|
|
Development of Web-Based Computational Tool for Analysis of Microcalorimetry Data
Nedeljković, Sava ; Musil, Miloš (referee) ; Sumbalová, Lenka (advisor)
Proteins are organic molecules made up of amino acids which are present in all living organisms. They are the main building blocks of life. Study of protein stability has great application in pharmaceutical, biochemical and medical industries, which makes it in high demand. Stability of a protein and many other properties can be determined by observing its unfolding mechanisms. Differential Scanning Calorimetry (DSC) has proven to be a very precise method for this task. The main goal of this thesis is to improve functions of software CalFitter, which analyses data obtained from DSC experiments. The new functionality of the software enables it to automatically calculate initial parameters, which are needed for successful analyses.
|
|
|
Predictor of the Effect of Amino Acid Substitutions on Protein Function
Musil, Miloš ; Martínek, Tomáš (referee) ; Bendl, Jaroslav (advisor)
This thesis discusses the issue of predicting of the effect of amino acid substitutions on protein funkcion, based on phylogenetic analysis method, inspired by tool MAPP. Significant number of genetic diseases is caused by nonsynonymous SNPs manifested as single point mutations on the protein level. The ability to identify deleterious substitutions could be useful for protein engineering to test whether the proposed mutations do not damage protein function same as for targeting disease causing harmful mutations. However the experimental validation is costly and the need of predictive computation methods has risen. This thesis describes desing and implementation of a new in silico predictor based on the principles of evolutionary analysis and dissimilarity between original and substituting amino acid physico-chemical properties. Developed algorithm was tested on four datasets with 74,192 mutations from 16,256 sequences in total. The predictor yields up to 72 % accuracy and in the comparison with the most existing tools, it is substantially less time consuming. In order to achieve the highest possible efficiency, the optimization process was focused on selection of the most suitable (a) third-party software for calculation of a multiple sequence alignment, (b) overall decision threshold and (c) a set of physico-chemical properties.
|
|
|
Computational Workflow for the Prediction and Design of Stable Proteins
Kadleček, Josef ; Martínek, Tomáš (referee) ; Musil, Miloš (advisor)
Tato práce se soustředí na rozšíření výpočetního nástroje pro predikci mutací proteinů za účelem zvýšení jejich stability. Stabilizace proteinů je nezbytnou součástí návrhu léčiv, a jelikož experimentální vyhodnocení přínosu jednotlivých mutací na stabilitu proteinu je nákladné a zdlouhavé, byl vyvinut nástroj FireProt. FireProt využívá kombinaci evolučních a energetických přístupů pro identifikaci potencionálně stabilizujících mutací. Tato práce rozšiřuje nástroj FireProt o možnost zadat vlastní mutace k analýze, integruje predikční nástroj FireProt ASR a dává možnost uživateli vybrat z několika strategií pro detekci stabilizujících mutací. Tato práce dále rozšiřuje nástroj FireProt o další informace k jednotlivým residuím (jako je například relativní B-faktor), umožňuje využít homologní modelování k vytvoření struktury proteinu na základě jeho sekvence, a v neposlední řadě představuje nový přístup k návrhu vícebodových mutantů.
|
|
|
Bioinformatics Tool for Prediction of Protein Solubility
Čermák, Jiří ; Hon, Jiří (referee) ; Martínek, Tomáš (advisor)
To achieve cheaper and more efficient protein production, we must be able to predict protein solubility. In this thesis, we describe creation of bioinformatic data sets based on Target Track and eSol databases, we test the features used in existing protein solubility prediction tools and create a new predictor. Even though we fail to create an effective prediction tool we find out that in most cases the old features tested on the new data do not correlate with protein solubility as strongly as others repot in older and smaller datasets.
|
|
|
Identification of the Protein Tunnels Using Molecular Dynamics
Kohout, Petr ; Martínek, Tomáš (referee) ; Musil, Miloš (advisor)
This thesis focuses on the analysis of protein structures. The aim is to design Caver Web 2.0 -- a new version of the web application that integrates additional scientific tools and allows users to go through a complicated workflow to provide relevant results without the need for a deeper knowledge of the integrated tools. Everything will be delivered through a simple and interactive user interface. The application extends the original Caver Web 1.0 application with new features. Caver Web 1.0 is a web server suitable for identifying protein tunnels and channels for which it allows to run ligand transport analyses. The program is characterized by an intuitive and user-friendly interface with minimum required input from the user. The server is suitable for researchers without advanced bioinformatics or technical knowledge. Its current version is well established and highly used in the scientific community (35,000 completed calculations in two years of operation). The most significant limitation of the current version is the ability to analyze only static structure, which often provides an incomplete biological picture. Therefore, it was decided to extend the tool to calculate molecular dynamics to provide a comprehensive picture of protein structure changes.
|
|
|
Fully Automated Method for the Design of Ancestral Proteins
Štěpánek, Martin ; Martínek, Tomáš (referee) ; Musil, Miloš (advisor)
Stabilita proteinů je zásadní vlastností ovlivňující možnosti průmyslového použití proteinů. Tato práce se zaměřuje na vylepšení automatizovaného nástroje FireProtASR, který využívá rekonstrukci ancestrálních sekvencí pro návrh proteinů se zvýšenou stabilitou. Do tohoto nástroje byla přidána nově navržená metoda rekonstrukce successorů. Successory představují sekvence proteinů, ke kterým bude v budoucnosti směřovat evoluce. Podle současných poznatků by měly mít vyšší aktivitu než současné proteiny, společně s vyšší schopností vázat se specificky na určité molekuly. Dále bylo vytvořeno nové webové uživatelské rozhraní, které poskytuje rychlé a intuitivní ovládání nástroje FireProtASR.
|
|
|
The Application of Variational Autoencoders for Ancestral Sequence Reconstruction
Kohout, Pavel ; Martínek, Tomáš (referee) ; Musil, Miloš (advisor)
Protein engineering is an interdisciplinary science concerned with the design of improved proteins. A successful method used to design more stable and active proteins is ancestral sequence reconstruction. This method explores the evolutionary relationships between existing proteins and uses phylogenetic trees to generate their evolutionary ancestors, which often exhibit the desired improved properties. Therefore, new and more robust methods using mathematical models together with huge amounts of sequence data could become a powerful tool for protein engineering. This thesis explores the use of variational autoencoders as an alternative approach to ancestral sequence design compared to conventional methods using phylogenetic trees. Experiments were performed to optimize the architecture and statistical methods were proposed to evaluate the quality of the models and the sequences generated. At the same time, robustness tests of the whole method were performed and strategies for ancestral sequence generation were proposed and implemented.
|
|
|
Predicting the Effect of Amino Acid Substitutions on Protein Function Using MAPP Method
Pelikán, Ondřej ; Vogel, Ivan (referee) ; Bendl, Jaroslav (advisor)
This thesis discusses the issue of predicting the effect of amino acid substitutions on protein function using MAPP method. This method requires the multiple sequence alignment and phylogenetic tree constructed by third-party tools. Main goal of this thesis is to find the combination of suitable tools and their parameters to generate the inputs of MAPP method on the basis of analysis on one massively mutated protein. Then, the MAPP method is tested with chosen combination of parameters and tools on two large independent datasets and consequently is compared with the other tools focused on prediction of the effect of mutations. Apart from this the web interface for the MAPP method was created. This interface simplifies the use of the method since the user need not to install any tools or set any parameters.
|
|
|
Mining of soluble enzymes from genomic databases
Hon, Jiří ; Brejová, Bronislava (referee) ; Šafránek, David (referee) ; Zendulka, Jaroslav (advisor)
Enzymy jsou proteiny urychlující chemické reakce s velkým potenciálem pro farmaceutický a obecně chemický průmysl. Enzymatická funkce je obvykle zajištěna několika nepostradatelnými aminokyselinami, které tvoří tzv. aktivní místo, kde se odehrává chemická reakce. V této práci jsou prezentovány dva integrované softwarové nástroje pro dolování a racionální výběr nových rozpustných enzymů - EnzymeMiner a SoluProt. EnzymeMiner slouží k hledání nových enzymů. Na vstupu vyžaduje jednu nebo více sekvencí zvoleného enzymu spolu se seznamem klíčových aminokyselin. Tento seznam slouží k zvýšení pravděpodobnosti, že nalezený enzym bude mít podobnou funkci jako vstupní enzym. Výstupem EnzymeMineru je množina anotovaných sekvencí nalezených v databázi. Za účelem ulehčení výběru několika málo kandidátů pro experimentální ověření v laboratoři integruje EnzymeMiner anotace z dostupných databází - informaci o zdrojovém organismu a prostředí, ve kterém se vyskytuje, a informaci o proteinových doménách, ze kterých se enzym skládá. Hlavním kritériem pro výběr kandidátů je rozpustnost predikovaná druhým prezentovaným nástrojem, SoluProtem. SoluProt je metoda založená na strojovém učení, která predikuje heterologní rozpustnou expresi proteinu v organismu Escherichia coli . Vstupem je sekvence a výstupem je pravděpodobnost, že protein bude exprimován v rozpustné formě. SoluProt využívá model gradient boosting machine a byl trénován na datové sadě odvozené od databáze TargetTrack. Při srovnání na vyvážené nezávislé datové sadě odvozené z databáze NESG dosáhl SoluProt přesnosti 58,5 % a hodnoty AUC 0,62, čímž lehce převyšuje ostatní existující nástroje. Nástroje EnzymeMiner i SoluProt jsou často využívány řadou uživatelů z oblasti proteinového inženýrství za účelem hledání nových rozpustných biokatalyzátorů chemických reakcí. Ty mají velký potenciál snížit energetickou náročnost a ekologickou zátěž mnoha průmyslových procesů.
|
|
|
Current approaches in the development of vaccines against infectious viral diseases
Vargová, Soňa ; Malý, Petr (advisor) ; Osička, Radim (referee)
Vaccination remains one of the most successful biomedical interventions for preventing viral diseases. While early vaccines were developed by attenuating the infectious agent in cell cultures or by inactivation, new delivery platforms are on the rise thanks to the advent of genetic engineering. The COVID-19 pandemic stimulated the rapid adoption and a massive deployment of these platforms. Viral vector vaccines elicit antigen expression within cells and induce a robust cytotoxic T cell response, unlike protein subunit vaccines conferring mainly humoral immunity. mRNA vaccines also deliver the antigen inside the cells while offering more manageable and faster manufacturing possibilities. Unlike DNA-based vaccines, mRNA does not enter the nucleus, and thus, the probability of disrupting gene expression in the recipient cell is diminished. This thesis aims to offer an overview of current approaches in vaccinology and discuss the various platforms in use. The thesis will also present recent advances in the development of prophylactic vaccines against infections with human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) and hepatitis C virus (HCV) and also will focus on a recently proposed strategy for vaccine development based on non-cognate ligands mimicking epitopes recognised by broadly neutralising antibodies...
|
guest ::
