Biochémia

Názov v sekundárnom jazyku práce: Immobilization of enzymes on a synthetic polymer matrix

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Imobilizácia enzýmov predstavuje jedinečný biotechnologický prístup, ktorý spočíva vo fixácii enzýmov na pevný nosič. Týmto procesom sa enzýmy viažu na inertný materiál, ako sú polyméry alebo gély, čím sa získavajú pevne ukotvené biokatalyzátory. Táto technológia prináša množstvo výhod, ktoré významne ovplyvňujú viaceré oblasti priemyslu a výskumu. Metódy imobilizácie enzýmov majú veľký potenciál pre ďalší rozvoj v rôznych oblastiach. Imobilizované enzýmy zohrávajú dôležitú úlohu v odvetviach ako napr. potravinárstvo, biotechnológia, medicína, čistenie odpadových vôd. Predmetom tejto dizertačnej práce bude štúdium a vývoj nových postupov pri imobilizácii vybraných enzýmov na syntetické povrchy (polyakrylamid, modifikovaný polyakrylamid). Na tento účel budú využívané metódy ako gélová elektroforéza, UV-Vis absorpčná spektrofotometria, fluorescenčná spektrofotometria, povrchová plazmónová rezonancia. Jedným z cieľov práce bude pochopenie mechanizmov, ktoré ovplyvňujú väzbu enzýmu na nosič a jeho následnú aktivitu. Očakávaným prínosom bude nájdenie optimálnych spôsobov, ako viazať enzýmy na konkrétny polymér s cieľom dosiahnuť maximálnu aktivitu a stabilitu.

Školiteľ: Varhač, Rastislav, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Non canonical Structural Motifs in Nucleic Acids as Next Generation Bioactive Modules

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Nekanonické štruktúry nukleových kyselín (NCS) predstavujú dynamickú a rýchlo sa rozvíjajúcu oblasť molekulovej biológie, ktorá zásadne rozširuje naše chápanie regulácie génovej expresie, signálnych procesov a štruktúrnej diverzity DNA aj RNA. Napriek tomu, že mnohé z týchto motívov sú intenzívne študované, ako sú napr. G kvadruplexy, i motívy, či hybridné DNA/RNA formy, niektoré z nich boli zatiaľ popísané len v obmedzenom rozsahu. Avšak čoraz viac dôkazov naznačuje, že tvoria kľúčové bioaktívne moduly s významným vplyvom na bunkovú fyziológiu vrátane jej patologických procesov. Tieto motívy môžeme zaradiť ako ďalší kľúčový prvok patriaci pod epigenetické faktory

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Non‑canonical nucleic acid structures (NCS) represent a dynamic and rapidly evolving field of molecular biology that fundamentally broadens our understanding of gene expression regulation, signaling processes, and the structural diversity of both DNA and RNA. Although many of these motifs—such as G‑quadruplexes, i‑motifs, or hybrid DNA/RNA forms—are intensely studied, some have so far been described only to a limited extent. However, growing evidence suggests that they constitute key bioactive modules with significant impact on cellular physiology, including pathological processes. These motifs can be considered an additional essential component falling under epigenetic factors.

Školiteľ: Víglaský, Viktor, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Directed Evolution of Haloalkane Dehalogenases

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Dizertačná práca je zameraná na inžinierstvo haloalkánových dehalogenáz (HLD), enzýmov schopných degradovať halogénované organické zlúčeniny predstavujúce významnú environmentálnu záťaž. Hlavným cieľom je pripraviť nové varianty enzýmu s vyššou tepelnou stabilitou a katalytickou aktivitou prostredníctvom riadenej evolúcie hyperstabilného variantu DhaA115. Výskum využije kombináciu ribozómového displaya a technológie HaloTag, ktorá umožňuje efektívny výber funkčných enzýmov a prekonáva obmedzenia reverzibilných interakcií enzým-substrát. Vybrané varianty budú identifikované pomocou vysokokapacitného skríningu, následne produkované rekombinantne v E. coli a podrobené komplexnej biofyzikálnej a štruktúrnej charakterizácii vrátane analýzy tepelnej stability, kinetických parametrov a röntgenovej kryštalografie. Očakávaným prínosom práce je hlbšie pochopenie vzťahov medzi štruktúrou a funkciou HLD a vytvorenie prenositeľnej platformy pre evolúciu dehalogenáz. Získané poznatky môžu rozšíriť spektrum enzýmov využiteľných v biokatalýze a environmentálnej bioremediácii, čím prispejú k rozvoju ekologicky udržateľných biotechnológií.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: This doctoral thesis focuses on the engineering of haloalkane dehalogenases (HLDs), enzymes capable of degrading halogenated organic pollutants that pose a significant environmental risk. The primary objective is to develop novel enzyme variants with improved thermal stability and catalytic activity through the directed evolution of the hyperstable DhaA115 variant. The research will employ a combination of ribosome display and HaloTag technology, enabling the efficient selection of catalytically competent enzymes while overcoming the limitations associated with reversible enzyme–substrate interactions. Selected variants will be identified via high-throughput screening, recombinantly produced in E. coli, and subjected to comprehensive biophysical and structural characterization, including thermal stability assessment, kinetic analysis, and X-ray crystallography. The expected outcome is a deeper understanding of structure–function relationships in HLDs and the establishment of a transferable platform for dehalogenase evolution. The results may expand the portfolio of enzymes applicable in biocatalysis and environmental bioremediation, supporting the development of sustainable biotechnological solutions.

Školiteľ: Sedlák, Erik, prof. RNDr. DrSc.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Development of contrast nanoconjugates based on DNA aptamers

Anotácia v hlavnom jazyku práce: The aim of the PhD research will be the development of targeted nanoparticle–aptamer bioconjugates and the establishment of a general procedure for the efficient production of receptor-specific bio‑nano‑conjugates. Such conjugates will be taylored for the diagnostics of a broad range of molecular targets and may provide a foundation for new biomedical and bioanalytical applications.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: The aim of the PhD research will be the development of targeted nanoparticle–aptamer bioconjugates and the establishment of a general procedure for the efficient production of receptor-specific bio‑nano‑conjugates. Such conjugates will be taylored for the diagnostics of a broad range of molecular targets and may provide a foundation for new biomedical and bioanalytical applications.

Školiteľ: Víglaský, Viktor, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Development of staphylokinases by methods of protein engineering

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Proteínová stabilita je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim skladanie, funkciu a využiteľnosť proteínov v biotechnologických a biomedicínskych aplikáciách, pričom jej racionálne zlepšovanie zostáva výraznou vedeckou výzvou. Dizertačná práca sa zameria na systematické skúmanie a inžinierstvo stability proteínov prostredníctvom riadenej evolúcie založenej na ribozómovom displayi. Cieľom je vytvoriť experimentálno-výpočtovú platformu umožňujúcu selekciu stabilnejších variantov proteínov a objasniť vzťahy medzi sekvenciou, stabilitou a funkciou. Ako modelový proteín bude použitá stafylokináza, ktorá je perspektívnym trombolytickým činidlom a zároveň vhodným systémom na štúdium stability vďaka dobre charakterizovanej štruktúre a dostupným funkčným testom. Výskum bude kombinovať generovanie variantných knižníc, sekvenovanie novej generácie, bioinformatické modelovanie a kvantitatívnu biofyzikálnu charakterizáciu s cieľom experimentálne validovať predikcie stability. Očakávaným prínosom je vytvorenie prenositeľnej metodiky pre stabilitne orientovanú evolúciu proteínov, získanie kvalitných dát pre vývoj predikčných modelov a identifikácia variantov stafylokinázy s potenciálom pre ďalší biomedicínsky výskum.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Protein stability is a fundamental determinant of protein folding, function, and applicability, yet its rational optimization remains a major challenge in protein engineering. This doctoral project aims to systematically investigate and engineer protein stability using ribosome display-based directed evolution integrated with computational analysis. The goal is to establish an experimental-computational platform capable of selecting stability-enhanced protein variants while elucidating sequence-stability-function relationships. Staphylokinase will serve as the model protein due to its well-characterized structure, available functional assays, and biomedical relevance as a potential thrombolytic agent. The research will combine variant library generation, next-generation sequencing, computational modelling, and quantitative biophysical characterization to experimentally validate predicted stability effects. Expected outcomes include a transferable methodological framework for stability-directed protein evolution, high-quality datasets supporting predictive model development, and identification of stability-enhanced staphylokinase variants with potential for future biomedical applications.

Školiteľ: Sedlák, Erik, prof. RNDr. DrSc.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Establishment of advanced techniques for insect cell-based production of proteins

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Produkcia eukaryotických proteínov v baktériálnych expresných systémoch je náročná v dôsledku niekoľkých faktorov – nízka solubilita a výťažok proteínov, absencia posttranslačných modifikácií a limitácie v produkcii membránových proteínov. Expresné systémy hmyzích buniek sú veľmi dobrou alternatívou a ponúkajú spoľahlivú produkciu proteínov s jednoduchou glykozyláciou, posttranslačnými modifikáciami a sú dobré škálovateľné. Práca je zameraná na zavedenie metodiky produkcie proteínov v hmyzích bunkách – prípravu a optimalizáciu expresného systému pre produkciu vybraných modelových proteínov. Vlastnosti proteínových preparátov budú v nadväzujúcich krokoch charakterizované pomocou biofyzikálnych metód.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: The production of eukaryotic proteins in bacterial expression systems is challenging due to several factors—low solubility and yield of proteins, the absence of post-translational modifications, and limitations in the production of membrane proteins. Insect cell expression systems serve as an excellent alternative, offering reliable protein production with simple glycosylation, post-translational modifications, and good scalability. This work focuses on establishing a methodology for protein production in insect cells—preparing and optimizing the expression system for the production of selected model proteins. The properties of the protein preparations will be characterized in subsequent steps using biophysical methods.

Školiteľ: Sedlák, Erik, prof. RNDr. DrSc.

Názov v sekundárnom jazyku práce: The study of the interaction of new acridine derivatives with selected proteins

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Táto práca bude zameraná na štúdium interakcií malých molekúl – akridínových derivátov, ktoré môžu ovplyvniť štruktúru niektorých proteínov a na vývoj nových molekúl, ktoré budú cielene pôsobiť na štruktúry týchto biopolymérov. U syntetizovaných zlúčenín budú sledované ich spektroskopické vlastnosti, stabilita vo vodných roztokoch a reaktivita. Bude skúmaný vplyv týchto látok na ľudský a hovädzí sérový albumín. Určí sa spôsob interakcie ligandov s proteínmi a vypočítajú sa väzobné konštanty. Taktiež sa bude testovať cytostatický/cytotoxický účinok na nádorové (ľudské leukemická bunková línia HL-60 a jej rezistentné sublínie, myšacia leukemická línia L1210 a iné) a nenádorové bunkové línie (ľudské lymfocyty) a tiež ich antibakteriálny a antioxidačný účinok.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: In the thesis, we will deal with an interaction of novel small derivatives – acridine derivatives which can influence the structure of selected proteins. The spectroscopic characteristics, stability in water solution and reactivity of the newly synthesized compounds will be studied. We will determine the mode of interaction and calculate binding constants. The effects of these compounds on serum albumin will be examined. The potential antitumor effects of these compounds will be tested against both human and mice leukemia cell lines and HeLa cell. The effect of substances on cells will be studied using flow cytometry analysis and the mode of cellular death will be determined. The localization of derivatives in cells will also be analyzed using confocal microscopy. We will also study antibacterial and antioxidant effect of these compounds.

Školiteľ: Kožurková, Mária, prof. RNDr. CSc.