Témy bakalárskeho štúdia

Témy bakalárskych prác vypísaných na Katedre biofyziky (PF UPJŠ) a v Centre interdisciplinárnych biovied (TIP-UPJŠ) na akademický rok 2022/2023:

1. Detekcia singletového kyslíka v živých bunkách

Školiteľ: doc. Mgr. Gregor Bánó, PhD.

Anotácia: Singletový kyslík je najdôležitejšou reaktívnou formou molekulárneho kyslíka počas fotodynamickej terapie nádorových ochorení. Záverečná práca je zameraná na priame pozorovanie singletového kyslíka v suspenzii buniek pomocou časovo rozlíšenej detekcie jeho fosforescencie. Práca má experimentálny charakter. Využíva metódy laserovej spektroskopie na sledovanie kinetiky fotodynamických procesov v živých bunkách.

.....................................................................................................................................................................................

2. Optická mikromanipulácia živých buniek

Školiteľ: doc. Mgr. Gregor Bánó, PhD.

Anotácia: Jednoduché viacbunkové systémy sú atraktívnym novým nástrojom pre sledovanie medzibunkovej signalizácie. Práca je zameraná na využitie silového pôsobenia svetla (optickej pinzety) na manipuláciu živých buniek pri vytváraní viacbunkových zhlukov. Cieľom práce je preskúmať možnosti: a) priamej optickej manipulácie veľkých buniek (s priemerom nad 20 um), resp. b) nepriamej optickej manipulácie buniek pomocou mikroštruktúr vyrobených dvojfotónovou polymerizáciou.

.....................................................................................................................................................................................

3. Aplikácie SERS nanosenzorov v medicíne

Školiteľ: RNDr. Gabriela Fabriciová, PhD.

Anotácia: Nanosenzory sú vďaka svojej citlivosti, prenosnosti, selektivite a automatizovanému zberu dát vynikajúce platformy na získanie alternatívneho a spoľahlivého riešenia pre nepretržité monitorovanie a detekciu molekúl v reálnom čase. V posledných rokoch pritiahli nanosenzory veľkú pozornosť vďaka svojim jedinečným vlastnostiam, ako sú nízka cena, jednoduchosť prístrojov, miniaturizácia a flexibilita, ktoré im umožňujú kombinovať sa s rôznymi systémami. Nanosenzory umožňujú pochopenie zdravotného stavu človeka prostredníctvom neinvazívnej detekcie klinicky relevantných biomarkerov v niekoľkých biokvapalinách, ako sú slzy, sliny, pot. Povrchovo zosilnený Ramanov rozptyl (SERS) patrí k jedným z najcitlivejších analytických nástrojov, v niektorých prípadoch je možné zaznamenať vysoko kvalitné spektrum SERS, v ktorom dominuje príspevok len jednej molekuly. Spektroskopia SERS je preto sľubným nástrojom pre rutinné analytické techniky používané v lekárskych, biochemických, environmentálnych a potravinárskych analýzach. Cieľom tejto práce je charakterizovať vybrané SERS nanosenzory a ich využitie v medicínskych aplikáciách.

.....................................................................................................................................................................................

4. Vývoj metód na analýzu evolúcie proteínov pomocou bioinformatiky a výpočtovej biológie

Školiteľ: RNDr. Michal Gala
Konzultant: doc. RNDr. Gabriel Žoldák, PhD.

Anotácia: Pokrok vo vývoji a dostupnosti laboratórnych metód v prírodných vedách spôsobuje produkciu obrovského množstva dát z biológie a medicíny. Príkladom môžu byť genómové sekvencie SARS-CoV-2, ktorých sa v databáze GISAID nachádza viac ako 10 miliónov. Takéto množstvo údajov poskytuje nový pohľad a možnosti skúmania evolúcie biologických objektov. Skúmanie takého veľkého množstva dát v zmysluplnom čase však nie je možné bez využitia bioinformatiky a výpočtovej biológie. Na urýchlenie a uľahčenie tohto procesu v súčasnosti vzniká veľké množstvo softwarov, metód alebo algoritmov, ktoré automatizujú či už jednoduchšie alebo aj zložitejšie postupy evolučnej analýzy, napríklad proteínov. Táto bakalárska práca má na modelových setoch proteínových sekvencií a štruktúr zoznámiť študenta so základnými metódami a nástrojmi bioinformatiky a výpočtovej biológie. Študent sa zoznámi s databázami molekulárnych sekvencií a štruktúr, v ktorých sa naučí cielene a efektívne vyhľadávať požadované údaje. Následne, naprogramuje algoritmus, ktorý zautomatizuje a tým zjednoduší vybrane, základné analýzy evolúcie proteínov.

.....................................................................................................................................................................................

5. Detekcia pesticídov pomocou Ramanovej spektroskopie: súčasný stav a porovnanie s inými analytickými metódami

Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD.

Anotácia: Ramanova spektroskopia (RS) je založená na fyzikálnom jave rozptylu dopadajúceho svetla od študovanej vzorky, pričom každá molekula rozptyľuje svetlo špecificky. To znamená, že RS poskytuje špecifickú štrukturálnu informáciu na úrovni molekúl, tzv. odtlačok prsta jednotlivých zlúčenín. Veľkým nedostatkom je jej slabá citlivosť. Častým a významným problémom je aj silná fluorescencia, ktorá dokáže úplne pohltiť slabý Ramanov signál. Jedným z riešení je použitie kovových nanočastíc – ak sa analyzovaná molekula nachádza na ich povrchu alebo v jeho tesnej blízkosti, tak dochádza k významnému zosilneniu Ramanovho signálu (až niekoľko rádov) a súčasne môže dochádzať k zhášaniu fluorescencie. Táto povrchovo-zosilnená Ramanova spektroskopia (SERS) nám potom umožňuje špecificky detekovať aj veľmi nízke koncentrácie molekúl. V rámci danej bakalárskej práce popíšeme a zhodnotíme aktuálny stav postavenia RS a SERS spektroskopie v rámci analytických metód používaných štandardne v oblasti životného prostredia, pokúsime sa zadefinovať výhody a výzvy jej rutinného použitia a stanovíme detekčné limity vybraných molekúl znečisťovateľov životného prostredia.

.....................................................................................................................................................................................

6. Ramanova spektroskopia a jej využitie v oblasti štúdia problémov molekulárnej paleontológie

Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD.
Konzultant: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD.

Anotácia: Ramanova spektroskopia (RS) je analytická technika vibračnej molekulárnej spektroskopie používaná dnes už štandardne na identifikáciu rôznych materiálov, od anorganických pigmentov až po biomateriály. RS poskytuje špecifickú štrukturálnu informáciu na úrovni molekúl, tzv. odtlačok prsta jednotlivých zlúčenín. RS poskytuje tiež informáciu o prípadných chemických zmenách spôsobených počas rôznych procesov, interakcií, vplyvom aplikovaného prostredia. Výhodou RS v porovnaní s inými technikami je, že vyžaduje len minimálne množstvo vzorky a nie je potrebná ani jej žiadna špeciálna príprava. Aj preto sa RS považuje za nedeštruktívnu techniku. Navyše, možnosť in situ meraní, ktorých výsledkom je aj Ramanove mapovanie, či zobrazovanie, poskytuje špecifickú a informačne bohatú informáciu o distribúcii vybraných chemických zlúčenín v rámci analyzovanej vzorky. Nevýhodou, resp. značnou limitáciou, je slabá citlivosť RS. Aj napriek tomuto nedostatku sa v poslednom období čoraz častejšie stretávame s využitím Ramanovej spektroskopie na analýzu aj takých vzácnych a cenných vzoriek, ako sú artefakty vyhynutých organizmov. V rámci danej bakalárskej práce (BP) preto otestujeme Ramanovu spektroskopiu ako účinný nástroj pri analýze fosilizovaných tkanív živočíchov. Cieľom bude vypracovať rešerš ohľadne aktuálneho postavenia a možností využitia Ramanovej spektroskopie pri štúdiu problémov molekulárnej paleobiológie, oboznámiť sa s princípom merania na Ramanových spektrometroch, prediskutovať možnosti a limity použitia Ramanovej spektroskopie na tento druh analýz (aj s ohľadom na prístrojové vybavenie na KBF ÚFV PF UPJŠ v Košiciach), namerať a optimalizovať merania Ramanových spektier na vybraných artefaktoch fosilizovaných tkanív živočíchov a popísať namerané spektrá (identifikovať jednotlivé molekulárne komponenty a interpretovať možné spektrálne zmeny).

.....................................................................................................................................................................................

7. Izolácia a charakterizácia substrát viažucej domény molekulového šaperónu Hsp70

Školiteľ: RNDr. Michal Nemergut, PhD.
Konzultant: doc. RNDr. Gabriel Žoldák, PhD.

Anotácia: Proteíny Hsp70 sú ústrednými zložkami bunkovej siete molekulárnych šaperónov, ktoré pomáhajú pri mnohých rôznych procesoch zbaľovania proteínov v bunke. Hsp70 plní svoju šaperonovú funkciu tým, že interaguje prostredníctvom svojej substrát viažucej domény s nezbalenými proteínmi, aby sa zabezpečilo ich správne zbalenie. Cieľom tejto bakalárskej práce je produkcia substrát viažucej domény Hsp70 a následná charakterizácia jej štruktúrnych vlastností. Študent by mal získať skúsenosti s izoláciou rekombinantných proteínov z E. coli a základnou charakterizáciou proteínov prostredníctvom rôznych biofyzikálnych metód.

.....................................................................................................................................................................................

8. Výskum malých molekúl rastlinného pôvodu v terapii nádorových ochorení

(pre ukončenie v šk.r. 2023/2024)

Školiteľ: doc. RNDr. Katarína Štroffeková, PhD.

Anotácia: Význam fytochemických molekúl pochádzajúcich z rastlín pri liečbe a prevencii nádorových ochorení stale narastá. Niektoré z týchto molekúl a ich derivátov (vinblastine, vincristine, a paclitaxel) sa používajú v klinickej praxi pri liečbe rakoviny. Ďalšie molekuly extrahované kurkumy, sóje a zeleného čaju ukazujú antioxidačné a protizápalové účinky, a tiež inhibujú množenie nádorových buniek. V našej štúdii sa zameriame na potenciál kombinácie hypericínu a gossypolu pri liečbe nádorových ochorení mozgu. V štúdii preskúmame účinok ich kombinácie na oxidačný stres a Bcl2 proteíny v nádorových bunkách. Cieľom práce je prehľadné spracovanie literatúry, merania oxidatívneho stresu a distribúcie Bcl2 proteínov v U87 MG nádorových bunkách vystavených hypericínu a gossypolu.

.....................................................................................................................................................................................


9. Glykozylácia ako dôležitý prostriedok modulácie vlastností terapeutických proteínov

Školiteľ: RNDr. Mária Tomková, PhD.

Anotácia: Prírodné proteíny sú dôležitým zdrojom terapeutických látok a priemyselných enzýmov. Aby mohli byť široko využívané v priemyselnej praxi, je často nutné ich vlastnosti čiastočne upraviť. Glykozylácia patrí k základným procesom post-translačnej modifikácie proteínov a zmeny v glykozylačnom profile môžu do veľkej miery ovplyvniť ich vlastnosti. Naviazanie rozdielnych cukorných zvyškov môže ovplyvniť napríklad účinnosť skladania a stabilitu proteínov, zabrániť ich abnormálnej agregácii, zvýšiť ich solubilitu a znížiť rýchlosť ich tepelnej denaturácie, proteolytickej inaktivácie alebo chemickej degradácie. Vďaka tomu sa glykoinžiniersvo dostáva do popredia ako dôležitý nástroj vylepšovania vlastností priemyselných proteínov. Cieľom bakalárskej práce bude sumarizovať súčasné poznatky a metódy v oblasti úpravy vlastností proteínov modifikáciou ich glykozylácie.

.....................................................................................................................................................................................