1. Synthesis and investigation of urea derivatives with activity on suppressing plant stress

2. Synthesis of cytokinins, including labeling with ³H in specific carbon centers

3. Custom synthesis of compounds labeled with ³H and/or ¹⁴C

4. Synthesis and investigation of derivatives of purine, pyrimidine and other heterocycles with cytotoxic and anti-tumor activity

5. Investigation of root system of selected plants in water purification

6. Analysis and transformations of compounds by radiotracer methods in plants and animals

7. Analysis and investigation of effect of heavy metals and/or metaloids on plant hyperaccumulators

8. Chemical biology and supramolecular chemistry of triterpenoid derivatives

Description of individual fields of work:

1. Synthesis and investigation of urea derivatives with activity on suppressing plant stress

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.

Publication: DOI, IF: 6,992

2. Synthesis of cytokinins, including labeling with ³H in specific carbon centers

3. Custom synthesis of compounds labeled with ³H and/or ¹⁴C

4. Synthesis and investigation of derivatives of purine, pyrimidine and other heterocycles with cytotoxic and anti-tumor activity

Publications: DOI, IF: 6,992

5. Investigation of root system of selected plants in water purification

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. Analysis and transformations of compounds by radiotracer methods in plants and animals

7. Analysis and investigation of effect of heavy metals and/or metaloids on plant hyperaccumulators

8. Chemical biology and supramolecular chemistry of triterpenoid derivatives

Cancer stem cells represent a sub-population of cancer cells showing increasing activity of factors resulting in appearance of cancer. They represent mostly a key reason of unsuccessful treatment of this disease. Cancer stem cells show important molecular and functional differences based on their phenotypes. Cancer stem cells are capable of spreading the cancer in the organism. These findings clearly indicate an increasing need for designing novel types of compounds with a potential against rapid metabolism in the organism caused by cancer stem cells. Because targeting the cancer stem cells directly is difficult, the studied compounds are subjected to the cytotoxicity screening tests, and antimicrobial and antiviral activity tests. The only compounds with exceptional effectiveness are subjected to more detailed investigation.

A number of convenient triterpenoid derivatives, namely their amides and other types of derivatives with polyamines, heterocyclic nitrogen-containing compounds or amino acids often show potential to become convenient candidates for cancer cell treatment, including cancer stem cell treatment. Because number of triterpenoid derivatives display supramolecular characteristics under different environmental conditions, we have focused attention on these systems during investigation of potentially cytotoxic compounds. Supramolecular systems may often be seen on a macroscopic level as organogels, hydrogels or xerogels affecting the cytotoxicity of the studied compounds. The main objective of the investigation is designing novel triterpenoid-based biologically active compounds, potentially applicable in treatment of important ailments, with sufficient selectivity of their effects. Those studies include targeted transportation of the biologically active compounds to the target sites. The studies also include convenient radioisotope labeling or coordination of convenient metal salts, e.g. ⁶⁴Cu(II).

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

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

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

Özdemir et al. (2022) ACS Appl Nano Mater 5, 3799-3810.