Témy doktorandského štúdia

Témy doktorandského štúdia vypísané na Katedre biofyziky a v Centre interdisciplinárnych biovied na akademický rok 2018/2019:

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

1. Úloha membránových kontaktných miest medzi ER a mitochondriami pri neurodegeneratívnych ochoreniach a vplyv fotobiomodulácie na ich funkciu

Školiteľ: doc. RNDr. Katarína Štroffeková, Csc. – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Prítomnosť membránových organel (endoplazmatické retikulum, ER, Golgi aparatus, GA, mitochondrie atď.) v eukaryotických bunkách umožnila kompartmentalizáciu biochemicky odlišných prostredí a diverzifikáciu metabolických funkcií, ale tiež podmienila potrebu komunikácie a koordinácie medzi organelami. Komunikácia prebieha viacerými spôsobmi ako sú signálne cesty, transport vezikúl a prostredníctvom priamych membránových kontaktných miest (MCSs). Kontatné miesta medzi ER a mitochondriami (MAMs) hrajú úlohu pri syntéze a metabolisme lipidov, sú miestom regulácie Ca2+ homeostázy, a tiež miestom regulácie dynamiky a biogenézy mitochondrií. Pri neurodegeneratívnych ochoreniach (AD, PD, ALS) sú funkcie MAMs výrazne narušené. Výskum v tejto téme bude zameraný na štúdium mechanizmov komunikácie v MAMs v poškodených neurónových bunkách a možný vplyv fotobiomodulácie na funkciu MAMs. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím merania metabolických tokov v bunkách, fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie.

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

2. Rekonštrukcia 3D informácie biologických objektov v tvrdej RTG oblasti z limitovaného počtu projekcií

Školiteľ: doc. RNDr. Jozef Uličný, CSc. – KBF PF UPJŠ
Školiteľ špecialista: dr. Patrik Vagovič, PhD. – CFEL a XFEL Hamburg
Študent: Mgr. Ondrej Bernát

Anotácia: získanie 3D štruktúry submikroskopických biomedicínskych objektov extrémne intenzívnymi femtosekundovými pulzmi koherentného tvrdého RTG žiarenia vyžaduje simultánne získanie viacerých projekcií objektu prv než dôjde k jeho radiačnému poškodeniu[TDR13]. Našej skupine sa podarilo takýto experimentálny setup navrhnúť aj úspešne otestovať[DIA17]. Úlohou tejto PhD práce je nadviazať na túto prácu a vytvoriť rekonštrukčné postupy pre CDI aj holografické zobrazovacie modality modelových objektov[HRI16]. Oproti doteraz známym postupom používaným pri rekonštrukcii CT je potrebné využiť apriórnu informáciu o objektoch vrátane informácií z fiduciálnych nanočastíc (zlaté nanokryštály resp. iné nanočastice s vysokou elektrónovou hustotou) v kombinácií s technikami umelej inteligencie[PAG06,LOH09]. Práca predpokladá podieľanie sa na zobrazovacích experimentoch (dr. Patrik Vagovič, Single Particles and Biomolecules workstation, European XFEL, Hamburg)

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

3. Spektroskopické štúdium organickej hmoty v kostnom tkanive a vaječných škrupinách vyhynutých organizmov

Školiteľ: RNDr. Zuzana Jurašeková, PhD. – KBF PF UPJŠ
Školiteľ špecialista: doc. RNDr. Martin Kundrát, PhD. – CIB TIP-UPJŠ

Anotácia: Dlhodobá paradigma v štúdiu degradácie organickej substancie nepovažovala zachovanie mäkkých tkanív organizmov z obdobia druhohôr za možné. Tento názor zásadne revidovali nedávne objavy Jeholskej bioty v Číne. Jeholské skameneliny organických zvyškov sú viazané na tafonomické procesy spojené s vulkanickou činnosťou. Iným faktorom, ktorý prispieva k mumifikácii tkanív je arídne prostredie, typické pre nálezy druhohornej fauny z púšte Gobi. Tento doktorandský projekt je zameraný na pochopenie tafonomickej selektivity zachovania fosílnych biomolekúl a minerálnej replikácie mäkkých tkanív vplyvom odlišných klimatických a ekologických faktorov. Hlavnou analytickou technikou je Ramanova spektroskopia, ktorej využitie pre analýzu fosílnych biomolekúl je ďalšou, metodickou, úlohou uvedeného projektu. Objektom štúdia budú fosílne tkanivá živočíchov z obdobia druhohôr a treťohôr z Európy, Ázie, Madagaskaru, Austrálie a Nového Zélandu.

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

4. Sledovanie mechanizmu bunkových odpovedí na oxidatívny stres: časovo-rozlíšené zobrazovanie bunky

Školiteľ: RNDr. Veronika Huntošová, PhD. – CIB TIP-UPJŠ
Školiteľ špecialista: RNDr. Zuzana Naďová, PhD – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Hlavným cieľom dizertačnej práce je použitie časovo-rozlíšenej fluorescenčnej mikroskopie pri monitorovaní odpovedí bunky na oxidatívny stres. Keďže klasická mikroskopia je intenzitne závislá, viaceré javy odohrávajúce sa na úrovni interakcií molekula-molekula, molekula- biomolekula a molekula bunková štruktúra, je nutné skúmať pomocou merania dôb života fluorescenčných, či fosforescenčných farbičiek (FLIM/PLIM). Takto budeme vedieť nielen to kde sa daná molekula nachádza, ale aj v akom prostredí. FLIM/PLIM bude použitý najmä na sledovanie dôležitých agentov signálnych dráh, ktoré budú ofarbené imuno-fluorescenčne. Na základe zmien vo FLIM/PLIM bude vyhodnotený vplyv daných agentov na prežívanie buniek.

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

5. Sledovanie rezistencie buniek a apoptózy v 3D sféroidoch: prepojenie funkcie proteín kinázy C a ABC transportérov

**Školiteľ:* RNDr. Veronika Huntošová, PhD. – CIB TIP-UPJŠ
Školiteľ špecialista:* RNDr. Zuzana Naďová, PhD – KBF PF UPJŠ

Anotácia: Hlavným cieľom dizertačnej práce je sledovať prepojenie proteín kinázy C a ABC transporterov v procese apoptózy a všeobecne odpovede buniek na stimuláciu pomocou rôznych liečiv. Preferenčne sa bude dávať dôraz na nádorové ochorenia. Keďže nádory sú sférické útvary, štúdium bude prevedené na 3D sféroidoch a výsledky ako aj mechanizmus bude porovnávaný s výsledkami získanými z monovrstiev daných typov bunkových línií. Proteín kináza C (PKC) je zodpovedná za fosforyláciu a následne funkciu viacerých enzýmov, ktoré sú aktívne v signálnych dráhach apoptózy. Vzhľadom na častú rezistenciu nádorov na liečbu je preto zaujímavé skúmať mechanizmus pôsobenia PKC na proteíny zodpovedné za „multi-drug“ rezistenciu. Takými sú napríklad aj ABC transportéry. Mechanizmus sa bude zisťovať použitím dostupných techník prístupných v Centre Interdisciplinárnych biovied a na Katedre biofyziky: steady state a časovo-rozlíšená mikroskopia, spektroskopia, western blot, rôzne izolačné techniky pre stanovovanie expresie jednotlivých proteínov priamo v bunke.

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

6. Štúdium biofyzikálnych vlastností proteínov odvodených z vlákna európskeho záhradného pavúka *Araneus diadematus*

Školiteľ: doc. RNDr. Erik Sedlák, PhD. – CIB TIP-UPJŠ
Školiteľ špecialista: RNDr. Gabriel Žoldák, PhD. – CIB TIP-UPJŠ
Študent: Mgr. Veronika Talafová

Anotácia: Dizertačná práca je zameraná na detailnú analýzu vlastností proteínov odvodených z pavúčích vlákien – konkrétne ADF4 sekvencie “dragline” fibroínu 4 z európskeho záhradného pavúka Araneus diadematus. Pavúčie vlákna sa vyznačujú unikátnymi vlastnosťami – sú to biokompatibilné materiály s ohromnou pevnosťou dosahujúcou až 1400 MPa, čo predstavuje trojnásobok pevnosti nerezovej ocele. Výnimočné materiálové vlastnosti pavúčieho vlákna sú určené jeho relatívne komplikovanou hierarchickou vnútornou štruktúrou pozostávajúcich z mikrovlákien, ktoré sú ďalej tvorené navzájom interagujúcimi krížovými -fibrilami. V súčasnosti sú krížové -fibrily v centre záujmu výskumu materiálových nanotechnológií, pretože predstavujú sľubný základný stavebný blok pre “bottom-up” tvorbu nových biokompatibilných modulárnych mezoskopických štruktúr. Dizertačna práca sa ďalej zameria na detailne pochopenie procesov tvorby mikrovlákien a na termodynamicku analýzu sprevádzajúcich štruktúrnych procesov.

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

7. Nanočastice vo vzťahu k amyloidnej agregácii proteínov

Školiteľ: RNDr. Ing. Katarína Šipošová, PhD. – ÚEF SAV
Školiteľ špecialista: doc. RNDr. Peter Kopčanský, CSc. – ÚEF SAV

Anotácia: Samozbaľovaniu proteínov, ktoré vedie k formovaniu amyloidných fibrilárnych útvarov sa venuje značná pozornosť v biomedicínskom výskume, ako aj v chémii bielkovín v dôsledku ich účasti na mnohých neurodegeneratívnych poruchách. Dizertačná práca je venovaná/rozdelená na tri kľúčové úlohy: i) návrh nanočastíc s vhodnou povrchovou úpravou a študovanie ich účinku na formovanie a deštrukciu amyloidných fibríl; ii) štúdium mechanizmu interakcie nanočastíc s amyloidogénnymi proteínmi; (iii) zvýšenie účinku nanočastíc na proces amyloidogenézy ko-aplikáciou rôznych typov žiarenia, ako je napr. hypertermia, fototerapia a ďalšie.

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

8. Automatizácia a robotizácia biofyzikálnych experimentov

Školiteľ: doc. Zoltán Tomori, PhD. – ÚEF SAV
Študent: Mgr. Veronika Kažiková

Anotácia: Prítomnosť membránových organel (endoplazmatické retikulum, ER, Golgi aparatus, GA, mitochondrie atď.) v eukaryotických bunkách umožnila kompartmentalizáciu biochemicky odlišných prostredí a diverzifikáciu metabolických funkcií, ale tiež podmienila potrebu komunikácie a koordinácie medzi organelami. Komunikácia prebieha viacerými spôsobmi ako sú signálne cesty, transport vezikúl a prostredníctvom priamych membránových kontaktných miest (MCSs). Kontatné miesta medzi ER a mitochondriami (MAMs) hrajú úlohu pri syntéze a metabolisme lipidov, sú miestom regulácie Ca2+ homeostázy, a tiež miestom regulácie dynamiky a biogenézy mitochondrií. Pri neurodegeneratívnych ochoreniach (AD, PD, ALS) sú funkcie MAMs výrazne narušené. Výskum v tejto téme bude zameraný na štúdium mechanizmov komunikácie v MAMs v poškodených neurónových bunkách a možný vplyv fotobiomodulácie na funkciu MAMs. Vo výskume bude použitý interdidisciplinárny prístup s využitím merania metabolických tokov v bunkách, fluorescentnej mikroskopie, spektroskopie a molekulárnej biológie.

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