Náš výzkum zahrnuje použití technik založených na hmotnostní spektrometrii k provádění metabolomické a proteomické analýzy různých biologických vzorků. Zabýváme se vývojem a aplikací metod kapalinové chromatografie a kapilární elektroforézy ve spojení s hmotnostní speoktrometrií (LC–MS, CE–MS) pro důkladnou charakterizaci a kvantifikaci komplexních lipidů (lipidom), polárních metabolitů (metabolom), různých exogenních sloučenin jako například složky potravin a léčiva (exposom) a proteinů (proteom). Zaměřujeme se také na zdokonalení zpracování dat, statistické metody a vizualizaci omics dat.

Úspěšně jsme integrovali metody LC–MS pro cílenou a necílenou analýzu lipidů, polárních metabolitů a sloučenin exposomu (LIMeX) pro různé typy vzorků a používáme je pro studie zaměřené na kardiovaskulární onemocnění, diabetes 2. typu, lipogenezi, cirkadiánní rytmy a adherenci k medikamentózní léčbě.

Zkoumáme také proteom lidských zubů a slin a jejich spojitost se zubním kazem. Dále se zabýváme analýzou proteomického složení patologických tkání u onemocnění clubfoot (pes equinovarus, noha kososvislá) a mechanismy remodelace stěny plicních artérií během rozvoje plicní hypertenze. Jsou studovány rovněž posttranslační modifikace proteinů probíhající při stárnutí i chorobách organismu.

PhD Program 2021 - Témata

1. Metabolomika biologických systémů pomocí hmotnostní spektrometrie

Necílené metabolomické metody se zaměřují na analýzu všech detekovatelných metabolitů ve vzorku, včetně doposud neidentifikovaných metabolitů. Kapalinová chromatografie ve spojení s hmotnostní spektrometrií (LC-MS) je nejčastěji používanou technikou v metabolomice umožňující účinnou separaci a detekci širokého spektra metabolitů. Až 80 % všech detekovaných signálů z necílené metabolomické analýzy představují neidentifikované metabolity. Tato překážka tak brání smysluplným interpretacím v biomedicínském a biologickém výzkumu. Disertační práce bude zaměřena na (i) zvýšení pokrytí spektrálních knihoven používaných pro anotaci metabolitů, (ii) aplikaci programů pro predikci „neznámých“ metabolitů a (iii) aplikaci programů pro vizualizaci a interpretaci dat získaných v rámci metabolomických studií (např. diabetes mellitus, cirkadiánní rytmy). Práce bude realizována na Fyziologickém ústavu AV ČR, v.v.i. a finančně zajištěna projekty GAČR, MŠMT a AZV.

Školitel: T. Čajka (tomas.cajka@fgu.cas.cz)

2. Kapalinová chromatografie s hmotnostní spektrometrií pro metabolomické a lipidomické studie 

Během posledního desetiletí se metabolomika a lipidomika využívající hmotnostní spektrometrii staly klíčovými disciplínami v analýze polárních metabolitů a komplexních lipidů v biologických systémech. Kapalinová chromatografie s hmotnostní spektrometrií (LC-MS) je nejčastěji používanou technikou v metabolomice a lipidomice umožňující účinnou separaci a detekci širokého spektra metabolitů. Stále však chybí dostatečné informace o složení metabolomu a lipidomu kapalných materiálů (plazma, sérum, moč) a různých tkání, které mohou být snadno dostupné a použitelné pro budoucí studie. Disertační práce bude zaměřena na (i) slučování cílených a necílených metabolomických a lipidomických metod, (ii) standardizaci metod a (iii) zvýšení rozsahu a pokrytí metod pro metabolomické a lipidomické studie (např. diabetes mellitus, cirkadiánní rytmy). Práce bude realizována na Fyziologickém ústavu AV ČR, v.v.i. a finančně zajištěna projekty GAČR, MŠMT a AZV.

Školitel: T. Čajka (tomas.cajka@fgu.cas.cz)

Hlavní směry výzkumu

• Jednoduché, rychlé a robustní metody pro projekty zaměřené na metabolomiku a proteomiku
• Zpracování, statistická analýza a vizualizace metabolomických dat
• Nové separační metody (LC–MS, kapilární elektromigrační techniky včetně CE–MS) pro fyziologický výzkum
• Metabolomika pro studium cirkadiánních rytmů
• Metabolomika a proteomika pro objevování nových biomarkerů lidského zdraví
• Prediktivní úloha proteomického složení zubů a slin v etiologii zubního kazu
• Analýza extracelulární hmoty: od proteinů po tkáňovou architekturu u idiopatického pes equinovarus (noha kososvislá)
• Mechanismy remodelace stěny plicních artérií během rozvoje plicní hypertenze
• Posttranslační modifikace proteinů v průběhu stárnutí i chorob (např. diabetes mellitus)

Aktuální projekty

Vodík-deuteriová výměna ve spojení s hmotnostní spektrometrií (HDX-MS) k identifikaci neznámých metabolitů detekovaných necílenou metabolomikou (21-00477S)

• Řešitel: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu

Identifikace faktorů ovlivňujících adherenci k farmakoterapii u pacientů s diabetem 2. typu s využitím necílené metabolomiky (NU20-01-00186)

• Řešitel: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu

Metabolomika 2.0: Komplexní analytické metody a bioinformatické nástroje pro studium cirkadiánních rytmů (LTAUSA19124)

• Řešitel: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu

Mapování cirkadiánního metabolomu mozku a periferních tkáních potkana během embryonálního a postnatálního vývoje (20-21114S)

• Řešitel: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu

Význam metabolizmu tukové tkáně pro náchylnost k obezitě: mechanizmy nezávislé na UCP1 (19-02411S)

• Člen týmu: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: J. Kopecký, oddělení Biologie tukové tkáně

Úloha epikardiální tukové tkáně, subklinického zánětu a nových lipidových signálních molekul při vzniku a rozvoji srdečního selhání (NV19-02-00118)

• Člen týmu: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: M. Haluzík, Institut klinické a experimentální medicíny; spoluřešitel: O. Kuda, oddělení Metabolismu bioaktivních lipidů

Změny transkriptomu během časného postnatálního vývoje u lidí: vliv porodní nezralosti na regulaci energetického metabolizmu (NU20-07-00026)

• Člen týmu: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: J. Kopecký, oddělení Biologie tukové tkáně

Tuková tkáň kostní dřeně jako nové specializované depo tukové tkáně a jeho význam v regulaci kostní homeostázy (20-03586S)

• Člen týmu: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: M. Tencerová, oddělení Molekulární fyziologie kosti

Studium metabolické flexibility tukové tkáně kostní dřeně u obezity (EFSD/Novo Nordisk Foundation Future Leaders Award)

• Člen týmu: T. Čajka, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: M. Tencerová, oddělení Molekulární fyziologie kosti

Afinitní kapilární elektrokinetické metody pro selektivní analýzu biopolymerů a metabolitů a pro studium jejich interakcí (20-03899S)

• Spoluřešitel: I. Mikšík, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: V. Kašička, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR

Bioartificiální kardiovaskulární záplaty a cévní náhrady na bázi porcinního kolagenu zesílené nano/mikrovlákny remodelované pomocí kmenových buněk v bioreaktorech (NV19-02-00068)

• Člen týmu: A. Eckhardt, oddělení Translačního metabolismu
• Řešitel: J. Pirk, Institut klinické a experimentální medicíny