|
|
Bioinformatics study of the third generation sequencing platforms applied on a thermophile
Umair, Mohammad ; Řeháková, Veronika ; Buchtikova, Iva ; Bezdicek, Matej ; Obruca, Stanislav ; Sedlář, Karel
This study compares the efficiency of Pacific Biosciences technology (PacBio) and Oxford Nanopore Technology (ONT) in sequencing, assembling, and annotating the Aneurinibacillus sp AFn2 bacterium. We aim to evaluate the performance based on contiguity, depth, and functional annotation of the resulting genome. Using ONT we generated 152,047 long reads assembling into 2 contigs with total base count of 0.4 billion which provided us efficient assembly while PacBio produced 139,701 reads, assembling into 21 contigs with a total base count of 1.4 billion. Functional annotation revealed differences in the number of coding sequences, with PacBio detecting more comprehensive gene sets than ONT. The comparative analysis done in this research shows the strengths and limitations of both the platforms, with ONT providing higher assembly contiguity and PacBio offering greater detail in genetic content. We aim to offer insights of both the sequencing technologies, guiding researchers in selecting the appropriate technology.
|
|
|
Biosyntéza polyhydroxyalkanoátů u nesirných purpurových bakterií
Fiala, Tomáš ; Vodička, Juraj (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce je zaměřena na polyhydroxyalkanoáty (PHA) a jejich produkci pomocí nesirných purpurových bakterií, konkrétně Rhodospirillum rubrum. Proběhla optimalizace kultivačních podmínek pomocí a především stanovení vhodné koncentrace NaCl pro následující evoluční experimenty. U těchto vzorků byl zkoumán růst a produkce PHA pomocí plynové chromatografie s FID detektorem. Poté byl tento mikroorganismus dlouhodobě pasážován o vysoké koncentraci NaCl (40 g/L). Kultivace probíhala v systému pasáží s 48 h intervalem mezi přeočkováním za aerobních podmínek ve tmě. U takto kultivovaných vzorků byla stanovena produkce biomasy a PHA pomocí plynové chromatografie s FID detektorem. Jako poslední experiment byla provedena PCR analýza pro test genů 16S rRNA a phaC. Závěrem práce je provedení úspěšné adaptace R. rubrum na koncentraci 40 g/l NaCl. Dále byl prokázán pozitivní vliv stresového podnětu na zvýšenou produkci PHA u bakterie Rhodospirillum rubrum.
|
|
|
Optimalizace složení kultivačního média pro termofilní bakterii Caldimonas thermodepolymerans
Fajtová, Zuzana ; Černayová, Diana (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Předmětem bakalářské práce je optimalizace kultivačních podmínek termofilní bakterie Caldimonas thermodepolymerans. Teoretická část je věnována obecné charakterizaci PHA materiálů, jejich syntéze, degradaci a využití PHA. Dále jsou v teoretické části rozebírány extremofilní mikroorganismy a bakterie C. thermodepolymerans. Experimentální část práce je věnována produkci homopolymeru PHB bakterií C. thermodepolymerans DSM 15344. Bylo provedeno pět experimentů za účelem optimalizace kultivačních podmínek. Zkoumal se vliv teploty, inokulačního poměru, stáří inokula, složení minerálního média a koncentrace zdrojů dusíku v minerálním médiu na růst kultury a produkci PHB. Bylo zjištěno, že původně nastavené podmínky byly už téměř optimální. Vyšší výnos oproti kontrolním podmínkám byl zaznamenán u kombinace 0,5 g/l kvasničného extraktu a 1,5 g/l chloridu amonného, kdy došlo k nárůstu PHB o 7 %.
|
|
|
Stanovení viability u rhizobakteriálních kultur
Svobodová, Lucie ; Slaninová, Eva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato závěrečná práce je zaměřena na studium viability rhizobakterií podporující růst rostlin (PGPR). Viabilita byla stanovována u tří kmenů bakterie Azotobacter vinelandii, a to CCM 289, DSM 87 a DSM 720 pomocí průtokové cytometrie s fluorescenční sondou PI, SYTOXTM Blue a DAPI, a to po 120 a 72 hodinách kultivace. Byla provedena optimalizace vhodné fluorescenční sondy pro daný kmen, kdy jako nejvhodnější se jevilo použití sondy PI pro kmen CCM 289. Pro kmeny DSM 87 a DSM 720 lze použít sondy PI a SYTOXTM Blue. Pro následující experimenty byl vybrán kmen DSM 87, který byl podroben vlivu různých síťovacích činidel. Pomocí průtokového cytometru a barvení fluorescenční sondou PI byla ověřována viabilita po aplikaci roztoků chloridu vápenatého, barnatého, měďnatého, železitého, hlinitého a síranu vápenatého o koncentraci 2, dále 0,2 a 0,02 hm. % ke kultuře. Roztoky chloridu vápenatého, barnatého a síranu vápenatého neměly významný vliv na viabilitu buněk. Naopak při použití chloridu železitého byl zjištěn trend, kdy s klesající koncentrací roztoků ubývalo odumřelých buněk. Tohoto jevu bylo docíleno i při použití chloridu hlinitého a měďnatého, u kterých však použití nejkoncentrovanějšího roztoku mělo za následek inaktivaci většího počtu buněk než v předchozím případě, u chloridu hlinitého došlo ke ztrátě viability většiny přítomných buněk. Viabilita byla ověřována také u buněk uvolňovaných z připravených gelů. Pro experimenty byly zvoleny roztoky výše zmíněných síťovacích činidel o koncentraci 2 hm. %, za experimentálně stanovených podmínek byla kultura podrobena gelaci. Část gelů byla následně ponechána ve fosfátovém pufru, aby došlo ke zpětnému uvolnění buněk. Pro toto snazší uvolňování byl přidán enzym algináza, jehož účinkem je rozkládání alginátu. Bylo zjištěno, že koncentrace 2 hm. % vybraných síťovacích činidel neměla vliv na viabilitu buněk, tedy že buňky uvolněné z gelu se se jevily jako viabilní.
|
|
|
Bioinformatická analýza extremofilních bakterií v kontextu jejich schopnosti akumulovat polyestery
Bočková, Sabina ; Sedlář, Karel (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zaobírala bioinformatickou analýzou extremofilních bakterií v kontextu jejich schopnosti akumulovat polyhydroxyalkanoáty (PHA) – mikrobiální zásobní polyestery. Konkrétně jsme se věnovali bioinformatickému výzkumu v online dostupných databázích BacDive a BLAST, jejichž cílem bylo identifikovat nové termofilní a psychrofilní bakteriální kmeny disponující genetickými predispozicemi pro syntézu PHA. Identifikace těchto potenciálních producentů PHA byla provedena na základě identifikace přítomnosti genu phaC (jako templát byl zvolen gen phaC bakterie Cupriavidus necator). Pomocí databáze BLAST, optimální kultivační teplota poté byla pro vybrané kandidáty ověřena v databázi BacDive. Vybrané bakteriální kmeny, které obsahovali gen phaC a zároveň svými vlastnostmi zapadali do skupiny termofilů nebo psychrofilů byly podrobně charakterizovány pomocí literární rešerše. Na základě získaných dat byly sestaveny dvě tabulky obsahující celkem 60 termofilních a 60 psychrofilních bakterií, které disponují genetickými předpoklady pro syntézu PHA. V experimentální části bylo vybráno pět psychrofilních bakterií kmene Massilia a pomocí polymerázové řetězové reakce (PCR) bylo zkoumáno zda vybrané psychrofilní bakterie disponují genem phaC. Přítomnost genu phaC syntázy I. třídy byla prokázána u dvou bakteriálních kmenů. U dalších dvou bakterií byla potvrzena absence tohoto genu. U jednoho kmene se pravděpodobně nepodařilo vyisolovat DNA v potřebné čistotě a množství.
|
|
|
Biotechnologická produkce polyhydroxyalkanoátů pomocí termofilních bakterií
Kouřilová, Xenie ; Patáková, Petra (oponent) ; Koutný, Marek (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Polyhydroxyalkanoáty (PHA) jsou mikrobiální biopolymery, které mohou představovat částečnou alternativu k petrochemicky vyráběným plastům. Jejich hlavní předností je biodegradabilita, biokompatibilita a možnost produkce z obnovitelných zdrojů. Nicméně náklady na jejich produkci jsou stále vyšší než cena polymerů původem z ropy. Pro zvýšení konkurenceschopnosti biotechnologických procesů byl představen koncept Next generation industrial biotechnology (NGIB), který se mimo jiné opírá o využití extremofilních mikroorganismů. Při implementaci extremofilů do fermentačních procesů dochází ke zvýšení robustnosti těchto technologií a zároveň mohou být sníženy nároky na sterilitu. V souvislosti s produkcí PHA pomocí extremofilů je poměrně dobře zmapovaná podskupina halofilních mikroorganismů. Výrazně méně informací je dostupných o další zajímavé kategorii, a to termofilech. V souladu s myšlenkou NGIB se v disertační práci zabýváme produkcí PHA právě pomocí termofilních bakterií. Pozornost je věnována především rodům Caldimonas, Rubrobacter a Tepidimonas. U řady testovaných zástupců těchto rodů byly sledovanými parametry optimální kultivační teplota, vhodný uhlíkatý substrát a schopnost produkce kopolymerů. Na základě tohoto základního screeningu byly vybráni nejslibnější producenti, kteří byli podrobeni dalším experimentům. Předností zástupců rodu Rubrobacter je, že se jedná o gram-pozitivní nesporulující bakterie, jelikož odpadá riziko kontaminace izolovaného polymeru pyrogenními lipopolysacharidy, které jsou přítomné v buněčné stěně gram-negativních mikroorganismů. Bakteriální kmen Tepidimonas taiwanensis LMG 22826T byl schopen produkovat vysoké výtěžky biomasy a PHA na směsi sacharidů glukózy a fruktózy. Při využití extraktu z vinných výlisků bylo dosaženo téměř totožných hodnot jako na čistých substrátech. Termofil Caldimonas thermodepolymerans DSM 15344, původním názvem Schlegelella thermodepolymerans, je velice slibným PHA producentem na substrátech bohatých na xylózu. Těmito substráty mohou být například hydrolyzáty lignocelulózových materiálů, které představují levný zdroj uhlíku. Zda jsou vhodné pro kultivaci C. thermodepolymerans bylo testováno na modelových hydrolyzátech složených z čistých sacharidů. Pro přiblížení reálných vzorků byl také zkoumán vliv potenciálních mikrobiálních inhibitorů vyskytujících se v lignocelulózových hydrolyzátech. V rámci disertační práce byl také vyvinut inovativní izolační protokol k zisku PHA založený na osmotickém namáhání termofilních a halofilních mikroorganismů za zvýšené teploty s přídavkem roztoku povrchově aktivní látky o nízké koncentraci.
|
|
|
Biotechnologické produkce polyhydroxyalkanoátů svyužitím extrémofilních purpurových bakterií
Rubanová, Blanka ; Samek, Ota (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Předložená diplomová práce se zabývá studiem metabolismu polyhydroxyalkanoátů (PHA) u extrémofilních purpurových bakterií, konktrétně bakterií Rhodoblastus acidophilus a Rhodobaca barguzinensis. Schopnost bakterií syntetizovat PHA byla zkoumaná při kultivaci v různých médiích a při využití různých zdrojů uhlíku. Nejprve byly určeny nejvhodnější podmínky (objem média, přítomnost světla, doba kultivace) pro kultivaci inokula. Následně byl pomocí plynové chromatografie zkoumán obsah PHA v bakteriích kultivovaných v různých médiích a za přídavku různých zdrojů uhlíku. Pro lepší charakterizaci metabolismu a morfologie bakterií byly dále použity metody skenovací transmisní elektronové mikroskopie (STEM) a infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR). Schopnost bakterií syntetizovat PHA byla zkoumána i na úrovni genotypu, a to metodou polymerázové řetězové reakce (PCR). V bakteriální DNA byla detekována přítomnost genu phaC, který kóduje PHA syntázu I. třídy. Dále byl proveden experiment, při kterém byly bakterie kultivovány v podmínkách příznivých pro syntézu mikrobiálních pigmentů (karotenoidy a bakteriochlorofyl a). Absorpční spektrum extrahovaných pigmentů bylo měřeno pomocí UV-VIS spektroskopie.
|
|
|
Příprava a charakterizace ligninu modifikovaného pomocí enzymu lakáza
Hrušková, Lucie ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Kalina, Michal (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaměřuje na enzymatickou modifikaci komerčně dostupného ligninu pomocí enzymu lakázy a sledování jejího vlivu na vybrané fyzikální a chemické vlastnosti. Lignin je atraktivní materiál pro výrobu obnovitelných chemikálií, materiálů a energie, ale jeho komplexní chemická struktura představuje hlavní překážku pro jeho efektivní využití, přičemž enzymatická modifikace se jeví jako slibné řešení pro jeho úpravu. Experimenty byly prováděny za různých podmínek, jako je pH prostředí, množství použitého enzymu a doba působení. V další části experimentu proběhla charakterizace modifikovaných ligninů a srovnání těchto výsledků s hodnotami původního kraft ligninu před modifikací. Byla stanovena molekulová hmotnost pomocí SEC-MALS, koncentrace fenolických skupin a antioxidační aktivita. Dále byla sledována změna struktury pomocí FTIR. Z výsledků vyplývá, že enzymatická modifikace ligninu pomocí lakázy vedla ke zvýšení molekulové hmotnosti modifikovaných ligninů, současně došlo k poklesu obsahu fenolických skupin a snížení antioxidační aktivity. Na základě získaných výsledků lze usoudit, že působením enzymu lakáza došlo k polymerizaci ligninu a formování nových chemických vazeb, což vedlo k jeho další agregaci.
|
|
|
Production of extracellular polysaccharides by extremophilic prokaryotes
Bystrická, Klaudia ; Smilek, Jiří (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
The presented master's thesis focuses on studying the biotechnological production of extracellular polysaccharides (EPS) by selected thermophilic and halophilic microorganisms. Following the primary screening of selected cultures, the experimental part of this work further investigated the halophilic archaeon Haloferax mediterranei. The aim of this study was to produce and characterize polymers and assess the biotechnological potential of the extremophilic cultures used as EPS producers. During the cultivation of H. mediterranei, three fundamental media were employed, which were subsequently optimized for EPS production. The obtained precipitates underwent analysis using GPC, FTIR, and UHPLC-UV-ESI-MS/MS, allowing for a closer characterization of the acquired product. These experiments demonstrated that with increasing NaCl concentration in the medium, the yield of polysaccharides decreases, and high concentrations of MgSO4 and KCl in the medium did not promote their production as well. The predominant component of the polysaccharide produced by H. mediterranei is mannose, although depending on the medium, it may also contain glucose, galactose, ribose, or N-acetylglucosamine.
|
|
|
Study on biodegradation of synthetic biobased polyesters
Guziurová, Pavlína ; Sedláček, Petr (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
This thesis investigates the degradation characteristics of polyester polymers (PBS with incorporated dilinoleic succinate in different %wt.) in simulated body fluids, revealing minor changes in properties. Bacterial degradation was also investigated and analysis shows more significant differences in Gel Permeation Chromatography (GPC) and scanning electron microscope (SEM) results. While abiotic degradation predominates, bacterial environments lead to higher degradation levels than simulated body fluids, suggesting potential applications in packaging or agriculture. However, lower sensitivity to abiotic degradation opens new possibilities for further research into exploring bacterial and enzymatic degradation mechanisms for environmentally sustainable alternatives across industries.
|
host ::
RSS.