Izotopová laboratoř

Kontakty
Vedoucí skupiny: 
Jaroslav Nisler
Areál: 
Krč
Adresa: 
Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4
E-mail: 
nisleratueb [dot] cas [dot] cz
Tel.: 
+420 241 062 485

Oblasti výzkumu laboratoře

  1. Syntéza a studium derivátů močoviny vykazujících aktivitu na potlačení stresu u rostlin
  1. Syntéza cytokininů, včetně značení izotopem 3H ve specifických polohách řetězce
  1. Zakázková syntéza látek značených izotopem 3H a/nebo 14C
  1. Syntéza a studium derivátů purinu, pyrimidinu a dalších heterocyklů s cytotoxickou a protinádorovou aktivitou
  1. Studium kořenového systému vybraných rostlin k čištění vody
  1. Analýza a přeměna látek pomocí radiostopovací metody v rostlinách a živočiších
  1. Analýza a studium působení těžkých kovů a/nebo metaloidů na rostlinné hyperakumulátory
  1. Chemické biologie a supramolekulární chemie derivátů triterpenoidů

Jednotlivé oblasti výzkumu

1. Syntéza a studium derivátů močoviny vykazujících aktivitu na potlačení stresu u rostlin

Schopnost kontrolovat obsah rostlinného hormonu cytokininu je metodou jak zlepšit rostlinnou produkci. Cytokinin oxidáza / dehydrogenáza (CKX) je v procesu hlavním faktorem metabolizujícím cytokinin. Zde je popsána série difenylmočovinových derivátů jako inhibitorů CKX. Výsledky výzkumu ukazují, že kontrolou obsahu cytokininu pomocí CKX inhibitorů pozitivně ovlivňuje růst rostlin.

Látka MTU ze skupiny difenylmočovinových derivátů bude firmou Intracop využívána jako biostimulant, který zvyšuje využití dusíku rostlinami a zvyšuje odolnost vůči stresům a výnos.

Publikace: DOI, IF: 6,992

Patenty: v roce 2020, 2019, 2016.

2. Syntéza cytokininů, včetně značení izotopem 3H ve specifických polohách řetězce

3. Zakázková syntéza látek značených izotopem 3H a/nebo 14C

4. Syntéza a studium derivátů purinu, pyrimidinu a dalších heterocyklů s cytotoxickou a protinádorovou aktivitou
Tento výzkumný program laboratoře je zaměřen především na malé molekuly, které regulují cyklus buněčného dělení, proliferaci a růst rostlinných i živočišných buněk. K nejintenzivněji studovaným sloučeninám patří zejména cytokininy a od cytokininů odvozené purinové inhibitory cyklin-dependentních kináz. Zástupce posledně jmenovaného, roskovitin (CYC202, seliciclib), již prochází klinickými zkouškami fáze II u pacientů jako nový protirakovinný lék držený společností Cyclacel Ltd.

Publikace: DOI, IF: 6,992

Patenty: v roce 2019, 2018.

5. Studium kořenového systému vybraných rostlin k čištění vody

Odpadní voda (OV) je voda, jejíž kvalita byla zhoršena lidskou činností. V rámci čištění směsi OV z domácností a dešťových srážek lze použít alternativní čistírny OV s modifikovaným sekundárním stupněm čištění. V sekundárním stupni jsou využity kořenové filtry, které daly jméno celému procesu a dnes tzv. kořenové čistírny (kČOV) nalezneme v různých technologických provedeních. Konkrétně kvůli způsobu přivádění OV na filtry rozlišujeme horizontální a vertikální modifikaci. Během čištění probíhají procesy, při nichž se z OV odstraňují organické látky a chemická znečištění dusíkatými a fosfor-obsahujícími látkami (N, P). Dříve byly rozšířené kČOV pouze s horizontálními filtry, samostatně vykazující poměrně nízkou účinnost odstranění zátěžových látek. Na horizontálních filtrech vznikají anoxické až anaerobní podmínky a proto probíhají procesy denitrifikace a mineralizace dusíkatých látek, zprostředkované zejména bakteriemi a houbami. Na novějších, vertikálních poli, kde kvůli odlišnému směru průtoku OV vzniká aerobní prostředí, probíhá i nitrifikace a tím zvýšení odstranění dusíkatých sloučenin. Takto kombinované systémy kČOV vykazují lepší čistící vlastnosti pro dusíkaté látky a nezhoršují úroveň odstranění P. V tomto projektu se snažíme především o zvýšení účinnosti odstranění P tak, aby z čistírny odcházející OV obsahovalo co nejméně P a nezvyšovala tak eutrofizaci povrchových vod.

Některé faktory, např. klimatické pochody způsobí výkyvy teplot, nebo vysoké srážky, které změní poměry látek N a P v OV, proto mohou působit značně rozdílně na rostliny. Rostliny, které mají funkční detoxikační procesy, lépe odolají stresu, lépe prospívají a přijímají tak více živin z OV. Proto je třeba všechny tyto faktory komplexně studovat pro lepší pochopení biochemických dějů a možnosti cílené manipulace biologického systému alternativních ČOV.

Cílem tohoto projektu je ověření literárních údajů, které v mnoha případech neudávají data o vegetačních fázích rostlin, způsobu hospodaření s rostlinnou biomasou na filtračních polích, data o přitékajících koncentracích jednotlivých živin a speciálně P. Dalším cílem je ověření využití ekologického materiálu, tzv. biouhlu, k podpoře dalšího snížení koncentrace P v odtékající vodě z alternativních ČOV.

Výzkum probíhá s podporou AV ČR a Pardubického kraje v rámci regionální spolupráce. Dále spolupracujeme se Střední průmyslovou školou elektrotechnickou, Pardubice, kde bylo vypracováno studentský projekt na vylepšení automatizace řízení tohoto systému.

Řešitelé: Mgr. Sándor Forczek, PhD. (ÚEB AV ČR), dr. Josef Holík (ÚEB AV ČR)

Pracovníky: Mgr. Karel Bartoš (ÚEB AV ČR, Univerzita Karlova v Praze - Katedra analytické chemie), Klára Veselá (Univerzita Karlova v Praze - Katedra analytické chemie)

Na projektu spolupracuje: Ing. Martin Vlasák (Odbor životního prostředí a zemědělství Pardubického kraje), Miroslav Krčil, DIS. (člen Rady Pardubického kraje zodpovědný za venkov, životní prostředí a zemědělství), Ing. Miroslav Jirka (Střední průmyslová škola elektrotechnická a Vyšší odborná škola Pardubice), Ing. Vladimír Kašpar (Střední průmyslová škola elektrotechnická a Vyšší odborná škola Pardubice)

6. Analýza a přeměna látek pomocí radiostopovací metody v rostlinách a živočiších
Publikace:

7. Analýza a studium působení těžkých kovů a/nebo metaloidů na rostlinné hyperakumulátory
Existují kapradiny, které tolerují vysoké koncentrace As v půdě a hyperakumulují tento metaloid v listech. Kromě Pteris vittata, u kterého byly podrobně studovány vlastnosti související s As a molekulární determinanty, byla hyperakumulace As zjištěna také u Pteris cretica. V souvislosti s tím jsme zkoumali hyperakumulační znaky As u dvou kultivarů P. cretica, Parkerii a Albo-lineata. Kultivary byly pěstovány v půdách s přídavkem anorganického arzeničnanu (iAsV) v dávkách 20, 100 a 250 mg·kg-1. Na rozdíl od Parkerii bylo potvrzeno, že Albo-lineata je As tolerantní a hyperakumuluje As. Tento kultivar na půdě s dávkou 250 mg iAsV kg-1 akumuloval až 1,3 g As kg-1 DW kořenů a 6,4 g As kg-1 DW listů. U obou kultivarů, speciační analýzy ukázaly, že organoarsenové formy a vazba s fytochelatiny a jinými proteinovými ligandy, nehrály tak významnou roli v biologii As. U kultivaru Parkerii byla iAsV dominantní formou As, zejména v kořenech. Naopak u kultivaru Albo-lineata byla většina As v kořenech a listech převedena na iAsIII. Tato forma byla výrazně akumulována v listech kultivaru Parkerii rostoucího na As kontaminované půdě. Vzhledem k roli, kterou mohou mít iAsV reduktáza ACR2 a iAsIII transportér ACR3 při manipulaci s iAs, jsme izolovali u kultivaru Albo-lineata geny PcACR2 a PcACR3, které úzce souvisejí s P. vittata geny PvACR2 a PvACR3. Analýza genové exprese v listech Albo-lineata odhalila, že transkripce PcACR2 a PcACR3 významně reagovala na dávky As (až 6,5- a 45-násobné zvýšení hladin transkriptu ve srovnání s kontrolními půdními podmínkami, v tomto pořadí). Testy tolerance a absorpce v kvasinkách ukázaly, že PcACR mohou doplňovat odpovídající As citlivé mutace, což ukazuje, že PcACR2 a PcACR3 kódují funkční proteiny, které mohou mít roli v iAsV redukci (PcACR2) a iAsIII membránovém transportu (PcACR3) v As-hyperakumulujícím kultivaru Albo-lineata.
Publikace: DOI, DOI,

8. Chemické biologie a supramolekulární chemie derivátů triterpenoidů

Rakovinné kmenové buňky tvoří sub-populaci rakovinných buněk a vykazují zvýšenou aktivitu faktorů způsobujících vznik rakoviny a rovněž mají rozhodující podíl na neúspěšné léčbě této choroby. Podle fenotypu vykazují rakovinné kmenové buňky významné molekulární a funkční odlišnosti, čímž se odůvodňuje jejich resistence k současným metodám léčby. Tyto kmenové rakovinné buňky jsou schopné roznášet rakovinné bujení po celém organismu. Díky tomu vzniká akutní potřeba vývoje nových typů léčiv odolných proti rychlému metabolismu účinkem těchto rakovinných kmenových buněk. Jelikož není jednoduché zacílit přímo na rakovinné kmenové buňky, studované látky jsou nejprve podrobeny obecným testům na cytotoxicitu, antimikrobiální a antivirovou aktivitu. Pouze perspektivní látky s vysokou účinností jsou studovány podrobněji.

Některé vhodné deriváty triterpenoidů, zejména jejich amidy či jiné typy derivátů s polyaminy, heterocyklickými dusíkatými sloučeninami či aminokyselinami se mohou stát vhodnými kandidáty pro deaktivaci rakovinných buněk, včetně kmenových. Jelikož již bylo prokázáno, že některé z těchto triterpenoidních derivátů jsou schopné tvořit nano-molekulární struktury za různých podmínek, mnohdy makrospopicky pozorovatelné jako organogely, hydrogely či xerogely, zapojili jsme i supramolekulární systémy při studiu cytotoxických struktur. Naším úkolem je vývoj nových potenciálních léčiv a jiných farmakologicky významných sloučenin, zejména proti významným onemocněním a závažným chorobám, jakož i cílený transport biologicky aktivních látek k odpovídajícím receptorům a pokusit se vyvinout typy sloučenin se selektivními účinky k rakovinným buňkám, patogenním mikroorganismům či virům. Studium zahrnuje také značení pomocí vybraných isotopů či koordinaci solí isotopů vhodných kovů, např. 64Cu2+.

Když se připravená nanostruktura, odvozená od porfyrinu, vystaví redukčnímu prostředí, štěpení disulfidové vazby usnadní rozrušení nanostruktury, způsobí uvolnění porfyrinu a betulinové kyseliny a obnoví fotoaktivitu porfyrinu. Studie na buňkách in vitro potvrdily, že nanostruktura, odvozená od porfyrinu, vykazuje významnou fototoxicitu na buňky rakoviny prsu (4T1).

Özdemir et al. (2021) Dyes and Pigments 190, 109307.

Amidy betulinové kyseliny s o- a m-pikolylaminy 3a a 3b vykazují vysokou cytotoxicitu. Látka 3b vykazuje hodnotu IC50 v testech na buňky lidského melanomu (G361) v rozmezí IC50 = 0.5 ± 0.1 mM, s terapeutickým indexem TI = 100. Oba amidy vykazují vysokou cytotoxicitu i na buňky adenokarcinomu prsu (MCF7).

Bildziukevich et al. (2018) Eur. J. Med. Chem. 145, 41-50.

Supramolekulární samoskladba cíleně připravených konjugátů oleanolové kyseliny se sperminem s využitím 1,2,3-triazolového můstku ukazují schopnost těchto amfifilních sloučenin podléhat spontánní tvorbě gelů v organických rozpouštědlech i ve vodném prostředí. Forma vytvořených nanostruktur se mění s časem.

Özdemir et al. (2021) Langmuir 37, 2693-2706.

Özdemir et al. (2022) ACS Appl Nano Mater 5, 3799-3810.
Sdílený výzkum:
University of Chemistry and Technology in Prague (www.vscht.cz)
Spolupráce:
Professor Erkki T. Kolehmainen, University of Jyväskylä, Jyväskylä, Finland (www.jyu.fi)
Professor Nonappa, Aalto University, Espoo, Finland (www.aalto.fi)
Professor Juyoung Yoon, Ewha Womans University, Seoul, Republic of Korea (http://of2m.ewha.ac.kr)
Dr. David Šaman, Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Czech Academy of Sciences (www.uochb.cz)
Prof. Miroslav Strnad, Palacký University, Olomouc, Czech Republic (www.upol.cz)
Prof. Miroslav Šlouf, Institute of Macromolecular Chemistry, Czech Academy of Sciences (www.umch.cas.cz)
Dr. Marie Sajfrtová, Institute of Chemical Process Fundamentals, Czech Academy of Sciences (www.icpf.cas.cz)

Přístrojové vybavení IL

  • Radiosyntéza
  • Radioanalytika
  • HPLC
  • GC
  • Kultivace rostlin, řas
  • Testování látek
Pracovníci: 

vedoucí skupiny
vědecký asistent

vedoucí vědecký pracovník

vědecký pracovník

odborný pracovník

doktorand

Publikace: 
Počet publikací: 188

2017

English English