Mikrobiologie

Rostoucí incidence bakterií rezistentních k antimikrobiálním látkám a jejich celosvětové šíření představují jedny z předních hrozeb současné medicíny a způsobují závažné komplikace v terapii infekčních onemocnění. Nárůst rezistence je sledován také u patogenních kmenů enterobakterií, které vyvolávají různé infekce člověka i zvířat. Genomika a celogenomové sekvenování (WGS) výrazně posouvají současné poznání v mikrobiologii a staly se důležitými přístupy pro pochopení rysů a vlastností bakterií rezistentních k antibiotikům. Současné WGS technologie však také přinášejí nové výzvy v analýze sekvenačních dat z důvodu obrovské komplexnosti, plasticity a diverzity bakteriálních genomů. Cílem této dizertační práce je práce s daty ze sekvenování nové generace (Illumina, Oxford Nanopore), která zahrnuje především návrh a použití in silico metod pro bioinformatické zpracování WGS dat.

Increasing incidence of bacteria resistant to antimicrobial agents and their global spread is one of the most important threats to current medicine, causing serious difficulties in the therapy of infectious diseases. Growing resistance has been documented also in pathogenic strains of enterobacteria that cause various infections in humans and animals. Genomics and whole genome sequencing (WGS) have the capacity to greatly enhance our knowledge in microbiology and they have become an important approach in our understanding of traits and specific features of antibiotic resistant bacteria. However, current WGS technologies also pose new challenges for sequence analysis due to the enormous complexity, plasticity and diversity of bacterial genomes. The aim of the PhD study will be to work with data from NGS systems (Illumina, Oxford Nanopore), to design and apply in silico methods for bioinformatics processing of WGS data.

Školitel

doc. RNDr. Monika Dolejská, Ph.D.

Cílem této disertační práce je prozkoumat a optimalizovat procesy anoxygenní fotosyntézy v prostředí fotobioreaktoru za účelem detoxikace sirovodíku a asimilace oxidu uhličitého. Práce se zaměří na zelené sirné bakterie (GSB) jako modelové organismy, které používají sirovodík jako hlavní elektronový donor a oxidu uhličitého jako zdroj uhlíku, přičemž vytváří elementární síru a organické sloučeniny. Důraz bude kladen na bioenergetiku a optimalizaci podmínek kultivace v bioreaktorech, včetně světelných podmínek, teploty a složení média. Součástí bude rovněž hodnocení potenciálu těchto mikroorganismů pro environmentální aplikace, jako je bioremediace znečištěných vod nebo výroba bioenergie. Práce také zohlední možné průmyslové aplikace v rámci konceptu biorefinerií, které přispívají k udržitelnému využití biogenního oxidu uhličitého a odpadních vod. Výsledky mohou vést k významnému snížení emisí oxidu uhličitého a k rozvoji inovativních technologií pro udržitelnou produkci.

Školitel

doc. Ivan Kushkevych, Ph.D.

Klíšťová encefalitida (KE) je závážná neuroinfekce způsobená virem klíšťové encefalitidy (VKE), která se vyskytuje v Evropě a severovýchodní Asii, s více než 13 000 klinickými případy hlášenými každoročně, včetně řady úmrtí. Navzdory lékařskému významu KE neexistuje specifická léčba, což zdůrazňuje naléhavou potřebu vývoje účinných terapií. Variabilita závažnosti onemocnění mezi jednotlivci je ovlivněna genetickými a imunologickými faktory, přičemž závažné případy jsou často spojeny s imunodeficiencemi. Naše předběžná data naznačují, že přibližně 10 % závažných případů TBE zahrnuje autoprotilátky proti interferonům typu I (IFN-I), což zdůrazňuje kritickou roli těchto autoprotilátek v závažnosti onemocnění. Projekt si klade za cíl zkoumat roli autoprotilátek při KE. Budeme hodnotit dopad autoprotilátek proti IFN-I na závažnost KE analýzou rozsáhlého souboru pacientů a prováděním funkčních biologických testů. Budeme zkoumat, zda mají tyto autoprotilátky vrozený genetický základ, a to zkoumáním jednonukleotidových polymorfismů (SNP) spojených s produkcí autoprotilátek. Dále budeme zkoumat roli autoprotilátek proti různým cytokinům a chemokinům a zda jsou vrozené nebo indukované během infekce. Nakonec se budeme zabývat otázkou, zda aktivní infekce VKE indukuje autoprotilátky proti složkám centrálního nervového systému (CNS) a jejich potenciálním dopadem na klinický průběh a postencefalitické komplikace. Tento výzkum poskytne cenné poznatky o patogenezi KE, identifikaci nových biomarkerů pro závažný průběh KE a připraví cestu pro cílené imunomodulační terapie. Naše zjištění by mohla významně přispět k vývoji racionálních terapeutických strategií proti KE.

Školitel

prof. RNDr. Daniel Růžek, Ph.D.

Téma disertační práce navazuje na obecné cíle národní antibiotické politiky, zejména snižování spotřeby antimikrobik ve veterinární medicíně definováním, či revizí účinných léčebných dávek tradičně používaných antimikrobik. Tato myšlenka je podpořena i dokumentem Evropské lékové agentury EMA/CVMP/849775/2017 o potřebě revizí dávek zavedených veterinárních antibiotik, který se v současné době dostává opět do popředí zájmu.
Výzkumné aktivity v rámci disertace budou zaměřeny na antimikrobika, která jsou tradičně používána ve veterinární medicíně již řadu let. Farmakokinetická data, potřebná k registracím těchto léčiv pro určení léčebné dávky a doby léčby, byla generována před desítkami let a tehdy byla měřena jinými, méně přesnými metodami, než je požadováno dnes podle legislativy Evropské unie. Tehdy chovaná plemena hospodářských zvířat měla i jiný genetický základ, což také PK vlastnosti léčiv může ovlivňovat.
V rámci řešení navrhovaného výzkumu budou provedeny PK studie na zvířecím modelu s následným vyhodnocením analytických dat z hmotnostního spektrometru (v režimu správné laboratorní praxe) pro použití tradičních antimikrobiálních léčiv, tzv. „starých molekul“ k léčbě bakteriálních infekcí hospodářských zvířat. Tato antimikrobika se dříve k léčbě infekcí v humánní nebo veterinární medicíně používala, ale v současné době jsou používána k léčbě jen ojediněle ať už z důvodu, vysokého výskytu rezistencí bakteriálních patogenů k nim, či nejsou na trhu ve formě veterinárního léčivého prostředku nyní dostupné, například klasické a potencované sulfonamidy, tetracykliny a další látky. Možnost úspěšného využití „starých molekul“ je navíc podpořena i publikovanými studiemi o "ztrátách" rezistencí bakteriálních populací k některým antibiotikům, které se delší dobu nepoužívají, vlivem snížení selekčního tlaku rezistentních populací bakterií ve prospěch citlivých populací.
Všechny postupy a metodiky k dosažení cílů výzkumu jsou plánované podle legislativy European Union, metodik EMA a dalších závazných pokynů (VICH). V průběhu realizace studie budou také aktivně shromažďována a vyhodnocována epizootologická data z farem hospodářských zvířat v České republice.

Poznámky

Téma je rezervováno. The topic is already reserved.

Školitel

MVDr. Kateřina Nedbalcová, Ph.D.

Celosvětové rozšíření významných mechanismů rezistence prostřednictvím úspěšných genetických elementů je rostoucím problémem současné medicíny, s obrovským dopadem na zdraví člověka, zvířat a prostředí. Pochopení přenosu a šíření genů rezistence k antibiotikům v bakteriálních populacích je nezbytným předpokladem pro úspěšný boj s rapidně narůstající rezistencí k antibiotikům. Projekt je zaměřen na různé aspekty plazmidů spojených s rezistencí ke kriticky významným antibiotickům izolovaných z různých bakterií a širokého prostředí. Za využití sekvenování nové generace (Illumina, Oxford Nanopore Technologies) a bionformatické analýzy sekvenačních dat bude studována struktura, plasticita a evoluce plazmidů stejně jako jejich potenciál se šířit a udržovat v bakteriálních komunitách. Role přídatných mechanismů a faktorů odpovědných za jejich udržování, šíření a zvyšování fitness bakteriálních hostitelů budou zhodnoceny a uvedeny do kontextu rezistence k antibiotikům. Cílem projektu je přinést nové informace o vlastnostech a rysech rezistentních plazmidů stojících za jejich úspěchem.

The worldwide dissemination of emerging resistance mechanisms via successful genetic elements is growing concern in current medicine, with the huge impact on health of humans, animals and the environment. Understanding how antibiotic resistance genes are mobilized and spread in bacteria is a desirable pre-requisite to combat antibiotic resistance. The project will be focused on various aspects of plasmids associated with resistance to critically important antibiotics isolated from various bacteria and wide sources. New-generation sequencing (Illumina, Oxford Nanopore Technologies Structure) and bioinformatics analysis of sequencing data will be used to study the plasticity and evolution of the resistance plasmids as well as their potential to spread and persist in bacterial communities. The role of additional accessory mechanisms and factors in the plasmid maintenance, transfer and fitness of bacterial hosts will be evaluated along with the resistance to antibiotics. The aim is to bring new knowledge on traits and features of resistance plasmids that are behind their success.

Školitel

doc. RNDr. Monika Dolejská, Ph.D.