SoMoPro: introducing International Contribution to South Moravian science II. SoMoPro: představujeme Mezinárodní Posily Jihomoravské Vědy II

South Moravian Programme for Distinguished Researchers Programme of the Region of South Moravia – co-funded by Marie Curie Actions

Jihomoravský program pro špičkové vědce Program Jihomoravského kraje kofinancovaný akcemi Marie Curie.

SoMoPro: introducing

International Contribution to South Moravian science II SoMoPro: představujeme

Mezinárodní Posily Jihomoravské Vědy II The South Moravian Centre for International Mobility Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu Mezírka 1 | 602 00 Brno PHONE 00420 541 211 043 www.jcmm.cz

72

On a horizon…

Na co se těšíme…

In 2012 and 2013 another two calls for proposals will be open within our follow-up project SoMoPro. In total, we plan to fund another 26 projects of distinguished incoming and reintegrating Czech researchers coming to Southmoravian research institutions. More information is available on our website: http://jcmm.cz/en/somopro.html We are looking forward to our future fellows!

The SoMoPro Team

V roce 2012 a 2013 budou v rámci pokračování programu SoMoPro otevřeny dvě výzvy. V jejich průběhu plánujeme podpořit dalších 26 projektů vynikajících zahraničních a reintegrujících se českých výzkumníků, přicházejících na jihomoravské výzkumné instituce. Více informací naleznete na našich stránkách: http://jcmm.cz/cz/somopro.html Těšíme se na naše nové podpořené výzkumníky!

SoMoPro tým

71 OPTIMOLEL – Optimalizace Projekt depozice tenkých vrstev pro molekulární elektronické přístroje Ústav fyzikální Hostitelská instituce a spotřební chemie, Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně

Školitel

doc. Ing. Martin

Weiter, Ph.D.

Projekt je zaměřen na vývoj technologie pro přípravu organických elektronických zařízení, jako jsou organické solární články, plastové osvětlovací zařízení, senzory, detektory a další elektronické zařízení. Funkce těchto zařízení je založena na aktivní organické vrstvě. Tyto organické (například polymerní) vrstvy jsou obvykle velmi tenké (pod 1 mikrometr) a mohou být připraveny metodami velkosériové produkce jakou je například tisk. Proto organická elektronická zařízení mohu být velmi levná a tak konkurenceschopná svým standardním anorganickým protějškům. Hlavní odborným a technologickým důvodem pro realizaci projektu je potřeba zlepšení a vývoje metod pro depozici a charakterizaci organických materiálů s cílem dosáhnout aplikační úrovně. Jedním z hlavních problémů k řešení je kvalita a reprodukovatelnost organických tenkých vrstev pro elektronické aplikace, stabilita a životnost vyráběných zařízení. Mezi socioekonomické důvody pro realizaci projektu patří velká poptávka po nových zdrojích energie a efektivních zdrojích světla, jaké představují organické solární články a plastová osvětlovací zařízení s nízkou výrobní cenou a příznivé k životnímu prostředí. Předkládaný projekt zahrnuje spolupráci mezi chemicky orientovanou hostitelskou organizací a fyzikálně a inženýrsky orientovaným hostujícím vědcem. Navrhovaný výzkum je zaměřen na zlepšení technologie přípravy tenkých vrstev za pomocí optimalizace stávajících depozičních technik (rotační nanášení, namáčení, elektroforetická depozice) a zavedení nové techniky sprejového nanášení. Očekáváme, že využití nové depoziční techniky urychlí komerční použití organických polovodičů. Rovněž očekáváme, že zkušenosti výzkumníka v oblasti elektrických měření a sběru dat přispějí k vývoji metod pro charakterizaci materiálů. doc. Mgr. Ivaylo ZHIVKOV, Ph.D.

OPTIMOLEL

70

doc. Mgr. Ivaylo ZHIVKOV, Ph.D. OPTIMOLEL – Optimisation Project of thin film deposition for the molecular electronic devices Institute Of Physical Host institution And Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Brno University of Technology Person in charge doc. Ing. Martin Weiter, Ph.D.

Project is targeted to the development of technology for preparation of organic electronic devices such as organic solar cells, plastic lighting devices, sensors, detectors and other electronic elements. The function of these devices is based on thin active organic layers. These organic (e.g. polymer) layers are usually very thin (below 1 micrometer) and can be prepared by cheap mass production procedures such as printing. Therefore the organic electronic devices can be very cheap and thus able to compete to their standard inorganic counterpart (silicon solar cells, classic lighting devices etc.). The main scientific and technological reason to carry out the research proposed is the necessity to improve and develop the methods for organic thin film deposition and investigation to get application level. One of the main problems to solve is the quality and reproducibility of the organic films for electronic application, the stability and the long lifetime of the devices produced. The socio-economic reason for carrying out this investigation is the great demand of new energy sources and effective lighting devices (construction of low-cost and environmentally friendly solar cells and light emitting displays). The research proposed aimed to improve the thin film preparation by optimization of existing thin film deposition techniques (spin and deep coating, electrophoretic deposition) and introduction a novel techniques as spray deposition. It is expecting that the usage of the novel spray deposition techniques will accelerate the commercial usage of the organic semiconductors. It is also expected that the researcher’s experience in the field of electrical measurement and data acquisition and control will contribute the development the methods for materials characterization. SoMoPro

International Contribution to South Moravian science

69 CHROMPLANT – Rostlinný Projekt chromatin, struktura a funkce s rozlišením na jednu bázi Hostitelská instituce Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

prof. RNDr. Jiří

Fajkus, CSc.

Současný rozvoj velkokapacitního sekvenování a sekvenčních analýz umožňují stále detailnější studium chromatinu. Konkrétně první počítačový program, který umožňuje na sekvencích DNA mapovat nukleozomy s rozlišením jedné báze, byl vyvinut v Genome Diversity Center, Haifa University. To otvírá jedinečnou možnost studovat trojrozměrnou strukturu a funkci chromatinu. Znalost přesných poloh nukleozomů na sekvenci skutečně umožňuje vypočítat délky linkerů mezi nimi, jejich vzájemnou orientaci, a tudíž lokální architekturu chromatinu. To je zvlášť důležité u chromatinu obsahujícího promotory, telomery, centromery, počátky replikace atd. Tento projekt je specificky zaměřen na studium rostlinného chromatinu. Nejprve bude kvůli počítačovému vytvoření matrice ohebnosti rostlinné DNA sestavena rozsáhlá databáze experimentálně zjištěných sekvencí nukleozomů v laboratoři Jiřího Fajkuse (Masarykova Univerzita), s nímž máme dlouholetou vědeckou spolupráci. Následně bude vyvinuta procedura mapování nukleozomů, podobná programu používanému v současnosti, která bude k dispozici přes veřejně dostupný server. Prostorová rekonstrukce zkoumaných chromatinových úseků na základě přesných nukleozomových map bude provedena původním programem vyvíjeným v Genome Diversity Center. Standardní architektonické prvky rostlinného chromatinu budou poprvé odhaleny s vysokým rozlišením srovnatelným s rentgenovou krystalografií. Sekvenčně determinovaná rekonstrukce prostorové struktury chromatinu bude však možná pro každý úsek přirozeného chromatinu, což nelze provést pomocí krystalografie. Znalost architektury chromatinu promotorů umožní zdůvodnit interakce promotorů s transkripčními faktory, zjistit jejich prostorové rozložení v okolí promotorů a detaily regulace genové exprese.

prof. Ing. Edward TRIFONOV, Ph.D.

CHROMPLANT

68

prof. Ing. Edward TRIFONOV, Ph.D. CHROMPLANT – Plant chromatin, Project structure and fiction at single base resolution Host institution Department of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.

Recent developments in high throughput sequencing and sequence analyses make possible increasingly detailed studies of chromatin. In particular, the first computer program has been developed in the Genome Diversity Center, Haifa University, that allows to map the nucleosomes on the sequences with single base resolution. This opens a unique possibility to study 3D structure and function of chromatin. Indeed, knowing exact positions of the nucleosomes on the sequence, one can calculate from the lengths of the linkers between the nucleosomes their mutual orientation and, hence, local architecture of chromatin. This is especially important for chromatin that involves promoters, telomeres, centromeres, origins of replication etc. The project is aimed to, specifically, plant chromatin studies. First, for computational generation of DNA bendability matrix for plants (Arabidopsis to begin with) a large experimentally derived database of the nucleosome sequences will be constructed in the laboratory of Prof. J. Fajkus (Masaryk Univ.) with whom we have a long standing scientific collaboration. The nucleosome mapping procedure will be then developed, similar to currently used program, available on public server. The 3D reconstruction of chromatin segments of interest on the basis of the accurate nucleosome maps will be conducted by an original program under development in the Genome Diversity Center. The standard architectural elements of plant chromatin will be revealed, for the first time with high resolution, comparable to resolution of x-ray crystallography. The sequence-directed reconstruction of the chromatin 3D structure will be possible for every segment of natural chromatin which cannot be done by means of crystallography. Knowing the architecture of promoter chromatin one would be able to rationalize interactions of promoters with transcription factors, their spatial distribution around promoters and details of regulation of gene expression. SoMoPro


67 HigherDimTwistors – Projekt Vícerozměrná twistorová teorie v jazyku parabolických geometrií Ústav matematiky Hostitelská instituce a statistiky, Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity

Školitel

prof. RNDr. Jan Slovák,

DrSc.

Hlavním cílem projektu je rozšířit na Masarykově univerzitě již existující silně interdisciplinární výzkum na rozhraní diferenciální geometrie, teorie reprezentací a matematické fyziky. Dr. Arman Taghavi-Chabert přichází ze známé Penroseovy skupiny v Oxfordu a jeho expertíza výborně doplňuje nedávné výsledky a běžící projekty skupiny badatelů kolem Jana Slováka, včetně přesahů ke skupinám Rikarda von Unge a Tomáše Tyce ve fyzice. Přesněji řečeno, nedávno vytvořená teorie parabolických geometrií (Jan Slovák se spolupracovníky) se zdá být výborným nástrojem ve twistorové teorii (zejména tzv. BGG kalkul) a Dr. Arman TaghaviChabert představuje skvělou příležitost pro spolupráci v tomto směru. Návrh projektu je založen právě na třech různých aspektech twistorové teorie. Prvním je úplná klasifikace skoro optických struktur v sudých dimensích, tj. Lorentzovských analogií hermiteovských struktur, a podrobné studium jejich křivostních vlastností. Budou také vypracovány konkrétní příklady a to hlavně v kontextu Einsteinových rovnic pole. Dalším směrem bude rozvoj twistorových modelů pro neabelovské Yangovy-Millsovy teorie gerbů v dimenzi šest, které jsou velmi zajímavé z pohledu teorie strun. Cílem je vytvoření gerbové Penroseovy-Wardovy transformace v tomto pojetí. Poslední, třetí směr se soustředí na konformní Killingovy spinory vyšších valencí a jejich geometrická prodlužování.

Arman Taghavi-Chabert, Ph.D.

HigherDimTwistors

66

Arman Taghavi-Chabert, Ph.D. HigherDimTwistors – Project Higher-dimensional twistor theory in the language of parabolic geometries Department of mathematics Host institution and Statistics, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge prof. RNDr. Jan Slovák, DrSc.

The main goal of the project is to expand the already existing strong interdisciplinary research on the borderline of Differential Geometry, Representation Theory, and Mathematical Physics at the Masaryk University. The expertise of Dr. Arman Taghavi-Chabert, coming from the famous Penrose group of Oxford, matches perfectly recent achievements and current projects of the research group around Professor Jan Slovák, with direct links to Rikard von Unge‘s and Tomáš Tyc‘s groups in Physics. More explicitly, the newly established theory of parabolic geometries (Jan Slovák and collaborators) seems to be great machinery for applications in twistor theory (the so called BGG machinery) and Dr. A. Taghavi-Chabert will bring a unique opportunity for common proceedings in this direction. In particular, the proposal will build on three distinct aspects of twistor theory. The first of these will be a complete classification of almost optical structures in even dimensions, Lorentzian analogues of almost hermitian structures, and a comprehensive study of their geometric and curvature properties. Examples will be provided, especially in the context of Einstein‘s field equations. On a different line, one will develop a twistor model for non-abelian Yang-Mills gerbe theory in six dimensions, which will be of great interest to string theorists. Ultimately, a gerbe-like Penrose-Ward transform will be constructed in this setting. Finally, a third strand will focus on conformal Killing spinors of higher valence and their geometric prolongation.

SoMoPro


65 HR51RK – Rychlá kinetika lidské Projekt rekombinační mašinerie

Hostitelská instituce Masarykovy univerzity Školitel

Mgr. Lumír

Biologický

ústav,

Krejčí, Ph.D.

Oprava poškozené DNA je životně důležitá pro udržení integrity genomu. Jeden z mechanizmů obnovy kontinuity DNA je homologická rekombinace, kde je Brca2 protein jeden z klíčových hráčů tohoto mechanizmu. Mutace v tomto genu představují příčinu významné části rakoviny prsu, dědičnou v rodině a zvyšuje riziko rakoviny ovarií, pankreatu a prostaty. Dále inaktivace funkce BRCA2 genu může vyústit v syndrom náchylnosti k rakovině Fanconiho anemii, zdůrazňujíc relevanci našeho výběru pro jeho detailní studium, a navíc molekulární funkce Brca2 proteinu zůstává slabě pochopena. BRCA2 pravděpodobně uplatňuje jeho tumor supresivní funkci zvyšováním účinnosti homologií-řízenou opravou poškozené DNA. V tomto projektu je cílem charakterizovat úroveň kvalitativní kontroly Rad51 zprostředkovaných reakcí. Toto zahrnuje rekombinačně mediátorovou funkci BRCA2 a detaily vyčištění Rad51 polymeru účinkem Recq5 helikázy, a tak definovat molekulární základy těchto funkcí. Pro dosáhnutí výzkumných cílu bude uskutečněno studium rychlé kinetiky různých domén BRCA2 ve vztahu ku stabilizaci či destabilizaci Rad51 samo-složení do prodloužených polymerů na jedno-vláknové DNA. Nadto, molekulární mechanizmy Recq5 suprese rekombinace budou testovány použitím studia rychlé kinetiky ve vztahu k ochranné aktivitě Brca2 na Rad51 filamenty. Dešifrováním funkční důležitosti těchto interakcí budeme schopni racionalizovat, jak BRCA2 funguje v genomové nestabilitě a rakoviny prsu. Je taky možné, že komponenty BRCA2 dráhy by mohly být přímé cíle pro tumorigenezu, a tedy rozpitvání BRCA2 cesty by odhalilo tyto terče.

RNDr. Mario Špírek, Ph.D.

HR51RK

64

RNDr. Mario Špírek, Ph.D. HR51RK – Rapid kinetics Project of human recombinational machinery Department of Biology, Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University

Person in charge

Mgr. Lumír

Krejčí, Ph.D.

The repair of damaged DNA is vital for the maintenance of genome integrity. One of the mechanisms to restore continuity of DNA is homologous recombination with Brca2 protein being among the key players in this mechanism. Mutations in this gene represent the cause of a significant portion of familial breast cancers and confer an increased risk of ovarian, pancreatic, and prostate cancer. Moreover, the inactivation of BRCA2 gene function can also result in the cancer prone-syndrome Fanconi anemia underscoring the relevance of our choice for its detailed study, yet the molecular function of Brca2 protein remains poorly understood. BRCA2 likely exerts its tumor suppressor function by enhancing the efficiency of the homology-directed repair of damaged DNA. In this project, the aim is to characterize the level of quality control of Rad51 mediated reactions. This includes the recombination mediator function of BRCA2 and details of the clearing Rad51 polymers by Recq5 helicase and thus to define the molecular basis for these functions. To achieve research goals, rapid kinetics study of different domains of BRCA2 will be carried out in relation to stabilization or destabilization of Rad51 self-assemblation into an extended polymer on single-stranded DNA. Moreover, the molecular mechanisms of the RecQ5 suppression of the recombination will be tested using rapid kinetic studies with respect to protecting activity of Brca2 on Rad51 filaments. By deciphering the functional significance of these interactions, we will be able to rationalize how BRCA2 functions in the genome instability and breast cancer. It is possible that the components of BRCA2 pathway might also be direct targets of tumorigenesis and dissecting BRCA2 pathway should reveal such targets.

SoMoPro


63 NEURALDEVESTEM – Objasnění Projekt role a molekulárního mechanismu působení Neuronatinu (NNAT) v neurální indukci lidských embryonálních kmenových buněk

Hostitelská instituce Lékařská fakulta MU Školitel

Biologický

prof. Ing. Petr

ústav,

Dvořák, CSc.

Jak je vytvářen mozek? Tato otázka láká nejen vývojové biology, ale i oblast biomedicíny, která se zabývá vývojem terapeutických přístupů k léčbě onemocnění spjatých s mozkem. Prvním krokem vývoje centrální nervové soustavy je neurální indukce, resp. vývoj neurálních kmenových buněk (NSC – neural stem cells). Obecná koncepce neurální indukce předpokládá, že při nepřítomnosti vnějších inhibitorů (např. BMP signálování) ektodermální buňky automaticky nastupují neurální diferenciaci. Dodnes se vlastně neví, zda to platí. Objevují se však stále nové důkazy poukazující na to, že k navození neurální indukce nestačí pouze inhibovat BMP signálování, ale musí být i aktivována FGF/Erk dráha, jež pak působí autokrinně či parakrinně. Prvotní experimenty Spemanna a Mangoldové z roku 1924 ukazují, že neurální indukce je řízena vnějšími faktory. Existují však i nějaké faktory vnitřní? Mají na neurální indukci rozhodující vliv? Na tyto otázky musíme nalézt odpověď. Naše skupina nedávno objevila nový vnitřní regulátor Neuronatin (Nnat), který u myších embryonálních kmenových (ES – embryonic stem) buněk zahajuje neurální indukci a také podporuje neuralizaci u embryí Xenopus. Tento projekt si klade za cíl objasnění úlohy a mechanismu působení NNAT při neurální indukci lidských ES buněk. Odhalení mechanismu neurální specifikace tak pomůže získat čistší a lépe definovanou populaci NSC z indukovaných pluripotentních (iPS – induced pluripotent stem) buněk, které jsou úzce spjaty s terapiemi využívajícími kmenové buňky.

Yuh-Man Sun, Ph.D.

NEURALDEVESTEM

62

Yuh-Man Sun, Ph.D. NEURALDEVESTEM – Elucidating the Project role and molecular mechanism of Neuronatin (NNAT) in neural induction in human embryonic stem cells Department of Biology, Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University

Person in charge prof. Ing. Petr Dvořák, CSc. How is our brain formed? This question attracts huge attention not only from developmental biologists, but also from the biomedical field for harnessing therapeutic interventions to treat brain-related diseases. The first step of the formation of our central nervous system (CNS) is called neural induction [or development of neural stem cells (NSC)]. The general conception of neural induction is by default. The default mechanism postulates that in the absence of an extrinsic inhibitory force (i.e. BMP signalling), ectodermal cells automatically adopt neural fate. To date, default or not default, that remains a question. The emerging consensus in the mechanism underling neural induction is a combination force by inhibiting BMP pathway and activating FGF/Erk pathway, which acts extrinsically via either autocrine or paracrine manners. Since the seminal experiment carried out by Spemann and Mangold in 1924, the general concept is that neural induction is solely decided by extrinsic forces. Do intrinsic forces exist? Do they have a decisive influence on neural induction? These questions need to be answered. We have recently identified a novel intrinsic factor, Neuronatin (Nnat), which acts as a neural initiator in mouse embryonic stem (ES) cells and also promotes the neural fate in Xenopus embryos (Lin et al, submitted). This project is further to elucidate the role and the mechanism of NNAT in neural induction in human ES cells. This project will shed light on the complex networks that regulate neural specification in human ES (hES) cells and may provide paradigms for the derivation of more homogenous NSC cells from induced pluripotent stem (iPS) cells for stem cell replacement therapy.

SoMoPro


61 ED-MALE-TOX – Endokrinní Projekt disruptory v životním prostředí a samčí neplodnost: mechanismy působení a toxické efekty RECETOX, Hostitelská instituce Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity

Školitel

doc. RNDr. Luděk

Bláha, Ph.D.

Látky vyskytující se v životním prostředí a ovlivňující působení přirozených hormonů, tzv. endokrinní disruptory, se zdají být jedním z rizikových faktorů, který se podílí na celosvětovém snížení reprodukčního potenciálu samců. Cílem tohoto projektu práce bude přinést nové informace o účincích endokrinních disruptorů přítomných ve vzorcích odebraných ze životního prostředí na samčí plodnost s využitím in vitro modelů. Projekt je interdisciplinární a při svém řešení využívá nástroje a znalosti z oblastí in vitro toxikologie, analytické a environmentální chemie a je postaven na nejnovějších vědeckých poznatcích. Výsledky této studie napomohou pochopit složitost působení těchto látek a identifikovat jejich mechanismy působení a přispějí k diskuzi o kvalitě životního prostředí a zdraví lidí.

RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D.

ED-MALE-TOX

60

RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D. ED-MALE-TOX – Environmental Project endocrine disruptors and male fertility: mechanisms and toxic effects RECETOX, Faculty Host institution of Science, Masaryk University

Person in charge doc. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D.

The environmental compounds interfering with natural hormone functions, termed endocrine disruptors, are widely discussed as one of possible causes of the worldwide issue in the last decades: the impairment of male reproductive health. The aim of this project is to bring new knowledge about effects of environmental compounds on male fertility using in vitro models. This project represents an interdisciplinary approach integrating in vitro toxicology, analytical and environmental chemistry and reflects up-to-date knowledge of current research. The research findings will help to better understand the multiple effects of endocrine disruptors on male fertility and their cellular and molecular mechanisms of action and will contribute to the discussions of environmental quality standards and public health.

SoMoPro


59 DETONATION – Diskriminativní Projekt trénování modelů normalizovaných na mluvčího pro automatické rozpoznávání řeči Ústav počítačové Hostitelská instituce grafiky a multimédií, Fakulta informačních technologií, Vysoké učení technické v Brně

Školitel

doc. Dr. Ing. Jan

Černocký

Navrhovaný projekt se zabývá automatickým rozpoznáváním řeči. Je postaven na žadatelových zkušenostech s normalizací na mluvčího v rozpoznávání řeči a na zkušenostech skupiny Speech@FIT s akustickým modelováním a diskriminativním trénováním v rozpoznávání řeči. Projekt se bude zabývat výzkumem disktriminativního trénování modelů normalizovaných na mluvčího, které umožní vyvinout přesnější systémy pro rozpoznávání řeči s pokročilou adaptací na cílové uživatele. Zvláštní pozornost bude věnována aplikaci diskriminativně trénovaným adaptacím na mluvčího v případě sub-space modelování řeči.

Shakti Prasad RATH, Ph.D.

DETONATION

58

Shakti Prasad Rath, Ph.D. DETONATION – Discriminative Project training of speaker-normalized models for automatic speech recognition Department of Computer Host institution Graphics and Multimedia, Faculty of Information Technology, Brno University of Technology Person in charge doc. Dr. Ing. Jan Černocký

The proposed project deals with automatic speech recognition. It builds on the applicant’s experience with speaker normalization in speech recognition and on the experience of Speech@FIT group with acoustic modeling and discriminative training in speech recognition. It proposes an investigation of discriminative training of speaker normalized models allowing for building more accurate speech recognition systems that are more adapted to the target user. Particular attention will be devoted to the application of discriminatively trained speaker adaptations in recently proposed sub-space acoustic modeling of speech.

SoMoPro


57 PAQIT – Fyzikální aspekty Projekt kvantové teorie informace Vysoce Hostitelská instituce paralelní a distribuované výpočetní systémy, Fakulta informatiky, Masarykova univerzita

Školitel

prof. RNDr. Jozef

Gruska, DrSc.

Kvantová teorie, jejíž počátky spadají do první poloviny 20. století, je jedním ze základních pilířů moderní fyziky. Fyzikové a informatici byli v posledních desetiletích inspirováni potenciálním využitím kvantových systémů pro výpočetní účely. Cílem tohoto projektu je dále rozvíjet spolupráci mezi Fyzikálním ústavem Slovenské akademie věd v Bratislavě a Fakultou informatiky Masarykovy univerzity v Brně. Během dvouletého výzkumného pobytu (od září 2010 do srpna 2012) bych chtěl ze společné fyzikálně-informatické perspektivy dospět k novým pohledům na v současnosti známé otevřené problémy kvantové teorie informace, jakož i najít nové problémy a přispět k jejich řešení. Zaměřit se chci zejména na kvantové algoritmy a jejich optimalizaci, na roli chyb, šumu a dekoherence v kvantových experimentech a možné způsoby boje proti nim. Hlavními výsledky projektu by měly být společné publikace a dlouhotrvající spolupráce. Pokračování společné organizace workshopu CEQIP, který se každé jaro koná v jednom z českých (obvykle jihomoravských) historických měst, bude mít přímý dopad na další rozvoj regionu. Během svého pobytu mám v úmyslu účastnit se výukového procesu na univerzitě formou přednášek a seminářů o kvantové teorii informace (QIT) pro bakalářské a magisterské studenty a také vedením diplomových a disertačních prací. Rovněž se budu ve spolupráci s Přírodovědeckou fakultou a zejména s prof. Tomášem Tycem zapojovat do popularizačních aktivit. Zejména bych rád zvýšil zájem jihomoravských středních škol o Turnaj mladých fyziků a uvedl Mezinárodní olympiádu mladých vědců do základních škol v Jihomoravském kraji a v celé České republice.

RNDr. Martin PLESCH, Ph.D.

PAQIT

56

RNDr. Martin PLESCH, Ph.D. PAQIT – Physical Aspects Project of Quantum Information Theory Highly Parallel Host institution and Distributed Computing Systems, Faculty of Informatics, Masaryk University Person in charge prof. RNDr. Jozef Gruska, DrSc.

Quantum theory, originally formulated in the first half of 20th century, is one of the basic pillars of modern physics. Over the last decades physicists and information scientists were attracted by the potential usage of quantum systems in the information processing. Within this project, we would like to foster the interdisciplinary cooperation within this area between the Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences in Bratislava on one side and the Faculty of Informatics, Masaryk University in Brno on the other side. During the two years research stay (from September 2010 till August 2012) I would like to gain and formulate new views on existing open problems in Quantum Information Theory from a common physical-information-scientific perspective, as well as find new interesting problems and contribute to their solutions. Focus will be given to quantum algorithms and their optimization, role of errors, noise and decoherence and possible ways of defeating them in experiments. Joint publications, as well as long lasting cooperation shall be the main outcomes of the project. Also the continuation of common organization on the conference CEQIP, which takes place every spring in one of the Czech (mostly South Moravian) historic cities, will have a direct impact into the further development of the region. During my stay, I plan to take part in the teaching process at the University by offering lectures and seminars on QIT for Bachelor and Master students, as well as tutoring of Master and PhD. students. In cooperation with the Faculty of Science MU and Prof. Tomáš Tyc, shall take part on popularizing activities. In particular, I would like to enhance to interest of high schools in South Moravian Region into the Young Physicists’ Tournament and introduce International Junior Science Olympiad into elementary schools in the region and the whole Czech Republic.

SoMoPro


55 Prdm9 – Role proteinu Prdm9 při Projekt modifikaci histonů a rekombinaci Národní centrum Hostitelská instituce pro výzkum biomolekul, CEITEC, Středoevropský technologický institut, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

Mgr. Lumír

Krejčí, Ph.D.

V průběhu evolučního procesu přebíraly postupně pohlavně reprodukční organismy výhodu nad organismy nepohlavně reprodukčními, a to vlivem nových kombinací genů v jejich potomcích. Genetická pestrost v každé generaci definuje specifické rysy v každém jedinci, které zvyšují šanci na přežití populace organismů v situaci nepřetržitě se měnících podmínek jejich prostředí. Proces, zajišťující redistribuci rodičovských genů na jejich potomky, je nazýván meiotická homologní rekombinace. Meiotická homologní rekombinace je proces, který je společný všem eukaryotním organizmům, zajišťující řádné oddělení homologních chromozomů v meióze a obohacující genetickou rozmanitost vytvářením nových alelických kombinací v každé generaci. U lidí a ostatních savců jsou rekombinační procesy lokalizovány v přesně definovaných oblastech genomu (hotspoty) o velikosti 1-2 kilobazí, nepravidelně rozmístěných v genomu a značně se lišících v jejich aktivitě. Klíčové rekombinační proteiny jsou intenzivně studovány, čímž je odkrývána podstata rekombinačních dějů na molekulární úrovni. Poněkud méně je známo o faktorech definujících umístění zmiňovaných hotspotů. Nedávný výzkum provedený ve skupině Dr. K. Paigena (Jacksonova laboratoř) ukazuje, že přítomnost CAST alel histon methyl-transferázy Prdm9 na chromozomu 17, může jak aktivovat, tak potlačit aktivitu čtyř jiných hotspotů na myším chromozomu 1. Studium Psmb1 hotspotu jinou skupinou poukazuje na transregulaci faktorem umístěným do stejného regionu na chromozomu 17, tedy do oblasti odpovídající Prdm9. Cílem tohoto návrhu je naklonování Prdm9, charakterizace jeho bílkovinného produktu a prozkoumání jeho interakcí s ostatními rekombinačními faktory, což povede k určení zbývající části systémového řízení rekombinace u savců.

Dr. Emil Parvanov

Prdm9

54

Dr. Emil Parvanov Prdm9 – Linking the histone Project modifications and recombination National Centre Host institution for Biomolecular Research, CEITEC, The Central European Institute of Technology, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge

Mgr. Lumír

Krejčí, Ph.D.

During the evolution of life, the sexually reproducing organisms took advantage over the asexually reproducing organisms, due to the new combinations of genes in their offspring. The genetic variety in each generation defines different features in each individual, which increases the chances for survival of the population of organisms under the constantly changing conditions of the environment. The process, which assures the re-distribution of the parental genes in the offspring, is named meiotic homologous recombination. The meiotic homologous recombination is a process common to all eukaryotes, which on molecular level assures proper segregation of homologous chromosomes in meiosis (specialized process by which germ cells divide to produce gametes). The failure of the chromosomes to recombine leads to sterility, or in genetic defects in the offspring. In humans and other mammals the recombination events are localized in tightly defined 1-2kb genomic regions (hotspots), irregularly spaced along the genome and vary greatly in their activity. The major protein players in recombination are well studied, uncovering the recombination on molecular level. Less is known about the factors defining the location of recombination hotspots. Recent research in the group of Dr. K. Paigen (The Jackson Lab) shows that the presence of CAST alleles of histone methyl-transferase Prdm9 on Chr17 can either activate or suppress the activity of four individual hotspots on mouse Chr 1. Study of another group on Psmb1 hotspot proved trans-regulation by factor mapped to the same region on Chr 17, at the region of Prdm9. The goal of this proposal is to clone Prdm9 and characterize the protein product of this factor; to find out its interactions with other recombination factors, which will identify the remaining part of the system controlling the mammalian recombination.

SoMoPro


53 NUCLANGS – Nukleosidové Projekt analogy s cílenou biologickou aktivitou Ústav chemie, Hostitelská instituce Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

doc. RNDr. Ctibor

Mazal, CSc.

Navržený projekt zahrnuje organickou syntézu a biologickou evaluaci karbocyklických nukleosidových analogů, u kterých je očekáváno, že budou schopny selektivně modulovat aktivitu specifických komponent systému, který řídí syntézu a opravu DNA (zejména DNA polymerázy alfa a ribonukleotidové reduktázy). Pokud budou tyto sloučeniny podávány např. se selektivním inhibitorem CHK1 kinázy, který jsme nedávno vyvinuli, mohlo by dojít k indukci synteticky letálního fenotypu v rakovinných buňkách. Dále je navržena syntéza azaa karbocyklických analogů inhibitoru DNA polymerázy alfa – dehydroaltenusinu. Hlavním nosným tématem navrženého projektu je identifikace nových sloučenin, které mohou být použitelné pro moderní léčbu rakovinných onemocnění. Navržený projekt bude součástí kompaktního medicinálně-chemického programu, který zahrnuje několik výzkumných skupin lokalizovaných převážně v nově postaveném univerzitním kampusu MU Brno.

Dr. Kamil PARUCH

NUCLANGS

52

Dr. Kamil PARUCH NUCLANGS – Nucleoside Project analogs with targeted biological activity Chemistry Department, Host institution Faculty of Science, Masaryk University Person in charge doc. RNDr. Ctibor Mazal, CSc.

The project includes organic synthesis and biological evaluation of carbocyclic nucleoside analogs that are envisioned to selectively modulate the activity of specific components of DNA-processing molecular machinery (namely DNA polymerase alpha and ribonucleotide reductase). Combined with e.g. the selective CHK1 inhibitor we developed recently, they might induce the synthetic lethal phenotype in cancer cells. Also proposed is the synthesis of aza- and carbocyclic analogs of the DNA polymerase alpha inhibitor – dehydroaltenusine. The overarching concept of the proposed research is finding novel agents that would be useful in the treatment of cancer. The proposed research efforts will be part of a compact medicinal chemistry program that will include several research groups located mainly in the newly built campus of Masaryk University in Brno.

SoMoPro


51 EUP – Přechod středního Projekt a mladého paleolitu ve střední Evropě Ústav antropologie, Hostitelská instituce Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

prof. PhDr. Jiří Svoboda,

DrSc.

Pro porozumění kontextu a průběhu našeho biologického vývoje je nezbytné analyzovat data vztahující se k prehistorické ekonomice, kulturním zvykům a okolnostem vymizení kulturního systému, jehož nositeli byli neandrtálci. Ti byli ve své adaptaci úspěšní a to po dobu nejméně 230 00 let, přesto se nakonec celý jejich kulturní systém projevil jako neúspěšný. Vysvětlení existence a konečného zániku neandrtálců je jedním z nejdůležitějších témat dnešních studií, zabývajících se vývojem člověka. Jednou z klíčových otázek je, zda neandrtálci disponovali podobně složitou kulturou jako anatomicky moderní lidé, nebo byla jejich kultura méně složitá. Tento výzkumný projekt se soustředí na studii ekonomického způsobu života a životního prostředí těchto dvou hominidů (neandrtálců i Homo sapiens), kteří žili ve střední Evropě během přechodu od středního paleolitu k mladému paleolitu, tj. před 50 000–30 000 lety. Projekt bude konkrétně zaměřen na ekonomické chování v ekologických a environmentálních souvislostech. Budou provedeny multidisciplinární týmové studie archeologických lokalit na jižní Moravě a v přilehlých oblastech. K analýze archeologického materiálu budou použity nejnovější vědecké metody s cílem porozumět způsobům života lidí během přechodného období od středního k mladému paleolitu a s přihlédnutím k jeho ekonomickým aspektům. Konečným cílem je přiblížení okolností, které přispěly k vyhynutí neandrtálců.

Ladislav NEJMAN, Ph.D.

EUP

50

Ladislav NEJMAN, Ph.D. EUP – Middle-Upper Palaeolithic Project transition in Central Europe Department Host institution of Anthropology, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge prof. PhDr. Jiří Svoboda, DrSc.

In order to comprehend the context and course of our own evolution, it is vital to collect and analyse data pertaining to the economy, cultural practices and circumstances of the disappearance of Neanderthals, the most recent and culturally sophisticated hominids, who were the bearers of a cultural system successful for at least 230,000 years, but which ultimately proved unsuccessful. Explaining the existence and ultimate demise of Neanderthals is also one of the central concerns in modern human evolutionary studies. A question which has often been asked is whether Neanderthals were as complex cultural beings as our modern human ancestors or whether they possessed a less complex culture. This research project focuses on studying hominid economic lifeways and the environment of hominids (Neanderthals as well as H. sapiens) who lived in Central Europe during the Middle-Upper Palaeolithic transition 50,000–30,000 years ago. More specifically, it will focus on economic behaviour from an ecological perspective and environmental circumstances by conducting interdisciplinary team studies of archaeological sites in South Moravia and adjoining regions from this period. State-of-the-art scientific analytical techniques will be employed to analyze archaeological material in order to improve our understanding of hominid lifeways during the Middle-Upper Palaeolithic transition, especially its economic aspects, with the ultimate goal of unravelling the circumstances which led to the extinction of Neanderthals.

SoMoPro


49 AnoNas – Syntéza samouspořádaných, Projekt maskou vytvořených a povrch zlepšujících nanostruktur kovů a oxidů kovů pro využití v mikro- a nanosoučástkách Ústav mikroelektrotechniky, Hostitelská instituce Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vysoké učení technické v Brně

Školitel

doc. Ing. Jaromír

Hubálek, Ph.D.

Stále rostoucí požadavky na vývoj miniaturních vysokovýkonných elektronických součástek motivuje výzkumníky a průmysl vytvářet a komercionalizovat nanomateriály a nanotechnologie. Tento projekt je velkou výzvou, jak zvýšit úroveň kvality nanotechnologií na Jižní Moravě na špičkovou úroveň. Projekt se zabývá vývojem koncepce založené na elektrochemii zahrnující přípravu, charakterizaci a aplikace 1-, 2- a 3-D uspořádaných nanostrukturovaných materiálů (kovů, polovodičů, dielektrik) s různými přizpůsobenými morfologiemi, vázanými na různé typy substrátů pro rozličné účely. Metodika zahrnuje syntézu nanostrukturovaných materiálů (1) samouspořádaných, (2) uspořádaných pomocí masky a (3) zlepšujících povrch: oxidačně stabilní kovy (Ta, Nb, Ti, W), jejich oxidy a nanokompozity. Speciální jemná anodizace hliníku a dalších usměrňujících kovů naprášených na substráty pro formování porézních a kompaktních filmů je použita jako klíčový krok v sekvenci výrobních procedur pro tvorbu nanostruktur požadovaného tvaru, hustoty a homogenního rozložení uspořádání. Míněnými technologiemi jsou elektro-fyzikální a chemickonapařovací depozice, chemické a vysokoteplotní modifikační procesy. Budou studovány morfologie, složení, fyzikální a elektrické vlastnosti vyvinutých nanomateriálů, abychom nahlédli do vztahů mezi vytvářením, strukturou a vlastnostmi, a určili oblasti využití. Z potenciálních aplikací jmenujme multifunkční vrstvy pro budoucí mikro- a nanopřístroje: tenkovrstvé senzory, kondenzátory, mikrobaterie, funkcionalizované povrchy a uspořádané kvantové tečky pro biomedicínu. Tento projekt je týmová práce pod záštitou Laboratoře mikrosenzorů a nanotechnologií na VUT v Brně ve spolupráci s dalšími národními a mezinárodními týmy, institucemi a vedoucími výrobci elektronických součástek a systémů.

Dr. Alexander MOZALEV, Ph.D.

AnoNas

48

Dr. Alexander MOZALEV, Ph.D. Project AnoNas – Synthesis of self-organized, templated and surface-supported metal and metal-oxide nanostructures for being used in advanced micro- and nanodevices Host institution Department of Microelectronics, The Faculty of Electrical Engineering and Communication, Brno University of Technology Person in charge

doc. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

The ever-increasing demand for microminiature high-performance electronic devices has motivated re-searchers and industry to create and commercialise nanomaterials and nanotechnologies. A great challenge for this project is to contribute to raising the quality of nanotechnologies in South Moravia to the top-class-level. The project seeks the development of an electrochemistry-based conception involving the preparation, characterization and application of one- and three-dimensional orderly nanostructured materials (metals, semiconductors, dielectrics) with versatile, tailored morphologies, anchored to various types of substrates, for diverse purposes. The methodology involves the synthesis of self-organized, template-assisted and surface-supported nanostructured materials: refractory metals (e.g. Ta, Nb, Ti, W), their oxides and nanocomposites. Smart anodizing of Al and other valve metals sputtered on a substrate for forming porous and compact anodic films is used as a key step in the sequence of fabrication procedures for endowing the nanostructures with a particular shape, density and homogeneous distribution order. Related technologies are electro-, physical and chemical-vapor depositions, chemical and high temperature treatments. The morphology, composition, physical and electrical properties of nanomaterials that are to be developed will be investigated to get insight in the formation-structure-properties relationship and determine the areas of their utilisation. Potential applications are as multifunctional layers for prospective micro- and nanodevices: thin film sensors, capacitors and quantum-dot-based functional coatings for biomedicine. The project will be a team work, under the auspices of the Laboratory of Microsensors and Nanotechnology at Brno University of Technology, in cooperation with other national and international research groups, institutions and leading manufacturers of electronic components and systems. SoMoPro


47 WNT MEMBRANE – Proteomická Projekt analýza plazmatické membrány chronické lymfocytární leukémie Ústav Hostitelská instituce experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity

Školitel

Mgr. Vítězslav

Bryja, Ph.D.

V návrhu projektu se snažíme identifikovat proteiny plazmatické membrány (PM), asociované s B-buňkami pacientů s chronickou lymfatickou leukémií (CLL), a nikoli se zdravými B-buňkami. Změny, které nastanou na PM u CLL buňky, budou dále zkoumány na molekulární a funkční úrovni. Abychom získali vhled do komplexních změn membránových proteinů v průběhu CLL, máme v plánu provést srovnávací proteomické analýzy pomocí dvou proteomických metod - kvantitativní proteomiky plasmatické membrány a imunoprecipitací následovanou hmotnostní spektrometrií (IP / MS) pro vybrané membránové proteiny souvisejících s WNT dráhou (Ror1, Celsr1, Vangl2 a Frizzleds). Budou analyzovány plazmatické membrány B-lymfocytů (i) od zdravých /indolentních /progresivní pacientů, a (ii) stimulovaných s extracelulárními stimuly. Předpokládáme, že pomocí proteomiky budeme schopni identifikovat některé receptory a efektorové molekuly, které propojí Wnt signální dráhu (kanonickou i nekanonickou) s progresí onemocnění CLL. Věříme, že objasnění profilu extracelulární membránových proteinů bude mít zásadní význam pro popsání nových biomarkerů CLL. Zároveň může být na membránové proteiny přímo cílena léčba.

Archana Mishra, Ph.D.

WNT MEMBRANE

46

Archana Mishra, Ph.D. WNT MEMBRANE – Department Project of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk University Function-oriented Host institution plasma membrane proteomic profiling of Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL)

Person in charge

Mgr. Vítězslav

Bryja, Ph.D.

In this proposal we aim to identify the plasma membrane (PM) and associated proteins involved specifically in B-cells of patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) and not in the healthy B-cells. The alterations occurring at the PM at the CLL cells will be further explored on molecular and functional level. To gain insights into comprehensive membrane protein changes during CLL, we plan to perform a comparative proteomic analysis using two proteomic methods – quantitative proteomics of plasma membrane and immunoprecipitation coupled to mass-spectrometry (IP/MS) of selected membrane proteins related to the WNT pathway (Ror1, Celsr1, Vangl2 and Frizzleds). Plasma membranes of B-cells from healthy/non P progressive/progressive patients or from cells stimulated with extracellular stimuli (with Wnt, chemokine or both) will be analyzed. We presume that by using proteomic approach we will be able to identify some receptor and effector molecule bridging Wnt signaling pathway (canonical and Non-canonical) with CLL disease progression. We believe that elucidating the profile of extracellular integral membrane proteins on live cells will be vital for uncovering diagnostic disease biomarkers, therapeutic agents and drug receptor candidates.

SoMoPro


45 CARDIOSTEM – Reprogramace Projekt lidských kožních fibroblastů do funkčních kardiomyocytů – výzkum molekulární patologie geneticky podmíněných srdečních onemocnění Biologický ústav, Hostitelská instituce Lékařská fakulta Masarykovy univerzity

Školitel

prof. Ing. Petr

Dvořák, CSc.

Hypertrofické kardiomyopatie (HCM) jsou nejčastější ne-ischemickou kardiální příčinou úmrtí ve vyspělých zemích. Nejčastějším důvodem HCM jsou genové mutace, projevující se na úrovni kontraktilní jednotky srdeční buňky – sarkomery. Srdce se postupně zvětšuje a ztrácí svoji funkci. Zatímco o primárních příčinách HCM existuje hodně studií, o signálních molekulárně biologických dráhách existuje pouze malá evidence, související se změnami sarkomery. Studie využívající zvířecích modelů ukazují potenciální signální dráhy, které mohou přispět k vzniku srdeční patologie. Bílkoviny, které regulují vypouštění a znovuzachycení vápníku sarkoplazmatickým retikulem (SR) jsou například ryanodinové kanály (calcium release channel), srdeční RyR2, SR-Calcium ATPasy, phospholamban nebo sodíko-vápníkové pumpy. U těchto a dalších bílkovin se při HCM částečně mění jejich funkce. To naznačuje, že s vápníkem spojené patologické mechanismy předcházejí postižení srdeční kontraktility a mohou sloužit jako potenciální cíle farmakologického zásahu. Vzhledem k nepřítomnosti vhodného modelu nebyla doposud molekulární patologie abnormálního nakládání s vápníkem při HCM u lidských kardiomyocytuů zkoumána. Reprogramování kožních fibroplastů (generování lidských indukovaných pluripotentních kmenových buněk hiPSCs) od pacientů nesoucích mutace HCM, dává nyní možnost získání náhledu do základních mechanismů onemocnění. V rámci tohoto projektu podstoupí pacient kožní biopsii a získané fibroblasty budou použity k derivování HCM–specifických hiPSCs. To umožní rozvíjet lidský model kardiovaskulárního onemocnění. Předpokládáme, že kardiomyocyty z hiPSCs-HCM představují vynikající model pro studium molekulárních mechanismů nakládání s vápníkem. Naší hypotézou je, že stabilizace srdečního receptoru RyR2 a tím i stabilizace kalciových kanálů, může zabránit hypertrofickému vývoji srdeční svaloviny. Léky, které mohou zabránit popsaným změnám nakládání s vápníkem, by mohly být vhodnými kandidáty pro léčbu onemocnění u jedinců s mutací genu pro proteiny sarkomery. Projekt tak výrazně přispěje k chápání etiologie onemocnění srdce způsobených HCM. Albano Carlo Meli, Ph.D.

CARDIOSTEM

44

Albano Carlo Meli, Ph.D. CARDIOSTEM – Reprogramming Project of human skin fibroblasts into functional cardiomyocytes – insights into molecular pathology of genetic cardiac diseases Department of Biology, Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University

Person in charge

prof. Ing. Petr

Dvořák, CSc.

Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a leading cause of mortality in developed countries. The majority of HCM-related gene mutations affect the heart cell’s contractile unit, the sarcomere, causing the heart to become enlarged and dysfunctional. While much is known about primary causes of HCM, little is understood about the signaling events initiated by the mutant sarcomere. Studies using animal models have established potential signaling pathways that may contribute towards cardiac pathology. Proteins that regulate sarcoplasmic reticulum (SR) calcium release and re-uptake, such as ryanodine receptor/calcium release channel (cardiac RyR2), SR calcium-ATPase, phospholamban or sodium/calcium exchanger, are being modified in HCM. This suggests that calcium-related pathological mechanisms precede the impaired cardiac contractility and may serve as potential targets of pharmacological intervention. Due to lack of a suitable model, molecular pathology of abnormal calcium handling in HCM has never been investigated in human cardiomyocytes. Reprogramming of skin fibroblasts from patients that harbor cardiovascular disease-related mutations currently sparks special interest for getting insight into the underlying mechanisms of human cardiovascular diseases. In this project, patient skin biopsies will be used to derive HCM-specific human induced pluripotent stem cells (HCM-hiPSCs) and to develop human cardiovascular disease model. We hypothesize that cardiomyocytes derived from HCM-hiPSCs represent an excellent model for investigation of molecular mechanisms of intracellular calcium handling. We hypothesize that stabilization of the cardiac RyR2 by calcium channel stabilizers may prevent the hypertrophic response. In this way, we assume that drugs that can prevent these molecular calcium-related events might be good candidates for treating manifestation of the disease in individuals with sarcomere protein gene mutations. SoMoPro


43 METASTEM – Metabolická Projekt signalizace a energetická homeostáze u lidských embryonálních kmenových buněk Biologický ústav, Hostitelská instituce Lékařská fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

prof. Ing. Petr

Dvořák, CSc.

Aktuální návrh nabízí podstatný pokrok v pochopení, jak se energetická homeostáza podílí na udržení pluripotence u lidských embryonálních kmenových buněk (hESC). Cílem našeho výzkumu je prozkoumat vliv buněčných metabolických parametrů na udržování nediferencovaného stavu u hESC. Praktickou částí práce je experimentálně definovat metabolické parametry, které mají podpůrný vliv na udržení nediferencovaného stavu hESC, jelikož současné kultivační technologie nepostačují dlouhodobé propagaci xeno-free hESC určených pro využití v klinické medicíně. Naše hlavní hypotéza je: Energetická homeostáza spolu s metabolickou signalizací definuje, nebo alespoň podstatně ovlivňuje, celkové buněčné signální kaskády u hESC. Naše pracovní hypotéza je: hESC získávají energii glykolýzou. Buňky v průběhu diferenciace mění metabolismus z glykolýzy na oxidativní fosforylaci. Předpokládáme, že metabolismus se postupně mění na oxidativní fosforylaci také v buňkách procházejících fenoménem adaptace na kultivační prostředí. To znamená, že intervencemi zaměřenými k udržení energetického metabolismu u hESC ve formě glykolýzy dosáhneme podpory pluripotence. Výzkumných cílů bude dosaženo prostřednictvím systematického zkoumání hlavních metabolických parametrů, zejména intracelulárního a extracelulárního NAD+, NADH a jejich vzájemného poměru, ATP, laktátu, ROS, systému transportu elektronů přes plasmatickou membránu, spolu se spotřebou kyslíku na buněčném povrchu, atd. u nízkých, středních a vysokých pasáží hESC a jejich diferencovaných protějšků. Hypotézy budou potvrzeny záměrnými změnami některých metabolických parametrů a prozkoumáním fenotypových následků těchto zásahů. Bylo dohodnuto s hostitelskou institucí, že žadatel si založí vlastní výzkumnou skupinu a vybuduje úzkou spolupráci ve formě subprojektů s výzkumnými institucemi ve Finsku, Německu, Ukrajině atd. na základě svých vlastních, již navázaných kontaktů. Dr. Sergiy KYRYLENKO

METASTEM

42

Dr. Sergiy KYRYLENKO METASTEM – Metabolic signaling Project and energy homeostasis in human embryonic stem cells Department of biology, Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University

Person in charge prof. Ing. Petr Dvořák, CSc.

Current Proposal offers substantial progress in understanding how maintenance of pluripotency in hESC depends on energy homeostasis. Our research goal is to investigate effects of cellular metabolic parameters on maintaining undifferentiated status of hESCs. Our practical goal is to work out defined metabolic conditions which deliver promoting effects on maintaining undifferentiated status of hESCs, as present cultivation technologies do not allow for reliable stable propagation of xenobiotic-free medical grade hESCs. Our principal hypothesis is: energy homeostasis along with metabolic signaling defines, or at least gives very substantial impact on overall cellular signaling cascades in hESC. Our working hypothesis is: hESCs use glycolysis to obtain their energy. Cells shift their metabolism towards oxidative phosphorylation upon differentiation. We assume that metabolism is gradually shifted towards oxidative phosphorylation also in cells going through a phenomenon of culture adaptation. This implies that by interventions directed towards keeping energy homeostasis in hESC at glycolytic state we will achieve promoting effects on maintenance of their pluripotency. The research goals will be achieved through systematic investigation of main metabolic parameters, in particular intracellular and extracellular NAD+, NADH and their ratio, ATP, lactate, ROS, Plasma Membrane Electron Transport along with cell surface oxygen consumption, etc. in hESC at low, middle and high passage numbers and in their differentiated counterparts. The hypotheses will be confirmed by purposely modifying certain metabolic parameters and investigating phenotypical consequences of such interventions. It was agreed with the host Institution that the Applicant will establish his own research group and build up close collaborative subprojects with research institutions in Finland, Germany, Ukraine etc. based on his own already established connections. SoMoPro


41 SYNTBIO – Konstrukce Projekt bakteriálního kmenu degradujícího antropogenní sloučeniny technikou enzymového inženýrství a syntetické biologie Loschmidtovy Hostitelská instituce laboratoře, Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

prof. Mgr. Jiří

Damborský, Dr.

Antropogenní sloučeniny vytvářené a uvolňované do biosféry lidmi již od dob průmyslové revoluce, jsou často odolné a přetrvávají v životním prostředí, protože mikroorganismy neměly dostatek času vyvinout enzymy, schopné katalyzovat jejich přeměnu. 1, 2, 3trichlorpropan (TCP) je antropogenní sloučenina, která může způsobit vážné zdravotní problémy. TCP je velmi stabilní a perzistentní sloučenina, přetrvávající po desetiletí v podzemní vodě. Řešením tohoto problému může být design a konstrukce modifikovaných enzymů schopných rozkládat TCP. V rámci projektu budeme konstruovat halogenalkandehalogenázu a další příbuzné enzymy pro účinné odbourávání této látky. Katabolická kazeta bude vytvořena s využitím optimalizovaných promotorů a modifikovaných enzymů, schopných pro účinné odbourávání TCP. Katabolická kazeta bude následně vnesena do přirozených a geneticky modifikovaných hostitelských bakterií, které mohou být snadno aplikovány do podzemní vody. Úspěšná konstrukce hostitelské bakterie bude ověřena sledováním jejich schopnosti degradovat TCP v kontinuálním bioreaktoru. Tyto konstrukty poskytnou příklad mikroorganismů, vytvořených proteinovým inženýrstvím a syntetickou biologií použitelných k čištění vody kontaminované antropogenními sloučeninami.

Nagendra Prasad Kurumbang, Ph.D.

SYNTBIO

40

Nagendra Prasad Kurumbang, Ph.D. SYNTBIO – Construction of Bacterial Project Strain Degrading Anthropogenic Compound using Techniques of Enzyme Engineering and Synthetic Biology Loschmidt laboratories, Host institution Department of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge

prof. Mgr. Jiří

Damborský, Dr.

Anthropogenically generated substrates introduced into the biosphere by humans since the Industrial Revolution are often recalcitrant and persist in the environment because microorganisms have not had sufficient time to evolve enzymes capable of catalyzing their conversion. 1,2,3-trichloropropane (TCP) is an anthropogenic compound, which can cause a serious health threat. The TCP is a very stable and recalcitrant chemical retaining over decades in ground water. To address this problem, enzymatic treatment is possible by developing or improving natural enzymes capable of its degradation. We will engineer haloalkane dehalogenase and other associated enzymes for efficient degradation of this chemical. A catabolic cassette will be constructed, using optimized promoter and the engineered enzymes capable for efficient degradation of TCP. Then the catabolic cassette will be incorporated in a native and an engineered bacterial host so as to ease their direct application for treatment of ground water pollutants. Engineered host-constructs will be verified by monitoring its capacity to degrade TCP in a continuous flow bioreactor. The constructs will serve as the examples of the microorganisms constructed by protein engineering and synthetic biology, applicable in the cleanup of water contaminated by an anthropogenic compound.

SoMoPro


39 NanoBioSep – Nanočásticemi Projekt modifikované monolitické materiály pro bioanalýzu

Hostitelská instituce chemie AV ČR Školitel

Ústav

Ing. František

analytické

Foret, CSc.

Navrhovaný projekt reaguje na požadavky vývoje nových technik a instrumentace v bioanalytické chemii. Výzkum bude zaměřen na využití nanotechnologií a miniaturizace v analýze biopolymerů jako jsou peptidy, proteiny a oligosacharidy. V rámci projektu budou například vyvinuty nové postupy pro syntézy nanočástic kovů a oxidů kovů, které budou využity pro přípravu nových typů polymerních sorbentů. Důraz bude kladen na charakterizaci morfologie a složení připravených nanomateriálů a rovněž na studium interakcí připravených nanomateriálů s biopolymery. Vyvinutá technologie bude převedena do miniaturizovaného formátu za účelem připravit plně automatizované systémy vhodné pro analýzy komplexních biologických vzorků.

Mgr. Jana Křenková Ph.D.

NanoBioSep

38

Mgr. Jana Křenková Ph.D. NanoBioSep – Nanoparticle Project modified monolithic supports for bioanalysis

Host institution Chemistry of the AS CR Person in charge

Institute

of Analytical

Ing. František

Foret, CSc.

The proposed project responds to the requirements for the development of new methodology and instrumentation in bioanalytical chemistry. The research will be focused on the application of nanotechnology and miniaturization in analyses of biopolymers such as peptides, proteins and oligosaccharides. For example, the well-controlled syntheses of metal and metal oxide nanoparticles will be developed and synthesized nanoparticles will be utilized for the preparation of new types of polymeric sorbents. The morphology and composition of nanomaterials as well as the nanomaterial/biopolymer interactions will be investigated. The developed technologies will be converted into the miniaturized format in order to prepare a basic platform for fully automated and inexpensive systems suitable for analyses of complex biological samples.

SoMoPro


37 SARCOMBAT – Buněčné a molekulární Projekt změny u sarkomových buněčných linií indukované kombinovaným působením diferenciačních a antiangiogenních látek Laboratoř nádorové Hostitelská instituce biologie a genetiky, Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity

Školitelka

doc. RNDr. Renáta

Veselská, Ph.D., M.Sc.

Hlavním cílem projektu je studie mechanismů kombinovaného působení vybraných látek s antineoplastickým účinkem (kyselina all-trans retinová, ATRA; inhibitory LOX/COX; dihydroxyvitamín D3), která bude provedena in vitro na sarkomových buněčných liniích. Uvedené látky jsou klinicky využívány v dětské onkologii, mimo jiné i v rámci léčebného protokolu COMBAT (combined oral maintenance biodifferentiating and antiangiogenic therapy) pro léčbu pacientů se solidními nádory dětského věku, u nichž došlo k relapsu onemocnění. Následná studie in vitro na buněčných liniích neurogenních nádorů prokázala synergický efekt kombinované aplikace ATRA a LOX/COX inhibitorů. Předkládaný projekt je pokračováním tohoto výzkumu na dalším typu solidních nádorů vysokého rizika – na sarkomech. Studie bude prováděna na buněčných liniích derivovaných ze sarkomů kostí (osteosarkom) i měkkých tkání (rhabdomyosarkom). Vliv kombinované aplikace ATRA a LOX/COX inhibitorů, resp. dihydroxyvitamínu D3 bude hodnocen jednak na buněčné úrovni (změny buněčné morfologie, proliferační aktivity, buněčného cyklu, schopnosti migrace, indukce apoptózy), jednak na úrovni molekulární (změny genové exprese). Pozornost bude rovněž věnována intracelulárnímu metabolismu ATRA, jehož změny budou hodnoceny prostřednictvím detekce proteinů CRABP (cellular retinoic acid binding protein).

Ing. Miroslava Krzyžánková, Dr. rer. nat.

SARCOMBAT

36

Ing. Miroslava Krzyžánková, Dr. rer. nat. SARCOMBAT – Cellular and Project molecular responses induced by combined application of differentiating and antiangiogenic agents in sarcoma cell lines Department of Experimental Host institution Biology, Faculty of Science, Masaryk University Person in charge doc. RNDr. Renáta Veselská, Ph.D., M.Sc

The main aim of the project is in vitro study of the possibilities to modulate antineoplastic effect of all-trans retinoic acid (ATRA) by combined application of inhibitors of 5-lipoxygenase (LOX) and cyclooxygenase-2 (COX) or of dihydroxyvitamin D3 on sarcoma cell lines. These compounds are used in pediatric oncology as a part of COMBAT metronomic protocol (= combined oral maintenance biodifferentiating and antiangiogenic therapy) in patients with relapsed solid tumors. Related in vitro study on cell lines derived from neurogenic tumors demonstrated a synergic effect of combined application of ATRA and LOX/COX inhibitors. The proposed project should continue this research on other type of high-risk solid tumors in children – on sarcomas. Established osteosarcoma and rhabdomyosarcoma cell lines previously derived in the host Laboratory of Tumor Biology and Genetics should be used for this study. The effect of combined application of ATRA and LOX/COX inhibitors or dihydroxyvitamin D3 will be evaluated on both cellular level (differences in the proliferation, migration, cell cycle and apoptosis) and molecular level (changes in gene expression). A special attention should be paid to the intracellular metabolism of ATRA; these changes should be assessed indirectly by detection of the cellular retinoic acid binding proteins (CRABPs).

SoMoPro


35 CONEMDE – Vývoj zygotických Projekt a somatických embryí jehličnanů – od základního výzkumu k praktické aplikaci Ústav biologie rostlin, Hostitelská instituce Agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně

Školitel

prof. RNDr. Ladislav

Havel, CSc.

Ekonomicky udržitelné klonální lesnictví založené na pěstování elitních klonů lesních dřevin stejně jako nové lesnické biotechnologie předpokládají využití efektivního systému masového vegetativního rozmnožování, které umožní produkci vysoce kvalitních klonů získaných ze somatických embryí se specifickými charakteristikami. Projekt CONEMDE je zaměřen na studium zygotické embryogeneze jehličnanů, které povede k vytvoření protokolu masové produkce jedle bělokoré (Abies alba) a smrku ztepilého (Picea abies) nebo k zapojení se do tradičních šlechtitelských programů či namnožení dřevin pro specifické oblasti. Obecnými výstupy projektu budou rozšíření znalostí o zygotické embryogenezi jehličnanu a efektivní protokoly pro somatickou embryogenezi. Cíle projektu bude dosaženo porovnáním zygotické a somatické embrogeneze na morfologické, biochemické a molekulární úrovni, na což naváže komplexní statistická analýza a modelování, které pomůže k rozpoznání specifických vlastností a znaků, které vedou k efektivní somatické embryogenezi. Zahrnuto je testování efektů iontu těžkých kovů a studium vlivu polárního transportu auxinu na vývoj zygotických a somatických embryí různými analytickými a molekulárními metodami včetně analýz energetického stavu sledovaných buněk. Tento přístup tedy představuje nový způsob studia rostlin, u nichž se nevyskytují mutantní genotypy. Vědecká pracovnice doc. RNDr. Jana Krajňáková, CSc. a její budoucí profesní plány jako nezávislé výzkumné pracovnice (nebo vedoucí skupiny) na univerzitách nebo jako experta v R&D sektoru budou vysoce profitovat z prohloubených znalostí v molekulární biologii stejně jako z lekcí / praktického tréninku managementu a pedagogických schopností zajišťovaných MENDELU Brno. Vědecká oblast projektu CONEMDE má celoevropský význam a proto jsou také uvedené profesní plány doc. Krajňákové uskutečnitelné. Výzkumná skupina bude vedena prof. Havlem z MENDELU Brno, v úzké spolupráci s dr. Reinöhlem (polární transport auxinu), doc. Kizkem (těžké kovy), prof. Häggman, Finsko (zygotická a somatická embryogeneze jehličnanů) a prof. Vianellem, Itálie (bioenergetika). doc. RNDr. Jana KRAJŇÁKOVÁ, Ph.D.

CONEMDE

34

doc. RNDr. Jana KRAJŇÁKOVÁ, Ph.D. CONEMDE – Development of zygotic Project and somatic embryos in conifers – from basic studies to practical application Department of Plant Biology, Host institution Faculty of Agronomy, Mendel University in Brno

Person in charge prof. RNDr. Ladislav Havel, CSc.

The economically relevant clonal plantation forestry as well as new forest-based biotechnology presumes effective mass-propagation systems to produce high quality static embryo clones with specific traits. The CONEMDE project is aiming at studying zygotic embryogenesis in conifers to develop protocols for mass-scale production of Abies alba and Picea abies, for either conventional tree breeding purposes or for cultivation in specific areas. The general outcomes of the project will be increased knowledge of the zygotic embryogenesis in conifers and efficient protocols for somatic embryogenesis. The aims will be reached by the comparison of zygotic and somatic embryogenesis on morphological, biochemical, and molecular levels followed by comprehensive statistical analyses and modelling to recognize the specific properties and features needed for effective somatic embryogenesis. The toolbox includes testing the effects of heavy metal ions and investigations of polar auxin transport on development of zygotic and somatic embryos with various analytical and molecular methods including e.g. analyses on energetic status. Thus, it presents a novel way to study plants which do not have mutant genotypes available. The research fellow Assoc. Prof. J. Krajňáková and her future career plans, as an independent researcher (or group leader) at universities or as a R&D sector expert, will greatly benefit for the updated skills in molecular biology as well as from the lectures / practical training in management and pedagogic skills provided by the MENDELU Brno. The research area of the CONEMDE project is important for the Europe and, therefore, also her career plans are quite feasible. The research group will be headed by prof. Havel from MENDELU Brno (Czech Republic), in collaboration with dr. Reinöhl (polar auxin transport), doc. Kizek (heavy metals), prof. Häggman, Finland (zygotic and somatic embryogenesis of conifers) and prof. Vianello, Italy (bioenergetics). SoMoPro


33 SaProDI – Disperzní interakce mezi cukry Projekt a proteiny spojené s rozpoznávacími procesy baktérií Centrum strukturní Hostitelská instituce biologie, Výzkumná skupina Výpočetní chemie, CEITEC, Středoevropský technologický institut, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

prof. RNDr. Jaroslav

Koča, DrSc.

Rozpoznávání molekul má zásadní význam v mnoha biologických dějích. Jednotlivé molekuly jsou rozpoznávány na základě nekovalentních interakcí s jejich receptory. Je známo několik typů nekovalentních interakcí. Jednou z nich jsou Londonovy disperzní síly, rovněž známé jaké CH-π interakce. Tento typ interakcí se vyskytuje mezi CH-skupinami a π-elektronovým oblakem aromatických systémů. Velkou skupinou biologicky významných signálních látek jsou sacharidy. Poměrně nedávno bylo zjištěno, že sacharidy často komunikují s receptory skrze své nepolární části tak, že interagují se zbytky aromatických aminokyselin. Tento typ interakce se dá často nalézt v komplexech lektin-cukr. Přes svůj význam však tato interakce není dosud uspokojivě pochopena. Zaměřujeme se na studium vlastností těchto významných interakcí metodami výpočetní chemie. Během studie uplatňujeme široké spektrum metod kvantové chemie od semiempirických metod funkcionálu hustoty až po velmi přesné a náročné ab initio metody, jako je např. metoda spřažených klastrů. Tyto metody využíváme k detailnímu popisu vlastností zmíněných komplexů sacharid – aromatický zbytek. Získané zákonitosti aplikujeme v realističtějších komplexech sacharid – receptor. K detailnímu popisu těchto systémů jsou využívány hybridní QM/MM metody. Pozorované zákonitosti budou dále sloužit jako základní principy pro pochopení CH-π interakcí a mohou být aplikovány v racionálním designu sacharidům podobných inhibitorů. Ty mohou v budoucnu potenciálně sloužit při vývoji nových typů léčiv.

Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D.

SaProDI

32

Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D. SaProDI – Saccharide - protein dispersion Project interactions involved in the bacterial recognition processes Centre for Structural Biology, Host institution Computational Chemistry, CEITEC, The Central European Institute of Technology, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge

prof. RNDr. Jaroslav

Koča, DrSc.

Molecular recognition in biological processes plays very important role. Molecules are recognized through the non-covalent interactions with their receptors. Several types of the non-covalent interaction are known. One of them is London-dispersion interaction, also known as CH-π interaction. This type of interaction occurs between CH group and the π -electron cloud of the aromatic system. One of the important molecular signal compounds are carbohydrates. It has been recently shown that carbohydrates often interact with their receptors through non-polar face with aromatic amino acid side chain. This interaction can be very often found in the carbohydrate – lectin complexes. However, this interaction is not understood well. We are focusing on study of the properties of such important interaction by the computational chemistry methods. During the study we are employing broad range of the quantum chemistry methods starting from the semiempirical density functional method up to very accurate high level ab initio methods as coupled cluster. We are using these methods to detailed description of the carbohydrate – aromatic moiety complexes properties. Obtained data are being applied also to the more realistic carbohydrate – receptor complexes, where the hybrid QM/MM approach is used to the detailed description of the complex properties. Observed knowledge can serve to the description of the basic principles of the CH-π interaction and can be applied in the rational design of the carbohydrate mimic inhibitors. Such information may potentially serve as basis for design of new types of drugs.

SoMoPro


31 QuPzz&Ent – Výzkum souvislosti Projekt fyziky vysokých energií a kvantové provázanosti Ústav teoretické Hostitelská instituce fyziky a astrofyziky, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

Prof. Mgr. Tomáš

Tyc, Ph.D.

Od roku 1964, kdy John S. Bell objevil své známé Bellovy nerovnosti, je studium kvantové provázanosti, jejích četných projevů a zvláštních kvantových úkazů, velmi aktivní oblastí fyziky. Tato oblast bádání již přinesla nové technologické aplikace, jako jsou např. kvantová kryptografie či velkolepé kvantové počítače. Kvantová provázanost hraje klíčovou roli téměř ve všech aplikacích, avšak její ucelený obrázek stále zůstává otevřenou otázkou. K získání tohoto uceleného obrazu provázanosti a jejich různých projevů je jistě nutné studium kvantových systémů na různých energetických škálách, zvláště pak takových kvantových systémů, které se neskládají z běžné látky a světla, obsahující např. „strange“ a „beauty“kvarky (studované v částicové fyzice). Mezi mé cíle patři zkoumání kvantové provázanosti, jejích projevů a aplikaci v různých (multipartijních) kvantových systémech, především též v systémech ve fyzice vysokých energii. Výše uvedené tak znamená propojení dvou oblastí fyziky, základů kvantové fyziky a teorie kvantové informace a částicové fyziky.

Priv. - Doz. Dr. Beatrix C. Hiesmayr

QuPzz&Ent

30

Priv. - Doz. Dr. Beatrix C. Hiesmayr QuPzz&Ent – The Quantum Puzzle Project in High Energy Physics and Entanglement Department of Theoretical Host institution Physics and Astrophysics, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge

prof. Mgr. Tomáš

Tyc, Ph.D.

Since the year 1964 when John S. Bell found his famous Bell inequalities, studies of entanglement, its numerous manifestations and peculiar quantum effects are a very active field in physics. This field has already put forward new technological applications as e.g. quantum cryptography or a formidable quantum computer. In nearly all applications entanglement plays a key role. A full picture of entanglement is still an open question. Certainly studies of quantum systems at different energy scales are essential to obtain a full picture of entanglement and its various manifestations, in particular of quantum systems which are not of ordinary matter and light, e.g. containing strange and beauty quarks (studied in Particle Physics). Therefore my goals are to study entanglement, its manifestations and applications in certain different (multipartite) quantum systems, in particular also including systems in high energy physics. This implies connecting two fields in physics, Quantum Foundations and Quantum Information Theory and Particle Physics.

SoMoPro


29 REDEHAL – Zdokonalování Projekt haloalkán dehalogenáz modifikací vstupních tunelů Loschmidtovy Hostitelská instituce laboratoře, Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita

Školitel

prof. Mgr. Jiří

Damborský, Dr.

Metody proteinového inženýrství, racionálního re-designu nebo de novo designu hrají důležitou roli v moderním chemickém a farmakologickém průmyslu. Tento projekt bude zkoumat vliv re-inženýrství tunelů enzymů halogenalkan dehalogenas na jejich aktivitu a selektivitu s cílovými substráty. Novost navrhovaného projektu spočívá v inženýrství katalytických vlastností enzymů úpravou přístupových tunelů, představující nový koncept potenciálně platný pro ostatní enzymy se skrytým aktivním místem. Kombinace výpočetních a experimentálních metod umožní získat profil volné energie a bariéry průchodu molekul vody, substrátů a produktů přístupovým tunelem. Získané informace poskytnou nový pohled na úlohu vody jako rozpouštědla v katalytickém mechanismu enzymů. Pochopení těchto mechanismů rozšíří naše základní znalosti enzymové katalýzy, které jsou důležité jak v základním, tak v aplikovaném výzkumu. Na základě provedené analýzy bude možné navrhovat nové mutanty halogenalkan dehalogenas s lepšími katalytickými vlastnostmi. Pro studium přístupu nových ligandů budou vyvinuty výpočetních metody s cílem zpřesnit předpovědi tunelů pro re-inženýrství enzymů s požadovanou selektivitou a aktivitou.

Artur GÓRA, Ph.D.

REDEHAL

28

Artur GÓRA, Ph.D. REDEHAL – Fine-tuning Project of haloalkane dehalogenases by access tunnels re-engineering Loschmidt Host institution laboratories, Institute of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk University

Person in charge prof. Mgr. Jiří Damborský, Dr. Methods for protein modification, redesign or de novo design are of the great importance in modern chemical and pharmacological industry. Recent project will explore possibility of the haloalkane dehalogenases tunnels re-engineering towards enzymes with higher selectivity and reactivity towards desired substrates. The novelty of the proposed project lies in engineering of catalytic properties of enzymes by modification of access tunnels. This is a new concept potentially applicable to other enzymes with buried active sites. Combination of computational and experimental methods will provide detailed description of the free energy profiles and barriers of the passage of water molecules and substrates/products through the access tunnels. This will provide new insights into the role of water solvent in the catalytic mechanism of enzymes and identification of bottlenecks for the process of enzymatic catalysis. Understanding of these mechanisms will broaden our basic knowledge of enzymatic catalysis, which has important implications in the basic research as well as in applications. Based on the analysis carried out, it will be possible to design new haloalkane dehalogenase mutants with improved catalytic properties. For challenging ligand access study, new computational methods will be developed to improve prediction of accurate tunnels re-engineering towards enzyme desired selectivity and activity.

SoMoPro


27 DETNOISE – Šum v polovodičových Projekt detektorech rentgenova a gama záření Ústav fyziky, Hostitelská instituce Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vysoké učení technické v Brně

Školitel

prof. Ing. RNDr. Josef

Šikula, DrSc.

Technologie detektorů na polovodičové bázi je strategicky významná oblast mezinárodního výzkumu a průmyslového nasazení pro detekci záření. Za účelem dosažení výrazně lepších provozních vlastností senzorů radiace se zkoumají materiály II–VI skupiny periodické soustavy prvků. Jejich výhodou je přímý převod záření na elektrický signál s velmi vysokou účinností. Velká účinnost detektorů na bázi CdTe je založena na efektivním sběru volných nosičů náboje generovaných ozářením. Tato vlastnost je kriticky závislá na co nejvyšší rezistivitě materiálu a na co nejnižším zadržování nosičů náboje v pastech. Jedna z klíčových vlastností požadovaných pro výborný spektroskopický polovodičový detektor je vysoký poměr signál/ šum. Dosavadní výzkum se zejména zaměřoval na maximalizaci výstupního signálu detektoru, zatímco šumové vlastnosti materiálu detektoru a jeho kontaktů stály v pozadí. Metodika zkoumání šumových parametrů spočívá v experimentálním studiu fluktuačních jevů zapříčiněných povahou transportu nosičů náboje a kvantových přechodů souvisejících s interakcí elektronů s fotony a stochastických procesů iontové difúze s dlouhou relaxační konstantou. Měřitelné veličiny jsou šumové napětí nebo proud a závislost jejich spektrálních hustot na intenzitě přiloženého elektrického pole, teplotě a intenzitě ozáření. Pro posouzení elektrických parametrů a stanovení lokalizovaných energetických úrovní v krystalech CdTe budou prováděna měření pomocí termoelektrické spektroskopie. Dále budou realizována galvanometrická, fotoluminiscenční a fotovodivostní měření. Výzkum bude zaměřen na určení a kvantitativní popsání zdrojů šumů a stanovení postupu pro potlačení těchto nežádoucích signálů vznikajících v důsledku výskytu bodových defektů, příměsí a shluků dislokací v CdTe. V oblasti přechodu polovodič-kov a v objemu senzoru je patrný ohyb energetických pásů v důsledku rozdílných výstupních prací kovu a CdTe (CdZnTe). Mgr. Hassan ELHADIDY, Ph.D.

DETNOISE

26

Mgr. Hassan ELHADIDY, Ph.D. DETNOISE – Noise in semiconductor Project detectors of X-ray and gamma ray radiation Department Host institution of Physics, The Faculty of Electrical Engineering and Communication, Brno University of Technology Person in charge prof. Ing. RNDr. Josef Šikula, DrSc.

Detector technology based on semiconductor materials which can operate at room temperature is a strategically important area of interest in the field of international research and industrial applications for radiation sensing. In order to achieve a significant improvement, the next generation of sensor devices will be based on the II–VI group of semiconductor materials, which provide direct conversion with high efficiency. The high performance of CdTe-based sensors relies upon their efficiently collecting free carriers generated by irradiation; this ability, in turn, critically depends upon the high resistivity of this material and its low carrier trapping. One of the key device properties required for an excellent spectroscopic semiconductor detector is the high signal-noise ratio. So far, most effort concentrated to maximize the signal, while much less attention was paid to noise properties of detector material and contacts. Methodology consists in experimental study of fluctuation phenomena caused by charge carrier transport and quantum transitions related to electron interaction with photons and phonons, and stochastic processes with long relaxation constant due to ion diffusion. Measurable quantities are noise voltage or current and their spectral density dependence on electric field intensity, temperature and intensity of light illumination. For electrical characterization and determination of localized energy levels in CdTe crystals the galvanomagnetic measurements, photoluminescence, photoconductivity and thermoelectric effect spectroscopy will be used. The effort will concentrate to determine, evaluate and suppress noise sources originating in the material (point defects, inclusions and precipitates, dislocation clusters), in the metal-semiconductor interface area and in the volume of the sensor influenced by band bending due to different work functions of metal and CdTe (CdZnTe). SoMoPro


25 CZECOLDSPRAY – Nízkoteplotní Projekt kinetické nanášení ochranných kovových Al/AlTi vrstev pro oxidační ochranu gamma-blízkých titan aluminidů ve vysokoteplotních oxidačních prostředích Ústav Hostitelská instituce materiálových věd a inženýrství, Fakulta strojního inženýrství, VUT

Školitel

Prof. Ing. Jiří

Švejcar, CSc.

Předkládaná výzkumná studie se zaměřuje na oxidační kontrolu TiAl intermetalik, používaných ve vysokoteplotních korozních prostředích, s využitím nově se vyvíjející technologie kinetického nanášení povrchových vrstev (cold spray). V průběhu kinetického nanášení budou při nízkých až středně vysokých teplotách naneseny ochranné vrstvy kovových materiálů, určených k záměrné korozi na připravené gamma-TiAl substráty. V porovnání s tradičními vysokoteplotními technologiemi používanými k nanesení ochranných povlaků (např. HVOF, detonační zbraň, plazmové nanášení), dojde při použití této technologie k potlačení několika negativních faktorů, ovlivňujících celkovou kvalitu, spolehlivost a životnost ošetřených komponent, např. k vývoji sekundárních pnutí, která mohou vést k předčasným lomům a odštípnutí ochranných vrstev, k nežádoucím fázovým změnám vedoucím ke zhoršení vlastností materiálu, k oxidaci materiálu před provedením vlastních korozních zkoušek, ke zvýšené úrovni porozity nástřiku způsobující zhoršení tepelně-mechanických vlastností vrstev nebo např. ke snížení adheze deponovaných materiálu vedoucí k selhání ochranné bariéry, apod. Očekává se, že ochranné vrstvy deponované technologií kinetického nanášení významně sníží rozsah degenerace komponent pro vysokoteplotní aplikace (včetně např. koroze), rozšíří rozsah jejich použití, významně zvýší jejich spolehlivost a prodlouží jejich životnost. Navrhovaná základní studie si klade za cíl vyzkoumat možnosti aplikace této technologie pro vysokoteplotní intermetalické materiály a poskytnout alternativní, kvalitnější řešení v porovnání s používanými generačně staršími technologiemi.

Ing. Jan Čížek, Ph.D.

CZECOLDSPRAY

24

Ing. Jan Čížek, Ph.D. CZECOLDSPRAY – Cold Spray Project Deposition of Al/Al-Ti Metallic Protective Layers for Oxidation Control of Near-Gamma Titanium Aluminides for High-Temperature Oxidizing Environments Institute of Materials Science Host institution and Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology

Person in charge

Prof. Ing. Jiří

Švejcar, CSc.

The proposed research study focuses on the oxidation control of TiAl intermetallics used in high temperature oxidizing environments, using a novel and evolving kinetic cold spray surface treatment technology. In the cold spray process, protective metallic layers designated for deliberate oxidation will be deposited onto near-gamma TiAl substrates at ambient-to-elevated temperatures. Contrary to traditional high-temperature methods used for deposition of the layers (e.g. HVOF, gun detonation, plasma spraying), several major disadvantages influencing the overall quality and reliability of the treated components will be avoided – secondary stresses leading to premature fractures and delaminations of the layers; undesirable phase changes of deposited materials; their oxidation prior to the high-temperature testing; increased levels of porosity of the coatings causing deterioration of mechanical properties of the layers; inferior adhesion of the high-temperature sprayed deposits, etc. The cold spray protective layers are expected to significantly reduce the deterioration of the components in elevated temperatures applications, extending the components utilization range, increasing their respective reliability and prolonging their service life. This research aims to be one of the pioneering works in this scientific area and provide an alternative, superior function-performing solution as compared to that of the currently used technologies.

SoMoPro


23 LECARB – Interakce proteinProjekt sacharid: Podstata rozpoznávaní patogenem Národní centrum Hostitelská instituce pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Školitelka doc. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.

Sacharidy hrají důležitou roli v mnoha biologických procesech jako buněčné rozpoznávání, signalizace, diferenciace, kancerogeneze a dalších. Interakce sacharidů s proteiny – lektiny jsou mimo jiné i prvním krokem adheze, invaze a infektivity patogenních bakterií. Projekt je zaměřen na detailní studii systémů lektin-sacharid, převážně novými metodami NMR, které doplní informace získané metodami rezonance povrchových plasmonů a mikrokalorimetrie. NMR je nejrobustnější metodou pro detailní strukturní studie molekul podílejících se na interakcích. Pokročilé metody NMR by měly poskytnout detailní informace o vazebném místě, identifikovat aminokyseliny lektinů a funkčních skupin sacharidového ligandu, které se účastní interakce, a další detaily. Tyto informace jsou velmi důležité pro efektivní navrhování nových léčiv. Navržený projekt bude těžit z dosavadních zkušeností studia interakcí lektin-sacharid prováděných v Národním centru pro výzkum biomolekul jinými fyzikálně-chemickými metodami a ze současného NMR přístrojového vybavení, které je v Centru k dispozici.

Ing. Peter Bystrický, Ph.D.

LECARB

22

Ing. Peter Bystrický, Ph.D. LECARB – Protein-Carbohydrate Project Interactions: Pathogen Recognition Phenomena National Centre Host institution for Biomolecular Research, Faculty of Science, Masaryk University Person in charge doc. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.

Carbohydrates play an important role in many biological processes like cell recognition, signalling, differentiation, cancerogenesis and others. Carbohydrate interactions with proteins – lectins are also involved in the first step of pathogenic bacteria adhesion, invasion and infectivity. This project proposal is focussed on the detailed studies of lectin-carbohydrate systems predominantly by number of new NMR techniques which are complementary to surface plasmon resonance and microcalorimetry methods. NMR is the most powerful method for detailed structural study of molecules involved in interactions. The advanced NMR techniques should give details on the binding site, the identities of lectin amino acids involved and functional groups of carbohydrate ligand involved in the interaction and other details. This information is extremely important for effective new drug design. The proposed project will benefit from experience with lectin-carbohydrate interactions already studied at the National Centre for Biomolecular Research by other physico-chemical methods and from current NMR instrumentation available at the Centre.

SoMoPro


21

Projekt komplexů

Regulace

a funkce P-TEFb

Hostitelská instituce Interní hematoonkologická klinika, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita Školitelka prof. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D. Náš výzkum se týká cyklin-dependentní kinázy 9 (cdk9), která se podílí na fosforylaci CTD a regulaci RNAPII. Změněná funkce cdk9 byla zjištěna v několika onemocněních, včetně rakoviny a srdeční hypertrofie, tudíž objasnění její funkce při regulaci RNAPII může mít značný význam v klinické praxi. RNA polymeráza II (RNAPII) řídí transkripci genů kódujících proteiny. RNAPII se skládá z několika pod-jednotek a největší, Rpb1, obsahuje nestrukturovanou C-terminální doménu (CTD) s repeticí heptapeptiduY1S2P3T4S5P6S7, kde jednotlivé seriny (S2, S5 a S7), treoniny a tyrosiny jsou fosforylovány. Několik cyklin-dependentní kináz a fosfatáz zreguluje fosforylaci CTD a tím i vazbu transkripčních faktorů na RNAPII. Struktura fosforylací (a dalších post translačních modifikací) na CTD tvoří tzv. „CTD kód“, který definuje akci RNAP II při transkripčním cyklu.

Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D.

Regulation and function of P-TEFb complexes

20

Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D. Regulation and function Project of P-TEFb complexes Department of Internal Host institution Hematooncology, Faculty of Medicine, Masaryk University

Person in charge prof. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D. We are interested in cyclin-dependent kinase 9 (cdk9) that is involved in phosphorylation of the CTD and regulation of RNAPII. Aberrant function of cdk9 was shown in several diseases including cancer and cardiac hypertrophy thus untangling its function in the regulation of RNAPII is of significant medical interest. RNA Polymerase II (RNAPII) directs transcription of protein coding genes. RNAPII composes of several subunits and the largest one, Rpb1, contains unstructured C-terminal domain (CTD) with repeats ofheptapeptide Y1S2P3T4S5P6S7, where individual serines (Ser2, 5 and 7), threonine and tyrosine can get phosphorylated. Several cyclin-dependent kinases and phosphatases regulate phosphorylation status of the CTD and subsequent binding of transcription factors to the RNAPII. Patterns of phosphorylations of the CTD form so called “CTD code” that defines action of RNAPII during transcription cycle.

SoMoPro


19

Projekt PS4CTX – Nový přístup pro monitorování, hodnocení toxicity a hodnocení rizik sinicových toxinů – použití pasivních vzorkovačů Hostitelská instituce Akademie věd ČR

Botanický ústav

Školitel prof. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc. Masivní rozvoj toxických sinic ve vodních nádržích představuje závažný environmentální a zdravotní problém. Cyanotoxiny (sinicové toxiny), jako například nádorové promotery microcystiny, jsou v České republice nalézány až v 70% vodních nádrží, včetně vodárenských. Tento projekt zaměřený na aktuální problematiku toxických sinic a cyanotoxinů si klade za cíl: 1) použít nového přístupu založeného na metodách pasivního vzorkování ke sledování koncentrací sinicových toxinů microcystinů ve vodárenských nádržích a v pitných vodách, 2) vyvíjet a dále optimalizovat pasivní vzorkovače pro stanovení cyanotoxinu cylindrospermopsinu, který je v posledních letech ve zvýšené míře detekován v našich zeměpisných šířkách, 3) použít in vitro modely tkáňových kultur pro zhodnocení nádorově-promočního a toxického potenciálu sinic. Projekt celkově přispěje k vývoji a aplikaci efektivnějších nástrojů pro identifikaci nebezpečnosti, zhodnocení a řízení zdravotních rizik spojených s kontaminací vodárenských nádrží toxickými sinicemi a cyanotoxiny.

RNDr. Pavel Babica, Ph.D.

PS4CTX

18

RNDr. Pavel Babica, Ph.D. Project PS4CTX – A novel approach for monitoring, toxicity evaluation and risk assessment of cyanobacterial toxins – a use of passive samplers Host institution

Institute of Botany AS CR

Person in charge prof. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc.

Massive proliferations of toxic cyanobacteria in water reservoirs represent a serious environmental and human health problem. Cyanotoxins (cyanobacterial toxins), such as tumor promoting microcystins, can be found in 70% of waterbodies in the Czech Republic, including drinking water reservoirs. In order to address the current issue of toxic cyanobacteria and cyanotoxin contamination, this project aims to 1) use a novel approach based on passive sampling methods to monitor cyanobacterial toxins microcystins concentrations in drinking water reservoirs and drinking waters, 2) further develop and optimize passive samplers for detection of newly emerging cyanotoxin cylindrospermopsin, which is being detected with increasing frequency in temperate zone, 3) evaluate tumor promoting and toxic potential of cyanobacteria using in vitro tissue culture models. Overall, the project will contribute to development and application of more effective tools for identification, assessment and management of health hazards and risks associated with contamination of drinking water reservoirs with toxic cyanobacteria and cyanotoxins.

SoMoPro


17

Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu (JCMM) je centrum zaměřené na podporu nadaných studentů a lidských zdrojů pro vědu s působností v Jihomoravském kraji. Jedná se o specializované zájmové sdružení neziskového typu. Poskytuje podporu studentům a vědcům v Jihomoravském kraji (JMK). Ta je realizována prostřednictvím různých programů, které pokrývají několik úrovní vzdělávání. Programy JCMM je možné rozdělit na programy pro středoškoláky, učitele středních škol, vysokoškoláky, zahraniční studenty a vědce. Naším cílem je efektivně podporovat příliv studentů a vědců do regionu a vytvářet podmínky pro rozvoj nadaných studentů v Jihomoravském kraji.

South Moravian Centre for International Mobility

Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu

16

South Moravian Centre for International Mobility Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu

The numerous experience within the regional activities in international cooperation have resulted in the decision to found a specialized institution, which would shield this sphere of interest – activities in education, scholarships abroad as well as in the Czech Republic, and so the South Moravian Centre for International Mobility was established.

O JCMM About JCMM

South Moravian Centre for International Mobility (JCMM) is a specialized nonprofit organization which provides support and assistance to talented students and researchers based in the South Moravian Region. Our aim is to support effectively the incoming of students and researchers into the region and to improve the conditions for further development of talented students studying in South Moravia. The support is offered through various programs which cover several levels of education. The programs can be divided into programs for high school students, university students, international students and researchers.

SoMoPro


15

Jihomoravský kraj se rozkládá v jihovýchodní části České republiky při hranicích s Rakouskem a Slovenskem. Centrem kraje je druhé největší město České republiky Brno, které je střediskem justice, ekonomickým a správním centrem, veletržním centrem střední Evropy a městem univerzit. Jihomoravský kraj patří k regionům s výrazným ekonomickým potenciálem. Zejména v posledních letech roste počet podnikatelských subjektů v oblasti počítačové technologie, telekomunikací, vývoje softwaru a ostatních hi-tech oborů. Jihomoravský kraj výrazně podporuje rozvoj technologických a biotechnologických inkubátorů určených pro začínající firmy. Na nadprůměrné vzdělanostní úrovni obyvatel v kraji má podíl kvalitní systém vysokého školství. V Brně se nachází šest univerzit se 75 000 studenty. Mimoto se zde nachází 24 laboratoří Akademie věd ČR, mezi nimiž působí například Institut biofyziky, Institut analytické chemie či Ústav přístrojové techniky. Jihomoravský kraj také těží z rozvíjející se vědecké infrastruktury, která si rychle získává místo na mezinárodním poli. Mezi zásadní projekty patří Kampus Masarykovy univerzity, kde působí Lékařská a Přírodovědecká fakulta společně s projektem ILBIT (Integrované laboratoře biomedicínských technologií), či ambiciózní projekty ICRC (International Clinical Research Centre) – realizovaný ve spolupráci s klinikou MAYO (USA) a CEITEC (Central European Institute of Technology), zaměřený mimo jiné na biomedicínský výzkum či molekulární a buněčnou biologii.

South Moravian Region

Jihomoravský kraj

14

South Moravian Region Jihomoravský

kraj

The South Moravian Region is located in the south-eastern area of the Czech Republic along Austrian and Slovak borders. Its regional centre is Brno, the second largest city in the Czech Republic, a centre of the Czech judiciary, an economic and administrative centre, a trade fair centre of Central Europe and a city of universities.

O Jihomoravském kraji About South Moravian Region

South Moravia is a region with remarkable economic potential. Especially in recent years, a number of IT, telecommunications, software development and other hi-tech businesses have grown there. South Moravian Region strongly supports the development of technological and biotechnological incubators designated for start-up companies. The education level of population in the region is well above average, backed by an advanced system of university education. Brno has six universities with 75,000 students. In addition, there are 24 laboratories of the Czech Academy of Sciences, among which for example the Institute of Biophysics, Institute of Analytical Chemistry and Institute of Instrumentation. South Moravian Region also benefits from its growing scientific infrastructure that is rapidly gaining position in the international arena. Its major projects include the Masaryk University Campus hosting Faculties of Medicine and Science together with the ILBIT (Integrated Laboratories for Biomedical Technologies) project, and an ambitious project of the ICRC (International Clinical Research Centre) – implemented in collaboration with Mayo Clinic (USA) and CEITEC (Central European Institute of Technology), focusing among others on biomedical research and molecular and cell biology.

SoMoPro


13

Když byl Program SoMoPro před čtyřmi lety odstartován, vstupovali všichni, kteří se na něm podíleli, na neznámou půdu. Vodítkem nám byla pouze myšlenka sestavit projekt, který nadále pomůže našemu regionu být leadrem na poli vědy a výzkumu v České republice. Bylo pro mě proto velkým zadostiučiněním, když jsme před rokem prezentovali první výsledky programu na veřejném semináři a tiskových konferencích. Zájem vědecké komunity, univerzit, ale i veřejnosti a médií, stejně jako ohlasy zúčastněných vědců, mě přesvědčily, že cesta, kterou jsme se vydali, je správná. V této publikaci mám tu čest Vám představit již kompletní tým 27 vědců působících v rámci programu SoMoPro. Počátkem tohoto roku byl Evropskou komisí schválen druhý projekt, SoMoPro II, jako pokračování projektu předchozího. Konkurence, ve které jsme museli při podání projektu uspět, byla ještě tvrdší, nežli tomu bylo poprvé. Tým zahraničních a reintegrujících se vědců, kteří budou působit díky tomuto programu v Jihomoravském kraji, se tak rozroste na 53. Z mého pohledu se jedná o mimořádný úspěch, který není zcela obvyklý ani v rámci evropského prostoru a který se podařil zejména díky mimořádně dobré spolupráci Jihomoravského kraje, brněnských univerzit a firem a vizi jejich představitelů o budoucnosti regionu. Všem, kteří k úspěchu projektu přispěli, bych proto chtěl na tomto místě poděkovat.

RNDr. Miloš Šifalda

12

RNDr. Miloš Šifalda director of the South Moravian Centre for International Mobility ředitel Jihomoravského centra pro mezinárodní mobilitu

When the SoMoPro Programme was launched four years ago, all people involved entered an unknown area. The only clue was the idea to create a project, which will help our region to continue to be the leader in the field of R&D in the Czech Republic.

Opening speech úvodní slovo

Hence it was a huge satisfaction to me, when we, one year later, presented the programme’s first results in public seminars and press conferences. The interest of scientific community, universities, public and media, as well as reactions of involved researchers convinced me that the way we had chosen was the right one. In this publication I have the honour to introduce the complete team of 27 scientists, working within the SoMoPro Programme. By the beginning of this year the European Commission approved the second project, the SoMoPro II, as a continuation of the initial SoMoPro Programme. The competition, in which we had to face, was even tougher than in the first time. The team of international and reintegrating scientists, who will now work in the South Moravian Region, will increase to 53 fellows. In my view, this is an outstanding achievement, rather unique even in the European space. The programmes succeed especially due to exceptionally good cooperation of South Moravian Region, Universities and business in Brno, supported by a clear vision of their representatives about the future of region. I would like to express my thanks to all who contributed to the success of this Programme.

SoMoPro


11

Úkolem vysokého učení je rozvoj lidského poznání a šíření nejnovějších poznatků pomocí vzdělávacího procesu a spolupráce s praxí. Cílem každé univerzity je vytvořit takové podmínky pro rozvoj vědy, výzkumu, umění a další tvůrčí činnosti, které by přinášely nové, pokud možno excelentní výsledky potřebné pro lepší budoucnost lidstva. Izolace v rozvoji vědy, výzkumu nebo umění vede ke stagnaci vědních disciplin, univerzitních pracovišť a v konečném důsledku i celé společnosti. Internacionalizace v pedagogické a vědecké práci má celou řadu významných efektů: podporuje tvorbu inovací a rozvíjí kreativitu výzkumných týmů, významně urychluje výměnu vědeckých informací a technických a technologických kompetencí, podílí se na rozvoji potřebné interdisciplinární a multikulturální komunikace i obyčejného lidského porozumění. Patří k ní zejména podpora integrace zahraničních expertů a reintegrace českých vědců do výzkumných týmů našich vědecko-výzkumných pracovišť. Jejich příchod se stává významným inovačním impulzem a motivací pro všechny členy výzkumného týmu včetně talentovaných studentů magisterských a doktorských studií. Výsledný efekt pro rozvoj českých univerzitních pracovišť je tak daleko vyšší než u běžných mobilit do zahraničí. Působení zahraničních vědců obohacuje je samotné o poznání přírodního, kulturního a společenského prostředí České republiky, o nové kontakty a zkušenosti a poznání kvality české vědy. Stávají se tak aktivními diplomaty ve spolupráci českých institucí se zahraničním světem vědy a výzkumu. Pomoc při jejich integraci, kterou poskytuje program Jihomoravského kraje SoMoPro, je přitom velmi významná až existenční. Kromě podpory internacionalizace ve vědě a výzkumu vytváří platformu pro rozvoj spolupráce vědecko-výzkumných institucí, ale i veřejného a podnikatelského sektoru v rámci regionu.

prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc., dr. h. c.

10

prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc., dr. h. c. Rector of the Mendel University in Brno rektor Mendelovy univerzity v Brně

Higher education strives at the development of human learning and propagation of the latest knowledge through the educational process and cooperation with practice. The aim of every university is to prepare such conditions for the development of science, research, arts and other creative activities that would bring new, excellent results, indispensable for the better future of mankind. Isolation in developing science, research or arts leads to stagnation of scientific disciplines, university departments and ultimately the whole society.


Internationalization in pedagogical and academic work results in a number of significant effects: it supports innovation and fosters creativity of research teams, supports fast exchange of scientific information and technical and technological competences, contributes to the development of the necessary interdisciplinary and multicultural communication as well as to common human understanding. Internationalization particularly comprises the support for integration of international experts and reintegration of Czech scientists into research teams in Czech research institutes. Arrival of such experts represents an important innovation stimulus for all team members including talented students in graduate and postgraduate programmes. The resulting effect for the development of Czech university institutes is thus much higher than the case is with standard mobility consisting of study or research abroad. International experts themselves become enriched with the knowledge of natural, cultural and social environment of the Czech Republic, new contacts and experience as well as the quality of Czech science. They become active ambassadors of cooperation between Czech institutions and international world of science and research. SoMoPro, the programme of the South Moravian Region, provides vital assistance in the integration of experts coming from abroad. In addition to supporting the internationalization of science and research, it creates a platform for the development of cooperation between research institutions, as well as involvement of public and business sector in the region. SoMoPro


9

V rámci programu SoMoPro na Vysokém učení technickém v Brně realizujeme v současné době pět projektů: na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústavu fyziky je realizován projekt „Šum v polovodičových detektorech rentgenova a gama záření“, na Fakultě chemické, Ústavu fyzikální a spotřební chemie projekt „ Optimalizace depozice tenkých vrstev pro molekulární elektronické přístroje“, na Fakultě informačních technologií, Ústavu počítačové grafiky a multimédií projekt „Diskriminativní trénování modelů normalizovaných na mluvčího pro automatické rozpoznávání řeči“, a dále projekt „Syntéza samouspořádaných, maskou vytvořených a povrch zlepšujících nanostruktur kovů a oxidů kovů pro využití v mikro- a nanosoučástkách“ na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústavu mikroelektroniky. Nejnovějším zapojeným projektem je „Nízkoteplotní kinetické nanášení ochranných kovových Al/Al-Ti vrstev pro oxidační ochranu gamma-blízkých titan aluminidů ve vysokoteplotních oxidačních prostředích“ na Fakultě strojního inženýrství, Ústavu materiálových věd a inženýrství. SoMoPro představuje pro naši univerzitu efektivní nástroj navazování mezinárodní spolupráce v oblasti vědy a výzkumu, tedy v oblasti, která patří k prioritním strategickým cílům VUT v Brně. Rovněž mě těší, že program SoMoPro dále pokračuje svou druhou výzvou a věřím, že přiláká více špičkových vědců ze zahraničí. Tento program představuje cenný přínos pro výuku na naší univerzitě.

prof. Ing. Karel Rais, CSc., MBA

8

prof. Ing. Karel Rais, CSc., MBA Rector of the Brno Technology University rektor Vysokého učení technického v Brně


At present, five projects are being realised at Brno University of Technology within the SoMoPro programme: the project “Noise in semiconductor detectors of X-ray and gamma ray radiation” at the Faculty of Electrical Engineering and Communication, Department of Physics, “Optimisation of thin film deposition for the molecular electronic devices” at the Faculty of Chemistry, Department of Physical and Consumer Chemistry, “Discriminative training of speaker-normalized models for automatic speech recognition” launched at the Faculty of Information Technology, Department of Computer Graphics and Multimedia, as well as the project “Synthesis of self-organized, templated and surface-supported metal and metal-oxide nanostructures for being used in advanced micro- and nanodevices” at the Faculty of Electrical Engineering and Communication, Department of Microelectronics. Finally, the latest project „Cold Spray Deposition of Al/Al-Ti Metallic Protective Layers for Oxidation Control of Near-Gamma Titanium Aluminides for High-Temperature Oxidizing Environments“ was launched at the Faculty of Mechanical Engeneering, Department of Materials Science and Engineering. For our university, SoMoPro represents an efficient tool of establishing international co-operation in the field of scientific research, i.e. in a field that is one of priority strategic goals of Brno University of Technology. I am also pleased that the SoMoPro programme continues with the second call for proposals and I believe that it will attract more top scientists from abroad. It represents a valuable benefit for education at our university.

SoMoPro


7

Základní vizí Masarykovy univerzity je stát se výzkumnou univerzitou s mezinárodně respektovaným výzkumným programem, zřetelným profilem, špičkovou infrastrukturou a s výsledky viditelnými v evropském měřítku. Nezbytnou podmínkou pro naplnění této vize je úzké napojení Masarykovy univerzity na nejlepší centra výzkumu ve světě. Jedním ze zásadních nástrojů pro internacionalizaci výzkumu je hostování renomovaných zahraničních vědců a vytváření podmínek pro jejich trvalou integraci do akademické obce Masarykovy univerzity. Z tohoto pohledu představuje program SoMoPro pro Masarykovu univerzitu významnou pomoc na cestě k její výzkumné excelenci. Program SoMoPro je součástí Regionální inovační strategie Jihomoravského kraje, jejímž cílem je realizovat aktivity, které posilují konkurenceschopnost kraje. Ta je založená především na talentovaných lidech, špičkových výzkumných týmech a globálně konkurenceschopných firmách. Regionální inovační strategie současně představuje důležitou platformu pro efektivní koordinaci aktivit všech zainteresovaných aktérů. Podobně úzká a mnohovrstevná spolupráce mezi univerzitami, krajem a firemním sektorem není v českých podmínkách samozřejmostí. Pro Masarykovu univerzitu znamená tato možnost kooperace konkurenční výhodu. Je vynikajícím předpokladem pro rozvoj výzkumného a inovačního potenciálu jihomoravského regionu a přinese univerzitě bezpochyby úspěch v mezinárodním prostředí.

doc. PhDr. Mikuláš Bek, Ph.D

6

doc. PhDr. Mikuláš Bek, Ph.D Rector of the Masaryk University rektor Masarykovy univerzity


Becoming a research university with respected research programme, clear profile, first-rate infrastructure and results visible on the European scale – this is the primary vision of Masaryk University. This vision could not be realized without the university‘s close connections with the best centres of excellence around the world. Among the essential tools used for internationalisation of research are renowned visiting scientists, together with conditions allowing their permanent integration in Masaryk University‘s academia. In this respect, the SoMoPro programme presents a significant support for Masaryk University on its way towards its research excellence. SoMoPro programme forms a component of the Regional Innovation Strategy of South Moravian Region whose aim is to implement activities strengthening competitive ability of the region. This ability is primarily based on talented people, first-class research teams, and globally competitive companies. Furthermore, the Regional Innovation Strategy forms an important platform for the effective coordination of all participating parties‘ activities. Such close and multi-layer collaboration among universities, regional authorities and the corporate sector is not commonplace within the Czech Republic. For Masaryk University, however, this opportunity presents a competitive advantage: It is an excellent prerequisite for the development of research and innovation potentials of the South Moravian Region, and will undoubtedly lead the university to success in the international environment.

SoMoPro


5

Vážené dámy, vážení pánové, program SoMoPro už tři roky úspěšně plní svoji úlohu. Tento zdánlivě zašifrovaný název v sobě obsahuje anglickou zkratku vystihující jeho hlavní poslání – přivést do Jihomoravského kraje špičkové vědce technických a přírodovědeckých oborů ze zahraničí, zejména lídry vědecko-výzkumných týmů. Ti pak mohou mít zásadní vliv na rozvoj a pokračování ambiciózních vědecko-výzkumných projektů a rovněž na kariérní rozvoj mladých vědců na jižní Moravě. Po téměř třech letech existence programu mám radost, že se to daří. Není divu, že se Jihomoravský kraj rozhodl pro pokračování tohoto projektu a v dalších pěti letech je připraven investovat desítky milionů korun, které se na jižní Moravu vrátí. Záleží nám na dalším rozvoji inovativní ekonomiky na jižní Moravě a příchodu nových domácích a zahraničních investic do sofistikovaných oblastí průmyslu. Výzkum bude mít okamžitou odezvu v použití aplikací ve výrobním procesu a předpokládáme také, že to bude v důsledku znamenat vznik nových pracovních míst i zvýšení atraktivity celého regionu v rámci České republiky. Chci poděkovat všem, kteří na tomto úspěchu mají podíl.

JUDr. Michal Hašek

4

JUDr. Michal Hašek Governor of the South Moravian Region hejtman Jihomoravského kraje

Dear ladies and gentlemen,


the SoMoPro programme has been fulfilling its task successfully for three years now. Its seemingly encrypted name contains an English acronym describing its main mission – to bring top international scientists from technology and natural science disciplines, namely leaders of scientific research teams, to the South Moravian Region. They can then have a major impact on the development and pursuit of ambitious scientific research projects as well as the career development of young scientists in South Moravia. After almost three years of existence of the program, I am happy to say that it has been successful. It is no wonder that the South Moravian Region decided to continue this project and in the five years to come it is ready to invest tens of millions of crowns, which will return to South Moravia. We are committed to ongoing development of innovative economy in South Moravia and the arrival of new domestic and foreign investment into sophisticated industry sectors. Research will have an immediate response in the use of applications in manufacturing processes and we also assume that as a result of this, new job opportunities will be created and the attractiveness of the entire region within the Czech Republic will grow. I wish to extend my thanks to all those who have contributed to this success.

SoMoPro


Researchers

vědci 18

RNDr. Pavel Babica, Ph.D. Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D.

20 22

Ing. Peter Bystrický, Ph.D. Ing. Jan Čížek, Ph.D.

prof. Ing. Edward Trifonov, Ph.D. doc. Mgr. Ivaylo Zhivkov, Ph.D.

26

32 34

doc. RNDr. Jana Krajňáková, Ph.D. Ing. Miroslava Krzyžánková, Dr. rer. nat. 38 Mgr. Jana Křenková Ph.D.

Albano Carlo Meli, Ph.D. Archana Mishra, Ph.D.

44 46

Dr. Alexander Mozalev, Ph.D. Ladislav Nejman, Ph.D.

50

48

52 54

RNDr. Martin Plesch, Ph.D. Shakti Prasad Rath, Ph.D. RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D. 62 Yuh-Man Sun, Ph.D.

36 40

Nagendra Prasad Kurumbang, Ph.D. 42 Dr. Sergiy Kyrylenko

Dr. Emil Parvanov

On a horizon… Na co se těšíme… 30

Priv. - Doz. Dr. Beatrix C. Hiesmayr Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D.

Dr. Kamil Paruch

Arman Taghavi-Chabert, Ph.D.

24

Mgr. Hassan Elhadidy, Ph.D. 28 Artur Góra, Ph.D.

56 58 60

64

RNDr. Mario Špírek, Ph.D.

72

66 68 70

obsah Opening speech

úvodní slovo

JUDr. Michal Hašek

4

doc. PhDr. Mikuláš Bek, Ph.D

6

prof. Ing. Karel Rais, CSc., MBA prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc., dr. h. c. 12 RNDr. Miloš Šifalda South Moravian Region Jihomoravský kraj

8 10

14

South Moravian Centre for International Mobility Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu

16

South Moravian Programme for Distinguished Researchers Programme of the Region of South Moravia – co-funded by Marie Curie Actions

Jihomoravský program pro špičkové vědce Program Jihomoravského kraje kofinancovaný akcemi Marie Curie

SoMoPro: introducing International Contribution to South Moravian science II. SoMoPro: představujeme Mezinárodní Posily Jihomoravské Vědy II

Recommend Documents