Aktuálně vypsaná témata bakalářských a diplomových prací

Nemáte zatím vybrané téma své práce? Vyberte si z následující nabídky. Dostanete k ruce nejen zkušeného konzultanta, ale také reálné zapojení do výzkumné činnosti v této oblasti.

Podskupina pro chemické analýzy

Vývoj, optimalizace a porovnání analytických chromatografických metod pro stanovení gentamicinu ve zdravotnických prostředcích

Konzultant: Ing. Jaromír Kulhánek

Diplomant provede literární rešerši na téma vlastnosti gentamicinu a jeho stanovení různými analytickými metodami, se zaměřením na chromatografické metody. V praktické části se zaměří na vývoj metod pomocí kapalinové chromatografie s různými typy detekce (fluorescence, hmotnostní spektrometrie, ELSD). Provede optimalizaci přípravy standardu pro jednotlivé typy analýz a optimalizaci samotných chromatografických metod. Po zvolení nejvhodnějšího analytického modelu diplomant metodu ověří (opakovatelnost, správnost, specifičnost) a aplikuje na reálný vzorek.

 

Podskupina pro syntézu peptidů

Syntéza a charakterizace elastin-like polypeptidů obecného vzorce H-(VPGLG)x(VPGXG)y(VPGLG)z-OH 

Konzultanti: Ing. Sergej Karel, Mgr. Kateřina Šancová

Elastin-like polypeptidy jsou uměle připravené peptidy odvozené od tropoelastinu. Díky svým termoresponzivním vlastnostem, biokompatibilitě a biodegradabilitě jsou využívány v řadě aplikací, např. v hydrogelech, micelách nebo při transportu léčiv. Nejčastěji zmiňovanou sekvencí je (VPGXG)n, kde X je hydrofobní nepolární aminokyselina (Ala, Leu, Val, Ile) a n je nejčastěji 12. Avšak modulace vlastností změnami v sekvenci a náhradou aminokyseliny X za nabité, polární či aromatické aminokyseliny nebylo popsáno. Záměnou alespoň 2 aminokyselin na variabilní pozici X v sekvenci (VPGXG)n lze tedy měnit vlastnosti příslušného peptidu.

V rámci bakalářské/diplomové práce bude připravena série elastin-like polypeptidů s obměňovanou sekvencí v závislosti na použité aminokyselině X, jejím umístění a bude zároveň definována optimální délka cílové sekvence tak, aby byly splněny požadavky na termoresponzivní chování a rozpustnost. Pro syntézu budou využity metody syntézy peptidů na pevné fázi a fragmentové kondenzace. Je tedy nutné náležitě charakterizovat připravený peptid a prokázat jeho vazebné vlastnosti dostupnými metodami UV, FTIR, NMR, MS a ověřit biologické vlastnosti získaného materiálu (zejména cytotoxicitu). Pro charakterizaci sekundárních struktur budou využity metody IR, CD, Ramanova spektroskopie a VIS spektrofotometrie.

Syntéza a funkční in vitro screening antimikrobiálních peptidů

Konzultanti: Ing. Sergej Karel (syntéza peptidů), Mgr. Kristina Nešporová, Ph.D. (biologické testování)

Výrazný nárůst resistentních infekcí představuje výzvu v oblasti antimikrobiální léčby. Kvůli zvyšující se resistenci patogenů na účinky používaných antibiotik je snahou vyvinout nové léčebné metody a přístupy. Jednou z možností je využití antimikrobiálních peptidů (AMP), které mají široké spektrum účinku, např. na viry, bakterie, plísně nebo paraziti. Příprava nosičových systémů obsahující peptidy typu AMP by umožnilo lokální zavedení léčivého prostředku a tím i léčení infekčních onemocnění v místě vzniku.

V rámci bakalářské/diplomové práce si student připraví sérii peptidů s předpokládanou antimikrobiální aktivitou. Výběr vhodných sekvencí bude založen na literární rešerši. Po přípravě konjugátů těchto peptidů s vhodným (pro buňky neadhezivní) nosičem bude provedena série testů s různými buněčnými typy (bakterie/savčí buňky) a bude porovnána míra vlivu nosiče na buňky.

Syntéza a charakterizace hyaluronan vázajících peptidů

Konzultanti: Ing. Sergej Karel, Mgr. Kateřina Šancová

Význam HA spočívá v regulaci buněčných pochodů jako je proliferace, motilita a adheze buněk či přeměna extracelulární matrix. Podílí se i na zajištění viskozity a hydratace tkání. Veškeré fyziologické pochody na buněčné úrovni jsou zprostředkovány pomocí interakce hyaluronanu s hyaluronan vázajícími proteiny (HABPs, hyaladheriny). Tato interakce je iontové povahy a je podmíněna přítomností kladně nabitých postranních řetězců bazických aminokyselin v sekvenci HABPs. U hyaladherinů jsou známy 3 různé sekvenční motivy vázající hyaluronan: BX7B (např. receptor RHAMM), Link modul (např. receptor CD 44 a TSG-6) či dipeptid Arg-Arg.

V rámci bakalářské/diplomové práce bude připravena série hyaluronan vázajících peptidů s předpokládanou vazebnou afinitou k hyaluronanu. Peptidy budou připraveny metodou syntézy na pevné fázi. Výběr a návrh vhodných sekvencí bude založen na literární rešerši zaměřené na již známé hyaladheriny s případnou možností obměn primární sekvence. Nově připravené sekvence budou náležitě charakterizovány fyzikálně, chemicky i biologicky. Rovněž je nutné stanovit afinity peptidů k hyaluronanu a charakterizovat interakce, k čemuž budou využity zejména metody jako AFM, CD, NMR, ELISA a ITC. 

 

BUNĚČNÁ FYZIOLOGIE

Degradace kyseliny hyaluronové v kůži

konzultant: Mgr. Petra žádníková, Ph.D.

Kyselina hyaluronová (HA) je lineární, vysokomolekulární polysacharid, jež je jednou z hlavních složek extracelulární matrix. Hojně se vyskytuje ve tkáních obratlovců, kde zodpovídá za funkční a strukturní integritu buněk a orgánů. HA a její fragmenty jsou zodpovědny za celou řadu fyziologických i patologických procesů. Přestože velké množství orgánů obsahuje vysoké koncentrace HA, v kůži se vyskytuje přibližně polovina celkové tělesné HA. HA má velmi dynamický obrat a její poločas rozpadu v kůži je méně než jeden den. Nicméně přesný mechanismus, kterým je kyselina hyaluronová v kůži odbourávána není doposud známý.

Hlavním úkolem diplomanta by bylo zjistit v jakých kožních buňkách se nachazí traskripty enzymů případně jiných proteinů podílejících se na degradaci kožní HA za pomoci metody kvantitativní real-time PCR. Dále zjistit přítomnost zmíněných enzymů/proteinů využitím metod, jež jsou založeny na reakci antigenu a specifické protilátky - Western Blot, imunocytochemie, imunocytofluorescence. V případě potvrzení přítomnosti enzymů degradujících HA předchozími metodami by se následně analyzovala aktivita těchto enzymů v jednotlivých kožních buňkách (fibroblasty, keratinocyty) za použití metod kolorimetrie, turbidimetrie a zymografie. Posledním úkolem by bylo objasnit, jakým mechanismem vstupuje HA do kožních buněk (fibroblasty, keratinocyty) za použití nízkomolekulární fluorescenčně značené HA a konfokálního mikroskopu. 

Získané poznatky přispějí k objevení nových vědomostí v oblasti základní biologie. Objasnění degradace HA v kůži by mohlo nabídnout nové farmakologické cíle, které by například konfrontovali věkově závislou depolymeraci HA v kůži.

Analýza vlivu způsobu kultivace na genovou expresi pomocí dekonvoluce dat z genové microarraye

Školitel: odborník v oboru matematické biologie

Konzultant: Mgr. Vojtěch Pavlík

Jednoduché 2D monokultury stále představují hlavní in vitro model využívaný v buněčné a molekulární biologii. Pro lepší modelování situace v tkáni a celém organismu je ovšem nutné modifikovat způsob kultivace a to ve dvou směrech – 3D kultivace a kokultivace několika typů buněk. Především u směsných kultivací je však náročné sledovat změny na úrovni genové exprese v jednotlivých buněčných typech, protože musí dojít nejprve k separaci buněk a následné analýze jednotlivých separovaných populací. Alternativou se jeví tzv. dekonvoluce dat získaných z genové microarraye kompletního směsného vzorku. Hlavním úkolem diplomanta by bylo vytvořit model minimálně dvou odlišných typů buněk (fibroblasty, nádorové buňky, imunitní buňky či kmenové buňky) kultivovaných samostatně či v kokultuře ve 2D a 3D podmínkách. Následně analyzovat genovou expresi takto kultivovaných buněk pomocí genové microarraye s následnou aplikací dekonvoluce v softwarovém prostředí R (podmínkou je znalost práce s R softwarem). Dostatečné rozlišení expresních profilů jednotlivých kokultivovaných buněčných typů bude kontrolováno pomocí magnetická separace buněk před samotnou analýzou. Získané výsledky ukáží další možnosti aplikace metody dekonvoluce, ale zároveň by mohly přinést zajímavé informace o vlivu metody kultivace na expresi genů.

 

FERMENTACE

Získání nových inducibilních promotorů pro expresi rekombinantních proteinů v Pichia pastoris

V naší laboratoři úspěšně produkujeme několik enzymů v rekombinantních kmenech P. pastoris. Kromě ověřených konstitutivních promotorů (např. GAP), které používáme k expresi těchto enzymů, je někdy vhodné použít inducibilní promotory. Jedná se o případy, kdy je exprimovaný protein velkou zátěží pro metabolizmus hostitelské buňky, a proto se exprese spouští až po dopěstování většího množství buněk. Aktuálně máme k dispozici AOX promotor, který však vyžaduje kultivaci s metanolem jako zdrojem uhlíku. Metanol je při vyšších koncentracích toxický pro P. pastoris, co snižuje robustnost kultivace.

Cílem práce bude získat nové inducibilní promotory pro P. pastoris, kde induktorem bude netoxická látka. Součástí práce bude vypracování literární rešerše na dané téma a návrh vhodné strategie postupu. K výběru vhodných promotorů lze využít přístroje MiniSeq pro získání transkripčního profilu kmene v přítomnosti induktoru. Promotory budou charakterizované na základě jejich schopnosti exprimovat modelový protein a porovnané se standardními promotory, které máme ve sbírce. Samotná kultivace bude probíhat v maloobjemových fermentorech nebo v mikrobioreaktorech.

Získání nových konstitutivních promotorů pro expresi rekombinantních proteinů v Pichia pastoris

Pro rekombinantní produkci proteinů v kmenech Pichia pastoris se již tradičně používá silný konstitutivní promotor GAP. V současnosti je ale již známé, že silnější promotor ještě nemusí znamenat vyšší produkci rekombinantního proteinu. Zejména u proteinů se složitými posttranslačními modifikacemi může docházet k zahlcení syntetických cest, k následným chybám v procesu dozrávání proteinu a v konečném důsledku ke snížení výtěžku cílového proteinu.

Cílem práce je získat širší spektrum různě výkonných promotorů.  Součástí práce bude vypracování literární rešerše na dané téma a návrh vhodné strategie postupu. K výběru vhodných promotorů lze využít přístroje MiniSeq pro získání transkripčních profilů kmene. Vybrané promotory by se měli vyznačovat stabilní expresí v průběhu celé kultivace. Promotory budou charakterizované na základě jejich schopnosti exprimovat modelový protein a porovnané s promotorem GAP. Samotná kultivace bude probíhat v maloobjemových fermentorech nebo v mikrobioreaktorech.

Vývoj metodiky deplece rRNA pro Streptococcus equi zooepidemicus

Transkriptomické analýzy pomocí RNA-seq zajišťují precizní analýzu úrovně genové exprese. Příprava knihovny pro sekvenování však bývá ztížena vysokým množství ribozomální (r) RNA v buňkách. Obohacení kódujících sekvencí a odstranění rRNA lze docílit enzymatickou deplecí nebo častěji subtraktivní hybridizací. Komerčně dostupné kity pro depleci bakteriální rRNA se při transkriptomických studiích staly postupy první volby. Jejich účinnost však závisí na bakteriálním druhu, typu vzorku či jeho složení. Cílem této diplomové práce je příprava specifických sond pro subtraktivní hybridizaci rRNA u bakterie Streptococcus equi subsp. zooepidemicus. Účinnost sond bude následně porovnána s komerčně dostupnými kity a enzymatickou deplecí.

 

NANOTECHNOLOGIE

Možnosti přípravy polymerních částic a jejich depozice elektrostatickým sprejováním na zařízení 4SPIN LAB

Cílem práce bude zmapování aktuálního stavu dění v oblasti elektrostatického sprejování a možnosti uplatnění zařízení 4SPIN LAB pro přípravu těchto částic. Součástí práce bude také samotná příprava polymerních nano/mikro sfér dle zvolené aplikace (hojení ran, „drug delivery“ a kosmetika) a jejich následná charakterizace.

Bikomponentní a bifunkční nanovlákenné membrány (adhezivní/neadhezivní; hydrofilní/hydrofobní; rozpustná/nerozpustná)

Náplní této práce bude vytvoření bifunkčních nanovlákenných vrstev s opačnými povrchovými vlastnostmi. Výsledný materiál bude kombinovat vlastnosti jednotlivých složek za pomoci vícekrokových depozičních technik nebo skládáním jednotlivě připravených vrstev. Materiály výsledné nanovlákenné membrány budou voleny na základě požadavků zamýšlené aplikace (např. adhezivní/neadhezivní; hydrofilní/hydrofobní; rozpustná nerozpustná).

Využití polarizačně senzitivní Ramanovy spektroskopie pro charakterizaci nanovlákenných matriálů

Cílem práce bude příprava nanovlákenných materiálů, jejich analýza polarizačně senzitivní Ramanovou spektroskopií a stanovení vlivu elektrostatických sil na mechanické a strukturní vlastnosti nanovlákenných materiálů a/nebo jednotlivých nanovlákenných materiálů.

Fokusace elektrostatického pole v depozičních technikách

Cílem práce je návrh a experimentální ověření funkce základních principů tzv. elektrostatických čoček. Ty lze využít při depozici nanovlákenných vrstev v elektrostatickém poli k tomu, aby se zvýšil výtěžek procesu vláknění a baly povlákněna pouze žádaná plocha sběrné elektrody s omezenou velikostí. V rámci práce budou provedeny numerické simulace elektrostatického pole pro vybrané tvary a rozměry fokusačních elektrod, jejich funkce bude následně ověřena při depozici materiálů v elektrostatickém poli.

Postupy vedoucí k optickému zesítění derivátu kyseliny hyaluronové během depozičních technik vytvářejících stabilní nanovlákenné vrstvy

Degradace kyseliny hyaluronové ve vodním prostředí je potlačena chemickou modifikací a možností zesítění jejího polymerního řetězce. Zesítění může být iniciováno optickou energií v oblasti UV záření během procesu zvlákňování polymeru do nanovlákenné struktury. Práce bude zaměřena na porovnání efektivity zesítění při ozáření vznikajících nanovlákenných vrstev v různých fázích procesu.

 

Další témata budou postupně přibývat.