc. Ing. Tomáš Brányik, Ph.D. Povrch mikrořas představuje řadu vazebných míst, které umožňují biosorpci biologicky aktivních látek. Nicméně, málo je známo o biosorpčním potenciálu fototrofních mikroorganismů vůči organickým molekulám. Doktorský projekt si klade za cíl objasnit základní vztahy mezi složením adsorbentu (řasy a jejich frakce) a chemickou strukturou adsorbátu. Rozsah počáteční fáze experimentální práce je definován používanými fototrofními taxony (Chlorella, Porphyridium, Arthrospira) a řadou cílových sloučenin (polyfenoly) s různou strukturou. Údaje o biosorpci jednotlivých polyfenolů a jejich směsí budou podporovány matematickým popisem reakční rovnováhy a kinetiky. Na základě těchto údajů budou provedeny experimenty na testování možností biosorpce ekologicky / nutričně / terapeuticky významných sloučenin na řasovou biomasu, nebo její frakce. Vliv nanočástic kovů a jejich oxidů na populace mikroorganismů. Školitel: prof. Ing. Alena Čejková, CSc. Studium interakcí nanočástic s biologickými systémy představuje perspektivní strategii, umožňující získání nových poznatků, které se mohou uplatnit v různých vědních oborech. Vzhledem ke své malé velikosti a velké reakční ploše nanočástice kovů a jejich oxidů disponují značnou chemickou a biologickou aktivitou. Práce bude zaměřena na sledování vlivu vybraných nanočástic na prokaryotní a eukaryotní buňky za různých podmínek vnějšího prostředí.

Optimalizace provozních podmínek bioreaktoru pro zpracování horkých odpadních plynů Školitel: doc. Ing. Martin Halecký, Ph.D. Biofiltry pracující za vyšších provozních teplot (nad 60 °C) představují vhodné řešení pro čištění odpadního vzduchu z provozů, jako jsou pražírny, výrobny suchých krmiv nebo výrobny plastů. Termofilní biofiltrace má oproti běžně používané řadu specifik a v současné době existuje pouze limitované množství odborných studií na toto téma. Předmětem řešení disertační práce bude optimalizace provozních parametrů termofilního bioreaktoru v poloprovozních podmínkách včetně hodnocení vlivu fluktuace vstupních parametrů na kvalitativní i kvantitativní změny mikrobiální populace a na provozní parametry reaktoru. Výsledky práce budou využity pro finální optimalizaci zařízení určeného pro průmyslové použití. Charakterizace a použití termofilních mikroorganismů při čištění horkých odpadních plynů Školitel: doc. Ing. Martin Halecký, Ph.D. Vyžití termofilních mikroorganismů v technologiích pro ochranu životního prostředí je velmi sporadické, přestože je to pro zpracování horkých odpadních médií vhodná volba. Cílem práce je izolace a následný výběr vhodných mikroorganismů schopných degradovat těkavé organické látky z odpadního vzduchu při vysokých teplotách (nad 60 °C) v bioreaktoru. Hodnocení vybraných mikroorganismů bude zahrnovat morfologický a základní biochemický popis, nároky na prostředí a dále popis biochemické přeměny vybrané skupiny polutantů, meziproduktů a produktů a mechanismus těchto reakcí. Poznatky budou směřovat k aplikaci termofilních mikroorganismů v poloprovozním termofilním bioreaktoru. Interakce mikroorganismů ve vícedruhových biofilmech Školitel: prof. Ing. Jan Masák, CSc. Mikroorganismy obvykle preferují život v biofilmu, ve kterém se vyskytují buňky zcela odlišného fenotypu ve srovnání s buňkami v planktonní populaci. Změna fenotypu je řízena rozsáhlou škálou regulačních mechanismů využívajících signálních molekul produkovaných samotnými mikroorganismy. Specifita, či universalita signálních molekul produkovaných jednotlivými taxony je do značné míry zodpovědná za konkrétní podobu a vlastnosti vícedruhového biofilmu. Předmětem tématu doktorské práce je hlubší poznání uvedených vztahů a jejich využití jako nástroje regulace kolonizace biotických či abiotických povrchů patogenními mikroorganismy. Modulace systému quorum sensing ve vztahu k tvorbě biofilmu Školitel: prof. Ing. Jan Masák, CSc. Systém quorum sensing (QS) je pokládán za jeden z klíčových regulačních mechanismů účastnících se tvorby mikrobních biofilmů. Aktuální koncentrace signálních molekul, zapojených do tohoto systému, je přímo závislá na podmínkách okolního prostředí, ve kterém populace roste. Interference signálních molekul se strukturně podobnými látkami představuje další faktor, který může modulovat QS. Předmětem tématu disertace je nalezení nástrojů, které účinně ovlivní aktivitu QS způsobem, který povede k potlačení tvorby biofilmu, či jeho eradikaci a to zejména u mikroorganismů způsobujících infekční onemocnění.

Mikrobiální produkce kyseliny jantarové Školitel: doc. Dr. Ing. Petra Patáková Kyselina jantarová, která je v současnosti žádána jako surovina pro výrobu plastů, rozpouštědel, povrchově aktivních látek nebo léčiv, může být získávána kromě chemické výroby také bakteriální fermentací při simultánní spotřebě oxidu uhličitého. Práce bude zaměřena na optimalizaci produkčních podmínek (složení fermentačního média, teplota, pH, přítomnost CO2, uspořádání procesu) pro vybrané kmeny, např. Actinobacillus succinogenes, s využitím statistických metod (např. RSM-response surface methodology). Dále budou testovány různé způsoby izolace kyseliny jantarové z fermentačního média. Komplexní zpracování zemědělských odpadů pro produkci organických kyselin Školitel: doc. Dr. Ing. Petra Patáková Práce bude zaměřena na zpracování různých typů zemědělských odpadů jak z rostlinné tak ze živočišné výroby na mikrobiálně využitelný substrát. Cílem formulace tohoto substrátu bude využít kombinaci různých typů odpadu jako zdrojů nejen uhlíku ale i dusíku, fosforu a dalších látek s minimálním přídavkem čistých chemikálií. Z tohoto substrátu budou produkovány organické kyseliny, zejména kyselina mléčná a jantarová s využitím vhodných mikrobiálních producentů (mléčné bakterie, bachorové bakterie). Důraz bude kladen na vývoj udržitelného a konkurenceschopného procesu, využívajícího obtížně využitelné odpady s minimálním dopadem na životní prostředí.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1406V002 Biochemie Ústav biochemie a mikrobiologie Farmakogenetika antikoagulačního léčiva dabigatran etexilátu Školitel: Prof. Ing. Ladislav Fukal, CSc. Školitel specialista: MUDr. Václav Maťoška Tromboembolická nemoc patří k nejčastějším onemocněním v populaci a je rovněž vysokoprevalentní příčinou úmrtí. Její léčba je proto v popředí zájmu medicíny. Protože aplikace dosud široce používaného léku warfarin má určitá rizika, bylo v poslední době vyvinuto několik antikoagulačních přípravků nové generace, jako je právě dabigatran etexilát. Rozsáhlá studie aplikace dabigatran etexilátu pacientům prokázala významnost jejich genetického profilu na hladinu léčiva a riziko krvácení. Cílem práce je sledování hladin dabigatranu u pacientů v závislosti na jejich genetickém profilu a dalších možných antropometrických datech za účelem optimalizace dávkovacího schemata.

Studium planktonu na molekulární úrovni Školitel: Doc. Dr. Ing. Radovan Hynek Školitel specialista: Ing. Jiří Šantrůček, Ph.D. Plankton představuje různorodou skupinu organismů, která je klíčovým zdrojem potravy pro velké vodní organismy; například ryby. Tak zaujímá plankton významnou pozici v potravním řetězci. Některé složky planktonu (například klanonožci) jsou navíc citlivými indikátory změn životního prostředí (včetně změn klimatických). Studium planktonu na molekulární úrovni by mělo pomoci objasnit procesy jako strategie životních cyklů nebo adaptace na různé přírodní podmínky. Metody jako peptidové mapování s využitím hmotnostní spektrometrie se jeví jako slibný přístup pro studium jednotlivých komponent planktonu. Testování biologických aktivit extraktů transgenních a netransgenních rostlin Školitel: Prof. Ing. Tomáš Macek, CSc. Školitel specialista: Ing. Jitka Viktorová, Ph.D. Obavy z používání a konzumace geneticky modifikovaných potravin jsou i po 32 letech od přípravy první transgenní rostliny stále aktuálním tématem. Tato práce bude proto zaměřena na porovnání biologických aktivit extraktů z různých druhů transgenních a netransgenních rostlin. Zejména bude testována jejich toxicita vůči lidským tkáňovým buňkám a dále jejich možné pozitivní dopady, např. protinádorové účinky či antimikrobiální aktivity. Úloha fosfolipidové signalizace v odpovědi rostlin Arabidopsis thaliana na solný stres Školitel: doc. Dr. Ing. Zuzana Novotná Školitel specialista: RNDr. Jan Martinec, CSc. Fosfolipasy jsou enzymy katalyzující hydrolýzu membránových fosfolipidů za vzniku signálních molekul: jako jsou diacylglycerol nebo kyselina fosfatidová a volné polární skupiny. Fosfolipasy jsou aktivovány během odpovědí rostlin na biotické a abiotické stresory a účastní se mnoha buněčných pochodů, jako jsou např. remodelace a degradace membrán, vezikulární transport, přestavba cytoskeletu. Na rozdíl od živočichů a kvasinek mají rostliny mnohem početnější a rozmanitější rodiny fosfolipas. Chlad, zasolení a sucho patří mezi hlavní abiotické stresory, které negativně ovlivňují růst a tím i produktivitu rostlin. Práce bude zaměřena na studium molekulárního mechanismu působení solného stresu v souvislosti se signálními drahami kyseliny fosfatidové a diacylglycerolu. Kompromis mezi růstem a obranou rostlin regulovanou kyselinou salicylovou Školitel: prof. RNDr. Olga Valentová, CSc. Školitel specialista: Ing. Martin Janda Kyselina salicylová (SA) je významným fytohormonem řídícím obranu rostlin proti biotickému stresu. Za negativní průvodní jev její akumulace se považuje retardace růstu a vývoje. Existence mutantů s vysokou endogenní hladinou SA a normálním fenotypem však indikuje, že je úloha SA v regulačním systému růstových procesů mnohem komplexnější. Téma je zaměřeno na objasnění regulace růstu a obrany rostlin modulované SA. Na mutantech Arabidopsis thaliana s vysokou i sníženou hladinou SA a rozdílným fenotypem bude sledována interakce signální dráhy SA s dalšími fytohormony na základě jejich kvantifikace a také jejich křížením s mutanty v těchto hormonálních drahách. Na nich pak bude hodnoceno, zda a jak endogenní hladiny dalších hormonů ovlivňují rezistenci rostlin proti patogenům.

Doktorský studijní program: P1528 Mikrobiologie Obor: 1510V001 Mikrobiologie Ústav biochemie a mikrobiologie Studium exprese genů podílejících se na tvorbě biofilmu Staphylococcus aureus Školitel: prof. Ing. Kateřina Demnerová, CSc. Školitel specialista: Ing. Kamila Zdeňková, Ph.D. Staphylococcus aureus je jedním z nejčastějších patogenů, které způsobují alimentární nákazy. Je zodpovědný za stafylokokové otravy jídlem (angl. staphylococcal food poisoning, SFP) způsobené produkovanými tepelně stabilními toxiny. Mnoho zástupců rodu Staphylococcus tvoří biofilmy, tj. společenství mikrobiálních buněk na povrchu předmětů. Disertační práce bude zaměřená na studium exprese genů, které se podílejí na tvorbě a přežívání biofilmu. Míra a ovlivnění exprese budou studovány na úrovni mRNA využitím metody reverzní transkripce kvantitativní real-time PCR (RTqPCR). Vedle této činnosti bude u testovaných kmenů S. aureus prováděna i základní fenotypová a genotypová charakterizace. K tomuto účelu budou využívány kultivační i moderní mikrobiologické a molekulárně-biologické metody (kultivační stanovení, spektrofotometrické techniky, elektroforetické techniky, různé varianty metody PCR, MALDI-TOF MS aj.). Metagenomová analýza nových bakteriálních genů a drah s bioremediačním potenciálem pro polycyklické a monoaromatické uhlovodíky Školitel: Prof. Ing. Kateřina Demnerová, CSc. Školitel specialista: RNDr. Maria Brennerová, CSc. Metagenomika poskytuje alternativní, na kultivaci nezávislou a funkční komplexní genomovou analýzu společenství mikroorganismů a umožňuje nalezení nových tříd genů pro degradaci xenobiotik. Naše skupina pracuje na projektech přímo spojených s diagnostikou biologického statutu lokalit v ČR, kontaminovaných alifatickými uhlovodíky, BTEX a PAU. Disertační práce se bude týkat využití molekulárně biologických a biochemických metod pro charakterizaci nově objevených biodegradačních drah pro biodegradaci mono- a polycyklických aromatických polutantů. Požadovaný kandidát bude pracovat na metagenomových bakteriálních klonech, izolovaných z půdy, exprimujících enzymy pro štěpení aromatického jádra katecholových substrátů - 1,2-dihydroxynaftalen, 2,3-dihydroxybiphenyl, 3-methylkatechol a katechol.

Fenotypová a genotypová diversita bakterií rodu Cronobacter isolovaných z potravin, životního prostředí a klinických vzorků Školitel: doc. Ing. Igor Hochel, CSc. Bakterie rodu Cronobacter byly identifikovány jako oportunní pathogeny a etiologické agens vyvolávající život ohrožující onemocnění novorozenců a nedonošených dětí. Nejčastějším projevem infekce je memnigitis, často komplikovaná ventrikulární kompartmentalisací v důsledku nekrose mozkové tkáně, abscesy a tvorbou cyst a pozdním vývojem hydrocefalu. Starší pacienti, imunosupresovaní jedinci a osoby trpící závažným akutním nebo chronickým onemocněním představují další rizikovou skupinu obyvatelstva. Všechny druhy bakterií rodu Cronobacter jsou rozšířeny v prostředí, avšak, ani zdroj, ani způsob jejich pronikání do potravního řetězce není zcela znám. Tento projekt je zaměřen na: a) identifikaci a detailní charakterisaci kronobakterií vyskytujících se v různých potravinách, životním prostředí a klinických vzorcích, b) studium některých faktorů virulence Cronobacter spp., včetně tvorby biofilmu a faktorů, které vznik a vývoj bakteriálního biofilmu ovlivňují, c) vývoj a optimalisaci genetických, imunochemických, nebo instrumenálních metod pro spolehlivou a rychlou identifikaci Cronobacter spp. a pro testování jejich specifických vlastností. Výsledky získané charakterisací bakteriálních isolátů umožní roztřídit jednotlivé isoláty do odpovídajících kategorií (resistence k antimikrobiálním látkám, virulence, serotyp, habitat, atd.). Tato kritéria budou tvořit základ pro vypracování standardního operačního postupu pro isolaci a identifikaci kronobakterií. Isolace a charakterizace látek s biologickou aktivitou z přírodního materiálu Školitel: Ing. Petra Lovecká, Ph.D. Pathogeny způsobující nákazy často vyvolávají kmeny se získanou rezistencí či multirezistencí proti používaným antibiotikům. Mezi významné zástupce rezistentních G+ bakterií patří rod Staphylococcus (S. aureus, S. epidermis) s klinicky sledovanými kmeny bakterií S. aureus rezistentní k methicilinu MRSA) a vankomycinu (VRSA). Projekt zahrnuje výběr materiálu vývoj a sjednocení baterie testů pro vyhledávání biologicky aktivních látek, izolaci a identifikaci aktivních složek, určení struktury, stanovení metabolické stability a toxicity, objasňování mechanismu účinku. Tyto látky by mohly být náhradou za dnes již téměř nefunkční antibiotika. Studium interakcí vedoucích ke skládání retrovirových částic – nástroj pro inhibici jejich tvorby Školitel: Dr. Ing. Michaela Rumlová Školitel specialista: Doc. Ing. Richard Hrabal, CSc. Rozsáhlá síť interakcí mezi strukturními doménami polyproteinového prekursoru Gag je nezbytná pro hexamerní uspořádání nezralých retrovirových částic. Detailní pochopení těchto interakcí je klíčovým krokem na cestě k inhibici skládání retrovirových částic. Tato práce bude zaměřena na charakterizaci vybraných oblastí a aminokyselin kapsidového a nukleokapsidového proteinu HIV a M-PMV (MasonPfizer opičího viru), které jsou rozhodující pro zprostředkování interakcí uvnitř a mezi hexamery. Výsledky získané alaninovou skenovací mutagenezí doplněné o data z biochemických , virologických a molekulárně biologických metod spolu s technikami, jako je strukturální NMR spektroskopie a kryoEM povedou k výběru malých sloučenin s potenciální inhibiční aktivitou . Nejslibnější kandidáti budou testovány pomocí in vitro skládací soupravy.

Diversita a funkce biodegradační genů v životním prostředí Školitel: doc. Ing. Ondřej Uhlík, Ph.D. Metagenomika v současné době zažívá obrovský rozvoj především díky pokrokům ve vysokokapacitním sekvenování a díky vylepšeným bioinformatickým nástrojům. Účelem metagenomiky je především rekonstruovat metabolické dráhy mikrobů tvořících komunitu a identifikovat roli jednotlivých populací v rámci ekosystému. Velký potenciál má metagenomika i při popisu a analýze diversity funkčních, např. biodegradačních, genů. Biodegradační geny jsou často studovány v souvislosti s odbouráváním polutantů, mnohdy ale není známa jejich primární úloha, tedy úloha v ekosystému kontaminací nedotčeném. Náplní této práce proto bude studium diversity biodegradačních genů, především oxygenas hydroxylujících aromatické jádro, v životním prostředí s užším zaměřením na objasnění úlohy biodegradačních genů, které jsou popsány v souvislosti s degradací polutantů, v prostředí kontaminací nedotčeném. Hlavními nástroji výzkumu budou mikrobiálně ekologické metody založené na cílené metagenomice (sekvenace amplikonů, "gene-mining"), dále isotopové značení nukleových kyselin, qPCR, klonování a exprese vybraných enzymů a určování jejich substrátové specifity. Funkční genomická analýza bakteriálních komunit s bioremediačním potenciálem Školitel: doc. Ing. Ondřej Uhlík, Ph.D. Školitel specialista: Ing. Hynek Strnad, Ph.D. Metagenomika zažila rychlý rozvoj a to především díky vývoji metod paralelního sekvenování (NGS). Metagenomika vychází z pozorování, že jednotlivé druhy mikroorganismů spolu v komunitě interagují a to především na metabolické bázi. Hlavním cílem metagenomických studií tedy je stanovení druhového zastoupení v mikrobiální komunitě, identifikace klíčových rozdílů mezi různými komunitami nebo také stanovení metabolického potenciálu celé komunity. Metabolický potenciál komunity lze odhadnout na základě přítomnosti a zastoupení jednotlivých funkčních genů. K tomu, abychom získali kompletní informaci o genovém zastoupení, by bylo nezbytné sekvenovat genomy všech mikrobiálních druhů, které komunitu vytvářejí. Z kapacitních důvodů je to možné pouze částečně, protože střední velikost metagenomů je v řádech desítek miliard párů bazí, tedy řádově větší než lidský genom. Biologicky závažnějším problémem je, že samotná znalost o přítomnosti a zastoupení jednotlivých genů, ještě neznamená, že jsou tyto geny „aktivní“, tedy exprimovány. Ideální by tedy bylo stanovit zastoupení všech proteinů (metaproteomu). To není zatím technologicky neuskutečnitelné, a proto se využívá stanovení všech mRNA komunity, tedy metatranskriptomu, který nám sice nedává informaci kvantitativním zastoupení proteinů, ale alespoň implikuje jejich přítomnost v komunitě. Náplní práce bude studium diversity exprimovaných biodegradačních genů v mikrobiálních komunitách, které byly izolovány z prostředí kontaminovaného chlorovanými aromáty. Referenční komunity budou pocházet z podobného prostředí, které nebylo zasaženo kontaminací. Hlavním experimentálním krokem bude sekvenační stanovení metatranskriptomů všech studovaných komunit. K tomu bude použito vysokokapacitní sekvenování vzorků nabohacené komunitní mRNA. Stanovené sekvence budou dále zpracovány běžnými bioinformatickými nástroji. Jednotlivé transkripty budou anotovány a získané metatranskripční profily budou vzájemně porovnány s cílem objasnit úlohy biodegradačních genů. Znalost bioinformatických postupů není nezbytná a řešitel se s nimi seznámí v průběhu projektu. Práce bude z větší části konána v Laboratoři genomiky a bioinformatiky na Ústavu molekulární genetiky, AV ČR.

Doktorský studijní program: P2906 Chemie a technologie potravin Obor: 2901V013 Technologie potravin Ústav sacharidů a cereálií Návrh a simulace separačního procesu pro odstraňování barevných látek z roztoků sacharidů Školitel: Prof. Ing. Zdeněk Bubník, CS c. Školitel specialista: Ing. Svatopluk Henke, Ph.D. Práce je zaměřena na testování nových membránových a chromatografických separačních metod s cílem snížit koncentraci barevných látek v cukerných roztocích. Předmětem výzkumu je rovněž porovnání s metodami založenými na klasické filtraci roztoků po přídavku aktivního uhlí nebo přes křemelinu. Cílem práce je navrhnout optimální výrobní linku pro snížení barvy finální směsi po inverzi sacharosy, včetně zpracování vedlejších a odpadních produktů. Součástí výsledku by měl být i matematický model celého procesu, který bude sloužit jako podklad pro vytvoření řídicího systému. Monitoring kvality čokolád Školitel: prof. Ing. Jana Čopíková , CSc. Školitel specialista: doc. Mgr. Andriy Synytsya, PhD. Disertační práce bude zaměřena na vypracování a ověření souboru metod, kterými je možno postihnout technologické chyby při výrobě čokolád a cukrovinek s různou náplní a čokoládovou polevou. Základní analytická data (např. chromatografické metody) společně s daty získanými fyzikálními metodami (např. mikroskopie a termická analýza) umožní vysvětlit příčinu technologických chyb, jako jsou například tukové výkvěty na čokoládách a ověří autenticitu. Využití moderních separačních technik pro izolaci cenných látek z potravinářských materiálů Školitel: Ing. Andrea Hinková, PhD. Školitel specialista: Ing. Svatopluk Henke, PhD. V posledních letech dochází k prudkému rozvoji nových technologií, které umožňují šetrnější zpracování surovin, zhodnocení a další využití vedlejších produktů a materiálů, které byly dříve považovány za odpad. Takovými technikami jsou membránové separační procesy (například nanofiltrace a ultrafiltrace), které ve spojení s kontinuální chromatografickou separací se simulovaným tokem stacionární fáze (SMB) přestavují velmi účinný nástroj pro izolaci cenných látek a zlepšení ekonomiky výrobního procesu. Tato práce bude zaměřena na studium vlivu podmínek na rychlost a účinnost membránové separace, na modelování a simulaci chromatografického separačního procesu a sběr a vyhodnocení dat při separaci látek z různých potravinářských roztoků.

Testování netradičních surovin pro výrobu těstovin Školitel: Doc. Ing. Marie Hrušková, CSc. Školitel specialista: Ing. Ivan Švec, Ph.D Těstoviny tvoří významnou součást lidské výživy a nutriční přínos vlivem obsahu rezistentního škrobu a příznivých hodnot GI. Netradiční suroviny (pseudocereálie, luštěniny, drobnozrnné plodiny - hemp, teff, chia, nopál, fonio aj.) se vyznačují specifickým složením a mohou být zdrojem inovace sortimentu těstovin včetně druhů pro speciální diety. Kromě pozitivních přínosů mají zpravidla nepříznivý vliv na tradiční těstárenské zpracování. Práce bude zaměřena na využití netradičních surovin s cílem predikovat na základě laboratorních zkoušek změny technologie výroby těstovin. Senzorické hodnocení a nutriční složení fortifikovaných výrobků (bílkoviny, vláknina potravy, resistentní škrob, beta-glukany) umožní vytipovat netradiční suroviny pro nové druhy těstovin včetně speciálních diet s potenciálním průmyslovým využitím. Uplatnění netradičních surovin v cereálních výrobcích Školitel: Doc. Ing. Marie Hrušková, CSc. Školitel specialista: Ing. Ivan Švec, Ph.D Netradiční suroviny (pseudocereálie, luštěniny, drobnozrnné plodiny (hemp, teff, chia, nopal, fonio, bio obiloviny aj.) se vyznačují specifickým nutričním přínosem a zajišťují inovaci sortimentu cereálních výrobků. Kromě pozitivních přínosů mají naopak spíše nepříznivý vliv na technologické zpracování v pekárenském oboru. Práce bude zaměřena na využití netradičních surovin s cílem predikovat na základě analytických a reologických metod nutné změny technologie a navrhnout úpravy receptury přídavky aktivních látek. Senzorické hodnocení a nutriční složení fortifikovaných výrobků (bílkoviny, vláknina potravy, resistentní škrob, beta-glukany) umožní vytipovat netradiční suroviny s potenciálním průmyslovým využitím. Nutriční význam rezistentního a pomalu stravitelného škrobu Školitel: doc. Ing. Evžen Šárka, CSc. Stravitelnost škrobů je přičítána souhře mnoha faktorů, mezi které patří např. jeho původ (zdrojová rostlina), velikost škrobových zrn, poměr amylosy a amylopektinu, typ a stupeň krystalinity ad. Rezistentní a pomalu stravitelné škroby jsou z výživového hlediska velmi významné. Práce bude zaměřena na studium vlastností škrobů, které budou získány modifikací poměru amylosa/amylopektin, budou připraveny chemickou modifikací nebo bude stravitelnost upravena pomocí extruze. Izolace a studium bioaktivních látek ve sladkovodních řasách Školitel: doc. Mgr. Andriy Synytsya, PhD. Školitel specialista: prof. Ing. Jana Čopíková, CSc. Pomocí kombinace chemolytických, separačních a spektroskopických metod bude studováno složení a struktura polysacharidů a bioaktivních látek, které jsou přítomny v mořských a kultivovaných řasách. Zpočátku bude věnována pozornost izolačním postupům a purifikaci těchto látek ze specifikovaných řas. Izolované frakce budou studovány s využitím vhodných analytických metod, zejména GC/GC (multidimenzionální plynová chromatografie) a GC/MS (plynová chromatografie s hmotnostním detektorem), FTIR, Ramanovou a NMR spektroskopií.

Doktorský studijní program: P2906 Chemie a technologie potravin Obor: 2901V013 Technologie potravin Ústav mléka, tuků a kosmetiky Hluboké odsolování syrovátky Školitel: doc. Ing. Ladislav Čurda, CSc. Školitel specialista: Ing. Jiří Ečer (MemBrain s.r.o.) Pro odsolování syrovátky lze použít různé technologie, např. nanofiltraci, elektrodialýzu nebo iontově výměnnou chromatografii. Poměrně novým postupem je elektrodeionizace, která není dostatečně popsána pro složitější matrice, jakou je syrovátka. Hluboké odsolení představuje významné zhodnocení syrovátky a rozšiřuje její aplikační možnosti. Cílem práce proto bude navrhnout a ověřit odsolení syrovátky za použití kombinace procesů elektrodialýzy a elektrodeionizace na obsah popela v sušině pod 0,8 %. Surovinou bude syrovátka zahuštěná odpařením, pomocí reverzní osmózy, případně nanofiltrací. Ve spolupráci s firmou MemBrain s.r.o. bude navrženo technologické uspořádání obou základních zařízení (elektrodialýza a elektrodeionizace) a dalších přídavných zařízení včetně technologického postupu, jak samotného odsolení, tak i chemického čištění celého zařízení a využití koncentrátu. Budou navrženy výkonové parametry obou dílčích zařízení a stanoveny podmínky procesů. Technologie bude optimalizována s ohledem na co nejnižší kapitálové i provozní náklady. Aplikace preparativní chromatografie pro izolaci minoritních složek mléka a syrovátky Školitel: doc. Ing. Ladislav Čurda, CSc. Mléko a syrovátka obsahují řadu minoritních složek, mezi které patří oligosacharidy, nukleotidy, některé bílkoviny a peptidy, enzymy, cytokiny aj. Chromatografické postupy jsou doposud v mlékárenském průmyslu využívány jen ve velmi omezené míře. Izolace minoritních složek může přinést zajímavé ekonomické zhodnocení suroviny. Cílem práce proto bude vytipovat látky vhodné pro chromatografickou separaci a využitelné jako potravní doplňky nebo fortifikaci potravin pro vybrané skupiny obyvatel. V dalším kroku bude cílem ověřit různá separační média a separační podmínky. V případě potřeby lze do separačního postupu zařadit i tlakové membránové postupy nebo elektrodialýzu. Podle možností by výsledná technologie měla být ověřena v poloprovozním měřítku. Procesní kontaminanty při zpracování rostlinných olejů Školitel: prof. Ing. Vladimír Filip, CSc. Školitel specialista: Ing. Markéta Berčíková, Ph.D. Při deodoraci a fyzikální rafinaci rostlinných olejů s vyšším podílem parciálních esterů glycerolu vznikají estery 3-chlorpropandiolu, jednou z možností dekontaminace je redukce jejich obsahu v rafinovaných olejích. Transesterifikace triacylglycerolů je v současnosti hlavní technologie výroby tukových násad, pokud je reakce bazicky katalyzovaná, mohou přítomné estery reagovat ve smyslu Claisenovy kondenzace za vzniku substituovaných esterů 2-alkyl-3-oxo-karboxylových kyselin. Cílem práce bude popsat podmínky vznik těchto látek při transesterifikaci triacylglycerolů.

Enkapsulace probiotik Školitel: doc. Ing. Milada Plocková, CSc. Školitel specialista: Ing. Šárka Horáčková, CSc. Zájem o využití probiotických bakterií v potravinářských a nepotravinářských aplikacích neustále roste. Současně se zpřísňují požadavky na zajištění jejich životaschopnosti v průběhu výroby a skladování funkčních probiotických produktů. Jednou z možností zvýšení odolnosti mikroorganismů vůči nepříznivým vnějším a vnitřním podmínkám prostředí je enkapsulace. Cílem práce bude výběr vhodného materiálu a enkapsulační techniky, porovnání stability, aktivity a funkčních vlastností volných a enkapsulovaných buněk v prostředí mléčných i nemléčných potravin a v modelových podmínkách trávicího traktu člověka. Rovněž bude testována možnost koenkapsulace s vhodnými prebiotiky. Antioxidační a mikrobistatický účinek derivátů fenolových kyselin Školitel: prof. Ing. Jan Šmidrkal, CSc. Školitel specialista: Ing. Iveta Hrádková, Ph.D. Trvanlivost potravin a kosmetických přípravků se zvyšuje přídavkem aditiv. Tyto sloučeniny působí jednak proti oxidaci vzdušným kyslíkem a současně mohou zvyšovat mikrobiologickou stabilitu těchto produktů. Některé dosud známé deriváty fenolových kyselin vykazují jak antioxidační, tak mikrobistatický (případně mikrobicidní ) účinek. Cilem práce je navržení struktur nových derivátů fenolových kyselin, jejich syntéza a stanovení jejich antioxidačních a mikrobistatických vlastností. Kompatibilita laktobacilů s polymerními a kovovými materiály Školitel: prof.Ing.Jan Šmidrkal, CSc. Aplikace laktobacilů na polymerní a kovové materiály představuje jednu z možností využití těchto bakterií v potravinářském, kosmetickém a farmaceutickém průmyslu. Ukotvení laktobacilů na těchto materiálech může vhodným způsoben chránit jejich povrch před kontaminací nežádoucími mikroorganismy a tvorbou biofilmů. Zároveň můžou takto modifikované materiály sloužit jako nosiče laktobacilů vykazujících pozitivní efekt na lidské zdraví. Cílem této práce je otestování kompatibility vybraných materiálů s laktobacily se zaměřením na zachování jejich životaschopnosti a funkčních vlastností. Vliv fosforečnanů na koloidní stabilitu tekutých mléčných výrobků Školitel: doc. Ing. Jiří Štětina, CSc. Mléko představuje polydisperzní systém bílkovin a tuku, jehož dobrá koloidní stabilita je základním požadavkem při tepelném ošetření a skladování tekutých mléčných výrobků. Jednou možností jak tyto vlastnosti modifikovat je přídavek různých druhů fosforečnanů. Cílem práce bude charakterizace vlivu vybraných fosforečnanů na koloidní stabilitu a reologické vlastnosti tekutých mléčných výrobků při tepelném ošetření a během skladování.

Příprava a vlastnosti vícečetných emulzí v mléčných výrobcích Školitel: doc. Ing. Jiří Štětina, CSc. Jednou z možností enkapsulace biologicky aktivních látek v mléčných funkčních potravinách je využití vícečetných emulsí typu v/o/v. Pro jejich uplatnění je nutná jednak dobrá účinnost přípravy a jednak dobrá stabilita během skladování. Práce bude zaměřena na vypracování postupu přípravy vícečetných emulzí v mléčných výrobcích, hodnocení jejich vlastností a optimalizace receptury pro zvýšení koloidní stability.

Doktorský studijní program: P2906 Chemie a technologie potravin Obor: 2901V013 Technologie potravin Ústav konzervace potravin Vývoj metodik a vytváření databází pro detekci příčin kvalitativních defektů potravin Školitel: doc. Ing. Helena Čížková, Ph.D. Školitel specialista: Ing. Iveta Horsáková, Ph.D. Detekce příčin technologických defektů v reklamačních sporech vyžaduje systematický přístup. Smyslem projektu je zpracování metodických postupů a rozvinutí těchto postupů k detekci obvyklých defektů v různých potravinářských komoditách, defektů jako jsou přípachy a pachutě, zákaly, změny barvy, změny konzistence. Cílem projektu je na vybraných komoditách shrnout a ověřit obvyklé metodické postupy a shrnout a rozvinout databáze pro diagnostiku defektů a návrhy nápravných opatření. Metodologie projektu bude vedle základních analytických a mikrobiologických metod zahrnovat také použití moderních postupů analýzy, jako jsou hmotnostní spektroskopie v reálném čase, GC/MS, LC/MS a další techniky. Možnosti využití analýzy profilů těkavých látek pro hodnocení kvality a autenticity potravin Školitel: doc. Ing. Helena Čížková, Ph.D. Postupy plynové chromatografie s hmotnostní detekcí v různém uspořádání (chirální, vícerozměrná, s olfaktometrií) budou využity pro analýzu profilů těkavých látek a jejich aplikaci při hodnocení kvality, čerstvosti a autenticity potravin (včetně prokazování deklarované technologie, data výroby, sklizně apod.). Výsledky standardních laboratorních metod budou porovnány s metabolickými profily i obsahem cílových analytů stanovených GC/MS. Pro interpretaci výsledků analýz zohledňující vliv suroviny, receptury, technologie a skladování budou využity pokročilé chemometrické metody. Vliv technologických procesů na funkční vlastnosti obalů potravin Školitel: doc. Ing. Jaroslav Dobiáš, CSc. Školitel specialista: Ing. Lenka Votavová, PhD Návrh obalu pro konkrétní potravinářský výrobek je založen na funkčních parametrech obalu, např. bariérových a mechanických vlastnostech, tepelné odolnosti, propustnosti pro záření a řadě dalších. Během technologických operací, jimž je balený produkt vystaven, se tyto funkční vlastnosti mohou měnit. O rozsahu těchto změn nejsou dostupné spolehlivé informace. Cílem práce proto bude ověřit vliv základních technologických operací (sterilace, zmrazování, ošetření vysokým tlakem, mikrovlnný ohřev, ozařování atd.) na vybrané funkční vlastnosti základních typů polymerních obalových materiálů používaných pro balení potravin.

Metody pro hodnocení zdravotní nezávadnosti obalů potravin Školitel: doc. Ing. Jaroslav Dobiáš, CSc. Školitel specialista: prof. Ing. František Kvasnička, CSc. Zdravotní nezávadnost potravinářských obalů je jedním z klíčových problémů balení potravin. Práce se bude zabývat studiem využití moderních analytických metod (GC-MS, LC-MS, DART-TOF-MS, elektroseparačních technik, mikroskopie atomárních sil (AFM), „field-flow“ frakcionizace (FFF) atd.) při hodnocení hygienických aspektů obalů a to včetně obalů s nanočásticemi. Využití kapilární elektroforesy pro posuzování autenticity potravin Školitel: prof. Ing. František Kvasnička, CSc. Kapilární elektroforesa (CE) je efektivní nástroj pro posuzování autenticity potravin, zvláště pro analýzu peptidů či bílkovin. Identifikace rostlinných či živočišných druhů založená na profilu bílkovin či peptidů je však problematická zvláště u tepelně, či jinak opracovaných potravin, kdy dochází k denaturaci bílkovin a morfologickým změnám. Metody založené na analýze DNA jsou schopné identifikovat rostlinné či živočišné druhy i u opracovaných potravin. Zvláště kombinace PCR a CE je slibná technika pro posuzování autenticity potravin. Cílem této studie je shrnout aplikace CE pro posuzování autenticity potravin a vyvinout nové metody CE pro tyto účely. Využití moderních analytických metod pro hodnocení kvality potravinářských surovin Školitel: prof. ing. František Kvasnička, CSc. Školitel specialista: ing. Aleš Rajchl, Ph.D. Kvalita vstupních surovin je klíčovým parametrem při výrobě potravin. Kvalita surovin rostlinného původu může být velmi variabilní a závisí na odrůdě, pěstebních podmínkách, způsobu sklizně apod. Z těchto důvodů je třeba vyvíjet nové analytické postupy pro komplexní posouzení vybraných parametrů dané suroviny. Cílem práce bude vývoj nových analytických postupů, využívajících moderní analytické metody, pro hodnocení kvality vybraných potravinářských surovin rostlinného původu. Ovlivnění údržnosti a vlastností masných výrobků přírodními antioxidanty a konzervačními látkami Školitel: Prof. Ing. Petr Pipek, CSc. Požadavek náhrady chemických přídatných látek při výrobě potravin nutí výrobce masných výrobků k hledání přírodních látek (většinou extraktů z rostlin) vhodných pro zajištění údržnosti i jiných vlastností masných surovin, polotovarů i výrobků. Cílem práce je vybrat z nabídky přírodních konservantů a bioaktivních látek vhodné přídatné látky pro masné výrobky a zhodnotit jejich vliv na údržnost i kvalitu masných výrobků. Zejména je třeba se zaměřit na produkty fermentace, extrahované antioxidanty i vedlejší produkty získané při výrobě vína a koření. Složení masných výrobků a technologie výroby s dopadem na kvalitu a legislativu. Školitel: Prof. Ing. Petr Pipek, CSc. Stále častější změny technologie výroby masných výrobků, jejich složení i aplikace nových přídatných látek, suroviny a vedlejších suroviny se nutně projevuje v konfrontaci se stávající i připravovanou legislativou. Nejde přitom o porušování principů, nýbrž vznik situací, se kterými nebylo a ani nemohlo být při tvorbě stávající legislativy počítáno. Cílem práce je zhodnotit vývoj technologii i v extrémních situacích a s extrémním složením výrobků, odhadnout, jaký to bude mít vliv na jakost výrobků a dále navrhnout možná řešení budoucího vývoje legislativních změn. Zvláštní pozornost přitom bude věnována problematice shelf-stable products, tedy masných výrobků údržných i bez chladírenského řetězce.

Účinnost sterilačního procesu na eliminaci mikroorganismů v konzervách pro domácí zvířata Školitel: Prof. Ing. Petr Pipek, CSc. Rostoucí zájem o výrobu krmiv pro domácí zvířata, jejich inovaci a diversitu v používaných surovinách vyžaduje detailní zhodnocení celého výrobního procesu s ohledem na údržnost, kvalitu a bezpečnost. Cílem práce je zhodnotit mikrobiologické poměry v surovinách používaných pro výrobu konzerv pro domácí zvířata a posoudit odolnost nežádoucích mikroorganismů vůči sterilaci v souvislosti s dalšími barierami při výrobě a skladování. Posoudí se vztahy mezi hodnotou sterilační dávky a možností přežití jednotlivých termofilů a jejich případným pomnožením v průběhu skladování za různých podmínek. Vliv složek masných výrobků a jejich změny na vlastnosti finálních produktů Školitel: Prof. Ing. Petr Pipek, CSc. Složky masných výrobků ovlivňují jakost nejen zvýrazněním chuti a aromatu, ale mají vliv i na barvu a vytvoření textury. Jejich kvalita může negativně ovlivnit výrobek v případě, že probíhá oxidace či jiná přeměna. Jiným problémem je měkká konzistence tuku s důsledky pro řízení procesů sušení a jiných procesů. Využitím tradičních i moderních analytických metod se budou sledovat souvislosti změn tuků a jiných složek při technologii a jejich vliv na jakost polotovarů i finálních výrobků.

Doktorský studijní program: P2906 Chemie a technologie potravin Obor: 2901V004 Chemie a analýza potravin Ústav analýzy potravin a výživy Senzoricky a fyziologicky významné produkty reakcí neenzymového hnědnutí Školitel: doc. Dr. Ing. Karel Cejpek Tématem práce jsou reakce, které vedou během technologického a kulinárního zpracování potravin ke komplexním změnám označovaným jako neenzymové hnědnutí. Práce bude zaměřena na vyhledávání a charakterizaci nízkomolekulárních produktů těchto reakcí, které se významně podílejí na změně chuti, aroma, redoxního stavu a dalších atributech. Předmětem práce bude i studium vzniku a vlastností vysokomolekulárních produktů – melanoidinů, včetně tzv. produktů pokročilé glykace bílkovin (AGE). Vznik produktů bude sledován jak v potravinách, tak modelových reakčních směsích. Důraz bude kladen na ty systémy, kde se na reakcích kromě redukujících sacharidů a aminosloučenin podílejí i další aktivní složky potravin, jako jsou fenolové látky a produkty oxidace lipidů. Nezbytnou součástí práce bude aplikace a optimalizace vhodných technik a metod kvalitativní a kvantitativní analýzy cílových látek. Iontová mobilita: další separační dimenze pro aplikace vysokoúčinné kapalinové chromatografie ve spojení s tandemovou hmotnostní spektrometrií Školitel: prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc. Školitel specialista: doc. Ing. Milena Zachariášová, Ph.D., Ing. Ondřej Lacina, Ph.D. Přírodní produkty, potraviny či doplňky stravy představují komplexní matrice, a tak pro analýzu jejich složení, zejména v případě sledování izomerních či isobarických sloučenin, je nutné využívat vícerozměrných separačních technik. V rámci doktorské práce bude zkoumán aplikační potenciál unikátní instrumentální platformy, kde iontová mobilita (IM) představuje další dimenzi systému vysokoúčinná kapalinová chromatografie - tandemová vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie s analyzátoremdoby letu (Q-TOF HRMS). Plánpvány jsou různé typy pilotních studií včetně necílového screeningu pro účely autentikace či testování toxicity.

Metabolomika jako nástroj pro komplexní studium bioaktivních molekul Školitel: prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc. Školitel specialista: doc. Ing. Milena Zachariášová, Ph.D., Ing. Monika Tomaniová, Ph.D. Metabolomika představuje moderní strategii aplikovatelnou pro komplexní, studium biologických efektů sloučenin izolovaných z různých typů rostlinných matric na živé organismy či tkáňové kultury. ”Otisky prstů” (“fingerprinty”) malých molekul (složek metabolomu) budou v rámci necílové analýzy získány pomocí různých typů chromatografických technik v kombinaci s tandemovou vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií. Interpretace generovaných dat resp. hodnocení zdraví prospěšných či toxických efektů bude zajištěna v rámci interdisciplinární spolupráce s odborníky v oblasti medicíny. Forenzní monitoring psychotropních a dalších biologicky aktivních sloučenin používaných k falšování doplňků stravy Školitel: prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc. Školitel specialista: doc. Ing. Milena Zachariášová, Ph.D., doc. Ing. Jana Pulkrabová, Ph.D. Výzkum se zaměří na vývoj rychlých a efektivních analytických metod (především hmotnostně spektrometrických ve spojení s kapalinovou či plynovou chromatografií) pro sledování různých skupin psychotropních látek, sloučenin s hormonálními účinky apod., které jsou v stále rostoucí míře využívány pro falšování doplňků stravy a surovin pro jejich výrobu. Nové analytické postupy, které budou pro účely forenzního šetření vyvinuty, umožní i detekci jejich metabolitů či produktů degradace. V rámci modelových experimentů bude studován přenos ilegálně použitých látek v řetězci surovina - výrobní intermediáty – produkt. Komplexní studium kvality a bezpečnosti tepelně zpracovaných potravin Školitel: Prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc. Školitel specialista: doc. Ing. Jana Pulkrabová, Ph.D., Ing. Kateřina Maštovská, Ph.D. Tepelné zpracování potravinářských surovin indukuje řadu reakcí, které mohou vést nejen ke změně nutriční jakosti a senzorických vlastností produktu ale I tvorbě různých typů procesních kontaminantů. Doktorská práce se zaměří na výrobky, zejména cereální, získané netradičními technologiemi a s využitím nových typů receptur. Pro hodnocení atributů jakosti a chemické bezpečnosti produktů budou využity moderní chromatografické techniky ve spojení s hmotnostní spektrometrií. Zvláštní pozornost bude věnována poznání mechanismu probíhajících změn a možnostem jejich modulace. Nové instrumentální techniky v moderní analýze potravin Školitel: prof. Ing. Jana Hajšlová , CSc. Školitel specialista: doc. Ing. Jana Pulkrabová, Ph.D. Doktorská práce se zaměří na realizaci případových studií využívajících různé instrumentální platformy pro analýzu volatilních a semivolatilních složek přírpdních produků, potravin a doplňků stravy. Uvažuje se především aplikace (i) plynové chromatografie (GC) různými typy vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS) a (ii) hmotnostní spektrometrie v otevřeném prostoru (AMS) s ionizačním zdrojem DART (Direct Analysis in Real Time). Prostřednictvím necílového screeningu budou identifikovány markery kvality, autenticityči chemické bezpečnosti.

Studium senzorických charakteristik trpké chuti Školitel: doc. Dr. Ing. Zdeňka Panovská Trpká chuť je typická pro některé nápoje, ovoce a zeleninu. Výzkum trpké chutě se většinou zaměřuje na tanin- bílkovinné interakce, protože taniny váží proteiny. Současný výzkum ukazuje, že trpká chuť je vyvolaná velkým množstvím fenolických sloučenin, ale že jí mohou vyvolat i další látky obsažené v potravinách. Práce se zaměří na sloučeniny vyvolávající trpkou chuť, ale také na jejich další senzorické charakteristiky jako jsou kyselá a hořká chuti a vlivem na potlačení či zesílení dalších senzorických vlastností. Chemické změny aromat a jejich vliv na organoleptické vlastnosti potravinářských výrobků Školitel: doc. Dr. Ing. Zdeňka Panovská Senzorické vnímání potravinářských aromat souvisí se složením a strukturou jednotlivých vonných látek. Působení různých faktorů může vést ke změnám jejich organoleptických vlastností. Součástí práce bude sledování vlivu fyzikálních a chemických činitelů na stabilitu přírodních a syntetických aromat v modelových systémech a následně v potravinářských výrobcích. Senzorické změny probíhající v aromatech budou zkoumány metodami senzorické analýzy i za použití hmotnostně spektrometrických technik a výstupy vzájemně korelovány. Ztráty tokoferolů během kulinárního zpracování potravin Školitel: doc. Ing. Zuzana Réblová, Ph.D. Školitel specialista: doc. Dr. Ing. Marek Doležal Během kulinárního zpracování potravin dochází k významným ztrátám tokoferolů. Tyto ztráty mohou dosahovat až 90 % původního obsahu a mohou se podílet na nedostatečném příjmu vitaminu E zjištěném v některých studiích. Ztráty tokoferolů během jednotlivých způsobů kulinárního zpracování potravin (s výjimkou opakované smažení, resp. fritování) však nebyly doposud studovány v dostatečném rozsahu. Cílem plánované práce bude proto rozšířit dostupné znalosti o ztrátách tokoferolů během kulinárního zpracování potravin a o obsahu vitaminu E ve výsledných pokrmech. Nové strategie pro analýzu residuí pesticidů a jejich metabolitů v potravinách Školitel: doc. Ing. Jana Pulkrabová, Ph.D. Školitel specialista: prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc., Ing. Marie Suchanová, Ph.D. Práce bude sledovat současné trendy a požadavky na analýzu residuí pesticidů a jejich metabolitů a bude se zaměřovat na vývoj nových, rychlých postupů pro jejich stanovení. Pozornost bude věnována implementaci kapalinové chromatografie ve spojení s různými typy hmotnostní spektrometrie. Optimalizovány a kriticky zhodnoceny budou postupy jak pro cílovou tak i necílovou analýzu. Aplikace hmotnostní spektrometrie při komplexním hodnocení biologických vzorků Školitel: doc. Ing. Jana Pulkrabová, Ph.D. Školitel specialista: prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc. Hlavním tématem práce bude implementace nových instrumentálních technik pro rychlou analýzu různých skupin kontaminantů v biologických vzorcích člověka. Budou vyvíjeny nové multi-analytické strategie využívající techniku hmotnostní spektrometrie a to jak ve spojení s plynovou, tak i kapalinovou chromatografií. Pro detekci analytů bude využita technika vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS) a pro cílovou analýzu také technika tandemové hmotnostní spektrometrie s analyzátorem typu trojitý kvadrupól (QqQ). V rámci komplexního hodnocení vzorků bude využita strategie metabolomického profilování.

Biologicky aktivní látky rostlinných materiálů Školitel: doc. Dr. Ing. Věra Schulzová Rostliny jsou významným zdrojem biologicky aktivních látek, produktů primárního i sekundárního metabolismu, a mohou být využívány jako doplňky stravy a funkční potraviny. Hladiny těchto látek v rostlinách jsou závislé na druhu rostliny, klimatických podmínkách, vlivu stresových faktorů, pěstování (ekologické vs. konvenční) atd. a mohou být také ovlivněny podmínkami skladování a zpracování. Pro sledování biologicky aktivních látek jsou využívány moderní analytické techniky, založené především na technice ultra-účinné kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí. Využití hmotnostní spektrometrie v otevřeném prostoru pro hodnocení kvality potravin Školitel: doc. Dr. Ing. Věra Schulzová Jednou z moderních technik, která umožnuje hodnocení kvality a autenticity potravin, je technika hmotnostní spektrometrie v otevřeném prostoru s unikátním iontovým zdrojem pro přímou analýzu v reálném čase. Uvedená technika umožnuje komplexní posouzení kvality potravin a potravinářských surovin, hodnocení nutriční a hygienicko-toxikologické jakosti i zhodnocení vlivu skladování a zpracování surovin na výslednou kvalitu produktů. Moderní strategie pro hodnocení autenticity potravinových surovin a produktů Školitel: doc. Ing. Milena Zachariášová, Ph.D. Školitel specialista: prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc., Ing. Monika Tomaniová, Ph.D. Pro ověření autenticity surovin pro výrobu potravin i finálních produktů budou využity nejnovější typy hybridních hmotnostně spektrometrických technik umožňující necílový screening (fingerprinting) malých molekul a a jejich profilování. Akcentováno bude využití sofistikovaných chemometrických postupů umožňujících vyhledání specifických markerů a konstrukci příslušných modelů. Normalizovaná data se využijí k založení databází, které budou průběžně aktualizovány a modely validovány, tak aby vyvinuté postupy mohly být využity pro rozhodčí analýzy v praxi.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1402V001 Organická chemie Ústav chemie přírodních látek Syntéza a studium derivátů seskviterpenových laktonů Školitel: Prof. RNDr. Pavel Drašar, DSc. Seskviterpenové laktony se vyznačují zajímavými biologickými vlastnostmi, např. ovlivňují systém SERCA, mají m.j. vlastnosti cytostatické a imunomodulační. Syntéza a studium spektra derivátů takových sloučenin může nejen odhalit a potvrdit příslušné farmakofory, ale i pomoci změnit vlastnosti studovaných sloučenin, jako např. biodostupnost. Syntetizované deriváty mohou též pomoci lokalizovat tyto biologicky účinné látky přímo v buňce.

Syntéza metabolitů a jejich deuteriem značených analog u vybraných nových psychoaktivních látek Školitel: Prof. Dr. RNDr. Oldřich Lapčík Školitel-specialista: Ing. Martin Kuchař, Ph.D. Nové psychoaktivní látky (NPS) jsou v posledních letech předmětem zájmu řady toxikologických a psychofarmakologických výzkumů. Poměrně časté intoxikace látkami ze skupiny NPS včetně každoročních fatálních případů jsou dány z jedné strany nedostatkem informací o těchto látkách a také jejich obtížnou identifikací v biologické matrici. Z mnoha set známých NPS je však pouze malá část prozkoumána a u pouhého zlomku z nich jsou známy jejich metabolity. Bližší poznání metabolismu NPS tvoří předpoklady pro zlepšení diagnostiky intoxikací a potenciální léčby. Práce bude zaměřena v první řadě na syntézu metabolitů NPS jakožto analytických standardů. Pro účely farmakokinetických studií budou u hlavních metabolitů připravena jejich deuteriem značená analoga. Konjugáty sacharidů pro multivalentní rozpoznávání patogenů Školitelka: Prof. Ing. Jitka Moravcová, CSc. Prvním krokem mnoha životně důležitých procesů je selektivní interakce mezi membránovými proteiny zvanými lektiny na povrchu jedné buňky a periferních oligosacharidů glykokalixu buňky druhé. Takové interakce se uplatňují při buněčném rozpoznávání, kontrole adheze buněk a v mnoha krocích imunitní odpovědi organismu. Cílem diserační práce je příprava multivalentních sloučenin, ve kterých jsou sacharidy navázány na vhodně substituované kalixareny nebo diamantové nanočástice a jsou obklopeny různými substituenty. Interakce těchto látek s jinými sacharidy, proteiny a lektinovými receptory patogenů budou studovány pomocí FTIR, UV, konfokální mikroskopie, NMR, mikrokalorimetrie a měřením resonance povrchového plasmonu. Nové postupy syntézy glykomimetik pro intervenci rozpoznávání patogenů Školitelka: Prof. Ing. Jitka Moravcová, CSc. Školitel specialista: Ing. Kamil Parkan, Ph.D. Sacharidy tvoří širokou paletu biologicky aktivních látek. Je stále jasnější, že oligosacharidy jsou příkladem chemicky složitých biologických markerů, které mohou působit v důležitých rozpoznávacích procesech, jako jsou mikrobiální infekce, imunitní odpověď, rakovina a při zánětu nebo buněčné adhezi. Jejich pozoruhodná strukturální rozmanitost znamená, že mohou často zprostředkovávat velmi specifické, a tudíž složité procesy. Vzhledem k labilitě glykosidické vazby je však jejich využití jakožto látek s potenciálními terapeutickými účinky značně limitováno. Tento projekt je zaměřen na syntézu glykomimetik, které budou stabilní jak k chemické tak enzymové hydrolýze a budou mít potenciální biologickou aktivitu. Z jednoduchých výchozích látek budou cílové látky připraveny originálními syntetickými postupy založenými na „lithiačně-borylačních“ a „crosscouplingových“ reakcí. Takto připravená glykomimetika budou testovány pro jejich afinitu k lektinovým receptorům patogenů popřípadě jejich konformační chování pomocí NMR. Syntéza a studium nových glykokojugatů Školitelka: Prof. Ing. Jitka Moravcová, CSc. Školitel specialista: Ing. Kamil Parkan, Ph.D. Chemie kalix[n]arenů a porfyrinů je jedním ze základních kamenů současné supramolekulární chemie. Na rozdíl od jiných často používaných makrocyklů, jsou velmi zajímavými díky jejich snadné deritavizaci a nízké toxicitě. Tento projekt je hlavně zaměřen na přípravu nehydrolyzovatelných glykoklastrů, za využití originální syntetických postupů založených na „cross-couplingových“ reakcích a různých ligačních techniky s cílem studovat jejich biologické a fyzikálních vlastnosti.

Selektivní enzymové acylace a deacylace sacharidů: kombinovaná výpočetní a experimentální studie Školitel: Doc. Dr. Ing. Ivan Raich V chemii sacharidů patří acylace a deacylace mezi nejfrekventovanější reakce. V řadě případů je lze realizovat s využitím enzymů, které často zjednodušují provedení a přinášejí též zajímavou, ale obtížně předpověditelnou selektivitu. Molekulové modelování pomáhá objasnit tuto selektivitu detailním studiem interakcí aktivního centra enzymu s cukerným substrátem. Interakce modelových syntetických drog s receptory: výpočetní studie Školitel: Doc. Dr. Ing. Ivan Raich Receptory interagující s drogami a dalšími psychoaktivními látkami, jejich klasifikace a způsob vazby substrátu hrají důležitou roli při objasňování jejich účinku. Techniky molekulového modelování pomáhají objasnit strukturní a stereochemické aspekty těchto interakcí, což může mít i terapeutický význam. Peptidomimetické deriváty triterpenoidních kyselin a laktonů Školitel: Prof. Ing. Zdeněk Wimmer, DrSc. Budou připraveny a studovány deriváty triterpenoidních kyselin a laktonů z obnovitelných zdrojů s nepřírodními aminokyselinami a oligopeptidy s možným účinkem proti různým druhům rakoviny a s možnou antimikrobiální aktivitou. Struktury budou obsahovat systém peptidomimetik obsahující několik amidových vazeb, čímž tato část jejich molekul bude imitovat oligopeptidy. Kombinace nepolární a polární části cílových molekul může být výhodná pro aplikaci a transport těchto potenciálně farmakologicky účinných látek v organismu. Cílem studia bude připravit synthony pro modifikaci výše zmíněných molekul a připravit na jejich základě nové látky schopné vykázat požadované biologické účinky.

Rámcová témata disertačních prací na smluvních pracovištích FPBT podle oborů s počátkem řešení v akademickém roce 2015/2016

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1406V002 Biochemie Fyziologický ústav AV ČR, v.v.i. Molekulární regulace mitochondriální ATP syntázy a jejich vliv na buněčnou fyziologii Školitel: Ing. Andrea Dlasková, PhD. Mitochondriální (mt) ATP syntáza a její regulace jsou kritické v mitochondriální a buněčné fyziologii. Aktivita mt ATP syntázy ovlivňuje ATP / ADP poměr, mitochondriální membránový potenciál, tvorbu ROS mt dýchacím řetězcem, organizaci mt krist, iontovou homeostázu, a další důležité procesy. Cílem studie bude zkoumat supramolekulární organizaci mt ATP syntázy za různých fyziologických podmínek jako jsou hypoxie, hladovění, nebo oxidační stres. Dále budou studovány molekulární mechanismy regulující supramolekulární stav a organizaci mt ATP syntázy. Rovněž bude korelována supramolekulární organizace enzymu s mitochondriální morfologií a ultrastukturou.

Studium mechanismu regulace funkce signálních proteinů Školitel: RNDr. Veronika Obšilová, Ph.D. Mechanistické objasnění molekulárních mechanismů regulace funkce proteinů vyžaduje pochopení vztahů mezi strukturou a funkcí proteinů. Projekt bude zaměřen na studium molekulárních mechanismů regulace funkce vybraných signálních proteinů. Hlavní pozornost bude soustředěna na komplexy proteinů 14-3-3, které hrají klíčovou úlohu v regulaci mnoha biologických procesů. Proteiny 14-3-3 se váží a regulují funkci ostatních proteinů. Vazba proteinů 14-3-3 s vazebnými partnery je regulována skrze fosforylaci. I přes význam těchto proteinů, mnoho aspektů jejich funkce zůstává dosud neobjasněna. V rámci tohoto projektu bude využívána celá řada biochemických a biofyzikálních technik, zahrnující expresi a purifikaci rekombinantních proteinů v Escherichia coli, cílenou mutagenesi, fluorescenční spektroskopii, sedimentační analýzu a rozptyl světla. Získaná data nám umožní lépe porozumět detailům regulace aktivity a funkce těchto protein-proteinových komplexů. Dobrá znalost metod molekulární biologie a exprese a purifikace rekombinantních proteinů je výhodou. Více info na: http://www.biomed.cas.cz/d312/. Vliv těžkých kovů a selenu na antioxidační faktory pacientů a experimentálního modelu Školitel: Václav Zídek Školitel specialista: Jarmila Zídková Těžké kovy (Cd, Pb, Hg, As) jsou běžné polutanty životního prostředí. Jakékoli jejich množství má negativní účinek na zdraví živočichů včetně člověka. Naproti tomu polokov selen patří mezi esenciální stopové prvky. Jeho nedostatek vede k různým poruchám (neurologické poruchy, snížené kognitivní schopnosti, poruchy plodnosti, syndromy Keshan a Kashin-Beck). Při nadbytku však působí toxicky. Úkolem disertační práce je sledovat případné změny na úrovni biochemických parametrů, především pak aktivit (antioxidačních) enzymů. Rovněž bude stanoven obsah vitaminu E, metalothioneinů a redukovaného glutathionu v souladu s aplikovanými dietami. Regulační složky imunitního systému a tukové tkáně Školitel: Václav Zídek Školitel specialista: Jarmila Zídková Imunitní systém je jedna z nejsložitěji regulovaných částí organismu. Složitost spočívá zejména v propojení s dalšími tkáněmi, například nervovou. Nedávno bylo zjištěno, že se celá řada dříve imunospecifických faktorů jako je IL 18, PBEF1 nebo C3, je produkována také v tukové tkáni. Dále bylo zjištěno, že při obesitě dochází v tukové tkání k zánětlivým procesům. Práce bude zaměřena na in vitro studie vybraných faktorů, stimulaci jejich tvorby a sekrece. Bude zkoumán mechanismus působení vybraných imunospecifických faktorů jak na adipocyty tak na imunitní buňky. Práce bude zaměřena na in vitro výzkum detailního působení vybraných adipokinů/imunospecifických faktorů na molekulární úrovni a jejich možný podíl na vzniku insulinové resistence.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1406V002 Biochemie Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. Biotransformace minoritních flavonolignanů silymarinu Školitel: Prof. Ing. Vladimír Křen, DrSc. Školitel specialista: Doc. Ing. Kateřina Valentová, Ph.D. Silymarin, extrakt ze semen ostropestřce mariánského (Silybum marianum L. Gaertn), je používán jako účinné hepatoprotektivum s mnoha dalšími farmakologickými aktivitami. Je obsažen v mnoha doplňcích stravy, vyráběn a dostupný v ČR. Jeho složkami jsou flavonolignany a jejich 2,3-dehydroderiváty [1]. Pro objasnění jejich metabolismu jsou nezbytné autentické standardy metabolitů. Tato interdisciplinární studie se bude dotýkat biochemie, chemie přírodních látek, farmakologie, mikrobiologie aj. Práce je věnována přípravě sulfátů a glukuronidů flavonolignanů za pomoci převážně chemoenzymatických metod [2-4]. Student/ka bude metodami molekulární biologie připravovat rekombinantní enzymy. Metabolity budou připravovány enzymovou syntézou a kombinovanými bio-chemickými postupy. Bude využita expertíza laboratoře v enzymové syntéze a biokatalýze, použity budou pokročilé metody analytické chemie a separačních technik. Biologická aktivita látek bude studována mj. pomocí robotického screeningu. Součástí je intenzivní mezinárodní spolupráce. Práce bude financována z projektu GAČR 15-03037S (2015-2017). [1] Křenek: Food Res Int 65, 115 (2014). [2] Charrier: J Mol Catal B Enzym 102, 167 (2014). [3] Křen: Drug Metab Dispos 28, 1513 (2000). [4] Purchartová: Appl Microbiol Biotechnol 97, 10391 (2013). Bioinformatická identifikace funkce regulačních RNA Školitel: Ing. Josef Pánek, PhD. Genetická výbava živých organismů od bakterie po člověka obsahuje informaci kódující 1) organismus samotný, 2) regulační mechanismy, které řídí průběh jeho života. Informace kódující regulační mechanismy tvoří ~20% (u bakterií) až ~95% (u člověka) genetické výbavy. Všechny molekuly regulačních mechanismů a jejich funkce nejsou zdaleka známé přesto, že např. v bakteriích řídí tak důležité procesy jako antibiotická rezistence, patogenita a tvorba sekundárních metabolitů včetně antibiotik, cytostatik a vitamínů. V dnešní době na antibiotika rezistentních bakterií a globálních problémů s výživou, je znalost těchto molekul, na které se zaměřuje tento projekt, primární. Cílem projektu je statistická, bioinformatická a biofyzikální identifikace funkce regulačních RNA v bakteriích. Řešení je založeno na originálním přístupu k identifikaci molekulární homologie pomocí suboptimálního modelu sekundárních struktur RNA molekul. Základem projektu je navržení schématu kvantifikace homologie RNA molekul pomocí podobnosti suboptimálního strukturního modelu a jeho ověření na RNA molekulách s již známou funkcí. Vývojové prostředí je Matlab. Projekt se bude řešit v Laboratoři bioinformatiky MBÚ AVČR. Projekt je součást Evropské bioinformatické infrastruktury Elixir.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1406V002 Biochemie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i. Izolace strukturních motivů DNA měnících vlastnosti reverzní transkriptázy Školitel: Edward Curtis, Ph.D. Objev reverzní transkripce začátkem sedmdesátých let dal vzniknout škále široce využívaných technik jako např. RT-PCR, in vitro selekci a DNA mikročipům. Přestože je reverzní transkripce účinným postupem při přípravě DNA z RNA templátu, může být získání cDNA pomocí standartních metod obtížné v případě malého množství výchozího RNA transkriptu. Cílem práce je usnadnění analýzy transkriptů, které jsou přítomny pouze ve velmi malém množství kopií. Pomocí in vitro selekce se pokusíme vyvinout strukturní DNA motiv, který bude navázán na 5´ konec běžně užívaného primeru a díky němuž se zvýší účinnost reverzní transkripce. Tato metoda by měla snížit limit detekce neobvyklých RNA transkriptů, což lze využít v aplikacích typu zkoumání expresního profilu na úrovni jednotlivých buněk. Tento obecný přístup by dále mohl být využit k izolaci motivů DNA, které modifikují další vlastnosti reverzní transkriptázy, jako například její schopnost katalyzovat syntézu cDNA při zvýšených reakčních teplotách. Studium interakcí biomolekul kapilárními elektromigračními metodami Školitel: RNDr. Václav Kašička, CSc. Dizertační práce bude zaměřena na vývoj nových vysokoúčinných elektromigračních metod, afinitní kapilární elektroforézy a afinitní elektrochromatografie v otevřených kapilárách, a na jejich využití ke studiu nekovalentních interakcí biologicky aktivních peptidů, bílkovin, nukleosidů, nukleotidů a jiných biomolekul s nízko- i vysokomolekulárními ligandy nebo receptory. Budou vyvíjeny nové postupy pro kvantitativní charakterizaci slabých i silných interakcí biomolekul ve volném roztoku a na rozhraní pevné a kapalné fáze. Interakce biomolekul, např. peptidových hormonů a léčiv s receptory, enzymů se substráty či inhibitory a ionoforů s malými ionty ve volném roztoku budou zkoumány různými módy kapilární afinitní elektroforézy. Interakce biomolekul na rozhraní pevné a kapalné fáze budou studovány afinitní elektrochromatografií v otevřených kapilárách s ligandy či receptory imobilizovanými na vnitřní stěně křemenné kapiláry. Síla interakcí biomolekul bude kvantifikována konstantami stability jejich komplexů. Katepsinové proteasy a jejich využití v biomedicíně Školitel: RNDr. Michael Mareš, CSc. Práce bude vypracována na Ústavu organické chemie a biochemie, Akademie věd ČR (www.uochb.cz/web/structure/186.html?lang=cz). Projekt je zaměřena na proteasy katepsinového typu, které se významně podílejí na patologii a představují cílové molekuly pro terapii. Studovány budou zejména katepsiny člověka a parazitů sajících krev. Cílem projektu je analýza jejich struktury, funkce a regulace. Téma obsahuje následující metodické přístupy: proteomiku, rekombinantní expresi, purifikaci proteinů, enzymologii, proteinovou krystalografii a molekulární modelování.

Strukturou inspirovaný návrh inhibitorů lidské karbonáthydrolyasy Školitel: Ing. Václav Veverka, PhD. Práce bude vypracována na Ústavu organické chemie a biochemie, Akademie věd ČR v týmu Pavlíny Řezáčové (www.uochb.cz/rezacova). Projekt je zaměřen na strukturní studie terapeuticky zajímavých isoforem lidské karbonáthydrolyasy, jejichž dunkce je spojena s rozvojem nádorových onemocnění. Strukturní informace bude využita k návrhu inhibitorů specifických na danou isoformu. Práce na projektu je vynikající příležitostí získat odborné znalosti a praktické zkušenosti v proteinové biochemii, biofyzice a strukturní biologii a také přehled o přístupech k racionálnímu vývoji léčiv prostřednictvím úzké spolupráce s výzkumnými týmy, které se zabývají medicinální a výpočetní chemií. Iontové kanály v nemoci a ve zdraví Školitel: Dr. Norbert Weiss, PhD Vápníkové (Ca2+) kanály, které řídí průchod Ca2+ přes buněčné membrány, hrají klíčovou roli v počáteční fázi vnitrobuněčné Ca2+ signalizace a defekty ve funkci Ca2+ kanálů mají dramatické následky v podobě vážných lidských onemocnění – tzv. channelopatie – včetně neuropatické bolesti. Výzkumný projekt se bude zabývat objasněním role jedné určité třídy vápnikových kanálů – kanálu typu T – při rozvoji periferní bolestivé diabetické neuropatie. Uchazeč bude využívat kombinaci technik buněčné fyziologie (patch-clamp), molekulární biologie (cílená mutageneze, konstrukce chimér), proteinové biochemie a konfokální mikroskopie pro analýzu buněčného transportu a regulace Ca2+ kanálů T-typu v diabetických stavech (hyperglykemii) u buněčných linií a u primárních nociceptorů v tkáňových kulturách.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1406V002 Biochemie Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, v.v.i., Liběchov Změny v aktivitě kináz a fosfatáz klíčových pro meiotické buněčné dělení, které jsou v oocytech vyvolané stárnutím organismu. Školitel: Ing. Michal Kubelka, CSc. Bylo prokázáno, že během meiózy dochází u savců k mnohočetným omylům, které vedou k chybnému uspořádání chromozomů, tj. k chromozomální aneuploidii. Tyto chyby převažují v samičích gametách a zvyšují se s rostoucím věkem. Aneuploidie v oocytech má závažné důsledky a vede ke ztrátě či k defektům plodu. K aneuploidii pravděpodobně dochází ve 2 krocích, jednak na začátku meiózy, během rekombinace, jednak během meiotického dělení, kdy dochází k chybné segregaci chromozomů. V předkládaném projektu chceme charakterizovat a kvantifikovat změny, ke kterým dochází v oocytech v závislosti na věku. Cílem projektu je odhalit změny v načasování a stupni aktivity kináz a fosfatáz, jejichž funkce je pro meiotické dělení klíčová. Hlavní metody: biochemie, molekulární biologie,, kinázové eseje, imunocytochemie, mikroskopie živých buněk.

Metabolismus RNA, týkající se kontroly exprese genů v oocytech a embryích Školitel: Ing. Michal Kubelka, CSc. Školitel specialista: Ing. Andrej Šušor, PhD. Savčí vajíčko je vysoce diferencovaná totipotentní buňka, která dává základ embryonálnímu vývoji. Zralé vajíčko před zahájením meiózy postrádá transkripční aktivitu a využívá pouze maternální mRNA, které byly nasyntetizovány během jeho vývoje. Mechanismy regulace maternální mRNA jsou z velké části neznámé. Cílem projektu je zmapovat translaci RNA po znovu zahájeni meiózy. Chceme také studovat aktivitu cap-dependentní translace (mTOR/eIF4E) v myším a bovinním oocytu a objasnit její regulaci s cílem charakterizovat metabolismus specifických RNA a přispět tak k poznání fyziologie savčího vajíčka. Cíle projektu: Zmapovat translaci mRNA po znovu zahájeni meiózy u savčího oocytu. Objasnit regulaci mTOR/eIF4E dráhy při rozpadu jaderné membrány. Poznani regulaci translace ve vztahu ke chromozomální stabilitě u savčího oocytu. Hlavní metody: Next Generation Sequencing, biochemie, molekulární biologie, RNA FISH.

Doktorský studijní program: P1528 Mikrobiologie Obor: 1510V001 Mikrobiologie Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i. Faktory ovlivňující vývoj mikrobiálních společenstev v průběhu primární sukcese Školitel: Dr. Ing. RNDr. Petr Baldrian, Ph.D. Při primární sukcesi dochází k zásadním změnám složení struktury a chemismu půdy, který je výrazně ovlivněn sukcesním vývojem vegetace a půdní bioty. Důsledkem těchto procesů, zprostředkovaných makroorganismy, je postupný vývoj mikrobiálního společenstva, které zahrnuje jak rostlinné symbionty, tak dekompozitory organických látek. Porozumění faktorům, které ovlivňují vývoj mikrobiálního společenstva a jeho funkce je dosud neúplné, ale dá se předpokládat, že je primárně určeno fyzikálně chemickými parametry a specifickým vlivem jednotlivých rostlinných druhů v sukcesním společenstvu. Práce má za cíl objasnit relativní význam fyzikálně-chemických a vegetačních faktorů na vývoj společenstva půdních bakterií a hub na modelových příkladech primárních chronosekvencí a v modelových experimentech, kde budou dané vlivy sledovány odděleně. Práce bude zahrnovat terénní odběry, manipulativní experimenty a laboratorní zpracování environmentálních vzorků s využitím moderních metod molekulární biologie včetně high-throughput sequencing. Vztah struktury a funkce adenylátcyklásového toxinu bakterie Bordetella pertussis Školitel: RNDr. Jiří Mašín, Ph.D. Multifunkční adenylátcyklásový toxin (CyaA) je klíčovým faktorem virulence bakterie Bordetella pertussis, která je původcem vysoce nakažlivého respiračního onemocnění nazývaného černý kašel. CyaA je fúzí N-terminální adenylátcyklásové (AC) domény s pórotvorným cytolysinem, který proniká do buněčné membrány a zprostředkovává přenos AC domény přímo přes membránu do cytosolu buněk, v němž AC katalyzuje přeměnu ATP na cAMP, klíčovou molekulu narušující buněčnou signalizaci. Molekulární mechanismus vzájemné interakce CyaA-membrána a translokace AC domény zůstává jen velmi málo prostudován a jeho detailní charakterizace pomocí celé škály genetických, biochemických a biofyzikálních přístupů bude hlavním cílem doktorské práce. Získané výsledky by měly poskytnout důležité poznatky o základních mechanismech průniku proteinů přes biologické membrány a racionální základ pro vývoj vakcín založených na CyaA.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1402V001 Organická chemie Biologické centrum AV ČR, v. v. i. Nové strategie značení metabolitů pro cílenou a srovnávací metabolomiku technikami vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie Školitel: RNDr. Petr Šimek, CSc. Hlavním cílem dizertační práce je spolupráce na vývoji nových strategií pro značení protických metabolitů pomocí funkčních skupin se stabilní izotopy a jejich aplikace pro cílenou a srovnávací metabolomiku v důležitých biologických modelech (lidské tkáně, tekutiny, drozofila) technikami hmotnostní spektrometrie. Výzkum bude směřován k řešení hlavních problémů současného metabolomického výzkumu: (a) Identifikace metabolitů v komplexních biologických matricích; (b) Značení metabolitů pro účely srovnávací (diferenční) metabolomiky, umožňující přímé srovnání kontrol a cílových vzorků; (c) Hledání nových způsobů kvantitativní analýzy metabolitů v komplexním biologickém materiálu (d) Izotopomerová analýza značených metabolitů a její využití při studiu metabolických drah a metabolických toků. RNDr. Petr Šimek, CSc., Biologické centrum AV ČR, v.v.i., Laboratoř analytické biochemie & metabolomiky, [email protected], tel: +420723648892.

Doktorský studijní program: P1417 Chemie Obor: 1402V001 Organická chemie Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i. Modifikace DNA reaktivními skupinami pro biokonjugace Školitel: Prof. Ing. Michal Hocek, CSc. DSc. Budou připravovány DNA nesoucí reaktivní skupiny ve velkém žlábku polymerasovou inkorporací modifikovaných nukleosid trifosfátů. Dále budou studovány bioorthogonální reakce těchto funkčních skupin v DNA, zejména cross-linkování s proteiny, připojování dalších užitečných funkčních skupin a jejich využití v chemické biologii a diagnostice. Klíčové citace: 1. Raindlová, V.; Pohl, R.; Šanda, M.; Hocek, M. "Direct polymerase synthesis of reactive aldehyde-functionalized DNA and its conjugation and staining with hydrazines" Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1064-1066. 2. Dadová, J.; Orság, P.; Pohl, R.; Brázdová, M.; Fojta, M.; Hocek, M. "Vinylsulfonamide and acrylamide modification of DNA for cross-linking with proteins" Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 10515-10518.

Syntéza nových heteroanelovaných 7-deazapurinových nukleosidů a nukleotidů s potenciální biologickou aktivitou a pro modifikace DNA a RNA Školitel: Prof. Ing. Michal Hocek, CSc. DSc. Budou navrhovány a připravovány nové heteroanelované analogy 7-deazapurinových nukleosidů pro studium cytostatické a antivirové aktivity. Většina bude založena na dosud nepopsaných nebo jen řídce studovaných heterocyklických systémech, např. různé isomery thieno-, furo-, pyrido- nebo pyrimido-pyrrolo[2,3-d]pyrimidinů apod. Kromě testování biologické aktivity budou vybrané nukleosidy převedeny na NTP a studovány jako potenciální inhibitory nebo substráty polymeras pro enzymovou syntézu modifikovaných nukleových kyselin. Klíčové citace: 1. Tichý, M.; Pohl, R.; Tloušťová, E.; Weber, J.; Bahador, G.; Lee, Y.-J.; Hocek, M. "Synthesis and Biological Activity of Benzo-Fused 7-Deazaadenosine Analogues. 5- and 6-Substituted 4Amino- or 4-Alkylpyrimido[4,5-b]indole Ribonucleosides" Bioorg. Med. Chem. 2013, 21, 53625372. 2. Nauš, P.; Caletková, O.; Konečný, P.; Džubák, P.; Bogdanová, K.; Kolář, M.; Vrbková, J.; Slavětínská, L.; Tloušťová, E.; Perlíková, P.; Hajdúch M.; Hocek, M. "Synthesis, cytostatic, antimicrobial and anti-HCV activity of 6-substituted 7-(het)aryl-7-deazapurine ribonucleosides" J. Med. Chem. 2014, 57, 1097-1110. Epidithiodiketopiperazinové alkaloidy – přístupy k totální syntéze. Školitel: Dr. habil. Ullrich Jahn Epidithiodiketopiperazinové alkaloidy jsou metabolity hub, které mají širokou škálu biologické aktivity. Cílem projektu je vývoj jejich krátké syntézy (na příkladu gliotoxinu) s vysokým výtěžkem a syntéza analog. O S

S N H

MeN OH

OH

O

Selektivní Oxidace Aminokyselin a Modifikace Peptidů. Školitel: Dr. habil. Ullrich Jahn Oxidativní transformace aminokyselin a proteinů jsou většinou neselektivní a vedou k jejich degradacím. V tomto projektu budou rozvíjeny selektivní oxidativní transformace aminokyselin. Výsledky práce budou mít potenciál v tvorbě C-C vazeb s cílem syntetizovat nové v přírodě se nevyskytující aminokyseliny. Dále budou výsledky projektu aplikovány v oblasti selektivních oxidací oligopeptidů. To může vest k metabolicky stabilním produktům s biologickou aktivitou. O R1 R2

XR3 NH

O

Oxidace, tvorba C-C vazby

R4 R1 R2

O

NH O

XR3 or

R R1 R2

4

O

NH O

XR3

Studium rezonančních struktur a intramolekulárních vodíkových vazeb u polysubstituovaných pyrimidinů Školitel: Ing. Zlatko Janeba, CSc. Budou navrženy a připraveny nové typy polysubstituovaných pyrimidinů pro studium jejich rezonančních struktur a intramolekulárních vodíkových vazeb pomocí fyzikálně-chemických metod (NMR, IČ, rentgenová strukturní analýza). Bude studován jev planamerie a také potenciální biologické vlastnosti připravených derivátů. Klíčové citace: 1. Procházková, E., Čechová, L., Janeba, Z., Dračínský, M.: A Switchable Intramolecular Hydrogen Bond in Polysubstituted 5-Nitrosopyrimidines. Journal of Organic Chemistry 78: 10121-10133, 2013. 2. Čechová, L., Procházková, E., Císařová, I., Dračínský, M., Janeba, Z.: Separation of planar rotamers through intramolecular hydrogen bonding in polysubstituted 5-nitrosopyrimidines Chem. Comm. 50: 14892–14895, 2014. Příprava látek s potenciálním epigenetickým účinkem Školitel: RNDr. Marcela Krečmerová, CSc. Téma zahrnuje syntézu analogů přírodních látek, např. nukleosidů nesoucích triazinový, thiazolový nebo thiadiazolový heterocyklus (volný nebo kondenzovaný s jiným heterocyklem). Tyto farmakofory mohou za jistých okolností inhibovat methyltransferasy (např. DNA-, histon-MT) díky své specifické interakci s cysteinovou –SH skupinou poblíž jejich aktivního centra, a tím reaktivovat expresi genů (např. genů umlčených aberantní methylací v nádorových buňkách). Zmíněné typy látek inhibují i jiné enzymy s cysteinovým thiolem na exponovaném místě (např. katepsin B), což rozšiřuje jejich terapeutický potenciál. Cílové sloučeniny budou testovány na protinádorovou, protivirovou a antibakteriální aktivitu, na jejich vliv na buněčný cyklus a expresi genů, popř. dále bude studován jejich mechanismus účinku. Předpokládá se, že částí disertační práce bude strukturně aktivitní studie. Projekt svým je pojetím dostatečně flexibilní, aby mohly být sledovány i jiné atraktivní cíle, pokud se v průběhu práce objeví. U polárních struktur s nalezenou aktivitou budou dále syntetizovány prolékové formy za účelem zvýšení biodostupnosti. Těžiště práce spočívá v organické syntéze, zejména v chemii heterocyklických sloučenin, nukleosidů a peptidů a v základní znalosti biochemie. Nové heterocyklické deriváty jako inhibitory lipidových a proteinových kináz Školitel: Mgr. Radim Nencka, Ph.D. Lipidové a proteinové kinázy patří mezi důležité molekulární cíle moderních terapeutik se širokým spektrem potenciálních indikací. Projekt bude zaměřen na racionální design a syntézu nových derivátů jako inhibitorů fosfatidylinositol 4-kináz. Tyto sloučeniny by mohly najít uplatnění v terapii některých nádorových, virových a neurodegenerativních onemocnění.

Příprava izosterních 3´-fosfonátových derivátů nukleosidů a oligonukleotidů. Školitel: Ing. Ivan Rosenberg, CSc. Školitel specialista: Ing. Ondřej Šimák, Ph.D. Naše studie ukázaly, že syntetické modifikované oligonukleotidy, které obsahují fosfonátové nukleotidové jednotky vykazují zajímavé biologické efekty, např. (i) výrazně stimulují aktivitu RNasy H, enzymu, který je klíčový z hlediska terapeutického použití oligonukleotidů jako antisensních látek k potlačení genové exprese, (ii) ve formě RNA-RNA duplexů (siRNA) způsobují tlumení genů a (iii) vytváří teplotně velmi stabilní duplexy s komplementárním vláknem. Vyhledávání nových modifikací nukleotidů a oligonukleotidů a zkoumání jejich vlastností z hlediska jejich terapeutického použití je velmi žádoucí. Dizertační práce je zaměřena na syntézu rozvětvených furanosylfosfonátů, které budou použity jako výchozí syntony pro nukleosidační reakce. Získané nové typy nukleosidfosfonátů budou chemicky zabudovány do krátkých oligonukleotidů, jejichž fyzikálně chemické a biologické vlastnosti budou zkoumány. Modifikované oligonukleotidy, ve kterých je přirozená fosfátová skupina nahrazena enzymově neštěpitelnou fosfonátovou funkcí nejsou v renomovaných světových laboratořích prakticky vůbec studovány.

Syntéza fosfonátových monomerů odvozených od 3´-amino-3´-deoxy a 5´-amino-5´deoxyadenosinu pro přípravu modifikovaných oligoribonukleotidů. Školitel: Ing. Ivan Rosenberg, CSc. Školitel specialista: Ing. Ondřej Páv, Ph.D. Projekt je zaměřen na syntézu fosfonátových monomerů odvozených od 3´-amino-3´-deoxy a 5´amino-5´-deoxyadenosinu. Tyto látky budou zabudovány do oligoribonukleotidů a bude studován jejich vliv na hybridizační vlastnosti a enzymatickou stabilitu modifikovaného vlákna. Dále bude studována schopnost modifikovaných oligoribonukleotidů aktivovat RNasu L nebo RNA interferenci.

Syntéza a teoretické studie exotických molekul fullerenů Školitel: Ing. Jaroslav Šebestík, Ph.D. Školitel specialista: doc. Mgr. Michal Straka, Ph.D. Exotické sloučeninu fulllerenů např. s aktinoidy mají potenciál jako komponenty nanopamětí a nanomagnetů. Jiné mohou sloužit jako jádra dendrimerů vhodných pro transport léčiv nebo návrh nových samo-hojících se materiálů pro medicinální aplikace. Některé již byly připraveny experimentálně, ale v současné době není téměř nic známo o jejich struktuře v roztoku. Práce bude spočívat v syntéze modelových látek, a budeme studovat i teoreticky spektroskopické a jiné vlastnosti molekul derivátů fullerenů. (Spolupráci se kolegy ve Finsku, Norsku, a Japonsku, výzkum v rámci grantu GAČR).

Vývoj chemických postupů pro selektivní aktivaci proteinů Školitel: Dmytro Yushchenko, PhD Zavedení nástrojů, které lze využít pro kontrolu interakcí proteinů v živých buňkách, umožňuje studovat faktory, které tyto procesy ovlivňují. Chemické induktory dimerizace proteinů (CID) jsou jedním z těchto nástrojů. Proteinové interakce je však v buňkách obtížné kvantifikovat a lokalizovat. Cílem této práce je syntéza nové generace CID založených na fluorogenních barvách. Tyto látky umožní indukovat a monitorovat interakce proteinů v buňkách pomocí mikroskopie. Účinnost připravených látek bude testována in vitro a zároveň v živých buňkách. Projekt bude zaměřen na studium proteinových interakcí probíhajících při neurodegenerativních procesech a při diabetu typu 2.