|
|
Complementary analysis of procaryotic cells by electron microscopy and Raman spectroscopy
Ikrényiová, Terézia ; Sedláček, Petr (oponent) ; Hrubanová, Kamila (vedoucí práce)
This master thesis deals with conventional methods of bacterial cell analysis, polyhydroxyalkanoates, Raman spectroscopy and electron microscopy in the theoretical part. The production of polyhydroxybutyrate by selected thermophilic bacteria and their analysis by gas chromatography, cryogenic scanning electron microscopy and Raman spectroscopy is described in the experimental part. The chosen sample was analyzed by a transmission electron microscope. Comparing the results from previous mentioned methods it was found that the bacteria Schlegelella thermodepolymerans accumulated the highest amount of PHB. The lowest amount of PHB was obtained by bacteria Rubrobacter xylanophilus. The assumption that the PHB granules formed so-called needle-like plastic deformations during freeze-fracturing was affirmed by cryo-SEM photos analysis. Moreover, it was found that the bacterial cell characterization deduced from microscopic observation of samples corresponded to the description in the literature. TEM provided better resolution photos and in consequence the cells and PHB are more visible. The thesis is also focused on chemical fingerprint analysis of cells by Raman spectroscopy. Several biomolecules were identified by measured Raman spectra for the particular samples.
|
|
|
Krystalizace mikrobiálních polyesterů – metody studia, biologické konsekvence
Liczka, Jan ; Kalina, Michal (oponent) ; Sedláček, Petr (vedoucí práce)
Cílem bakalářské práce bylo otestovat vhodné metody přípravy amorfní formy mikrobiálních polyesterů a realizovat modelový experiment pro studium kinetiky krystalizace připravených forem polyesterů. V teoretické části je zpracována charakteristika PHA a různé metody izolace PHB granulí z bakteriálních buněk. V experimentální části byly nejprve otestovány měřící techniky jako analytická centrifugace, dynamický rozptyl světla (DLS) a infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) sloužící k charakterizaci vlastností PHB granulí. Dále byl proveden experiment o izolaci nativních PHB granulí z bakterií Cupriavidus necator pomocí lysozymu, deoxyribonukleázy a rozrušením buněk ultrazvukem. Výsledky analýz ukázaly, že granule jsou buďto izolovány amorfní jen za mokra a po vysušení krystalizují, nebo že byly granule zcela amorfní, ale nedošlo k jejich dokonalé izolaci z bakteriální buňky.
|
|
|
Stresová odolnost bakteriálních monokultur a směsných kultur
Chorvátová, Michaela ; Slaninová, Eva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
V tejto bakalárskej práci bola skúmaná stresová odolnosť bakteriálnych monokultúr a definovanej zmiešanej kultúry. Teoretickú časť predstavuje literárna rešerš, ktorá sa zaoberá všeobecnou stresovou odolnosťou baktérií a dynamikou ich rastu. Ďalej sú predstavené polyhydroxyalkanoáty, ich zapojenie do stresovej odpovede baktérií a významná moderná metóda akou je prietoková cytometria, ktorá predstavovala dôležitú súčasť experimentu. V experimentálnej časti bola študovaná odolnosť voči osmotickému a teplotnému stresu. Pre tento účel boli použité monokultúry PHA akumulujúceho kmeňa Cupriavidus necator H16 a mutantného kmeňa Cupriavidus necator H16/PHB-4 neschopného akumulácie PHA. Definovaná zmiešaná kultúra bola pripravená kokultiváciou týchto dvoch kmeňov. Celkovo možno konštatovať, že akumulácia a utilizácia PHA, konkrétne poly(3-hydroxybutyrátu), zvýšila odolnosť baktérií, čo sa najviac prejavilo u osmotického stresu, kedy koncentrácie soli nespôsobili výraznejšie zníženie viability u Cupriavidus necator H16 oproti mutantnému kmeňu, ktorého viabilita klesala s rastúcou intenzitou stresu. Experimentálne teploty naopak nepredstavovali výrazný vplyv na viabilitu buniek, pričom sa takmer vždy potvrdilo, že baktériám sa najviac darilo pri ich teplotnom optime 30 °C.
|
|
|
Analýza bakteriálních buněk pomocí průtokové cytometrie a fluorescenční mikroskopie
Müllerová, Lucie ; Mravec, Filip (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá možnostmi analýzy viability a obsahu polyhydroxyalkanoátů (PHA) bakteriálních buněk, a to pomocí průtokové cytometrie a fluorescenční mikroskopie. V části věnující se cytometrické analýze bakteriálních buněk byla otestována řada viabilních fluorescenčních sond, ale prakticky se osvědčily pouze dva systémy – propidium iodid a komerční BacLightTM kit, který vykazoval o něco vyšší přesnost stanovení viabilitně bakteriální kultury. Dále byla využita akridinová oranž k analýze fyziologického stavu mikrobiální kultury a dvě hydrofobní sondy, Nilská červeň a BODIPY 493/503, k analýze obsahu PHA v bakteriálních buňkách. Především sonda BODIPY 493/505 se zdá být velmi zajímavá, protože nevyžaduje permeabilizaci buněčných obalů a díky svým spektrálním vlastnostem je plně kompatibilní s propidium iodidem. Tato skutečnost otevírá možnost simultánní analýzy viability bakteriálních kultur a obsahu PHA. V části vyhodnocování mikroskopických výsledků bylo prezentováno několik fluoroforů. Bylo zjištěno, že koncentrace fluoroforů využívaná pro cytometrické analýzy je pro mikroskopii příliš vysoká. SYTO9 svítící převážně v zeleném kanále měla určitý fluorescenční signál i v červeném kanále. Vzorky obarvené BODIPY 493/503 vykazovaly vysoké intenzity fluorescence při koncentraci barviva 10 . Zároveň byly jak u obou kmenů naměřeny záporné amplitudy intenzity fluorescence, výraznější byla u C. necator H16. U tohoto kmene byl překvapivý objev vysoké koncentrace barviva především na povrchu granulí PHB, kde byla zároveň téměř nulová anisotropie barviva (volná otáčivost sondy).
|
|
|
Isolace, charakterizace a aplikace biomedicínsky významného polymeru P(3HB-co-4HB)
Krupičková, Kristýna ; Přikryl, Radek (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá izolací a charakterizací kopolymeru P(3HB-co-4HB). Teoretická část byla zpracována jako literární rešerše, která popisuje obecně polyhydroxyalkanoáty, jejich strukturu, syntézu, degradaci a izolaci. Dále jsou v práci uvedeny kopolymery obsahující 4HB jednotky a nechybí zde ani zmínka o biosyntéze a biodegradaci kopolymeru P(3HB-co-4HB). Cílem této diplomové práce bylo zjistit, které rozpouštědlo je pro extrakci kopolymeru nejlepší a následně takto vyextrahovanou fólii kopolymeru P(3HB-co-4HB) charakterizovat. Vyizolovaný kopolymer byl charakterizován pomocí plynové chromatografie, SEC-MALS termické analýzy a SEM. V druhé části práce bylo studováno uvolňování modelové biologicky aktivní látky z PHA fólie v přítomnosti různých hydrolytických enzymů. Pro simulaci bylo vybráno barvivo Rhodamin 6G, kterým byly obarveny fólie kopolymeru a fólie P(3HB). Fólie připravená z P(3HB-co-4HB) kopolymeru uvolňovala modelovou látku vyšší rychlostí než fólie z homopolymeru P(3HB), kopolymer byl také náchylnější k degradaci použitými enzymy.
|
|
|
Interakce částic a vláken na bázi PHA s lidskými buňkami
Tarageľ, Matej ; Bokrová, Jitka (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Bakalárska práca sa zaoberá optimalizáciou prípravy nanočastíc a nanovlákien na báze polyméru PHA a ich následným pôsobením na živú ľudskú kožnú bunku. Teoretická časť zahŕňa možnosti prípravy a charakterizácie nanomateriálov, predovšetkým nanočastíc na báze polyhydroxyalkanoátov spolu s ich fyzikálnymi, biologickými a chemickými vlastnosťami. Následne sú popísané metódy charakterizácie lipozómov, ich rozdelenie, príprava a vlastnosti . Ďalej sa práca zameriava na testy cytotoxicity, kultiváciu ľudských buniek a všeobecné k vybraným bunkovým líniám. Praktická časť sa už zaoberá samotnou optimalizáciou prípravy lipozómových častíc a vlákien obohatených o PHA. Nasledovala ich charakterizácia a sledovanie dlhodobej stability a interakcie týchto nanomateriálov s živými HaCaT bunkami. Boli prevedené a vyhodnotené cytotoxické a genotoxické testy spolu so stanovením zvyškových fosfolipidov.
|
|
|
Controlled Production and Degradation of Selected Biomaterials
Obruča, Stanislav ; Demnerová, Kateřina (oponent) ; Vávrová, Milada (oponent) ; Němec, Miroslav (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Proposed dissertation thesis is aimed at the study of production and degradation of polymeric materials using microorganisms. The main attention is given to polyesters of bacterial origin - polyhydroxyalkanoates. These materials are accumulated by a wide variety of bacterial strains which use polyhydroxyalkanoates as a storage of carbon, energy and reducing power. Thanks to their mechanical properties, that are similar to those of traditional synthetic plastics such as polyethelene or polypropylene, and thanks to their biodegradability, polyhydroxyalkanoates are considered to be environmental-friendly alternative to traditional plastics of petrochemical origin. Thus, polyhydroxyalkanoates have many potential applications in industry, agriculture as well as in medicine. Important part of this thesis is focused on production of polyhydroxyalknotes from waste substrates coming from food industry. Among tested substrates was waste cheese whey or waste plant edible oils of different origin. Utilization of cheap waste substrates for polyhydroxyalkanoates production could facilitate economically feasible process of large scale production of polyhydroxyalkanoates. According to the results presented in this thesis, waste oils are very promising substrates for biotechnological production of polyhydroxyalkanoates. Next part of the thesis deals with involvement of polyhydroxyalkanoates into stress response of bacteria. It was observed, that exposition of bacterial culture to controlled dose of ethanol or hydrogen peroxide resulted in significantly enhanced yields (abut 30 %). After stress factors application, particular metabolic pathways involved in stress response were activated in order to endure stress conditions. Subsequently, NAD(P)H/NAD(P)+ ratio increased and, thus, Krebs cycle was partially inhibited whereas polyhydroxyalkanoates synthetic pathway was activated. Moreover, application of stress factors increased molecular weights of polymers. Therefore, strategy based on application of controlled dose of stress not only enhanced polymer yields, but, moreover, improved properties of materials. The last part of thesis describes the investigation of biodegradation of polyurethane elastomeric films modified by various biopolymers in presence of mixed thermophillic culture as a model of natural bacterial consortium. The presence of materials in cultivation medium resulted in delayed but intensive growth of bacterial culture. The unusually long lag-phase was caused by release of un-reacted polyether polyol and tin catalyst from materials. The main part of material degradation was caused by abiotic degradation of elastomeric films, nevertheless, also bacterial culture slightly contributed to material decomposition. The measure of biotic degradation strongly depended on type of used modification agent. The highest tendency to undergo biotic degradation was observed for elastomeric film modified by acetylated cellulose.
|
|
|
Mechanismus plastifikace polyhydroxyalkonátů v mikrobiálních buňkách – inspirace pro vývoj artificiálních nosičových systémů
Liczka, Jan ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Sedláček, Petr (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na studium mechanismu plastifikace polyhydroxyalkanoátů (PHA) in vivo, přičemž se soustředí především na metody izolace nativních PHA granulí a fyzikální, resp. chemické metody iniciace jejich fázových přechodů. V práci zpracovaná Literární rešerše pojednává o tomto mikrobiálním polyesteru a dále se zaměřuje na jednotlivé metody izolace PHA z bakteriálních buněk. Hlavní náplní experimentální práce byla optimalizace postupu izolace nativních PHA granulí, a dále návrh a testování postupů, které iniciují krystalizaci PHA v izolovaných granulích, a také analytických postupů, jak tento fázový přechod korektně detekovat. Izolace PHA granulí z bakterií Cupriavidus necator se prováděla pomocí enzymů, několikanásobného odstředění a rozrušením buněk ultrazvukem. K detekci krystalizace PHA se používala infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a enzymatická metoda, při níž je amorfní PHA selektivně degradováno PHA-depolymerázou s turbidimetrickou detekcí jeho úbytku v disperzi. V rámci podrobnějšího studia mechanismu plastifikace PHA v granulích byly využity techniky založené na fluorescenčním barvení granulí (fluorescenční spektroskopie a průtoková cytometrie). Výsledky provedených analýz mimo jiné potvrdily, že optimalizovaným postupem je možné izolovat granule v amorfním stavu, které zůstávají amorfní i po vysušení a jsou svými základními fyzikálně-chemickými vlastnostmi srovnatelné s nativními granulemi.
|
|
|
Využití moučných červů (Tenebrio molitor) k isolaci polyhydroxyalkanoátů z bakteriálních biomas a současné produkci potravin
Najbrtová, Johana ; Slaninová, Eva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá využitím moučného červa (Tenebrio molitor) k izolaci polyhydroxyalkanoátů z bakteriálních biomas a současné produkci potravin. Bakterie Cupravidus necator H16 a Schlegelella thermodepolymerans byly použity k přípravě polyhydroxyalkanoáty (PHA) obsahující bakteriální biomasy. V rámci práce byla zjišťována schopnost moučných červů izolovat PHA z bakteriální biomasy různých typů. Nejprve byl zjištěn obsah PHA a hrubých bílkovin v jednotlivých typech biomasy. Následně byly provedeny dva pokusy biologické izolace, v obou případech byly výsledky porovnány s kontrolním vzorkem, který konzumoval otruby. Sledována byla konverze krmiva do formy fekálních pelet, kde nejlepší výsledky měl vzorek moučných červů krmených sušenou biomasou C. necator H16. Dále byl hodnocen úbytek hmotnosti za dobu pokusu, procento přeživších, množství nezkonzumovaného krmiva a počet zakuklených jedinců. Fekální pelety získané biologickou izolací měly nízký obsah PHA, a proto byly podrobeny přečištění. Činidlo s nejlepšími výsledky bylo 0,1 M NaOH. Další částí této práce bylo určit obsah hrubých bílkovin v červí moučce vyrobené z moučných červů z pokusu dvě. Nejvyšší zastoupení bílkovin měl vzorek krmený biomasou vyprodukovanou bakterií Schlegelella thermodepolymerans.
|
|
|
Polyhydroxyalkanoáty jako metabolity prokaryot adaptovaných na extrémní prostředí
Vodička, Juraj ; Slaninová, Eva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Cílem této práce je studium polyhydroxyalkanoátů jako zásobních bakteriálních zdrojů uhlíku a energie produkovaných intracelulárně. Teoretická část práce je zaměřena na vlastnosti PHA, jejich biotechnologickou produkci a degradaci. Experimentální část bakalářské práce se zabývá produkcí polyhydroxyalkanoátů pomocí halofilní bakterie Halomonas organivorans využitím různých uhlíkatých substrátů. V úvodu byl úspěšně amplifikován a detekován gen phaC kódující PHA-syntázu. Potvrzena byla také extracelulární lipolytická aktivita zkoumaného kmene. Nejvhodnějšími substráty pro růst a produkci PHB byly shledány sacharidy, konkrétně nejlepší výsledky prokázala galaktóza a manóza. Z toho důvodu je velice vhodné využití kávové sedliny pro biotechnologickou produkci PHB, jako odpadu bohatého na galaktomanany. Na druhé straně byl zaznamenán velmi omezený nebo žádný růst na laktóze a xylóze, a z toho důvodu jsou odpadní syrovátka a lignocelulózové materiály bohaté na pentózy nevhodnými substráty pro požadovaný účel. Naopak se objevuje potenciální využití odpadní melasy kvůli dobrým výsledkům ultivace na sacharóze. Pomalý růst a snížená produkce byly zjištěny při kultivaci bakterií na kuchyňském odpadu a odpadním glycerolu. Koncentrace soli vhodná pro růst H. organivorans a produkci PHB byla optimalizovaná na hodnotu 60 g/l. Přídavek vybraných prekurzorů 3-hydroxyvalerátu po 24 hodinách kultivace nepomohl k tvorbě kopolymeru P(3HB-co-3HV). Sice tento přídavek zpomalil růst, ale zvýšil procentuální tvorbu PHB v buňkách. Obecně byly výtěžky biotechnologické produkce PHB vysoké, téměř ve všech úspěšných případech byl procentuální obsah PHB v buňkách větší než 50 %. S ohledem na výsledky lze konstatovat, že k úplnému zhodnocení H. organivorans jako potenciálního biotechnologického producenta jsou žádoucí další experimenty.
|
host ::
RSS.