Témy diplomových prác

Témy magisterských diplomových prác vypísaných na Katedre biofyziky a v Centre interdisciplinárnych biovied na akademický rok 2022/2023:

1. Detekcia singletového kyslíka v živých bunkách

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. G. 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. Štúdium vplyvu usporiadania hydroxylových skupín v molekulách hydroxyderivátov antrachinónov na tepelnú stabilitu ľudského sérového albumínu

Školiteľ: RNDr. G. Fabriciová, PhD.
Anotácia: Ľudský sérový albumín (HSA) je najrozšírenejším proteínom v krvi. HSA preukázal mimoriadnu schopnosť viazať najrôznejšie ligandy. Vďaka tejto schopnosti sa využíva na transport mnohých fyziologicky významných endogénnych aj exogénnych zlúčenín. Nevyhnutnou súčasťou pri výskume HSA ako potenciálneho transportného systému na prenos liečiv je štúdium vplyvu interakcií nízkomolekulových ligandov na jeho stabilitu. Cieľom tejto práce je pomocou diferenčnej skenujúcej kalorimetrie študovať vplyv architektúry molekuly, konkrétne umiestnenie hydroxylových skupín v derivátoch antrachinónu, na stabilitu HSA.

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

4. Štúdium komplexov ľudský sérový albumín – ligand metódami optickej spektroskopie a izotermálnej titračnej kalorimetrie

Školiteľ: RNDr. G. Fabriciová, PhD.

Anotácia: Ľudský sérový albumín je najrozšírenejším proteínom v krvi. HSA preukázal mimoriadnu schopnosť viazať najrôznejšie ligandy. Vďaka tejto schopnosti sa využíva na transport mnohých fyziologicky významných endogénnych aj exogénnych zlúčenín. Nevyhnutnou súčasťou pri výskume HSA ako potenciálneho transportného systému na prenos liečiv je štúdium interakcie HSA s nízkomolekulovými ligandami Cieľom tejto práce určenie a porovnanie väzobných konštánt interakcie HSA – ligand pomocou fluorescenčnej spektroskopie a izotermálnej titračnej kalorimetrie.

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

5. Použitie Ramanovej a povrchovo-zosilnenej Ramanovej spektroskopie na štúdium interakcie biomakromolekúl a vybraných molekúl významných z hľadiska ochrany ľudského zdravia a životného prostredia

(pre šk.r. 2022/2023 – Téma je už obsadená: Bianka Varcholová)

Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD.

Anotácia: Stále častejšie a intenzívnejšie sa začína prejavovať dlhodobé používanie ako aj následná akumulácia rôznych pesticídov, antibiotík, či iných znečisťovateľov (polutantov) v životnom prostredí, a tým aj ich vplyv na ľudský organizmus. Ich prítomnosť v potravinovom reťazci je dokázaná a nežiadúca. Z tohto dôvodu, je aktuálne a dôležité skúmať ich vplyv na živé organizmy a študovať interakcie biomakromolekúl a vybraných polutantov. Ramanova spektroskopia (RS) poskytuje efektívny nástroj na štúdium (biomakro)molekúl a ich vzájomnej interakcie. RS poskytuje tiež informáciu o prípadných chemických zmenách spôsobených počas rôznych procesov, interakcií, či vplyvom aplikovaného prostredia. Táto technika je nenáročná na prípravu vzorky a vďaka dobre definovanému a málo intenzívnemu spektru vody je tiež vhodnou technikou na štúdium biologických vzoriek v ich prirodzenom vodnom prostredí.

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

6. Zobrazovanie buniek pomocou Ramanovej spektroskopie

Školiteľ: RNDr. Z. Jurašeková, PhD.
Anotácia: Ramanova spektroskopia (RS) je významná analytická metóda, ktorá je založená na Ramanovom rozptyle svetla na molekulách skúmaného materiálu. Výsledkom je Ramanove spektrum, ktoré predstavuje tzv. “spektroskopický fingerprint” (odtlačok prsta) študovanej vzorky. RS poskytuje tiež informáciu o prípadných chemických zmenách spôsobených počas rôznych procesov, interakcií a vplyvom prostredia. Aj preto potenciál RS pre biomedicínske aplikácie nemožno ignorovať, hoci Ramanove spektrá buniek sú zvyčajne informačne veľmi bohaté, komplexné a zároveň sú charakteristické nízkou intenzitou signálu. Napriek tomu je Ramanova mikro-spektroskopia ideálna pre štúdium živých buniek, pretože nevyžaduje žiadnu špeciálnu prípravu vzorky, je neinvazívna, rovnako nie je potrebné žiadne externé značenie buniek a je možné ju uskutočňovať vo vodnom prostredí. RS je navyše bezkontaktná, rýchla a in situ metóda. Aj preto RS rýchlo napreduje aj ako metóda zobrazovania buniek (rôzne diagnostické a farmakologické aplikácie, štúdium dynamiky buniek). Cieľom diplomovej práce je predstaviť základné princípy RS a jej využitia v praxi – ponúknuť prehľad o najnovšom pokroku jej použitia v biovedách, a následne zvládnuť a popísať metodiku zobrazovania buniek pomocou Ramanovej mikro-spektroskopie v podmienkach laboratória Ramanovej spektroskopie na KBF.

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

7. Kryštalizácia a štruktúrna charakterizácia molekulového šaperónu Hsp70 z vybraných termofilných baktérií

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

Anotácia: Molekulárne šaperóny proteínu teplotného šoku 70 (Hsp70) sú kľúčovými hráčmi v systémoch kontroly kvality proteínov organizmov od baktérií až po človeka. Všetky Hsp70 pozostávajú z dvoch vysoko konzervovaných domén: N-koncovej domény viažucej nukleotidy (NBD) a C-koncovej domény viažucej substrát (SBD). Zatiaľ čo NBD reguluje afinitu väzby substrátu, SBD sprostredkúva interakciu medzi Hsp70 a hydrofóbnymi úsekmi nezbalených proteínov. Táto diplomová práca bude zameraná na štúdium SBD z vybraných termofilných baktérií. Prvým cieľom tejto diplomovej práce bude štúdium štruktúrnych vlastností jednotlivých SBD proteínov prostredníctvom rôznych biofyzikálnych metód. Druhým cieľom bude vytvorenie protokolu pre kryštalizáciu vyprodukovaných SBD proteínov. Študent by mal získať skúsenosti s izoláciou rekombinantných proteínov z E. coli, ako aj skúsenosti z oblasti kryštalizácie proteínov.

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

8. Štúdium vplyvu fotobiomodulácie (PBM) v 2D bunkovom modeli Parkinsonovej choroby

(pre šk.r. 2022/2023 – Téma je už obsadená: Erik Wetter)

Školiteľ: doc. RNDr. K. Štroffeková, PhD.

Anotácia: Znečistenie životného prostredia pesticídmi je jedným z hlavných faktorov, ktoré spôsobujú zvýšený výskyt civilizačných ochorení ako sú kardiovaskulárne a neurodegeneratívne ochorenia vrátane Parkinsonovej choroby (PD). V prípade PD bolo pozitívne určené prepojenie s dvoma skupinami pesticídov, vrátane rotenónu (ROT). Medzi kľúčové mechanizmy patogenézy PD patrí mitochondriálna dysfunkcia, zvýšený vápnik, akumulácia nerozpustných cytoplazmatických proteínov vrátane -synukleínu a narušenie rovnováhy medzi apoptózou a autofágiou. Fotobiomodulácia (PBM) v blízkej infračervenej oblasti (NiR), má pozitívne účinky v procesoch opravy buniek vrátane neurónov. Štúdia sa zameria na účinky PBM na oxidačný stres, -synukleín a rovnováhu medzi apoptóziou a autofágiou v 2D bunkovom modeli PD. Vo výskume bude použitý interdisciplinárny prístup s využitím fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie. Cieľom práce je určenie vplyvu PBM na formy alfa-synukleínu (alfaSN), prefibrilárne a agregáty, v 2D bunkovom modeli Parkinsonovej choroby.

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

9. Štúdium vplyvu mikro- a nanoplastov na nádorové a nenádorové bunky

(pre ukončenie v šk.r. 2023/2024)

Školiteľ: doc. RNDr. K. Štroffeková, PhD.

Anotácia: Nanoplasty (NP) a mikroplasty (MP) sa hromadia v našom prostredí v dôsledku masívnej spotreby plastov. Pribúdajú dôkazy o prítomnosti MP v pitnej vode, a ich následnej akumulácie v rôznych orgánoch a tkanivách v tele vrátane pľúc, mozgu, pečene a obličiek. Existujú obrovské vedomostné medzery týkajúce sa absorpcie a osudu mikro- a nano- plastových častíc u ľudí, ako aj ich vplyvu na ľudské zdravie. Vystavenie MP a NP môže vyvolať oxidačný stres, čo môže potenciálne viesť k poškodeniu buniek a zvýšenej zraniteľnosti pri rozvoji neuronálnych porúch. V súčasnosti chýba systematické porovnanie neurotoxických účinkov rôznych typov, tvarov, veľkostí častíc pri rôznych koncentráciách a trvaní expozície. Štúdia sa zameria na účinky MP a NP na životaschopnosť buniek a oxidačný stres v malígnych a nemalígnych neurónových bunkách. Pri výskume bude využitý interdisciplinárny prístup využívajúci fluorescenčnú mikroskopiu, spektroskopiu a molekulárnu biológiu. Cieľom práce je určenie vplyvu mikro- a nano-plastov na životaschopnosť buniek a oxidačný stres v malígnych a nemalígnych neurónových bunkách.

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

10. Využitie riadenej evolúcie na vývoj nových variant trombolytika stafylokinázy

Školiteľ: RNDr. Mária Tomková, PhD.

Anotácia: Trombolytiká sú látky, ktoré sa používajú na rozpustenie trombov v cievach pri stavoch akútneho infarktu myokardu alebo náhlej cievnej mozgovej príhody. Bakteriálna stafylokináza (SAK) je 136 aminokyselinový (15,5 kDa) jednoreťazcový extracelulárny proteín s trombolytickými vlastnosťami. Funguje ako nepriamy aktivátor plazminogénu, čo znamená, že sám o sebe nemá žiadnu enzymatickú aktivitu, ale tvorí 1:1 komplex s plazmínom, ktorý aktivuje molekuly plazminogénu, čím stimuluje lýzu krvných zrazenín. Vysoká špecificita k fibrínu bez rizika krvácavých komplikácií a nízke výrobné náklady robia zo SAK perspektívne trombolytikum. Stafylokináza bola úspešne testovaná v rámci viacerých klinických štúdií. V súčasnosti však existujú určité obmedzenia, prečo sa SAK nemôže používať v širokej klinickej praxi. Vzhľadom na bakteriálny pôvod spúšťa imunitnú odpoveď, má krátky polčas rozpadu, preto je rýchlo odbúraná z cirkulácie, čo môže viesť k tvorbe sekundárnych zrazením a má pomerne nízku afinitu k plazmínu. V dôsledku toho sú v klinickej praxi uprednostňované iné trombolytiká a pre široké komerčné využitie je potrebné niektoré vlastnosti stafylokinázy upraviť. Cieľom diplomovej práce bude vyvinúť metódu riadenej evolúcie, ktorou by sme vedeli vyselektovať varianty SAK s vyššou afinitou k plazmínu.

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

11. Príprava a štúdium vlastností variantných foriem stafylokinázy

Školiteľ: RNDr. Mária Tomková, PhD.

Anotácia: Bakteriálna stafylokináza (SAK) je 136 aminokyselinový (15,5 kDa) jednoreťazcový extracelulárny proteín s trombolytickými vlastnosťami. Funguje ako nepriamy aktivátor plazminogénu, čo znamená, že sám o sebe nemá žiadnu enzymatickú aktivitu, ale tvorí 1:1 komplex s plazmínom, ktorý aktivuje molekuly plazminogénu, čím stimuluje lýzu krvných zrazenín. V našom laboratóriu vyvíjame metódami riadenej evolúcie nové formy stafylokinázy s potenciálne vyššou afinitou voči plazmínu. Selektované varianty je následne potrebné purifikovať a stanoviť ich aktivitu. Cieľom diplomovej práce bude expresia, purifikácia a štúdium vlastností vybraných variant stafylokinázy.

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