1
SoMoPro: introducing
International Contribution
to South Moravian science II
SoMoPro: představujeme
Mezinárodní Posily Jihomoravské Vědy II
Prof. Edward TRIFONOV
CHROMPLANT
South Moravian Programme for Distinguished Researchers
Programme of the Region of South Moravia – co-funded by Marie Curie Actions
Jihomoravský program pro špičkové vědce
Program Jihomoravského kraje kofinancovaný akcemi Marie Curie
obsah
Opening speech úvodní slovo
JUDr. Michal Hašek 4
doc. PhDr. Mikuláš Bek, Ph.D 6
prof. Ing. Karel Rais, CSc., MBA prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc., dr. h. c. 12
RNDr. Miloš Šifalda South Moravian Region Jihomoravský Kraj 8
10
14
South Moravian Centre for International Mobility Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu 16
Researchers vědci
18
20
RNDr. Pavel Babica, Ph.D. Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D. 22
Ing. Peter Bystrický, Ph.D. Ing. Jan Čížek, Ph.D. 24
26
Mgr. Hassan Elhadidy, Ph.D. 28
Artur Góra, Ph.D. 32
34
doc. RNDr. Jana Krajňáková, Ph.D. Ing. Miroslava Krzyžánková, Dr. rer. nat. 38
Mgr. Jana Křenková Ph.D. 44
Albano Carlo Meli, Ph.D. Archana Mishra, Ph.D. 46
Dr. Alexander Mozalev, Ph.D. Ladislav Nejman, Ph.D. Dr. Kamil Paruch 48
50
52
Dr. Emil Parvanov 54
RNDr. Martin Plesch, Ph.D. Shakti Prasad Rath, Ph.D. RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D. 62
Yuh-Man Sun, Ph.D. 36
40
Nagendra Prasad Kurumbang, Ph.D. 42
Dr. Sergiy Kyrylenko 56
58
60
Arman Taghavi-Chabert, Ph.D. 66
prof. Ing. Edward Trifonov, Ph.D. doc. Mgr. Ivaylo Zhivkov, Ph.D. 68
70
On a horizon… Na co se těšíme… 30
Priv. - Doz. Dr. Beatrix C. Hiesmayr Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D. 64
RNDr. Mario Špírek, Ph.D. 72
4
JUDr. Michal Hašek
Governor of the South Moravian Region hejtman Jihomoravského kraje
Dear ladies and gentlemen,
Opening speech úvodní slovo
the SoMoPro programme has been fulfilling its task successfully for three years now. Its seemingly encrypted
name contains an English acronym describing its main mission – to bring top international scientists from
technology and natural science disciplines, namely leaders of scientific research teams, to the South Moravian
Region. They can then have a major impact on the development and pursuit of ambitious scientific research
projects as well as the career development of young scientists in South Moravia. After almost three years
of existence of the program, I am happy to say that it has been successful.
It is no wonder that the South Moravian Region decided to continue this project and in the five years to come
it is ready to invest tens of millions of crowns, which will return to South Moravia. We are committed to
ongoing development of innovative economy in South Moravia and the arrival of new domestic and foreign
investment into sophisticated industry sectors. Research will have an immediate response in the use
of applications in manufacturing processes and we also assume that as a result of this, new job opportunities
will be created and the attractiveness of the entire region within the Czech Republic will grow.
I wish to extend my thanks to all those who have contributed to this success.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
5
Vážené dámy, vážení pánové,
program SoMoPro už tři roky úspěšně plní svoji úlohu. Tento zdánlivě zašifrovaný název v sobě obsahuje
anglickou zkratku vystihující jeho hlavní poslání – přivést do Jihomoravského kraje špičkové vědce
technických a přírodovědeckých oborů ze zahraničí, zejména lídry vědecko-výzkumných týmů. Ti pak mohou
mít zásadní vliv na rozvoj a pokračování ambiciózních vědecko-výzkumných projektů a rovněž na kariérní
rozvoj mladých vědců na jižní Moravě. Po téměř třech letech existence programu mám radost, že se to daří.
Není divu, že se Jihomoravský kraj rozhodl pro pokračování tohoto projektu a v dalších pěti letech je připraven
investovat desítky milionů korun, které se na jižní Moravu vrátí. Záleží nám na dalším rozvoji inovativní
ekonomiky na jižní Moravě a příchodu nových domácích a zahraničních investic do sofistikovaných oblastí
průmyslu. Výzkum bude mít okamžitou odezvu v použití aplikací ve výrobním procesu a předpokládáme také,
že to bude v důsledku znamenat vznik nových pracovních míst i zvýšení atraktivity celého regionu v rámci
České republiky.
Chci poděkovat všem, kteří na tomto úspěchu mají podíl.
JUDr. Michal Hašek
6
doc. PhDr. Mikuláš Bek, Ph.D
Rector of the Masaryk University rektor Masarykovy univerzity
Opening speech úvodní slovo
Becoming a research university with respected research programme, clear profile, first-rate infrastructure
and results visible on the European scale – this is the primary vision of Masaryk University. This vision could
not be realized without the university‘s close connections with the best centres of excellence around the
world. Among the essential tools used for internationalisation of research are renowned visiting scientists,
together with conditions allowing their permanent integration in Masaryk University‘s academia. In this
respect, the SoMoPro programme presents a significant support for Masaryk University on its way towards its
research excellence.
SoMoPro programme forms a component of the Regional Innovation Strategy of South Moravian Region
whose aim is to implement activities strengthening competitive ability of the region. This ability is primarily
based on talented people, first-class research teams, and globally competitive companies. Furthermore, the
Regional Innovation Strategy forms an important platform for the effective coordination of all participating
parties‘ activities. Such close and multi-layer collaboration among universities, regional authorities and
the corporate sector is not commonplace within the Czech Republic. For Masaryk University, however, this
opportunity presents a competitive advantage: It is an excellent prerequisite for the development of research
and innovation potentials of the South Moravian Region, and will undoubtedly lead the university to success
in the international environment.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
7
Základní vizí Masarykovy univerzity je stát se výzkumnou univerzitou s mezinárodně respektovaným
výzkumným programem, zřetelným profilem, špičkovou infrastrukturou a s výsledky viditelnými v evropském
měřítku. Nezbytnou podmínkou pro naplnění této vize je úzké napojení Masarykovy univerzity na nejlepší
centra výzkumu ve světě. Jedním ze zásadních nástrojů pro internacionalizaci výzkumu je hostování
renomovaných zahraničních vědců a vytváření podmínek pro jejich trvalou integraci do akademické
obce Masarykovy univerzity. Z tohoto pohledu představuje program SoMoPro pro Masarykovu univerzitu
významnou pomoc na cestě k její výzkumné excelenci.
Program SoMoPro je součástí Regionální inovační strategie Jihomoravského kraje, jejímž cílem je realizovat
aktivity, které posilují konkurenceschopnost kraje. Ta je založená především na talentovaných lidech,
špičkových výzkumných týmech a globálně konkurenceschopných firmách. Regionální inovační strategie
současně představuje důležitou platformu pro efektivní koordinaci aktivit všech zainteresovaných aktérů.
Podobně úzká a mnohovrstevná spolupráce mezi univerzitami, krajem a firemním sektorem není v českých
podmínkách samozřejmostí. Pro Masarykovu univerzitu znamená tato možnost kooperace konkurenční
výhodu. Je vynikajícím předpokladem pro rozvoj výzkumného a inovačního potenciálu jihomoravského
regionu a přinese univerzitě bezpochyby úspěch v mezinárodním prostředí.
doc. PhDr. Mikuláš Bek, Ph.D
8
prof. Ing. Karel Rais, CSc., MBA
Rector of the Brno Technology University rektor Vysokého učení technického v Brně
Opening speech úvodní slovo
At present, five projects are being realised at Brno University of Technology within the SoMoPro programme:
the project “Noise in semiconductor detectors of X-ray and gamma ray radiation” at the Faculty of Electrical
Engineering and Communication, Department of Physics, “Optimisation of thin film deposition for the
molecular electronic devices” at the Faculty of Chemistry, Department of Physical and Consumer Chemistry,
“Discriminative training of speaker-normalized models for automatic speech recognition” launched at
the Faculty of Information Technology, Department of Computer Graphics and Multimedia, as well as the
project “Synthesis of self-organized, templated and surface-supported metal and metal-oxide nanostructures
for being used in advanced micro- and nanodevices” at the Faculty of Electrical Engineering and
Communication, Department of Microelectronics. Finally, the latest project „Cold Spray Deposition of Al/Al-Ti
Metallic Protective Layers for Oxidation Control of Near-Gamma Titanium Aluminides for High-Temperature
Oxidizing Environments“ was launched at the Faculty of Mechanical Engeneering, Department of Materials
Science and Engineering.
For our university, SoMoPro represents an efficient tool of establishing international co-operation in the field
of scientific research, i.e. in a field that is one of priority strategic goals of Brno University of Technology.
I am also pleased that the SoMoPro programme continues with the second call for proposals and I believe that
it will attract more top scientists from abroad. It represents a valuable benefit for education at our university.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
9
V rámci programu SoMoPro na Vysokém učení technickém v Brně realizujeme v současné době pět
projektů: na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústavu fyziky je realizován projekt
„Šum v polovodičových detektorech rentgenova a gama záření“, na Fakultě chemické, Ústavu fyzikální
a spotřební chemie projekt „ Optimalizace depozice tenkých vrstev pro molekulární elektronické přístroje“,
na Fakultě informačních technologií, Ústavu počítačové grafiky a multimédií projekt „Diskriminativní
trénování modelů normalizovaných na mluvčího pro automatické rozpoznávání řeči“, a dále projekt
„Syntéza samouspořádaných, maskou vytvořených a povrch zlepšujících nanostruktur kovů a oxidů kovů
pro využití v mikro- a nanosoučástkách“ na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústavu
mikroelektroniky.
Nejnovějším zapojeným projektem je „Nízkoteplotní kinetické nanášení ochranných kovových Al/Al-Ti
vrstev pro oxidační ochranu gamma-blízkých titan aluminidů ve vysokoteplotních oxidačních prostředích“
na Fakultě strojního inženýrství, Ústavu materiálových věd a inženýrství.
SoMoPro představuje pro naši univerzitu efektivní nástroj navazování mezinárodní spolupráce v oblasti
vědy a výzkumu, tedy v oblasti, která patří k prioritním strategickým cílům VUT v Brně. Rovněž mě těší,
že program SoMoPro dále pokračuje svou druhou výzvou a věřím, že přiláká více špičkových vědců ze
zahraničí. Tento program představuje cenný přínos pro výuku na naší univerzitě.
prof. Ing. Karel Rais, CSc., MBA
10
prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc., dr. h. c.
Rector of the Mendel University in Brno rektor Mendelovy univerzity v Brně
Higher education strives at the development of human learning and propagation of the latest knowledge through
the educational process and cooperation with practice. The aim of every university is to prepare such conditions
for the development of science, research, arts and other creative activities that would bring new, excellent
results, indispensable for the better future of mankind.
Isolation in developing science, research or arts leads to stagnation of scientific disciplines, university
departments and ultimately the whole society.
Opening speech úvodní slovo
Internationalization in pedagogical and academic work results in a number of significant effects: it supports
innovation and fosters creativity of research teams, supports fast exchange of scientific information and
technical and technological competences, contributes to the development of the necessary interdisciplinary and
multicultural communication as well as to common human understanding.
Internationalization particularly comprises the support for integration of international experts and reintegration
of Czech scientists into research teams in Czech research institutes. Arrival of such experts represents an
important innovation stimulus for all team members including talented students in graduate and postgraduate
programmes. The resulting effect for the development of Czech university institutes is thus much higher than
the case is with standard mobility consisting of study or research abroad.
International experts themselves become enriched with the knowledge of natural, cultural and social environment
of the Czech Republic, new contacts and experience as well as the quality of Czech science. They become active
ambassadors of cooperation between Czech institutions and international world of science and research.
SoMoPro, the programme of the South Moravian Region, provides vital assistance in the integration of experts
coming from abroad. In addition to supporting the internationalization of science and research, it creates
a platform for the development of cooperation between research institutions, as well as involvement of public
and business sector in the region.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
11
Úkolem vysokého učení je rozvoj lidského poznání a šíření nejnovějších poznatků pomocí vzdělávacího
procesu a spolupráce s praxí. Cílem každé univerzity je vytvořit takové podmínky pro rozvoj vědy, výzkumu,
umění a další tvůrčí činnosti, které by přinášely nové, pokud možno excelentní výsledky potřebné pro lepší
budoucnost lidstva.
Izolace v rozvoji vědy, výzkumu nebo umění vede ke stagnaci vědních disciplin, univerzitních pracovišť
a v konečném důsledku i celé společnosti.
Internacionalizace v pedagogické a vědecké práci má celou řadu významných efektů: podporuje tvorbu inovací
a rozvíjí kreativitu výzkumných týmů, významně urychluje výměnu vědeckých informací a technických
a technologických kompetencí, podílí se na rozvoji potřebné interdisciplinární a multikulturální komunikace
i obyčejného lidského porozumění.
Patří k ní zejména podpora integrace zahraničních expertů a reintegrace českých vědců do výzkumných týmů
našich vědecko-výzkumných pracovišť. Jejich příchod se stává významným inovačním impulzem a motivací pro
všechny členy výzkumného týmu včetně talentovaných studentů magisterských a doktorských studií. Výsledný
efekt pro rozvoj českých univerzitních pracovišť je tak daleko vyšší než u běžných mobilit do zahraničí.
Působení zahraničních vědců obohacuje je samotné o poznání přírodního, kulturního a společenského
prostředí České republiky, o nové kontakty a zkušenosti a poznání kvality české vědy. Stávají se tak aktivními
diplomaty ve spolupráci českých institucí se zahraničním světem vědy a výzkumu.
Pomoc při jejich integraci, kterou poskytuje program Jihomoravského kraje SoMoPro, je přitom velmi
významná až existenční. Kromě podpory internacionalizace ve vědě a výzkumu vytváří platformu pro rozvoj
spolupráce vědecko-výzkumných institucí, ale i veřejného a podnikatelského sektoru v rámci regionu.
prof. Ing. Jaroslav Hlušek, CSc., dr. h. c.
12
RNDr. Miloš Šifalda
director of the South Moravian Centre for International Mobility ředitel Jihomoravského centra pro mezinárodní mobilitu
When the SoMoPro Programme was launched four years ago, all people involved entered an unknown area.
The only clue was the idea to create a project, which will help our region to continue to be the leader in the
field of R&D in the Czech Republic.
Opening speech úvodní slovo
Hence it was a huge satisfaction to me, when we, one year later, presented the programme’s first results in
public seminars and press conferences. The interest of scientific community, universities, public and media,
as well as reactions of involved researchers convinced me that the way we had chosen was the right one. In this
publication I have the honour to introduce the complete team of 27 scientists, working within the SoMoPro
Programme.
By the beginning of this year the European Commission approved the second project, the SoMoPro II,
as a continuation of the initial SoMoPro Programme. The competition, in which we had to face, was even
tougher than in the first time.
The team of international and reintegrating scientists, who will now work in the South Moravian Region, will
increase to 53 fellows. In my view, this is an outstanding achievement, rather unique even in the European
space. The programmes succeed especially due to exceptionally good cooperation of South Moravian Region,
Universities and business in Brno, supported by a clear vision of their representatives about the future
of region.
I would like to express my thanks to all who contributed to the success of this Programme.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
13
Když byl Program SoMoPro před čtyřmi lety odstartován, vstupovali všichni, kteří se na něm podíleli,
na neznámou půdu. Vodítkem nám byla pouze myšlenka sestavit projekt, který nadále pomůže našemu
regionu být leadrem na poli vědy a výzkumu v České republice.
Bylo pro mě proto velkým zadostiučiněním, když jsme před rokem prezentovali první výsledky programu
na veřejném semináři a tiskových konferencích. Zájem vědecké komunity, univerzit, ale i veřejnosti a médií,
stejně jako ohlasy zúčastněných vědců, mě přesvědčily, že cesta, kterou jsme se vydali, je správná. V této
publikaci mám tu čest Vám představit již kompletní tým 27 vědců působících v rámci programu SoMoPro.
Počátkem tohoto roku byl Evropskou komisí schválen druhý projekt, SoMoPro II, jako pokračování projektu
předchozího. Konkurence, ve které jsme museli při podání projektu uspět, byla ještě tvrdší, nežli tomu
bylo poprvé. Tým zahraničních a reintegrujících se vědců, kteří budou působit díky tomuto programu
v Jihomoravském kraji, se tak rozroste na 53. Z mého pohledu se jedná o mimořádný úspěch, který není
zcela obvyklý ani v rámci evropského prostoru a který se podařil zejména díky mimořádně dobré spolupráci
Jihomoravského kraje, brněnských univerzit a firem a vizi jejich představitelů o budoucnosti regionu. Všem,
kteří k úspěchu projektu přispěli, bych proto chtěl na tomto místě poděkovat.
RNDr. Miloš Šifalda
14
South Moravian Region
Jihomoravský
kraj
The South Moravian Region is located in the south-eastern area of the Czech Republic along Austrian
and Slovak borders. Its regional centre is Brno, the second largest city in the Czech Republic, a centre
of the Czech judiciary, an economic and administrative centre, a trade fair centre of Central Europe and a city
of universities.
O Jihomoravském kraji
About South Moravian Region South Moravia is a region with remarkable economic potential. Especially in recent years, a number of IT,
telecommunications, software development and other hi-tech businesses have grown there. South Moravian
Region strongly supports the development of technological and biotechnological incubators designated
for start-up companies.
The education level of population in the region is well above average, backed by an advanced system
of university education. Brno has six universities with 75,000 students. In addition, there are 24 laboratories
of the Czech Academy of Sciences, among which for example the Institute of Biophysics, Institute of Analytical
Chemistry and Institute of Instrumentation.
South Moravian Region also benefits from its growing scientific infrastructure that is rapidly gaining position
in the international arena. Its major projects include the Masaryk University Campus hosting Faculties
of Medicine and Science together with the ILBIT (Integrated Laboratories for Biomedical Technologies)
project, and an ambitious project of the ICRC (International Clinical Research Centre) – implemented
in collaboration with Mayo Clinic (USA) and CEITEC (Central European Institute of Technology), focusing
among others on biomedical research and molecular and cell biology.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
15
Jihomoravský kraj se rozkládá v jihovýchodní části České republiky při hranicích s Rakouskem a Slovenskem.
Centrem kraje je druhé největší město České republiky Brno, které je střediskem justice, ekonomickým
a správním centrem, veletržním centrem střední Evropy a městem univerzit.
Jihomoravský kraj patří k regionům s výrazným ekonomickým potenciálem. Zejména v posledních letech roste
počet podnikatelských subjektů v oblasti počítačové technologie, telekomunikací, vývoje softwaru a ostatních
hi-tech oborů. Jihomoravský kraj výrazně podporuje rozvoj technologických a biotechnologických inkubátorů
určených pro začínající firmy.
Na nadprůměrné vzdělanostní úrovni obyvatel v kraji má podíl kvalitní systém vysokého školství. V Brně se
nachází šest univerzit se 75 000 studenty. Mimoto se zde nachází 24 laboratoří Akademie věd ČR, mezi nimiž
působí například Institut biofyziky, Institut analytické chemie či Ústav přístrojové techniky.
Jihomoravský kraj také těží z rozvíjející se vědecké infrastruktury, která si rychle získává místo
na mezinárodním poli. Mezi zásadní projekty patří Kampus Masarykovy univerzity, kde působí Lékařská
a Přírodovědecká fakulta společně s projektem ILBIT (Integrované laboratoře biomedicínských technologií),
či ambiciózní projekty ICRC (International Clinical Research Centre) – realizovaný ve spolupráci s klinikou
MAYO (USA) a CEITEC (Central European Institute of Technology), zaměřený mimo jiné na biomedicínský
výzkum či molekulární a buněčnou biologii.
South Moravian Region Jihomoravský kraj
16
South Moravian Centre for International Mobility Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu
The numerous experience within the regional activities in international cooperation have resulted in the
decision to found a specialized institution, which would shield this sphere of interest – activities in education,
scholarships abroad as well as in the Czech Republic, and so the South Moravian Centre for International
Mobility was established.
O JCMM
About JCMM
South Moravian Centre for International Mobility (JCMM) is a specialized nonprofit organization which
provides support and assistance to talented students and researchers based in the South Moravian Region.
Our aim is to support effectively the incoming of students and researchers into the region and to improve the
conditions for further development of talented students studying in South Moravia. The support is offered
through various programs which cover several levels of education. The programs can be divided into programs
for high school students, university students, international students and researchers.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
17
Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu (JCMM) je centrum zaměřené na podporu nadaných
studentů a lidských zdrojů pro vědu s působností v Jihomoravském kraji. Jedná se o specializované zájmové
sdružení neziskového typu.
Poskytuje podporu studentům a vědcům v Jihomoravském kraji (JMK). Ta je realizována prostřednictvím
různých programů, které pokrývají několik úrovní vzdělávání. Programy JCMM je možné rozdělit na programy
pro středoškoláky, učitele středních škol, vysokoškoláky, zahraniční studenty a vědce.
Naším cílem je efektivně podporovat příliv studentů a vědců do regionu a vytvářet podmínky pro rozvoj
nadaných studentů v Jihomoravském kraji.
South Moravian Centre for International Mobility Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu
18
RNDr. Pavel Babica, Ph.D.
Project PS4CTX – A novel approach
for monitoring, toxicity evaluation and risk
assessment of cyanobacterial toxins – a use
of passive samplers
Host institution Institute of Botany AS CR
Person in charge prof. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc.
Massive proliferations of toxic cyanobacteria in water reservoirs represent a serious environmental and
human health problem. Cyanotoxins (cyanobacterial toxins), such as tumor promoting microcystins, can be
found in 70% of waterbodies in the Czech Republic, including drinking water reservoirs. In order to address
the current issue of toxic cyanobacteria and cyanotoxin contamination, this project aims to 1) use a novel
approach based on passive sampling methods to monitor cyanobacterial toxins microcystins concentrations
in drinking water reservoirs and drinking waters, 2) further develop and optimize passive samplers
for detection of newly emerging cyanotoxin cylindrospermopsin, which is being detected with increasing
frequency in temperate zone, 3) evaluate tumor promoting and toxic potential of cyanobacteria using
in vitro tissue culture models. Overall, the project will contribute to development and application of more
effective tools for identification, assessment and management of health hazards and risks associated with
contamination of drinking water reservoirs with toxic cyanobacteria and cyanotoxins.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
19
Projekt PS4CTX – Nový přístup pro
monitorování, hodnocení toxicity a hodnocení rizik
sinicových toxinů – použití pasivních vzorkovačů
Hostitelská instituce Akademie věd ČR
Botanický ústav
Školitel prof. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc.
Masivní rozvoj toxických sinic ve vodních nádržích představuje závažný environmentální a zdravotní
problém. Cyanotoxiny (sinicové toxiny), jako například nádorové promotery microcystiny, jsou v České
republice nalézány až v 70% vodních nádrží, včetně vodárenských. Tento projekt zaměřený na aktuální
problematiku toxických sinic a cyanotoxinů si klade za cíl: 1) použít nového přístupu založeného na metodách
pasivního vzorkování ke sledování koncentrací sinicových toxinů microcystinů ve vodárenských nádržích
a v pitných vodách, 2) vyvíjet a dále optimalizovat pasivní vzorkovače pro stanovení cyanotoxinu
cylindrospermopsinu, který je v posledních letech ve zvýšené míře detekován v našich zeměpisných šířkách, 3)
použít in vitro modely tkáňových kultur pro zhodnocení nádorově-promočního a toxického potenciálu sinic.
Projekt celkově přispěje k vývoji a aplikaci efektivnějších nástrojů pro identifikaci nebezpečnosti, zhodnocení
a řízení zdravotních rizik spojených s kontaminací vodárenských nádrží toxickými sinicemi a cyanotoxiny.
RNDr. Pavel Babica, Ph.D. PS4CTX
20
Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D.
Regulation and function
Project of P-TEFb complexes
Department of Internal
Host institution Hematooncology, Faculty of Medicine,
Masaryk University
Person in charge prof. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D.
We are interested in cyclin-dependent kinase 9 (cdk9) that is involved in phosphorylation of the CTD and
regulation of RNAPII. Aberrant function of cdk9 was shown in several diseases including cancer and cardiac
hypertrophy thus untangling its function in the regulation of RNAPII is of significant medical interest. RNA
Polymerase II (RNAPII) directs transcription of protein coding genes. RNAPII composes of several subunits
and the largest one, Rpb1, contains unstructured C-terminal domain (CTD) with repeats ofheptapeptide
Y1S2P3T4S5P6S7, where individual serines (Ser2, 5 and 7), threonine and tyrosine can get phosphorylated.
Several cyclin-dependent kinases and phosphatases regulate phosphorylation status of the CTD and
subsequent binding of transcription factors to the RNAPII. Patterns of phosphorylations of the CTD form
so called “CTD code” that defines action of RNAPII during transcription cycle.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
21
Projekt komplexů
Regulace
a funkce P-TEFb
Hostitelská instituce Interní hematoonkologická klinika,
Lékařská fakulta, Masarykova univerzita
Školitelka prof. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D.
Náš výzkum se týká cyklin-dependentní kinázy 9 (cdk9), která se podílí na fosforylaci CTD a regulaci RNAPII.
Změněná funkce cdk9 byla zjištěna v několika onemocněních, včetně rakoviny a srdeční hypertrofie, tudíž
objasnění její funkce při regulaci RNAPII může mít značný význam v klinické praxi. RNA polymeráza II
(RNAPII) řídí transkripci genů kódujících proteiny. RNAPII se skládá z několika pod-jednotek a největší,
Rpb1, obsahuje nestrukturovanou C-terminální doménu (CTD) s repeticí heptapeptiduY1S2P3T4S5P6S7,
kde jednotlivé seriny (S2, S5 a S7), treoniny a tyrosiny jsou fosforylovány. Několik cyklin-dependentní kináz
a fosfatáz zreguluje fosforylaci CTD a tím i vazbu transkripčních faktorů na RNAPII. Struktura fosforylací
(a dalších post translačních modifikací) na CTD tvoří tzv. „CTD kód“, který definuje akci RNAP II při
transkripčním cyklu.
Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D. Regulation and function of P-TEFb complexes
22
Ing. Peter Bystrický, Ph.D.
LECARB – Protein-Carbohydrate
Project Interactions: Pathogen Recognition Phenomena
National Centre
Host institution for Biomolecular Research, Faculty of Science,
Masaryk University
Person in charge doc. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.
Carbohydrates play an important role in many biological processes like cell recognition, signalling,
differentiation, cancerogenesis and others. Carbohydrate interactions with proteins – lectins are also involved
in the first step of pathogenic bacteria adhesion, invasion and infectivity. This project proposal is focussed
on the detailed studies of lectin-carbohydrate systems predominantly by number of new NMR techniques
which are complementary to surface plasmon resonance and microcalorimetry methods. NMR is the most
powerful method for detailed structural study of molecules involved in interactions. The advanced
NMR techniques should give details on the binding site, the identities of lectin amino acids involved
and functional groups of carbohydrate ligand involved in the interaction and other details. This information
is extremely important for effective new drug design. The proposed project will benefit from experience
with lectin-carbohydrate interactions already studied at the National Centre for Biomolecular Research
by other physico-chemical methods and from current NMR instrumentation available at the Centre.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
23
LECARB – Interakce proteinProjekt sacharid: Podstata rozpoznávaní patogenem
Národní centrum
Hostitelská instituce pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta,
Masarykova univerzita
Školitelka doc. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D.
Sacharidy hrají důležitou roli v mnoha biologických procesech jako buněčné rozpoznávání, signalizace,
diferenciace, kancerogeneze a dalších. Interakce sacharidů s proteiny – lektiny jsou mimo jiné i prvním
krokem adheze, invaze a infektivity patogenních bakterií. Projekt je zaměřen na detailní studii systémů
lektin-sacharid, převážně novými metodami NMR, které doplní informace získané metodami rezonance
povrchových plasmonů a mikrokalorimetrie. NMR je nejrobustnější metodou pro detailní strukturní studie
molekul podílejících se na interakcích. Pokročilé metody NMR by měly poskytnout detailní informace
o vazebném místě, identifikovat aminokyseliny lektinů a funkčních skupin sacharidového ligandu,
které se účastní interakce, a další detaily. Tyto informace jsou velmi důležité pro efektivní navrhování nových
léčiv. Navržený projekt bude těžit z dosavadních zkušeností studia interakcí lektin-sacharid prováděných
v Národním centru pro výzkum biomolekul jinými fyzikálně-chemickými metodami a ze současného NMR
přístrojového vybavení, které je v Centru k dispozici.
Ing. Peter Bystrický, Ph.D. LECARB
24
Ing. Jan Čížek, Ph.D.
CZECOLDSPRAY Cold Spray
Project Deposition of Al/Al-Ti Metallic Protective Layers for
Oxidation Control of Near-Gamma Titanium Aluminides
for High-Temperature Oxidizing Environments
Institute of Materials Science
Host institution and Engineering, Faculty of Mechanical Engineering,
Brno University of Technology
Person in charge Prof. Ing. Jiří
Švejcar, CSc.
The proposed research study focuses on the oxidation control of TiAl intermetallics used in high
temperature oxidizing environments, using a novel and evolving kinetic cold spray surface treatment
technology. In the cold spray process, protective metallic layers designated for deliberate oxidation will
be deposited onto near-gamma TiAl substrates at ambient-to-elevated temperatures. Contrary to traditional
high-temperature methods used for deposition of the layers (e.g. HVOF, gun detonation, plasma spraying),
several major disadvantages influencing the overall quality and reliability of the treated components will
be avoided – secondary stresses leading to premature fractures and delaminations of the layers; undesirable
phase changes of deposited materials; their oxidation prior to the high-temperature testing; increased
levels of porosity of the coatings causing deterioration of mechanical properties of the layers; inferior
adhesion of the high-temperature sprayed deposits, etc. The cold spray protective layers are expected
to significantly reduce the deterioration of the components in elevated temperatures applications, extending
the components utilization range, increasing their respective reliability and prolonging their service life. This
research aims to be one of the pioneering works in this scientific area and provide an alternative, superior
function-performing solution as compared to that of the currently used technologies.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
25
Nízkoteplotní kinetické nanášení
Projekt ochranných kovových Al/Al-Ti vrstev pro oxidační
ochranu gamma-blízkých titan aluminidů
ve vysokoteplotních oxidačních prostředích
Ústav
Hostitelská instituce materiálových věd a inženýrství, Fakulta strojního
inženýrství, VUT
Školitel Prof. Ing. Jiří
Švejcar, CSc.
Předkládaná výzkumná studie se zaměřuje na oxidační kontrolu TiAl intermetalik, používaných
ve vysokoteplotních korozních prostředích, s využitím nově se vyvíjející technologie kinetického nanášení
povrchových vrstev (cold spray). V průběhu kinetického nanášení budou při nízkých až středně vysokých
teplotách naneseny ochranné vrstvy kovových materiálů, určených k záměrné korozi na připravené
gamma-TiAl substráty. V porovnání s tradičními vysokoteplotními technologiemi používanými k nanesení
ochranných povlaků (např. HVOF, detonační zbraň, plazmové nanášení), dojde při použití této technologie
k potlačení několika negativních faktorů, ovlivňujících celkovou kvalitu, spolehlivost a životnost ošetřených
komponent, např. k vývoji sekundárních pnutí, která mohou vést k předčasným lomům a odštípnutí
ochranných vrstev, k nežádoucím fázovým změnám vedoucím ke zhoršení vlastností materiálu, k oxidaci
materiálu před provedením vlastních korozních zkoušek, ke zvýšené úrovni porozity nástřiku způsobující
zhoršení tepelně-mechanických vlastností vrstev nebo např. ke snížení adheze deponovaných materiálu
vedoucí k selhání ochranné bariéry, apod. Očekává se, že ochranné vrstvy deponované technologií kinetického
nanášení významně sníží rozsah degenerace komponent pro vysokoteplotní aplikace (včetně např. koroze),
rozšíří rozsah jejich použití, významně zvýší jejich spolehlivost a prodlouží jejich životnost. Navrhovaná
základní studie si klade za cíl vyzkoumat možnosti aplikace této technologie pro vysokoteplotní intermetalické
materiály a poskytnout alternativní, kvalitnější řešení v porovnání s používanými generačně staršími
technologiemi.
Ing. Jan Čížek, Ph.D. CZECOLDSPRAY
26
Mgr. Hassan ELHADIDY, Ph.D.
DETNOISE – Noise in semiconductor
Project detectors of X-ray and gamma ray radiation
Department
Host institution of Physics, The Faculty of Electrical Engineering
and Communication, Brno University of Technology
Person in charge prof. Ing. RNDr. Josef Šikula, DrSc.
Detector technology based on semiconductor materials which can operate at room temperature is
a strategically important area of interest in the field of international research and industrial applications
for radiation sensing. In order to achieve a significant improvement, the next generation of sensor devices
will be based on the II–VI group of semiconductor materials, which provide direct conversion with high
efficiency. The high performance of CdTe-based sensors relies upon their efficiently collecting free carriers
generated by irradiation; this ability, in turn, critically depends upon the high resistivity of this material
and its low carrier trapping. One of the key device properties required for an excellent spectroscopic
semiconductor detector is the high signal-noise ratio. So far, most effort concentrated to maximize the signal,
while much less attention was paid to noise properties of detector material and contacts. Methodology
consists in experimental study of fluctuation phenomena caused by charge carrier transport and quantum
transitions related to electron interaction with photons and phonons, and stochastic processes with long
relaxation constant due to ion diffusion. Measurable quantities are noise voltage or current and their spectral
density dependence on electric field intensity, temperature and intensity of light illumination. For electrical
characterization and determination of localized energy levels in CdTe crystals the galvanomagnetic
measurements, photoluminescence, photoconductivity and thermoelectric effect spectroscopy will be used.
The effort will concentrate to determine, evaluate and suppress noise sources originating in the material
(point defects, inclusions and precipitates, dislocation clusters), in the metal-semiconductor interface area
and in the volume of the sensor influenced by band bending due to different work functions of metal and CdTe
(CdZnTe).
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
27
DETNOISE – Šum v polovodičových
Projekt detektorech rentgenova a gama záření
Ústav fyziky,
Hostitelská instituce Fakulta elektrotechniky a komunikačních
technologií, Vysoké učení technické v Brně
Školitel prof. Ing. RNDr. Josef
Šikula, DrSc.
Technologie detektorů na polovodičové bázi je strategicky významná oblast mezinárodního výzkumu
a průmyslového nasazení pro detekci záření. Za účelem dosažení výrazně lepších provozních vlastností
senzorů radiace se zkoumají materiály II–VI skupiny periodické soustavy prvků. Jejich výhodou je přímý
převod záření na elektrický signál s velmi vysokou účinností. Velká účinnost detektorů na bázi CdTe je
založena na efektivním sběru volných nosičů náboje generovaných ozářením. Tato vlastnost je kriticky závislá
na co nejvyšší rezistivitě materiálu a na co nejnižším zadržování nosičů náboje v pastech. Jedna z klíčových
vlastností požadovaných pro výborný spektroskopický polovodičový detektor je vysoký poměr signál/
šum. Dosavadní výzkum se zejména zaměřoval na maximalizaci výstupního signálu detektoru, zatímco
šumové vlastnosti materiálu detektoru a jeho kontaktů stály v pozadí. Metodika zkoumání šumových
parametrů spočívá v experimentálním studiu fluktuačních jevů zapříčiněných povahou transportu nosičů
náboje a kvantových přechodů souvisejících s interakcí elektronů s fotony a stochastických procesů iontové
difúze s dlouhou relaxační konstantou. Měřitelné veličiny jsou šumové napětí nebo proud a závislost jejich
spektrálních hustot na intenzitě přiloženého elektrického pole, teplotě a intenzitě ozáření. Pro posouzení
elektrických parametrů a stanovení lokalizovaných energetických úrovní v krystalech CdTe budou prováděna
měření pomocí termoelektrické spektroskopie. Dále budou realizována galvanometrická, fotoluminiscenční
a fotovodivostní měření. Výzkum bude zaměřen na určení a kvantitativní popsání zdrojů šumů a stanovení
postupu pro potlačení těchto nežádoucích signálů vznikajících v důsledku výskytu bodových defektů, příměsí
a shluků dislokací v CdTe. V oblasti přechodu polovodič-kov a v objemu senzoru je patrný ohyb energetických
pásů v důsledku rozdílných výstupních prací kovu a CdTe (CdZnTe).
Mgr. Hassan ELHADIDY, Ph.D. DETNOISE
28
Artur GÓRA, Ph.D.
REDEHAL – Fine-tuning
Project of haloalkane dehalogenases by access tunnels
re-engineering
Loschmidt
Host institution laboratories, Institute of Experimental Biology,
Faculty of Science, Masaryk University
Person in charge prof. Mgr. Jiří Damborský, Dr.
Methods for protein modification, redesign or de novo design are of the great importance in modern chemical
and pharmacological industry. Recent project will explore possibility of the haloalkane dehalogenases tunnels
re-engineering towards enzymes with higher selectivity and reactivity towards desired substrates. The novelty
of the proposed project lies in engineering of catalytic properties of enzymes by modification of access
tunnels. This is a new concept potentially applicable to other enzymes with buried active sites. Combination
of computational and experimental methods will provide detailed description of the free energy profiles
and barriers of the passage of water molecules and substrates/products through the access tunnels. This will
provide new insights into the role of water solvent in the catalytic mechanism of enzymes and identification
of bottlenecks for the process of enzymatic catalysis. Understanding of these mechanisms will broaden
our basic knowledge of enzymatic catalysis, which has important implications in the basic research as well
as in applications. Based on the analysis carried out, it will be possible to design new haloalkane dehalogenase
mutants with improved catalytic properties. For challenging ligand access study, new computational
methods will be developed to improve prediction of accurate tunnels re-engineering towards enzyme desired
selectivity and activity.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
29
REDEHAL – Zdokonalování
Projekt haloalkán dehalogenáz modifikací vstupních
tunelů
Loschmidt
Hostitelská instituce laboratories, Ústav experimentální biologie,
Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita
Školitel prof. Mgr. Jiří
Damborský, Dr.
Metody proteinového inženýrství, racionálního re-designu nebo de novo designu hrají důležitou roli
v moderním chemickém a farmakologickém průmyslu. Tento projekt bude zkoumat vliv re-inženýrství tunelů
enzymů halogenalkan dehalogenas na jejich aktivitu a selektivitu s cílovými substráty. Novost navrhovaného
projektu spočívá v inženýrství katalytických vlastností enzymů úpravou přístupových tunelů, představující
nový koncept potenciálně platný pro ostatní enzymy se skrytým aktivním místem. Kombinace výpočetních
a experimentálních metod umožní získat profil volné energie a bariéry průchodu molekul vody, substrátů
a produktů přístupovým tunelem. Získané informace poskytnou nový pohled na úlohu vody jako rozpouštědla
v katalytickém mechanismu enzymů. Pochopení těchto mechanismů rozšíří naše základní znalosti enzymové
katalýzy, které jsou důležité jak v základním, tak v aplikovaném výzkumu. Na základě provedené analýzy
bude možné navrhovat nové mutanty halogenalkan dehalogenas s lepšími katalytickými vlastnostmi.
Pro studium přístupu nových ligandů budou vyvinuty výpočetních metody s cílem zpřesnit předpovědi tunelů
pro re-inženýrství enzymů s požadovanou selektivitou a aktivitou.
Artur GÓRA, Ph.D. REDEHAL
30
Priv. - Doz. Dr. Beatrix C. Hiesmayr
QuPzz&Ent – The Quantum Puzzle
Project in High Energy Physics and Entanglement
Department of Theoretical
Host institution Physics and Astrophysics, Faculty of Science, Masaryk
University
Person in charge prof. Mgr. Tomáš
Tyc, Ph.D.
Since the year 1964 when John S. Bell found his famous Bell inequalities, studies of entanglement, its
numerous manifestations and peculiar quantum effects are a very active field in physics. This field has already
put forward new technological applications as e.g. quantum cryptography or a formidable quantum computer.
In nearly all applications entanglement plays a key role. A full picture of entanglement is still an open
question. Certainly studies of quantum systems at different energy scales are essential to obtain a full picture
of entanglement and its various manifestations, in particular of quantum systems which are not of ordinary
matter and light, e.g. containing strange and beauty quarks (studied in Particle Physics). Therefore my goals
are to study entanglement, its manifestations and applications in certain different (multipartite) quantum
systems, in particular also including systems in high energy physics. This implies connecting two fields
in physics, Quantum Foundations and Quantum Information Theory and Particle Physics.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
31
QuPzz&Ent – Výzkum souvislosti
Projekt fyziky vysokých energií a kvantové provázanosti
Ústav teoretické
Hostitelská instituce fyziky a astrofyziky, Přírodovědecká fakulta,
Masarykova univerzita
Školitel Prof. Mgr. Tomáš
Tyc, Ph.D.
Od roku 1964, kdy John S. Bell objevil své známé Bellovy nerovnosti, je studium kvantové provázanosti, jejích
četných projevů a zvláštních kvantových úkazů, velmi aktivní oblastí fyziky. Tato oblast bádání již přinesla
nové technologické aplikace, jako jsou např. kvantová kryptografie či velkolepé kvantové počítače. Kvantová
provázanost hraje klíčovou roli téměř ve všech aplikacích, avšak její ucelený obrázek stále zůstává otevřenou
otázkou. K získání tohoto uceleného obrazu provázanosti a jejich různých projevů je jistě nutné studium
kvantových systémů na různých energetických škálách, zvláště pak takových kvantových systémů, které
se neskládají z běžné látky a světla, obsahující např. „strange“ a „beauty“kvarky (studované v částicové fyzice).
Mezi mé cíle patři zkoumání kvantové provázanosti, jejích projevů a aplikaci v různých (multipartijních)
kvantových systémech, především též v systémech ve fyzice vysokých energii. Výše uvedené tak znamená
propojení dvou oblastí fyziky, základů kvantové fyziky a teorie kvantové informace a částicové fyziky.
Priv. - Doz. Dr. Beatrix C. Hiesmayr QuPzz&Ent
32
Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D.
SaProDI – Saccharide - protein dispersion
Project interactions involved in the bacterial recognition processes
Centre for Structural Biology,
Host institution Computational Chemistry, CEITEC, The Central European
Institute of Technology, Faculty of Science, Masaryk
University
Person in charge prof. RNDr. Jaroslav
Koča, DrSc.
Molecular recognition in biological processes plays very important role. Molecules are recognized through
the non-covalent interactions with their receptors. Several types of the non-covalent interaction are known.
One of them is London-dispersion interaction, also known as CH-π interaction. This type of interaction
occurs between CH group and the π -electron cloud of the aromatic system. One of the important molecular
signal compounds are carbohydrates. It has been recently shown that carbohydrates often interact with
their receptors through non-polar face with aromatic amino acid side chain. This interaction can be very
often found in the carbohydrate – lectin complexes. However, this interaction is not understood well.
We are focusing on study of the properties of such important interaction by the computational chemistry
methods. During the study we are employing broad range of the quantum chemistry methods starting from
the semiempirical density functional method up to very accurate high level ab initio methods as coupled
cluster. We are using these methods to detailed description of the carbohydrate – aromatic moiety complexes
properties. Obtained data are being applied also to the more realistic carbohydrate – receptor complexes,
where the hybrid QM/MM approach is used to the detailed description of the complex properties. Observed
knowledge can serve to the description of the basic principles of the CH-π interaction and can be applied
in the rational design of the carbohydrate mimic inhibitors. Such information may potentially serve as basis
for design of new types of drugs.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
33
SaProDI – Disperzní interakce mezi cukry
Projekt a proteiny spojené s rozpoznávacími procesy baktérií
Centrum strukturní
Hostitelská instituce biologie, Výzkumná skupina Výpočetní chemie, CEITEC,
Středoevropský technologický institut, Přírodovědecká
fakulta, Masarykova univerzita
Školitel prof. RNDr. Jaroslav
Koča, DrSc.
Rozpoznávání molekul má zásadní význam v mnoha biologických dějích. Jednotlivé molekuly jsou
rozpoznávány na základě nekovalentních interakcí s jejich receptory. Je známo několik typů nekovalentních
interakcí. Jednou z nich jsou Londonovy disperzní síly, rovněž známé jaké CH-π interakce. Tento typ interakcí
se vyskytuje mezi CH-skupinami a π-elektronovým oblakem aromatických systémů. Velkou skupinou
biologicky významných signálních látek jsou sacharidy. Poměrně nedávno bylo zjištěno, že sacharidy často
komunikují s receptory skrze své nepolární části tak, že interagují se zbytky aromatických aminokyselin.
Tento typ interakce se dá často nalézt v komplexech lektin-cukr. Přes svůj význam však tato interakce není
dosud uspokojivě pochopena. Zaměřujeme se na studium vlastností těchto významných interakcí metodami
výpočetní chemie. Během studie uplatňujeme široké spektrum metod kvantové chemie od semiempirických
metod funkcionálu hustoty až po velmi přesné a náročné ab initio metody, jako je např. metoda spřažených
klastrů. Tyto metody využíváme k detailnímu popisu vlastností zmíněných komplexů sacharid – aromatický
zbytek. Získané zákonitosti aplikujeme v realističtějších komplexech sacharid – receptor. K detailnímu popisu
těchto systémů jsou využívány hybridní QM/MM metody. Pozorované zákonitosti budou dále sloužit jako
základní principy pro pochopení CH-π interakcí a mohou být aplikovány v racionálním designu sacharidům
podobných inhibitorů. Ty mohou v budoucnu potenciálně sloužit při vývoji nových typů léčiv.
Mgr. Stanislav Kozmon, Ph.D.
SaProDI
34
doc. RNDr. Jana KRAJŇÁKOVÁ, Ph.D.
CONEMDE – Development of zygotic
Project and somatic embryos in conifers – from basic studies
to practical application
Department of Plant Biology,
Host institution Faculty of Agronomy, Mendel University in Brno
Person in charge prof. RNDr. Ladislav Havel, CSc.
The economically relevant clonal plantation forestry as well as new forest-based biotechnology presumes
effective mass-propagation systems to produce high quality static embryo clones with specific traits.
The CONEMDE project is aiming at studying zygotic embryogenesis in conifers to develop protocols
for mass-scale production of Abies alba and Picea abies, for either conventional tree breeding purposes
or for cultivation in specific areas. The general outcomes of the project will be increased knowledge
of the zygotic embryogenesis in conifers and efficient protocols for somatic embryogenesis. The aims
will be reached by the comparison of zygotic and somatic embryogenesis on morphological, biochemical,
and molecular levels followed by comprehensive statistical analyses and modelling to recognize the specific
properties and features needed for effective somatic embryogenesis. The toolbox includes testing the effects
of heavy metal ions and investigations of polar auxin transport on development of zygotic and somatic
embryos with various analytical and molecular methods including e.g. analyses on energetic status. Thus,
it presents a novel way to study plants which do not have mutant genotypes available. The research fellow
Assoc. Prof. J. Krajňáková and her future career plans, as an independent researcher (or group leader)
at universities or as a R&D sector expert, will greatly benefit for the updated skills in molecular biology as well
as from the lectures / practical training in management and pedagogic skills provided by the MENDELU Brno.
The research area of the CONEMDE project is important for the Europe and, therefore, also her career plans
are quite feasible. The research group will be headed by prof. Havel from MENDELU Brno (Czech Republic),
in collaboration with dr. Reinöhl (polar auxin transport), doc. Kizek (heavy metals), prof. Häggman, Finland
(zygotic and somatic embryogenesis of conifers) and prof. Vianello, Italy (bioenergetics).
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
35
CONEMDE – Vývoj zygotických
Projekt a somatických embryí jehličnanů – od základního
výzkumu k praktické aplikaci
Ústav biologie rostlin,
Hostitelská instituce Agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně
Školitel prof. RNDr. Ladislav
Havel, CSc.
Ekonomicky udržitelné klonální lesnictví založené na pěstování elitních klonů lesních dřevin stejně jako nové
lesnické biotechnologie předpokládají využití efektivního systému masového vegetativního rozmnožování,
které umožní produkci vysoce kvalitních klonů získaných ze somatických embryí se specifickými
charakteristikami. Projekt CONEMDE je zaměřen na studium zygotické embryogeneze jehličnanů, které
povede k vytvoření protokolu masové produkce jedle bělokoré (Abies alba) a smrku ztepilého (Picea abies)
nebo k zapojení se do tradičních šlechtitelských programů či namnožení dřevin pro specifické oblasti.
Obecnými výstupy projektu budou rozšíření znalostí o zygotické embryogenezi jehličnanu a efektivní
protokoly pro somatickou embryogenezi.
Cíle projektu bude dosaženo porovnáním zygotické a somatické embrogeneze na morfologické, biochemické
a molekulární úrovni, na což naváže komplexní statistická analýza a modelování, které pomůže k rozpoznání
specifických vlastností a znaků, které vedou k efektivní somatické embryogenezi. Zahrnuto je testování
efektů iontu těžkých kovů a studium vlivu polárního transportu auxinu na vývoj zygotických a somatických
embryí různými analytickými a molekulárními metodami včetně analýz energetického stavu sledovaných
buněk. Tento přístup tedy představuje nový způsob studia rostlin, u nichž se nevyskytují mutantní genotypy.
Vědecká pracovnice doc. RNDr. Jana Krajňáková, CSc. a její budoucí profesní plány jako nezávislé výzkumné
pracovnice (nebo vedoucí skupiny) na univerzitách nebo jako experta v R&D sektoru budou vysoce profitovat
z prohloubených znalostí v molekulární biologii stejně jako z lekcí / praktického tréninku managementu
a pedagogických schopností zajišťovaných MENDELU Brno. Vědecká oblast projektu CONEMDE má
celoevropský význam a proto jsou také uvedené profesní plány doc. Krajňákové uskutečnitelné. Výzkumná
skupina bude vedena prof. Havlem z MENDELU Brno, v úzké spolupráci s dr. Reinöhlem (polární transport
auxinu), doc. Kizkem (těžké kovy), prof. Häggman, Finsko (zygotická a somatická embryogeneze jehličnanů)
a prof. Vianellem, Itálie (bioenergetika).
doc. RNDr. Jana KRAJŇÁKOVÁ, Ph.D. CONEMDE
36
Ing. Miroslava Krzyžánková, Dr. rer. nat.
SARCOMBAT – Cellular and
Project molecular responses induced by combined
application of differentiating and antiangiogenic
agents in sarcoma cell lines
Department of Experimental
Host institution Biology, Faculty of Science, Masaryk University
Person in charge doc. RNDr. Renáta Veselská, Ph.D., M.Sc
The main aim of the project is in vitro study of the possibilities to modulate antineoplastic effect of all-trans
retinoic acid (ATRA) by combined application of inhibitors of 5-lipoxygenase (LOX) and cyclooxygenase-2
(COX) or of dihydroxyvitamin D3 on sarcoma cell lines. These compounds are used in pediatric oncology
as a part of COMBAT metronomic protocol (= combined oral maintenance biodifferentiating and
antiangiogenic therapy) in patients with relapsed solid tumors. Related in vitro study on cell lines derived from
neurogenic tumors demonstrated a synergic effect of combined application of ATRA and LOX/COX inhibitors.
The proposed project should continue this research on other type of high-risk solid tumors in children –
on sarcomas. Established osteosarcoma and rhabdomyosarcoma cell lines previously derived in the host
Laboratory of Tumor Biology and Genetics should be used for this study. The effect of combined application
of ATRA and LOX/COX inhibitors or dihydroxyvitamin D3 will be evaluated on both cellular level (differences
in the proliferation, migration, cell cycle and apoptosis) and molecular level (changes in gene expression).
A special attention should be paid to the intracellular metabolism of ATRA; these changes should be assessed
indirectly by detection of the cellular retinoic acid binding proteins (CRABPs).
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
37
SARCOMBAT – Buněčné a molekulární
Projekt změny u sarkomových buněčných linií indukované
kombinovaným působením diferenciačních
a antiangiogenních látek
Laboratoř nádorové
Hostitelská instituce biologie a genetiky, Ústav experimentální biologie,
Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity
Školitelka doc. RNDr. Renáta
Veselská, Ph.D., M.Sc.
Hlavním cílem projektu je studie mechanismů kombinovaného působení vybraných látek s antineoplastickým
účinkem (kyselina all-trans retinová, ATRA; inhibitory LOX/COX; dihydroxyvitamín D3), která bude
provedena in vitro na sarkomových buněčných liniích. Uvedené látky jsou klinicky využívány v dětské
onkologii, mimo jiné i v rámci léčebného protokolu COMBAT (combined oral maintenance biodifferentiating
and antiangiogenic therapy) pro léčbu pacientů se solidními nádory dětského věku, u nichž došlo k relapsu
onemocnění. Následná studie in vitro na buněčných liniích neurogenních nádorů prokázala synergický efekt
kombinované aplikace ATRA a LOX/COX inhibitorů. Předkládaný projekt je pokračováním tohoto výzkumu
na dalším typu solidních nádorů vysokého rizika – na sarkomech. Studie bude prováděna na buněčných
liniích derivovaných ze sarkomů kostí (osteosarkom) i měkkých tkání (rhabdomyosarkom). Vliv kombinované
aplikace ATRA a LOX/COX inhibitorů, resp. dihydroxyvitamínu D3 bude hodnocen jednak na buněčné úrovni
(změny buněčné morfologie, proliferační aktivity, buněčného cyklu, schopnosti migrace, indukce apoptózy),
jednak na úrovni molekulární (změny genové exprese). Pozornost bude rovněž věnována intracelulárnímu
metabolismu ATRA, jehož změny budou hodnoceny prostřednictvím detekce proteinů CRABP (cellular
retinoic acid binding protein).
Ing. Miroslava Krzyžánková, Dr. rer. nat.
SARCOMBAT
38
Mgr. Jana Křenková Ph.D.
NanoBioSep – Nanoparticle
Project modified monolithic supports for bioanalysis
Host institution Chemistry of the AS CR
Person in charge Institute
of Analytical
Ing. František
Foret, CSc.
The proposed project responds to the requirements for the development of new methodology
and instrumentation in bioanalytical chemistry. The research will be focused on the application
of nanotechnology and miniaturization in analyses of biopolymers such as peptides, proteins and
oligosaccharides. For example, the well-controlled syntheses of metal and metal oxide nanoparticles will
be developed and synthesized nanoparticles will be utilized for the preparation of new types of polymeric
sorbents. The morphology and composition of nanomaterials as well as the nanomaterial/biopolymer
interactions will be investigated. The developed technologies will be converted into the miniaturized format
in order to prepare a basic platform for fully automated and inexpensive systems suitable for analyses
of complex biological samples.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
39
NanoBioSep – Nanočásticemi
Projekt modifikované monolitické materiály pro
bioanalýzu
Hostitelská instituce chemie AV ČR
Školitel Ústav
Ing. František
analytické
Foret, CSc.
Navrhovaný projekt reaguje na požadavky vývoje nových technik a instrumentace v bioanalytické chemii.
Výzkum bude zaměřen na využití nanotechnologií a miniaturizace v analýze biopolymerů jako jsou peptidy,
proteiny a oligosacharidy. V rámci projektu budou například vyvinuty nové postupy pro syntézy nanočástic
kovů a oxidů kovů, které budou využity pro přípravu nových typů polymerních sorbentů. Důraz bude
kladen na charakterizaci morfologie a složení připravených nanomateriálů a rovněž na studium interakcí
připravených nanomateriálů s biopolymery. Vyvinutá technologie bude převedena do miniaturizovaného
formátu za účelem připravit plně automatizované systémy vhodné pro analýzy komplexních biologických
vzorků.
Mgr. Jana Křenková Ph.D. NanoBioSep
40
Nagendra Prasad Kurumbang, Ph.D.
SYNTBIO – Construction of Bacterial
Project Strain Degrading Anthropogenic Compound using
Techniques of Enzyme Engineering and Synthetic
Biology
Loschmidt laboratories,
Host institution Department of Experimental Biology, Faculty of Science,
Masaryk University
Person in charge prof. Mgr. Jiří
Damborský, Dr.
Anthropogenically generated substrates introduced into the biosphere by humans since the Industrial
Revolution are often recalcitrant and persist in the environment because microorganisms have not had
sufficient time to evolve enzymes capable of catalyzing their conversion. 1,2,3-trichloropropane (TCP)
is an anthropogenic compound, which can cause a serious health threat. The TCP is a very stable and
recalcitrant chemical retaining over decades in ground water. To address this problem, enzymatic treatment is
possible by developing or improving natural enzymes capable of its degradation. We will engineer haloalkane
dehalogenase and other associated enzymes for efficient degradation of this chemical. A catabolic cassette
will be constructed, using optimized promoter and the engineered enzymes capable for efficient degradation
of TCP. Then the catabolic cassette will be incorporated in a native and an engineered bacterial host
so as to ease their direct application for treatment of ground water pollutants. Engineered host-constructs
will be verified by monitoring its capacity to degrade TCP in a continuous flow bioreactor. The constructs
will serve as the examples of the microorganisms constructed by protein engineering and synthetic biology,
applicable in the cleanup of water contaminated by an anthropogenic compound.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
41
SYNTBIO – Konstrukce
Projekt bakteriálního kmenu degradujícího antropogenní
sloučeniny technikou enzymového inženýrství
a syntetické biologie
Loschmidtovy
Hostitelská instituce laboratoře, Ústav experimentální biologie,
Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita
Školitel prof. Mgr. Jiří
Damborský, Dr.
Antropogenní sloučeniny vytvářené a uvolňované do biosféry lidmi již od dob průmyslové revoluce, jsou často
odolné a přetrvávají v životním prostředí, protože mikroorganismy neměly dostatek času vyvinout enzymy,
schopné katalyzovat jejich přeměnu. 1, 2, 3trichlorpropan (TCP) je antropogenní sloučenina, která může
způsobit vážné zdravotní problémy. TCP je velmi stabilní a perzistentní sloučenina, přetrvávající po desetiletí
v podzemní vodě. Řešením tohoto problému může být design a konstrukce modifikovaných enzymů
schopných rozkládat TCP. V rámci projektu budeme konstruovat halogenalkandehalogenázu a další příbuzné
enzymy pro účinné odbourávání této látky. Katabolická kazeta bude vytvořena s využitím optimalizovaných
promotorů a modifikovaných enzymů, schopných pro účinné odbourávání TCP. Katabolická kazeta bude
následně vnesena do přirozených a geneticky modifikovaných hostitelských bakterií, které mohou být snadno
aplikovány do podzemní vody. Úspěšná konstrukce hostitelské bakterie bude ověřena sledováním jejich
schopnosti degradovat TCP v kontinuálním bioreaktoru. Tyto konstrukty poskytnou příklad mikroorganismů,
vytvořených proteinovým inženýrstvím a syntetickou biologií použitelných k čištění vody kontaminované
antropogenními sloučeninami.
Nagendra Prasad Kurumbang, Ph.D. SYNTBIO
42
Dr. Sergiy KYRYLENKO
METASTEM – Metabolic signaling
Project and energy homeostasis in human embryonic
stem cells
Department of biology,
Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University
Person in charge prof. Ing. Petr Dvořák, CSc.
Current Proposal offers substantial progress in understanding how maintenance of pluripotency in hESC
depends on energy homeostasis. Our research goal is to investigate effects of cellular metabolic parameters
on maintaining undifferentiated status of hESCs. Our practical goal is to work out defined metabolic
conditions which deliver promoting effects on maintaining undifferentiated status of hESCs, as present
cultivation technologies do not allow for reliable stable propagation of xenobiotic-free medical grade
hESCs. Our principal hypothesis is: energy homeostasis along with metabolic signaling defines, or at least
gives very substantial impact on overall cellular signaling cascades in hESC. Our working hypothesis is:
hESCs use glycolysis to obtain their energy. Cells shift their metabolism towards oxidative phosphorylation
upon differentiation. We assume that metabolism is gradually shifted towards oxidative phosphorylation
also in cells going through a phenomenon of culture adaptation. This implies that by interventions
directed towards keeping energy homeostasis in hESC at glycolytic state we will achieve promoting effects
on maintenance of their pluripotency. The research goals will be achieved through systematic investigation
of main metabolic parameters, in particular intracellular and extracellular NAD+, NADH and their ratio,
ATP, lactate, ROS, Plasma Membrane Electron Transport along with cell surface oxygen consumption, etc.
in hESC at low, middle and high passage numbers and in their differentiated counterparts. The hypotheses
will be confirmed by purposely modifying certain metabolic parameters and investigating phenotypical
consequences of such interventions. It was agreed with the host Institution that the Applicant will establish
his own research group and build up close collaborative subprojects with research institutions in Finland,
Germany, Ukraine etc. based on his own already established connections.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
43
METASTEM – Metabolická
Projekt signalizace a energetická homeostáze u lidských
embryonálních kmenových buněk
Biologický ústav,
Hostitelská instituce Lékařská fakulta, Masarykova univerzita
Školitel prof. Ing. Petr
Dvořák, CSc.
Aktuální návrh nabízí podstatný pokrok v pochopení, jak se energetická homeostáza podílí na udržení
pluripotence u lidských embryonálních kmenových buněk (hESC). Cílem našeho výzkumu je prozkoumat vliv
buněčných metabolických parametrů na udržování nediferencovaného stavu u hESC.
Praktickou částí práce je experimentálně definovat metabolické parametry, které mají podpůrný vliv
na udržení nediferencovaného stavu hESC, jelikož současné kultivační technologie nepostačují dlouhodobé
propagaci xeno-free hESC určených pro využití v klinické medicíně. Naše hlavní hypotéza je: Energetická
homeostáza spolu s metabolickou signalizací definuje, nebo alespoň podstatně ovlivňuje, celkové buněčné
signální kaskády u hESC. Naše pracovní hypotéza je: hESC získávají energii glykolýzou. Buňky v průběhu
diferenciace mění metabolismus z glykolýzy na oxidativní fosforylaci. Předpokládáme, že metabolismus se
postupně mění na oxidativní fosforylaci také v buňkách procházejících fenoménem adaptace na kultivační
prostředí. To znamená, že intervencemi zaměřenými k udržení energetického metabolismu u hESC ve formě
glykolýzy dosáhneme podpory pluripotence. Výzkumných cílů bude dosaženo prostřednictvím systematického
zkoumání hlavních metabolických parametrů, zejména intracelulárního a extracelulárního NAD+, NADH
a jejich vzájemného poměru, ATP, laktátu, ROS, systému transportu elektronů přes plasmatickou membránu,
spolu se spotřebou kyslíku na buněčném povrchu, atd. u nízkých, středních a vysokých pasáží hESC a jejich
diferencovaných protějšků. Hypotézy budou potvrzeny záměrnými změnami některých metabolických
parametrů a prozkoumáním fenotypových následků těchto zásahů. Bylo dohodnuto s hostitelskou institucí,
že žadatel si založí vlastní výzkumnou skupinu a vybuduje úzkou spolupráci ve formě subprojektů s výzkumnými
institucemi ve Finsku, Německu, Ukrajině atd. na základě svých vlastních, již navázaných kontaktů.
Dr. Sergiy KYRYLENKO METASTEM
44
Albano Carlo Meli, Ph.D.
CARDIOSTEM – Reprogramming
Project of human skin fibroblasts into functional
cardiomyocytes – insights into molecular pathology
of genetic cardiac diseases
Department of Biology,
Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University
Person in charge prof. Ing. Petr
Dvořák, CSc.
Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a leading cause of mortality in developed countries. The majority
of HCM-related gene mutations affect the heart cell’s contractile unit, the sarcomere, causing the heart
to become enlarged and dysfunctional. While much is known about primary causes of HCM, little
is understood about the signaling events initiated by the mutant sarcomere. Studies using animal models
have established potential signaling pathways that may contribute towards cardiac pathology. Proteins that
regulate sarcoplasmic reticulum (SR) calcium release and re-uptake, such as ryanodine receptor/calcium
release channel (cardiac RyR2), SR calcium-ATPase, phospholamban or sodium/calcium exchanger, are being
modified in HCM. This suggests that calcium-related pathological mechanisms precede the impaired cardiac
contractility and may serve as potential targets of pharmacological intervention. Due to lack of a suitable
model, molecular pathology of abnormal calcium handling in HCM has never been investigated in human
cardiomyocytes. Reprogramming of skin fibroblasts from patients that harbor cardiovascular disease-related
mutations currently sparks special interest for getting insight into the underlying mechanisms of human
cardiovascular diseases. In this project, patient skin biopsies will be used to derive HCM-specific human
induced pluripotent stem cells (HCM-hiPSCs) and to develop human cardiovascular disease model.
We hypothesize that cardiomyocytes derived from HCM-hiPSCs represent an excellent model for investigation
of molecular mechanisms of intracellular calcium handling. We hypothesize that stabilization of the cardiac
RyR2 by calcium channel stabilizers may prevent the hypertrophic response. In this way, we assume that drugs
that can prevent these molecular calcium-related events might be good candidates for treating manifestation
of the disease in individuals with sarcomere protein gene mutations.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
45
CARDIOSTEM – Reprogramace
Projekt lidských kožních fibroblastů do funkčních
kardiomyocytů – výzkum molekulární patologie
geneticky podmíněných srdečních onemocnění
Biologický ústav,
Hostitelská instituce Lékařská fakulta Masarykovy univerzity
Školitel prof. Ing. Petr
Dvořák, CSc.
Hypertrofické kardiomyopatie (HCM) jsou nejčastější ne-ischemickou kardiální příčinou úmrtí ve vyspělých
zemích. Nejčastějším důvodem HCM jsou genové mutace, projevující se na úrovni kontraktilní jednotky
srdeční buňky – sarkomery. Srdce se postupně zvětšuje a ztrácí svoji funkci. Zatímco o primárních příčinách
HCM existuje hodně studií, o signálních molekulárně biologických dráhách existuje pouze malá evidence,
související se změnami sarkomery. Studie využívající zvířecích modelů ukazují potenciální signální dráhy,
které mohou přispět k vzniku srdeční patologie. Bílkoviny, které regulují vypouštění a znovuzachycení vápníku
sarkoplazmatickým retikulem (SR) jsou například ryanodinové kanály (calcium release channel), srdeční
RyR2, SR-Calcium ATPasy, phospholamban nebo sodíko-vápníkové pumpy. U těchto a dalších bílkovin se při
HCM částečně mění jejich funkce. To naznačuje, že s vápníkem spojené patologické mechanismy předcházejí
postižení srdeční kontraktility a mohou sloužit jako potenciální cíle farmakologického zásahu. Vzhledem
k nepřítomnosti vhodného modelu nebyla doposud molekulární patologie abnormálního nakládání s vápníkem
při HCM u lidských kardiomyocytuů zkoumána. Reprogramování kožních fibroplastů (generování lidských
indukovaných pluripotentních kmenových buněk hiPSCs) od pacientů nesoucích mutace HCM, dává nyní
možnost získání náhledu do základních mechanismů onemocnění. V rámci tohoto projektu podstoupí pacient
kožní biopsii a získané fibroblasty budou použity k derivování HCM–specifických hiPSCs. To umožní rozvíjet
lidský model kardiovaskulárního onemocnění. Předpokládáme, že kardiomyocyty z hiPSCs-HCM představují
vynikající model pro studium molekulárních mechanismů nakládání s vápníkem. Naší hypotézou je, že
stabilizace srdečního receptoru RyR2 a tím i stabilizace kalciových kanálů, může zabránit hypertrofickému
vývoji srdeční svaloviny. Léky, které mohou zabránit popsaným změnám nakládání s vápníkem, by mohly
být vhodnými kandidáty pro léčbu onemocnění u jedinců s mutací genu pro proteiny sarkomery. Projekt tak
výrazně přispěje k chápání etiologie onemocnění srdce způsobených HCM.
Albano Carlo Meli, Ph.D. CARDIOSTEM
46
Archana Mishra, Ph.D.
WNT MEMBRANE – Department
Project of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk
University
Function-oriented
Host institution plasma membrane proteomic profiling of Chronic
Lymphocytic Leukemia (CLL)
Person in charge Mgr. Vítězslav
Bryja, Ph.D.
In this proposal we aim to identify the plasma membrane (PM) and associated proteins involved specifically
in B-cells of patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) and not in the healthy B-cells. The alterations
occurring at the PM at the CLL cells will be further explored on molecular and functional level. To gain
insights into comprehensive membrane protein changes during CLL, we plan to perform a comparative
proteomic analysis using two proteomic methods – quantitative proteomics of plasma membrane and
immunoprecipitation coupled to mass-spectrometry (IP/MS) of selected membrane proteins related
to the WNT pathway (Ror1, Celsr1, Vangl2 and Frizzleds). Plasma membranes of B-cells from healthy/non
P progressive/progressive patients or from cells stimulated with extracellular stimuli (with Wnt, chemokine
or both) will be analyzed. We presume that by using proteomic approach we will be able to identify some
receptor and effector molecule bridging Wnt signaling pathway (canonical and Non-canonical) with CLL
disease progression. We believe that elucidating the profile of extracellular integral membrane proteins
on live cells will be vital for uncovering diagnostic disease biomarkers, therapeutic agents and drug receptor
candidates.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
47
WNT MEMBRANE – Proteomická
Projekt analýza plazmatické membrány chronické
lymfocytární leukémie
Ústav
Hostitelská instituce experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta
Masarykovy univerzity
Školitel Mgr. Vítězslav
Bryja, Ph.D.
V návrhu projektu se snažíme identifikovat proteiny plazmatické membrány (PM), asociované s B-buňkami
pacientů s chronickou lymfatickou leukémií (CLL), a nikoli se zdravými B-buňkami. Změny, které
nastanou na PM u CLL buňky, budou dále zkoumány na molekulární a funkční úrovni. Abychom získali
vhled do komplexních změn membránových proteinů v průběhu CLL, máme v plánu provést srovnávací
proteomické analýzy pomocí dvou proteomických metod - kvantitativní proteomiky plasmatické membrány
a imunoprecipitací následovanou hmotnostní spektrometrií (IP / MS) pro vybrané membránové proteiny
souvisejících s WNT dráhou (Ror1, Celsr1, Vangl2 a Frizzleds). Budou analyzovány plazmatické membrány
B-lymfocytů (i) od zdravých /indolentních /progresivní pacientů, a (ii) stimulovaných s extracelulárními
stimuly. Předpokládáme, že pomocí proteomiky budeme schopni identifikovat některé receptory a efektorové
molekuly, které propojí Wnt signální dráhu (kanonickou i nekanonickou) s progresí onemocnění CLL. Věříme,
že objasnění profilu extracelulární membránových proteinů bude mít zásadní význam pro popsání nových
biomarkerů CLL. Zároveň může být na membránové proteiny přímo cílena léčba.
Archana Mishra, Ph.D. WNT MEMBRANE
48
Dr. Alexander MOZALEV, Ph.D.
Project AnoNas – Synthesis of self-organized,
templated and surface-supported metal and metal-oxide nanostructures for being used
in advanced micro- and nanodevices
Host institution Department of Microelectronics,
The Faculty of Electrical Engineering and Communication,
Brno University of Technology
Person in charge doc. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.
The ever-increasing demand for microminiature high-performance electronic devices has motivated
re-searchers and industry to create and commercialise nanomaterials and nanotechnologies. A great
challenge for this project is to contribute to raising the quality of nanotechnologies in South Moravia
to the top-class-level. The project seeks the development of an electrochemistry-based conception involving
the preparation, characterization and application of one- and three-dimensional orderly nanostructured
materials (metals, semiconductors, dielectrics) with versatile, tailored morphologies, anchored
to various types of substrates, for diverse purposes. The methodology involves the synthesis of self-organized,
template-assisted and surface-supported nanostructured materials: refractory metals (e.g. Ta, Nb, Ti, W),
their oxides and nanocomposites. Smart anodizing of Al and other valve metals sputtered on a substrate
for forming porous and compact anodic films is used as a key step in the sequence of fabrication procedures
for endowing the nanostructures with a particular shape, density and homogeneous distribution order.
Related technologies are electro-, physical and chemical-vapor depositions, chemical and high temperature
treatments. The morphology, composition, physical and electrical properties of nanomaterials that are
to be developed will be investigated to get insight in the formation-structure-properties relationship
and determine the areas of their utilisation. Potential applications are as multifunctional layers for prospective
micro- and nanodevices: thin film sensors, capacitors and quantum-dot-based functional coatings
for biomedicine. The project will be a team work, under the auspices of the Laboratory of Microsensors
and Nanotechnology at Brno University of Technology, in cooperation with other national and international
research groups, institutions and leading manufacturers of electronic components and systems.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
49
AnoNas – Syntéza samouspořádaných,
Projekt maskou vytvořených a povrch zlepšujících nanostruktur
kovů a oxidů kovů pro využití v mikro- a nanosoučástkách
Ústav mikroelektrotechniky,
Hostitelská instituce Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií,
Vysoké učení technické v Brně
Školitel doc. Ing. Jaromír
Hubálek, Ph.D.
Stále rostoucí požadavky na vývoj miniaturních vysokovýkonných elektronických součástek motivuje
výzkumníky a průmysl vytvářet a komercionalizovat nanomateriály a nanotechnologie. Tento projekt je
velkou výzvou, jak zvýšit úroveň kvality nanotechnologií na Jižní Moravě na špičkovou úroveň. Projekt se
zabývá vývojem koncepce založené na elektrochemii zahrnující přípravu, charakterizaci a aplikace 1-, 2- a 3-D
uspořádaných nanostrukturovaných materiálů (kovů, polovodičů, dielektrik) s různými přizpůsobenými
morfologiemi, vázanými na různé typy substrátů pro rozličné účely. Metodika zahrnuje syntézu
nanostrukturovaných materiálů (1) samouspořádaných, (2) uspořádaných pomocí masky a (3) zlepšujících
povrch: oxidačně stabilní kovy (Ta, Nb, Ti, W), jejich oxidy a nanokompozity. Speciální jemná anodizace
hliníku a dalších usměrňujících kovů naprášených na substráty pro formování porézních a kompaktních filmů
je použita jako klíčový krok v sekvenci výrobních procedur pro tvorbu nanostruktur požadovaného tvaru,
hustoty a homogenního rozložení uspořádání. Míněnými technologiemi jsou elektro-fyzikální a chemickonapařovací depozice, chemické a vysokoteplotní modifikační procesy. Budou studovány morfologie, složení,
fyzikální a elektrické vlastnosti vyvinutých nanomateriálů, abychom nahlédli do vztahů mezi vytvářením,
strukturou a vlastnostmi, a určili oblasti využití. Z potenciálních aplikací jmenujme multifunkční vrstvy
pro budoucí mikro- a nanopřístroje: tenkovrstvé senzory, kondenzátory, mikrobaterie, funkcionalizované
povrchy a uspořádané kvantové tečky pro biomedicínu. Tento projekt je týmová práce pod záštitou Laboratoře
mikrosenzorů a nanotechnologií na VUT v Brně ve spolupráci s dalšími národními a mezinárodními týmy,
institucemi a vedoucími výrobci elektronických součástek a systémů.
Dr. Alexander MOZALEV, Ph.D. AnoNas
50
Ladislav NEJMAN, Ph.D.
EUP – Middle-Upper Palaeolithic
Project transition in Central Europe
Department
Host institution of Anthropology, Faculty of Science,
Masaryk University
Person in charge prof. PhDr. Jiří Svoboda, DrSc.
In order to comprehend the context and course of our own evolution, it is vital to collect and analyse data
pertaining to the economy, cultural practices and circumstances of the disappearance of Neanderthals,
the most recent and culturally sophisticated hominids, who were the bearers of a cultural system successful
for at least 230,000 years, but which ultimately proved unsuccessful. Explaining the existence and ultimate
demise of Neanderthals is also one of the central concerns in modern human evolutionary studies. A question
which has often been asked is whether Neanderthals were as complex cultural beings as our modern human
ancestors or whether they possessed a less complex culture. This research project focuses on studying hominid
economic lifeways and the environment of hominids (Neanderthals as well as H. sapiens) who lived in Central
Europe during the Middle-Upper Palaeolithic transition 50,000–30,000 years ago. More specifically, it will
focus on economic behaviour from an ecological perspective and environmental circumstances by conducting
interdisciplinary team studies of archaeological sites in South Moravia and adjoining regions from this period.
State-of-the-art scientific analytical techniques will be employed to analyze archaeological material in order
to improve our understanding of hominid lifeways during the Middle-Upper Palaeolithic transition, especially
its economic aspects, with the ultimate goal of unravelling the circumstances which led to the extinction
of Neanderthals.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
51
EUP – Přechod středního
Projekt a mladého paleolitu ve střední Evropě
Ústav antropologie,
Hostitelská instituce Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita
Školitel prof. PhDr. Jiří Svoboda,
DrSc.
Pro porozumění kontextu a průběhu našeho biologického vývoje je nezbytné analyzovat data vztahující
se k prehistorické ekonomice, kulturním zvykům a okolnostem vymizení kulturního systému, jehož
nositeli byli neandrtálci. Ti byli ve své adaptaci úspěšní a to po dobu nejméně 230 00 let, přesto se nakonec
celý jejich kulturní systém projevil jako neúspěšný. Vysvětlení existence a konečného zániku neandrtálců
je jedním z nejdůležitějších témat dnešních studií, zabývajících se vývojem člověka. Jednou z klíčových
otázek je, zda neandrtálci disponovali podobně složitou kulturou jako anatomicky moderní lidé, nebo byla
jejich kultura méně složitá. Tento výzkumný projekt se soustředí na studii ekonomického způsobu života
a životního prostředí těchto dvou hominidů (neandrtálců i Homo sapiens), kteří žili ve střední Evropě během
přechodu od středního paleolitu k mladému paleolitu, tj. před 50 000–30 000 lety. Projekt bude konkrétně
zaměřen na ekonomické chování v ekologických a environmentálních souvislostech. Budou provedeny
multidisciplinární týmové studie archeologických lokalit na jižní Moravě a v přilehlých oblastech. K analýze
archeologického materiálu budou použity nejnovější vědecké metody s cílem porozumět způsobům života
lidí během přechodného období od středního k mladému paleolitu a s přihlédnutím k jeho ekonomickým
aspektům. Konečným cílem je přiblížení okolností, které přispěly k vyhynutí neandrtálců.
Ladislav NEJMAN, Ph.D. EUP
52
Dr. Kamil PARUCH
NUCLANGS – Nucleoside
Project analogs with targeted biological activity
Chemistry Department,
Host institution Faculty of Science, Masaryk University
Person in charge doc. RNDr. Ctibor Mazal, CSc.
The project includes organic synthesis and biological evaluation of carbocyclic nucleoside analogs that
are envisioned to selectively modulate the activity of specific components of DNA-processing molecular
machinery (namely DNA polymerase alpha and ribonucleotide reductase). Combined with e.g. the selective
CHK1 inhibitor we developed recently, they might induce the synthetic lethal phenotype in cancer cells.
Also proposed is the synthesis of aza- and carbocyclic analogs of the DNA polymerase alpha inhibitor –
dehydroaltenusine. The overarching concept of the proposed research is finding novel agents that would
be useful in the treatment of cancer. The proposed research efforts will be part of a compact medicinal
chemistry program that will include several research groups located mainly in the newly built campus
of Masaryk University in Brno.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
53
NUCLANGS – Nukleosidové
Projekt analogy s cílenou biologickou aktivitou
Ústav chemie,
Hostitelská instituce Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita
Školitel doc. RNDr. Ctibor
Mazal, CSc.
Navržený projekt zahrnuje organickou syntézu a biologickou evaluaci karbocyklických nukleosidových
analogů, u kterých je očekáváno, že budou schopny selektivně modulovat aktivitu specifických
komponent systému, který řídí syntézu a opravu DNA (zejména DNA polymerázy alfa a ribonukleotidové
reduktázy). Pokud budou tyto sloučeniny podávány např. se selektivním inhibitorem CHK1 kinázy, který
jsme nedávno vyvinuli, mohlo by dojít k indukci synteticky letálního fenotypu v rakovinných buňkách.
Dále je navržena syntéza azaa karbocyklických analogů inhibitoru DNA polymerázy alfa – dehydroaltenusinu.
Hlavním nosným tématem navrženého projektu je identifikace nových sloučenin, které mohou být
použitelné pro moderní léčbu rakovinných onemocnění. Navržený projekt bude součástí kompaktního
medicinálně-chemického programu, který zahrnuje několik výzkumných skupin lokalizovaných převážně
v nově postaveném univerzitním kampusu MU Brno.
Dr. Kamil PARUCH NUCLANGS
54
Dr. Emil Parvanov
Prdm9 – Linking the histone
Project modifications and recombination
National Centre
Host institution for Biomolecular Research, CEITEC, The Central
European Institute of Technology, Faculty
of Science, Masaryk University
Person in charge Mgr. Lumír
Krejčí, Ph.D.
During the evolution of life, the sexually reproducing organisms took advantage over the asexually
reproducing organisms, due to the new combinations of genes in their offspring. The genetic variety in each
generation defines different features in each individual, which increases the chances for survival of the
population of organisms under the constantly changing conditions of the environment. The process, which
assures the re-distribution of the parental genes in the offspring, is named meiotic homologous recombination.
The meiotic homologous recombination is a process common to all eukaryotes, which on molecular level
assures proper segregation of homologous chromosomes in meiosis (specialized process by which germ cells
divide to produce gametes). The failure of the chromosomes to recombine leads to sterility, or in genetic
defects in the offspring. In humans and other mammals the recombination events are localized in tightly
defined 1-2kb genomic regions (hotspots), irregularly spaced along the genome and vary greatly in their
activity. The major protein players in recombination are well studied, uncovering the recombination on
molecular level. Less is known about the factors defining the location of recombination hotspots. Recent
research in the group of Dr. K. Paigen (The Jackson Lab) shows that the presence of CAST alleles of histone
methyl-transferase Prdm9 on Chr17 can either activate or suppress the activity of four individual hotspots
on mouse Chr 1. Study of another group on Psmb1 hotspot proved trans-regulation by factor mapped to the
same region on Chr 17, at the region of Prdm9. The goal of this proposal is to clone Prdm9 and characterize the
protein product of this factor; to find out its interactions with other recombination factors, which will identify
the remaining part of the system controlling the mammalian recombination.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
55
Prdm9 – Role proteinu Prdm9 při
Projekt modifikaci histonů a rekombinaci
Národní centrum
Hostitelská instituce pro výzkum biomolekul, CEITEC, Středoevropský
technologický institut, Přírodovědecká fakulta,
Masarykova univerzita
Školitel Mgr. Lumír
Krejčí, Ph.D.
V průběhu evolučního procesu přebíraly postupně pohlavně reprodukční organismy výhodu nad organismy
nepohlavně reprodukčními, a to vlivem nových kombinací genů v jejich potomcích. Genetická pestrost v každé
generaci definuje specifické rysy v každém jedinci, které zvyšují šanci na přežití populace organismů v situaci
nepřetržitě se měnících podmínek jejich prostředí. Proces, zajišťující redistribuci rodičovských genů na jejich
potomky, je nazýván meiotická homologní rekombinace. Meiotická homologní rekombinace je proces,
který je společný všem eukaryotním organizmům, zajišťující řádné oddělení homologních chromozomů
v meióze a obohacující genetickou rozmanitost vytvářením nových alelických kombinací v každé generaci.
U lidí a ostatních savců jsou rekombinační procesy lokalizovány v přesně definovaných oblastech genomu
(hotspoty) o velikosti 1-2 kilobazí, nepravidelně rozmístěných v genomu a značně se lišících v jejich aktivitě.
Klíčové rekombinační proteiny jsou intenzivně studovány, čímž je odkrývána podstata rekombinačních dějů
na molekulární úrovni. Poněkud méně je známo o faktorech definujících umístění zmiňovaných hotspotů.
Nedávný výzkum provedený ve skupině Dr. K. Paigena (Jacksonova laboratoř) ukazuje, že přítomnost CAST
alel histon methyl-transferázy Prdm9 na chromozomu 17, může jak aktivovat, tak potlačit aktivitu čtyř
jiných hotspotů na myším chromozomu 1. Studium Psmb1 hotspotu jinou skupinou poukazuje na transregulaci faktorem umístěným do stejného regionu na chromozomu 17, tedy do oblasti odpovídající Prdm9.
Cílem tohoto návrhu je naklonování Prdm9, charakterizace jeho bílkovinného produktu a prozkoumání
jeho interakcí s ostatními rekombinačními faktory, což povede k určení zbývající části systémového řízení
rekombinace u savců.
Dr. Emil Parvanov Prdm9
56
RNDr. Martin PLESCH, Ph.D.
PAQIT – Physical Aspects
Project of Quantum Information Theory
Highly Parallel
Host institution and Distributed Computing Systems,
Faculty of Informatics, Masaryk University
Person in charge prof. RNDr. Jozef Gruska, DrSc.
Quantum theory, originally formulated in the first half of 20th century, is one of the basic pillars of modern
physics. Over the last decades physicists and information scientists were attracted by the potential
usage of quantum systems in the information processing. Within this project, we would like to foster
the interdisciplinary cooperation within this area between the Institute of Physics, Slovak Academy
of Sciences in Bratislava on one side and the Faculty of Informatics, Masaryk University in Brno on the other
side. During the two years research stay (from September 2010 till August 2012) I would like to gain
and formulate new views on existing open problems in Quantum Information Theory from a common
physical-information-scientific perspective, as well as find new interesting problems and contribute
to their solutions. Focus will be given to quantum algorithms and their optimization, role of errors, noise
and decoherence and possible ways of defeating them in experiments. Joint publications, as well as long
lasting cooperation shall be the main outcomes of the project. Also the continuation of common organization
on the conference CEQIP, which takes place every spring in one of the Czech (mostly South Moravian) historic
cities, will have a direct impact into the further development of the region. During my stay, I plan to take
part in the teaching process at the University by offering lectures and seminars on QIT for Bachelor and
Master students, as well as tutoring of Master and PhD. students. In cooperation with the Faculty of Science
MU and Prof. Tomáš Tyc, shall take part on popularizing activities. In particular, I would like to enhance
to interest of high schools in South Moravian Region into the Young Physicists’ Tournament and introduce
International Junior Science Olympiad into elementary schools in the region and the whole Czech Republic.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
57
PAQIT – Fyzikální aspekty
Projekt kvantové teorie informace
Vysoce
Hostitelská instituce paralelní a distribuované výpočetní systémy,
Fakulta informatiky, Masarykova univerzita
Školitel prof. RNDr. Jozef
Gruska, DrSc.
Kvantová teorie, jejíž počátky spadají do první poloviny 20. století, je jedním ze základních pilířů moderní
fyziky. Fyzikové a informatici byli v posledních desetiletích inspirováni potenciálním využitím kvantových
systémů pro výpočetní účely. Cílem tohoto projektu je dále rozvíjet spolupráci mezi Fyzikálním ústavem
Slovenské akademie věd v Bratislavě a Fakultou informatiky Masarykovy univerzity v Brně. Během dvouletého
výzkumného pobytu (od září 2010 do srpna 2012) bych chtěl ze společné fyzikálně-informatické perspektivy
dospět k novým pohledům na v současnosti známé otevřené problémy kvantové teorie informace, jakož i najít
nové problémy a přispět k jejich řešení. Zaměřit se chci zejména na kvantové algoritmy a jejich optimalizaci,
na roli chyb, šumu a dekoherence v kvantových experimentech a možné způsoby boje proti nim. Hlavními
výsledky projektu by měly být společné publikace a dlouhotrvající spolupráce. Pokračování společné
organizace workshopu CEQIP, který se každé jaro koná v jednom z českých (obvykle jihomoravských)
historických měst, bude mít přímý dopad na další rozvoj regionu. Během svého pobytu mám v úmyslu
účastnit se výukového procesu na univerzitě formou přednášek a seminářů o kvantové teorii informace (QIT)
pro bakalářské a magisterské studenty a také vedením diplomových a disertačních prací. Rovněž se budu
ve spolupráci s Přírodovědeckou fakultou a zejména s prof. Tomášem Tycem zapojovat do popularizačních
aktivit. Zejména bych rád zvýšil zájem jihomoravských středních škol o Turnaj mladých fyziků a uvedl
Mezinárodní olympiádu mladých vědců do základních škol v Jihomoravském kraji a v celé České republice.
RNDr. Martin PLESCH, Ph.D. PAQIT
58
Shakti Prasad Rath, Ph.D.
DETONATION – Discriminative
Project training of speaker-normalized models
for automatic speech recognition
Department of Computer
Host institution Graphics and Multimedia, Faculty of Information
Technology, Brno University of Technology
Person in charge doc. Dr. Ing. Jan Černocký
The proposed project deals with automatic speech recognition. It builds on the applicant’s experience
with speaker normalization in speech recognition and on the experience of [email protected] group with acoustic
modeling and discriminative training in speech recognition. It proposes an investigation of discriminative
training of speaker normalized models allowing for building more accurate speech recognition
systems that are more adapted to the target user. Particular attention will be devoted to the application
of discriminatively trained speaker adaptations in recently proposed sub-space acoustic modeling of speech.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
59
DETONATION – Diskriminativní
Projekt trénování modelů normalizovaných na mluvčího pro automatické rozpoznávání řeči
Ústav počítačové
Hostitelská instituce grafiky a multimédií, Fakulta informačních
technologií, Vysoké učení technické v Brně
Školitel doc. Dr. Ing. Jan
Černocký
Navrhovaný projekt se zabývá automatickým rozpoznáváním řeči. Je postaven na žadatelových zkušenostech
s normalizací na mluvčího v rozpoznávání řeči a na zkušenostech skupiny [email protected] s akustickým
modelováním a diskriminativním trénováním v rozpoznávání řeči. Projekt se bude zabývat výzkumem
disktriminativního trénování modelů normalizovaných na mluvčího, které umožní vyvinout přesnější
systémy pro rozpoznávání řeči s pokročilou adaptací na cílové uživatele. Zvláštní pozornost bude věnována
aplikaci diskriminativně trénovaným adaptacím na mluvčího v případě sub-space modelování řeči.
Shakti Prasad RATH, Ph.D. DETONATION
60
RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D.
ED-MALE-TOX – Environmental
Project endocrine disruptors and male fertility:
mechanisms and toxic effects
RECETOX, Faculty
Host institution of Science, Masaryk University
Person in charge doc. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D.
The environmental compounds interfering with natural hormone functions, termed endocrine disruptors,
are widely discussed as one of possible causes of the worldwide issue in the last decades: the impairment
of male reproductive health. The aim of this project is to bring new knowledge about effects of environmental
compounds on male fertility using in vitro models. This project represents an interdisciplinary approach
integrating in vitro toxicology, analytical and environmental chemistry and reflects up-to-date knowledge
of current research. The research findings will help to better understand the multiple effects of endocrine
disruptors on male fertility and their cellular and molecular mechanisms of action and will contribute
to the discussions of environmental quality standards and public health.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
61
ED-MALE-TOX – Endokrinní
Projekt disruptory v životním prostředí a samčí neplodnost:
mechanismy působení a toxické efekty
RECETOX,
Hostitelská instituce Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity
Školitel doc. RNDr. Luděk
Bláha, Ph.D.
Látky vyskytující se v životním prostředí a ovlivňující působení přirozených hormonů, tzv. endokrinní
disruptory, se zdají být jedním z rizikových faktorů, který se podílí na celosvětovém snížení reprodukčního
potenciálu samců. Cílem tohoto projektu práce bude přinést nové informace o účincích endokrinních
disruptorů přítomných ve vzorcích odebraných ze životního prostředí na samčí plodnost s využitím in vitro
modelů. Projekt je interdisciplinární a při svém řešení využívá nástroje a znalosti z oblastí in vitro toxikologie,
analytické a environmentální chemie a je postaven na nejnovějších vědeckých poznatcích. Výsledky této
studie napomohou pochopit složitost působení těchto látek a identifikovat jejich mechanismy působení
a přispějí k diskuzi o kvalitě životního prostředí a zdraví lidí.
RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D. ED-MALE-TOX
62
Yuh-Man Sun, Ph.D.
NEURALDEVESTEM – Elucidating the
Project role and molecular mechanism of Neuronatin (NNAT)
in neural induction in human embryonic stem cells
Department of Biology,
Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University
Person in charge prof. Ing. Petr Dvořák, CSc.
How is our brain formed? This question attracts huge attention not only from developmental biologists,
but also from the biomedical field for harnessing therapeutic interventions to treat brain-related diseases.
The first step of the formation of our central nervous system (CNS) is called neural induction [or development
of neural stem cells (NSC)]. The general conception of neural induction is by default. The default mechanism
postulates that in the absence of an extrinsic inhibitory force (i.e. BMP signalling), ectodermal cells
automatically adopt neural fate. To date, default or not default, that remains a question. The emerging
consensus in the mechanism underling neural induction is a combination force by inhibiting BMP pathway
and activating FGF/Erk pathway, which acts extrinsically via either autocrine or paracrine manners. Since
the seminal experiment carried out by Spemann and Mangold in 1924, the general concept is that neural
induction is solely decided by extrinsic forces. Do intrinsic forces exist? Do they have a decisive influence
on neural induction? These questions need to be answered. We have recently identified a novel intrinsic factor,
Neuronatin (Nnat), which acts as a neural initiator in mouse embryonic stem (ES) cells and also promotes
the neural fate in Xenopus embryos (Lin et al, submitted). This project is further to elucidate the role and
the mechanism of NNAT in neural induction in human ES cells. This project will shed light on the complex
networks that regulate neural specification in human ES (hES) cells and may provide paradigms for the
derivation of more homogenous NSC cells from induced pluripotent stem (iPS) cells for stem cell replacement
therapy.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
63
NEURALDEVESTEM – Objasnění
Projekt role a molekulárního mechanismu působení
Neuronatinu (NNAT) v neurální indukci lidských
embryonálních kmenových buněk
Hostitelská instituce Lékařská fakulta MU
Školitel Biologický
prof. Ing. Petr
ústav,
Dvořák, CSc.
Jak je vytvářen mozek? Tato otázka láká nejen vývojové biology, ale i oblast biomedicíny, která se zabývá
vývojem terapeutických přístupů k léčbě onemocnění spjatých s mozkem. Prvním krokem vývoje centrální
nervové soustavy je neurální indukce, resp. vývoj neurálních kmenových buněk (NSC – neural stem cells).
Obecná koncepce neurální indukce předpokládá, že při nepřítomnosti vnějších inhibitorů (např. BMP
signálování) ektodermální buňky automaticky nastupují neurální diferenciaci. Dodnes se vlastně neví, zda
to platí. Objevují se však stále nové důkazy poukazující na to, že k navození neurální indukce nestačí pouze
inhibovat BMP signálování, ale musí být i aktivována FGF/Erk dráha, jež pak působí autokrinně či parakrinně.
Prvotní experimenty Spemanna a Mangoldové z roku 1924 ukazují, že neurální indukce je řízena vnějšími
faktory. Existují však i nějaké faktory vnitřní? Mají na neurální indukci rozhodující vliv? Na tyto otázky
musíme nalézt odpověď. Naše skupina nedávno objevila nový vnitřní regulátor Neuronatin (Nnat), který
u myších embryonálních kmenových (ES – embryonic stem) buněk zahajuje neurální indukci a také podporuje
neuralizaci u embryí Xenopus. Tento projekt si klade za cíl objasnění úlohy a mechanismu působení NNAT
při neurální indukci lidských ES buněk. Odhalení mechanismu neurální specifikace tak pomůže získat čistší
a lépe definovanou populaci NSC z indukovaných pluripotentních (iPS – induced pluripotent stem) buněk,
které jsou úzce spjaty s terapiemi využívajícími kmenové buňky.
Yuh-Man Sun, Ph.D. NEURALDEVESTEM
64
RNDr. Mario Špírek, Ph.D.
HR51RK – Rapid kinetics
Project of human recombinational machinery
Department of Biology,
Host institution Faculty of Medicine, Masaryk University
Person in charge Mgr. Lumír
Krejčí, Ph.D.
The repair of damaged DNA is vital for the maintenance of genome integrity. One of the mechanisms
to restore continuity of DNA is homologous recombination with Brca2 protein being among the key players
in this mechanism. Mutations in this gene represent the cause of a significant portion of familial breast
cancers and confer an increased risk of ovarian, pancreatic, and prostate cancer. Moreover, the inactivation
of BRCA2 gene function can also result in the cancer prone-syndrome Fanconi anemia underscoring
the relevance of our choice for its detailed study, yet the molecular function of Brca2 protein remains
poorly understood. BRCA2 likely exerts its tumor suppressor function by enhancing the efficiency of the
homology-directed repair of damaged DNA. In this project, the aim is to characterize the level of quality
control of Rad51 mediated reactions. This includes the recombination mediator function of BRCA2 and details
of the clearing Rad51 polymers by Recq5 helicase and thus to define the molecular basis for these functions.
To achieve research goals, rapid kinetics study of different domains of BRCA2 will be carried out in relation
to stabilization or destabilization of Rad51 self-assemblation into an extended polymer on single-stranded
DNA. Moreover, the molecular mechanisms of the RecQ5 suppression of the recombination will be tested
using rapid kinetic studies with respect to protecting activity of Brca2 on Rad51 filaments. By deciphering
the functional significance of these interactions, we will be able to rationalize how BRCA2 functions
in the genome instability and breast cancer. It is possible that the components of BRCA2 pathway might also
be direct targets of tumorigenesis and dissecting BRCA2 pathway should reveal such targets.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
65
HR51RK – Rychlá kinetika lidské
Projekt rekombinační mašinerie
Hostitelská instituce Masarykovy univerzity
Školitel Mgr. Lumír
Biologický
ústav,
Krejčí, Ph.D.
Oprava poškozené DNA je životně důležitá pro udržení integrity genomu. Jeden z mechanizmů obnovy
kontinuity DNA je homologická rekombinace, kde je Brca2 protein jeden z klíčových hráčů tohoto
mechanizmu. Mutace v tomto genu představují příčinu významné části rakoviny prsu, dědičnou v rodině
a zvyšuje riziko rakoviny ovarií, pankreatu a prostaty. Dále inaktivace funkce BRCA2 genu může vyústit
v syndrom náchylnosti k rakovině Fanconiho anemii, zdůrazňujíc relevanci našeho výběru pro jeho detailní
studium, a navíc molekulární funkce Brca2 proteinu zůstává slabě pochopena. BRCA2 pravděpodobně
uplatňuje jeho tumor supresivní funkci zvyšováním účinnosti homologií-řízenou opravou poškozené DNA.
V tomto projektu je cílem charakterizovat úroveň kvalitativní kontroly Rad51 zprostředkovaných reakcí.
Toto zahrnuje rekombinačně mediátorovou funkci BRCA2 a detaily vyčištění Rad51 polymeru účinkem
Recq5 helikázy, a tak definovat molekulární základy těchto funkcí. Pro dosáhnutí výzkumných cílu bude
uskutečněno studium rychlé kinetiky různých domén BRCA2 ve vztahu ku stabilizaci či destabilizaci Rad51
samo-složení do prodloužených polymerů na jedno-vláknové DNA. Nadto, molekulární mechanizmy Recq5
suprese rekombinace budou testovány použitím studia rychlé kinetiky ve vztahu k ochranné aktivitě Brca2
na Rad51 filamenty. Dešifrováním funkční důležitosti těchto interakcí budeme schopni racionalizovat, jak
BRCA2 funguje v genomové nestabilitě a rakoviny prsu. Je taky možné, že komponenty BRCA2 dráhy by mohly
být přímé cíle pro tumorigenezu, a tedy rozpitvání BRCA2 cesty by odhalilo tyto terče.
RNDr. Mario Špírek, Ph.D. HR51RK
66
Arman Taghavi-Chabert, Ph.D.
HigherDimTwistors –
Project Higher-dimensional twistor theory in the language
of parabolic geometries
Department of mathematics
Host institution and Statistics, Faculty of Science, Masaryk University
Person in charge prof. RNDr. Jan Slovák, DrSc.
The main goal of the project is to expand the already existing strong interdisciplinary research on the
borderline of Differential Geometry, Representation Theory, and Mathematical Physics at the Masaryk
University. The expertise of Dr. Arman Taghavi-Chabert, coming from the famous Penrose group of Oxford,
matches perfectly recent achievements and current projects of the research group around Professor Jan
Slovák, with direct links to Rikard von Unge‘s and Tomáš Tyc‘s groups in Physics. More explicitly, the newly
established theory of parabolic geometries (Jan Slovák and collaborators) seems to be great machinery for
applications in twistor theory (the so called BGG machinery) and Dr. A. Taghavi-Chabert will bring a unique
opportunity for common proceedings in this direction. In particular, the proposal will build on three distinct
aspects of twistor theory. The first of these will be a complete classification of almost optical structures
in even dimensions, Lorentzian analogues of almost hermitian structures, and a comprehensive study of their
geometric and curvature properties. Examples will be provided, especially in the context of Einstein‘s field
equations. On a different line, one will develop a twistor model for non-abelian Yang-Mills gerbe theory in six
dimensions, which will be of great interest to string theorists. Ultimately, a gerbe-like Penrose-Ward transform
will be constructed in this setting. Finally, a third strand will focus on conformal Killing spinors of higher
valence and their geometric prolongation.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
67
HigherDimTwistors –
Projekt Vícerozměrná twistorová teorie v jazyku
parabolických geometrií
Ústav matematiky
Hostitelská instituce a statistiky, Přírodovědecká fakulta Masarykovy
univerzity
Školitel prof. RNDr. Jan Slovák,
DrSc.
Hlavním cílem projektu je rozšířit na Masarykově univerzitě již existující silně interdisciplinární výzkum
na rozhraní diferenciální geometrie, teorie reprezentací a matematické fyziky. Dr. Arman Taghavi-Chabert
přichází ze známé Penroseovy skupiny v Oxfordu a jeho expertíza výborně doplňuje nedávné výsledky a běžící
projekty skupiny badatelů kolem Jana Slováka, včetně přesahů ke skupinám Rikarda von Unge a Tomáše Tyce
ve fyzice. Přesněji řečeno, nedávno vytvořená teorie parabolických geometrií (Jan Slovák se spolupracovníky)
se zdá být výborným nástrojem ve twistorové teorii (zejména tzv. BGG kalkul) a Dr. Arman TaghaviChabert představuje skvělou příležitost pro spolupráci v tomto směru. Návrh projektu je založen právě
na třech různých aspektech twistorové teorie. Prvním je úplná klasifikace skoro optických struktur v sudých
dimensích, tj. Lorentzovských analogií hermiteovských struktur, a podrobné studium jejich křivostních
vlastností. Budou také vypracovány konkrétní příklady a to hlavně v kontextu Einsteinových rovnic pole.
Dalším směrem bude rozvoj twistorových modelů pro neabelovské Yangovy-Millsovy teorie gerbů v dimenzi
šest, které jsou velmi zajímavé z pohledu teorie strun. Cílem je vytvoření gerbové Penroseovy-Wardovy
transformace v tomto pojetí. Poslední, třetí směr se soustředí na konformní Killingovy spinory vyšších valencí
a jejich geometrická prodlužování.
Arman Taghavi-Chabert, Ph.D. HigherDimTwistors
68
prof. Ing. Edward TRIFONOV, Ph.D.
CHROMPLANT – Plant chromatin,
Project structure and fiction at single base resolution
Host institution Department of Experimental Biology, Faculty of Science, Masaryk University
Person in charge prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.
Recent developments in high throughput sequencing and sequence analyses make possible increasingly
detailed studies of chromatin. In particular, the first computer program has been developed in the Genome
Diversity Center, Haifa University, that allows to map the nucleosomes on the sequences with single base
resolution. This opens a unique possibility to study 3D structure and function of chromatin. Indeed, knowing
exact positions of the nucleosomes on the sequence, one can calculate from the lengths of the linkers between
the nucleosomes their mutual orientation and, hence, local architecture of chromatin. This is especially
important for chromatin that involves promoters, telomeres, centromeres, origins of replication etc. The project
is aimed to, specifically, plant chromatin studies. First, for computational generation of DNA bendability matrix
for plants (Arabidopsis to begin with) a large experimentally derived database of the nucleosome sequences
will be constructed in the laboratory of Prof. J. Fajkus (Masaryk Univ.) with whom we have a long standing
scientific collaboration. The nucleosome mapping procedure will be then developed, similar to currently used
program, available on public server. The 3D reconstruction of chromatin segments of interest on the basis
of the accurate nucleosome maps will be conducted by an original program under development in the Genome
Diversity Center. The standard architectural elements of plant chromatin will be revealed, for the first time
with high resolution, comparable to resolution of x-ray crystallography. The sequence-directed reconstruction
of the chromatin 3D structure will be possible for every segment of natural chromatin which cannot be done
by means of crystallography. Knowing the architecture of promoter chromatin one would be able to rationalize
interactions of promoters with transcription factors, their spatial distribution around promoters and details
of regulation of gene expression.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
69
CHROMPLANT – Rostlinný
Projekt chromatin, struktura a funkce s rozlišením
na jednu bázi
Hostitelská instituce Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita
Školitel prof. RNDr. Jiří
Fajkus, CSc.
Současný rozvoj velkokapacitního sekvenování a sekvenčních analýz umožňují stále detailnější studium
chromatinu. Konkrétně první počítačový program, který umožňuje na sekvencích DNA mapovat nukleozomy
s rozlišením jedné báze, byl vyvinut v Genome Diversity Center, Haifa University. To otvírá jedinečnou
možnost studovat trojrozměrnou strukturu a funkci chromatinu. Znalost přesných poloh nukleozomů
na sekvenci skutečně umožňuje vypočítat délky linkerů mezi nimi, jejich vzájemnou orientaci, a tudíž
lokální architekturu chromatinu. To je zvlášť důležité u chromatinu obsahujícího promotory, telomery,
centromery, počátky replikace atd. Tento projekt je specificky zaměřen na studium rostlinného chromatinu.
Nejprve bude kvůli počítačovému vytvoření matrice ohebnosti rostlinné DNA sestavena rozsáhlá databáze
experimentálně zjištěných sekvencí nukleozomů v laboratoři Jiřího Fajkuse (Masarykova Univerzita), s nímž
máme dlouholetou vědeckou spolupráci. Následně bude vyvinuta procedura mapování nukleozomů, podobná
programu používanému v současnosti, která bude k dispozici přes veřejně dostupný server. Prostorová
rekonstrukce zkoumaných chromatinových úseků na základě přesných nukleozomových map bude provedena
původním programem vyvíjeným v Genome Diversity Center. Standardní architektonické prvky rostlinného
chromatinu budou poprvé odhaleny s vysokým rozlišením srovnatelným s rentgenovou krystalografií.
Sekvenčně determinovaná rekonstrukce prostorové struktury chromatinu bude však možná pro každý
úsek přirozeného chromatinu, což nelze provést pomocí krystalografie. Znalost architektury chromatinu
promotorů umožní zdůvodnit interakce promotorů s transkripčními faktory, zjistit jejich prostorové rozložení
v okolí promotorů a detaily regulace genové exprese.
prof. Ing. Edward TRIFONOV, Ph.D. CHROMPLANT
70
doc. Mgr. Ivaylo ZHIVKOV, Ph.D.
OPTIMOLEL – Optimisation
Project of thin film deposition for the molecular electronic
devices
Institute Of Physical
Host institution And Applied Chemistry, Faculty of Chemistry,
Brno University of Technology
Person in charge doc. Ing. Martin Weiter, Ph.D.
Project is targeted to the development of technology for preparation of organic electronic devices such
as organic solar cells, plastic lighting devices, sensors, detectors and other electronic elements. The function
of these devices is based on thin active organic layers. These organic (e.g. polymer) layers are usually very
thin (below 1 micrometer) and can be prepared by cheap mass production procedures such as printing.
Therefore the organic electronic devices can be very cheap and thus able to compete to their standard
inorganic counterpart (silicon solar cells, classic lighting devices etc.).
The main scientific and technological reason to carry out the research proposed is the necessity to improve
and develop the methods for organic thin film deposition and investigation to get application level.
One of the main problems to solve is the quality and reproducibility of the organic films for electronic
application, the stability and the long lifetime of the devices produced. The socio-economic reason
for carrying out this investigation is the great demand of new energy sources and effective lighting devices
(construction of low-cost and environmentally friendly solar cells and light emitting displays).
The research proposed aimed to improve the thin film preparation by optimization of existing thin film
deposition techniques (spin and deep coating, electrophoretic deposition) and introduction a novel techniques
as spray deposition. It is expecting that the usage of the novel spray deposition techniques will accelerate
the commercial usage of the organic semiconductors. It is also expected that the researcher’s experience
in the field of electrical measurement and data acquisition and control will contribute the development
the methods for materials characterization.
SoMoPro International Contribution to South Moravian science
71
OPTIMOLEL – Optimalizace
Projekt depozice tenkých vrstev pro molekulární
elektronické přístroje
Ústav fyzikální
Hostitelská instituce a spotřební chemie, Fakulta chemická,
Vysoké učení technické v Brně
Školitel doc. Ing. Martin
Weiter, Ph.D.
Projekt je zaměřen na vývoj technologie pro přípravu organických elektronických zařízení, jako jsou
organické solární články, plastové osvětlovací zařízení, senzory, detektory a další elektronické zařízení.
Funkce těchto zařízení je založena na aktivní organické vrstvě. Tyto organické (například polymerní) vrstvy
jsou obvykle velmi tenké (pod 1 mikrometr) a mohou být připraveny metodami velkosériové produkce jakou
je například tisk. Proto organická elektronická zařízení mohu být velmi levná a tak konkurenceschopná svým
standardním anorganickým protějškům.
Hlavní odborným a technologickým důvodem pro realizaci projektu je potřeba zlepšení a vývoje metod
pro depozici a charakterizaci organických materiálů s cílem dosáhnout aplikační úrovně. Jedním z hlavních
problémů k řešení je kvalita a reprodukovatelnost organických tenkých vrstev pro elektronické aplikace,
stabilita a životnost vyráběných zařízení. Mezi socioekonomické důvody pro realizaci projektu patří velká
poptávka po nových zdrojích energie a efektivních zdrojích světla, jaké představují organické solární články
a plastová osvětlovací zařízení s nízkou výrobní cenou a příznivé k životnímu prostředí.
Předkládaný projekt zahrnuje spolupráci mezi chemicky orientovanou hostitelskou organizací a fyzikálně
a inženýrsky orientovaným hostujícím vědcem. Navrhovaný výzkum je zaměřen na zlepšení technologie
přípravy tenkých vrstev za pomocí optimalizace stávajících depozičních technik (rotační nanášení, namáčení,
elektroforetická depozice) a zavedení nové techniky sprejového nanášení. Očekáváme, že využití nové
depoziční techniky urychlí komerční použití organických polovodičů. Rovněž očekáváme, že zkušenosti
výzkumníka v oblasti elektrických měření a sběru dat přispějí k vývoji metod pro charakterizaci materiálů.
doc. Mgr. Ivaylo ZHIVKOV, Ph.D. OPTIMOLEL
72
On a horizon… Na co se těšíme…
In 2012 and 2013 another two calls for proposals will be open within our follow-up project SoMoPro. In total,
we plan to fund another 26 projects of distinguished incoming and reintegrating Czech researchers coming to
Southmoravian research institutions.
More information is available on our website: http://jcmm.cz/en/somopro.html
We are looking forward to our future fellows!
The SoMoPro Team
V roce 2012 a 2013 budou v rámci pokračování programu SoMoPro otevřeny dvě výzvy. V jejich průběhu
plánujeme podpořit dalších 26 projektů vynikajících zahraničních a reintegrujících se českých výzkumníků,
přicházejících na jihomoravské výzkumné instituce.
Více informací naleznete na našich stránkách: http://jcmm.cz/cz/somopro.html
Těšíme se na naše nové podpořené výzkumníky!
SoMoPro tým
South Moravian Programme
for Distinguished Researchers
Programme of the Region of South Moravia –
co-funded by Marie Curie Actions
Jihomoravský program
pro špičkové vědce
Program Jihomoravského kraje
kofinancovaný akcemi Marie Curie.
The South Moravian Centre for International Mobility
Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu
Mezírka 1 | 602 00 Brno
PHONE 00420 541 211 043 | FAX 00420 541 211 033
www.jcmm.cz
Download

Brožura je ke stažení zde