Studijní program: Biologie Studijní obor: Aplikovaná biologie a ekologie
Návrh témat dizertačních prací v roce 2016
Produkce sekundárních metabolitů rostlin jako odpověď na napadení herbivorním hmyzem Production of plant secondary metabolites in response to insect herbivore atact
Školitel: doc. Ing. Jiří Tůma, CSc. Konzultant : RNDr. Zuzana Dučaiová, Ph.D. Herbivorní hmyz poškozuje rostliny především sáním a požerem. Proti napadení rostliny využívají různé strategie. Asi nejdiverzifikovanější skupinou obranných mechanismů u rostlin je produkce velkého množství nejrůznějších sekundárních metabolitů. Jako obrana proti herbivorům slouží především sekundární metabolity s toxickými nebo detergentními vlastnostmi. Tyto látky jsou velmi účinné proti nespecializovaným herbivorům a syntéza těchto látek vychází z několika málo prekurzorů primárního metabolizmu (např. acetyl-coA, aminokyselin). Mohou mít toxické účinky i odpuzovat potencionální škůdce, případně mají charakter látek signálních. Význam řešení této problematiky je značný jednak v tom, že napomáhá vyvíjet nové insekticidy založené na přírodní bázi a na druhé straně se může podílet na omezování použití chemických přípravků v ochraně rostlin. Cílem práce je výzkum produkce vybraných sekundárních metabolitů rostlin jako odpověď na napadení herbivorním hmyzem. Výzkum bude probíhat prostřednictvím hydroponických pokusů v přesně definovaných podmínkách klimaboxu. Pro stanovení vybraných sekundárních metabolitů budou využity různé laboratorní metody (HPLC, fotometrické metody, ELISA, TLC, cytometrické) a další metody molekulární biologie. Výzkum bude probíhat ve spolupráci s vybranými pracovišti v ČR i zahraničí. Reference: Rosenthal G.A. - Berenbaum M.R.: Herbivores: Their Interactions with Secondary Plant Metabolites (Second Edition). Academic press. 1992.
http://www.sciencedirect.com/science/book/9780080925455 Onkokesung N et al.: Modulation of flavonoid metabolites in Arabidopsis thaliana through overexpression of the MYB75 transcription factor: role of kaempferol-3,7-dirhamnoside in resistance to the specialist insect herbivore Pieris brassicae. Journal of Exp. Bot., 2014, 65(8): 203-2217. Mazid M et al.: Role of secondary metabolites in defense mechanisms of plants. Biology and Medicine, 2011, 3 (2): 232-249. Bidart-Bouzat, M. - Kliebenstein, D: An ecological genomic approach challenging the paradigm of differential plant responses to specialist versus generalist insect herbivores. Oecologia, 2011, 167 (3): 677-689. Carmona D. et al.: Plant traits that predict resistance to herbivores. Functional Ecology, 2011, 25 (2): 358-367.
Věkově a velikostně závislé změny intenzity růstových disturbancí stromů Age and size dependent changes of trees growth disturbances intensities
Školitel: doc. RNDr. Karel Šilhán, Ph.D. Růstové disturbance stromů jsou základními formami odezev na anomální externí vlivy. Patří mezi nejdůležitější indikátory měnících se ekologických podmínek, i existence stresových eventů během historie života stromu. Jejich studium je stěžejní v rámci dendroekologických disciplín, zaměřených na dynamiku vývoje lesních společenstev, analýzu frekvence historických přírodních disturbancí, nebo studium probíhajících environmentálních změn. V minulosti bylo již několikrát naznačeno, že intenzita i typ růstových disturbancí se mění v závislosti na stáří stromu, ale i velikosti stromu (průměru kmene). Změna schopnosti stromu reagovat na externí vlivy je nejčastěji přisuzována narůstající tloušťce borky, ztrátě elasticity kmenu nebo obecně se snižujícím ročním tloušťkovým přírůstkům. Odhalení závislostí změn intenzity a typů růstových disturbancí na stáří/velikosti stromů je jedním z klíčů k zefektivnění dendroekologických metodických postupů. Cílem práce je odhalit schéma měnících se intenzit a typů růstových odezev vybraných druhů stromů (Picea abies (L.) Karst.; Larix decidua Mill.; Fagus sylvatica L.) v závislosti na změně stáří a velikosti stromů, ale i intenzitě externích vlivů. Ke splnění cíle práce budou využity standardní dendrochronologické letokruhové analýzy a mikroskopické analýzy anatomie dřevních vzorků na mikrořezech. Analyzovány budou stromy s viditelnými projevy externích disturbancí (nakloněný kmen, zajizvení, pohřbení báze kmene atd.). Reference: Arbellay, E., Fonti, P., Stoffel, M.: Duration and extension of anatomical changes in wood structure after cambial injury. Journal of Experimental Botany. 2012, 63: 3271–3277. Ballesteros-Canovas, J., A., Stoffel, M., Bodoque del Pozo, J., M., Bollschweiler, M., Hitz, O. M., Diez-Herrero, A.: Changes in wood anatomy in tree rings of Pinus pinaster Ait. following wounding by flash floods. Tree-Ring Research. 2010, 66: 93–103. Kogelnig, B., Stoffel, M., Schneuwly-Bollschweiler, M.: Four-dimensional growth response of mature Larix decidua to stem burial under natural conditions. Trees – Structure and Function. 2013, 27: 1217–1223. Schneuwly, D., M., Stoffel, M., Dorren, L., K., A., Berger, F.: Three-dimensional analysis of the anatomical growth response of European conifers to mechanical disturbance. Tree Physiology, 2009, 29: 1247–1257. Stoffel, M., Corona, C.: Dendroecological dating of geomorphic disturbance in trees. TreeRing Research, 2014, 70: 3–20. Šilhán, K., Stoffel, M.: Impacts of age-dependent tree sensitivity and dating approaches on dendrogeomorphic time series of landslides. Geomorphology, 2015, 236: 34–43. Šilhán, K., Pánek, T., Hradecký, J.: Implications of spatial distribution of rockfall reconstructed by dendrogeomorphological methods. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2013, 13: 1817–1826.
Úloha mravenců podrodu Serviformica (Hymenoptera: Formicidae: Formica) ve vybraných ekosystémech The role of Formica (Serviformica) ants (Hymenoptera: Formicidae) in selected ecosystems
Školitel: Mgr. Pavel Pech, Ph.D. Holoarktický rod Formica se skládá ze čtyř podrodů Formica s.str., Raptiformica, Coptoformica and Serviformica. První tři podrody obsahují zejména velké, agresivní a teritoriální druhy s početnými koloniemi, a díky tomu jsou také dloudobě intenzivně studovány, především pokud se týká jejich sociální organisace, hnízdních a potravních preferencí i vlivu na okolní prostředí. Menší a málo agresivní mravenci z podrodu Serviformica jsou studování podstatně méně. Na většině lokalit jsou ale velmi hojní, na řadě středoevropských lokalit jsou největšími mravenci a jako jedni z prvních se objevují v raně sukcesních biotopech, kde ostatní zástupci rodu Formica vždy chybějí. Cíle práce: Odhadnout průměrný podíl ploch dominovaných mravenci podrodu Serviformica v krajině střední Evropy; zjistit vztahy mezi mravenci z podrodu Serviformica a jinými druhy mravenců (především Lasius, Myrmica, Tetramorium), strategii získávání potravy (lov, vztahy se mšicemi, myrmekochorie) a strategii hnízdění. Reference: Markó B. & Czechowski W.: Space use, foraging success and competitive relationships in Formica cinerea (Hymenoptera Formicidae) on sand dunes in southern Finland. Ethology Ecology & Evolution, 2012, 24: 149-164. Czechowski W., Radchenko A., Czechowska W. & Vepsäläinen K.: The ants of Poland with reference to the myrmecofauna of Europe. Fauna Poloniae 4. Warsaw: Natura Optima Dux Foundation, 2012, 496 pp. Frouz J. & Jílková V.. The effect of ants on soil properties and processes (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News, 2008, 11: 191-199. Seifert B.: Die Ameisen Mittel- und Nordeuropas. Lutra, Klitten, 2007, 368 pp. Sundström L., Seppä P. & Pamilo P.: Genetic population structure and dispersal patterns in Formica ants - a review. Annales Zoologici Fennici, 2005, 42: 163-177.
Potravní nároky evropských mravenců (Hymenoptera: Formicidae) z pohledu ekologie a evoluce Nutritional reguirements of European ants (Hymenoptera: Formicidae): an ecological and evolutionary approach
Školitel: Mgr. Pavel Pech, Ph.D. Mravenci různých zeměpisných šířek využívají potravu s různým obsahem cukrů, proteinů, tuků a solí. Teoreticky by se dělnice měly živit především potravou s vysokým obsahem cukrů, zatímco larvy by měly požívat spíše bílkoviny. Není tomu tak ale vždy a všude: Zatímco ve většině biotopů střední Evropy mravenci velmi výrazně preferují cukry, v tropických a subtropických oblastech hojně využívají i pouze proteiny a tuky. Výjimkou jsou např. některé antropogenní biotopy (odkaliště), ve kterých mravenci přijímají prakticky cokoli. Důvod těchto rozdílů není jasný a spočívá patrně v evoluci různých linií mravenců, historii osidlování regionu mravenci a v abiotických podmínkách a potravní nabídce konkrétního biotopu. Cíle práce: Pomocí návnad zmapovat potravní preference různých rodů mravenců v různých biotopech v rámci Evropy na gradientech sever-jih, východ-západ a nadm. výšky. Získané výsledky zasadit do evolučně-ekologických souvislostí. Reference: Fiedler K., Kuhlmann F., Schlick-Steiner B.C., Steiner F.M. & Gebauer G.: Stable N-isotope signatures of central European ants – assessing positions in a trophic gradient. Insect. Sociaux, 2007, 54: 393 – 402. Folgarait P.J.: Ant biodiversity and its relationship to ecosystem functioning: a review. Biodiversity and Conservation, 1998, 7: 1221-1244. Fowler D., Lessard J.-P. & Sanders N.J.: Niche filtering rather than partitioning shapes the structure of temperate forest ant communities. Journal of Animal Ecology, 2014, 83: 943–952. Hölldobler, B. & Wilson E.O.: The Ants. The Belknap Press of Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts. 1990. Kaspari M.: Road salt offers insights into the connections between diet and neural development. PNAS, 2014, 111: 10033-10034. Peters M.K., Mayr A., Röder J., Sanders N.J. & Steffan-Dewenter I.: Variation in nutrient use in ant assemblages along an extensive elevational gradient on Mt Kilimanjaro. Journal of Biogeography, 2014, 41: 2245–2255.
Využití „time-lapse“ monitoringu v hodnocení vývoje lidských embryí Utilization of time-lapse monitoring in the evaluation of the development of human embryos
Školitel: RNDr. Martin Kuneš, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Alice Malenovská Mezi významné výzkumné cíle v asistované reprodukci patří jasně detekovat znaky, které poukazují na kvalitu lidského embrya a jeho vývojový potenciál. Cílem je zejména maximální zefektivnění léčby neplodnosti, přičemž prioritou je transfer jednoho embrya jakožto prevence vícečetné gravidity. V klinické praxi se doposud nejvíce využívá sledování morfologických znaků vyvíjejícího se embrya pod světelným mikroskopem. Tato metoda umožňuje rychlou selekci kvalitního embrya bez větších technologických a finančních nároků, nicméně její velkou nevýhodou je umístění embryí mimo inkubátor (nepříznivé prostředí), subjektivní hodnocení a absence informací o dynamice a načasování růstu. Další alternativou je preimplantační genetická diagnostika, kdy vyšetřená embrya bez genetické zátěže lze použít k embryotransferu nebo kryokonzervaci. Toto finančně náročné vyšetření se však neobejde bez invazivního odběru blastomer s rizikem zhoršení následného vývoje embryí. Time-lapse monitoring se jeví jako ideální metoda pro selekci embryí. Spočívá v kontinuálním sledování vyvíjejících se embryí v bezpečném prostředí inkubátoru, kde snímá speciální kamera vývoj embryí přímo v kultivační misce a záznamy se analyzují pomocí speciálního softwaru. Cílem je vybrat embryo nejvíce podobné „ideálnímu embryu“ co do dynamiky růstu, tak načasováni jednotlivých fází buněčného dělení nebo výskytu multinukleací v blastomerách. První publikace už sice pomalu nastiňují znaky, které pomohou nalézt embryo schopné úspěšné implantace a růstu, ale stále není vytvořen univerzální fungující algoritmus. Cílem této práce je snaha vytvořit model pro selekci lidských embryí k embryotransferu nebo ke kryokonzervaci (vitrifikaci) pouze na základě sledování morfokinetických parametrů a výskytu multinukleací v blastomerách rýhujícího se embrya pomocí time-lapse monitoringu (EmbryoScope). Metodika: Lidská embrya jsou kultivována v time-lapse systému (EmbryoScope) a pátý nebo šestý den kultivace je provedena biopsie trofektodermu pomocí laseru (Octax Navilase). Z buněk trofektodermu je izolována a amplifikována DNA (Illumina) a vyšetřena pomocí array CGH (Illumina). Mezi skupinami euploidních a aneuploidních embryí je provedeno porovnání jejich morfokinetiky a výskytu multinukleací v prvních dvou buněčných děleních. Embrya jsou po odběru trofektodermu vitrifikována (Vitrolife, Rapid-i Kit). Transferováno je jedno euploidní embrya v následujícím menstruačním cyklu pacientky.
Reference: Yang Z., Zhang J., Salem SA, Liu X, Kuang Y., Salem RD, Liu J.: Selection of competent blastocysts for transfer by combining time-lapse monitoring and array CGH testing for patients undergoing preimplantation genetic screening: a prospective study with sibling oocytes, BMC Medical Genomics, 2014, 7:38. Yang Z., Liu J., Collins G.S., Salem S.A., Liu X., Lyle S.S., Peck A.C., Sills E.S., Salem R.D.: Selection of single blastocysts for fresh transfer via standard morphology assessment alone and with array CGH for good prognosis IVF patients: results from a randomized pilot study. Mol. Cytogenet., 2012, 5:24.
Alfarawati S., Fragouli E., Colls P., Stevens J., Gutierrez-Mateo C., Schoolcraft W.B., KatzJaffe M.G., Wells D.: The relationship between blastocyst morphology, chromosomal abnormality, and embryo gender. Fertil. Steril., 2011, 95:520–524. Liu J., Sills E.S., Yang Z., Salem S.A., Rahil T., Collins G.S., Liu X., Salem R.D.: Array comparative genomic hybridization screening in IVF significantly reduces number of embryos available for cryopreservation. Clin. Exp. Reprod. Med., 2012, 39:52–57. Yang Z., Salem S.A., Liu X., Kuang Y., Salem R.D., Liu J.: Selection of euploid blastocysts for cryopreservation with array comparative genomic hybridization (aCGH) results in increased implantation rates in subsequent frozen and thawed embryo transfer cycles. Mol. Cytogenet., 2013, 6:32. Campbell A., Fishel S., Bowman N., Duffy S., Sedler M., Hickman C.F.L.: Modelling a risk classification of aneuploidy in human embryos using non-invasive morphokinetics. Reprod. Biomed. Online 2013, 26:477–485. Campbell A., Fishel S., Bowman N., Duffy S., Sedler M., Thornton S.: Retrospective analysis of outcomes after IVF using an aneuploidy risk model derived from time-lapse imaging without PGS. Reprod. Biomed. Online 2013, 27:140–146. Mantzouratou A., Delhanty J.D.A.: Aneuploidy in the human cleavage stage embryo. Cytogenet. Genome Res. 2011, 133:141–148. Fragouli E., Wells D.: Aneuploidy in the human blastocyst. Cytogenet. Genome Res. 2011, 133:149–159.
Příprava modifikovaných reaktivátorů acetylcholinesterasy a jejich in vitro hodnocení Preparation of modified acetylcholinesterase reactivators and their in vitro evaluation
Školitel: doc. PharmDr. Kamil Musílek, Ph.D. Konzultant: RNDr. Alena Uhríková, PhD. Organofosforové sloučeniny (OF) patří do skupiny vysoce toxických ireverzibilních inhibitorů acetylcholinesterasy (AChE). Díky inhibici AChE způsobují OF v organismu narušení cholinergních funkcí, které může v závislosti na jejich dávce způsobit až úmrtí organismu. Kauzálními léčivy při intoxikacích OF jsou oximové reaktivátory AChE. Reaktivátory AChE jsou schopny štěpit OF kovalentně navázaný do aktivního místa AChE, a tak obnovit přirozenou funkci AChE při štěpení neuromediátoru acetylcholinu. Pro každý typ OF je vhodný jiný druh reaktivátoru AChE. Současné reaktivátory AChE také mají omezenou účinnost. Z tohoto důvodu je nutný výzkum nových reaktivátorů. Cíle práce: Příprava nových sloučenin Testování nových sloučenin in vitro Literatura: Musilek, K. - Dolezal, M. - Gunn-Moore, F. - Kuca, K.: Design, Evaluation and StructureActivity Relationship Studies of the AChE Reactivators Against Organophosphorus Pesticides. Medicinal Research Reviews. 2011, 31(4): 548-575. DOI: 10.1002/med.20192. Holas, O. – Musilek, K. – Pohanka, M. – Kuca, K.: Progress in cholinesterase quantification methods. Expert Opinion on Drug Discovery. 2012, 7(12):1207–1223. DOI: 10.1517/17460441.2012.729037.
Příprava modulátorů ABAD a jejich in vitro hodnocení Preparation of ABAD modulators and their in vitro evaluation
Školitel: doc. PharmDr. Kamil Musílek, Ph.D. Konzultant: PharmDr. Ondřej Soukup, Ph.D. Enzym amyloid vázající alkohol dehydrogenasa (ABAD) byl nalezen jako jeden z faktorů mitochondriální dysfunkce a apoptosy. ABAD je lokalizován uvnitř mitochondrií a je specifický pro neuronální buňky. Bylo zjištěno, že tento enzym se podílí na vzniku Alzheimerovy nemoci a jejím rozvoji tak, že interaguje protein-protein interakcí s beta amyloidem. ABAD je možné ovlivnit modulátory, které inhibují buď ABAD nebo jeho interakci s beta amyloidem. Tímto způsobem by mělo být možné zabránit mitochondriální destrukci. V současné době je známo pouze minimální množství modulátorů ABAD a je očekáván jejich dynamický vývoj. Cíle práce: Příprava nových sloučenin Testování nových sloučenin in vitro Literatura: Hroch, L. – Aitken, L. – Benek, O. – Dolezal, M. – Kuca, K. – Gunn-Moore, F. - Musilek, K.: Benzothiazoles - Scaffold of interest for CNS targeted drugs. Current Medicinal Chemistry. 2015, in press. DOI: 10.2174/0929867322666141212120631. Benek, O. – Aitken, L. –– Hroch, L. – Kuca, K. – Gunn-Moore, F. - Musilek, K.: A Direct interaction between mitochondrial proteins and amyloid-β peptide and its significance for the progression and treatment of Alzheimer’s disease. Current Medicinal Chemistry. in press. Benek, O. – Musilek, K. – Kuca, K.: Mitochondrial enzyme ABAD and its role in the development and treatment of Alzheimer’s disease. Ceska a Slovenska Farmacie. 2012, 61(4): 144-149 (in Czech). ISSN 1210-7816.
Příprava a hodnocení nových povrchově aktivních sloučenin Preparation and evaluation of novel surfactants
Školitel: doc. PharmDr. Kamil Musílek, Ph.D. Konzultant: PharmDr. Michal Novotný, Ph.D. Povrchově aktivní sloučeniny (surfaktanty) mají v biologických aplikacích mnoho použití. Mají účinky ochranné, antimikrobní, antineoplastické ad. Základem jejich účinku je micelární efekt, kdy jsou schopny tvořit micely na rozhraní dvou fází. Surfaktanty mohou mít neutrální, anionický nebo kationický charakter. Kationické surfaktanty jsou dobře známé pro své antimikrobní účinky, kdy přímo interagují s póry v buněčné membráně, způsobují její narušení a apoptosu buňky. Z tohoto důvodu jsou často využívány jako povrchová desinficiencia. Antimikrobní efekt kationických surfaktantů závisí na radě faktorů a liší se pro různé druhy mikroorganismů. Cíle práce: Příprava nových sloučenin Testování nových sloučenin Literatura: Malinak, D. – Dolezal, R. – Marek, J. – Salajkova, S. – Soukup, O. – Vejsova, M. – Korabecny, J. – Honegr, J. – Penhaker, M. – Musilek K. – Kuca, K.: 6-Hydroxyquinolinium salts differing in the length of alkyl side-chain: Synthesis and antimicrobial activity. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 2014, 24(22): 5238–5241. DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.09.060. Marek, J. - Buchta, V. - Soukup, O. - Stodulka, P. - Cabal, J. - Ghosh, K.K. - Musilek, K. Kuca, K.: Preparation of Quinolinium Salts Differing in the Length of the Alkyl Side Chain. Molecules. 2012, 17(6): 6386-6394. DOI: 10.3390/molecules17066386.
