Intranet Areál web

Fyziologický ústav AV ČR

Špičková věda pro zdraví

Translační metabolismus

Translační metabolismus Translační metabolismus: Překlenutí mezery mezi výzkumem a medicínou v metabolismu

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

Aktuální projekty

Úspěchy

The Power List 2018 -- The Fab Forty

Doc. Tomáš Čajka byl zařazen mezi čtyřicet nejlepších vědců do čtyřiceti let v oboru analytické chemie. Žebříček čtyřiceti nejúspěšnějších vědců byl publikován v říjnovém čísle časopisu The Analytical Scientist. Více

Cena za nejlepší poster na konferenci

MUDr. Tomáši Novotnému byla na světové ortopedické konferenci 40th World Orthopaedic Congerss, Muscat, Oman (2019, pořadatel: SICOT) za poster „Histological comparison of clubfoot deformity and Dupuytren's disease fibroproliferation“ udělena cena „The Lester Lowe Award“. Více

Publikace

Ujčíková; Hana - Hejnová; L. - Eckhardt; Adam - Roubalová; Lenka - Novotný; J. - Svoboda; Petr . Impact of three-month morphine withdrawal on rat brain cortex; hippocampus; striatum and cerebellum: proteomic and phosphoproteomic studies . Neurochemistry International. 2021; 144(Mar)); 104975 . IF = 3.921 [ASEP] [ doi ]
Sistilli; Gabriella - Kalendová; Veronika - Čajka; Tomáš - Irodenko; Ilaria - Bardová; Kristina - Oseeva; Marina - Žáček; P. - Kroupová; Petra - Horáková; Olga - Lackner; K. - Gastaldelli; A. - Kuda; Ondřej - Kopecký; Jan - Rossmeisl; Martin . Krill Oil Supplementation Reduces Exacerbated Hepatic Steatosis Induced by Thermoneutral Housing in Mice with Diet-Induced Obesity . Nutrients. 2021; 13(2)); 437 . IF = 5.717 [ASEP] [ doi ]
Novotný; T. - Eckhardt; Adam . Response to: "Quantity;" "Quality" and "Distribution Pattern" of Neo Vascular System: Is it the Time to Come Back to Aristotle Categories? . Journal of Pediatric Orthopaedics. 2021; 41(2); E199-E200 . IF = 2.324 [ASEP] [ doi ]
Morvan; Marine - Mikšík; Ivan . Recent Advances in Chiral Analysis of Proteins and Peptides . Separations. 2021; 8(8)); 112 . IF = 2.777 [ASEP] [ doi ]
Filová; Elena - Steinerová; Marie - Trávníčková; Martina - Knitlová; Jarmila - Musílková; Jana - Eckhardt; Adam - Hadraba; Daniel - Matějka; Roman - Pražák; Šimon - Štěpanovská; Jana - Kučerová; Johanka - Riedel; Tomáš - Brynda; Eduard - Lodererová; A. - Honsová; E. - Pirk; J. - Koňařík; M. - Bačáková; Lucie . Accelerated in vitro recellularization of decellularized porcine pericardium for cardiovascular grafts . Biomedical Materials. 2021; 16(2)); 025024 . IF = 3.715 [ASEP] [ doi ]
Brejchová; Kristýna - Radner; F. P. W. - Balas; L. - Palůchová; Veronika - Čajka; Tomáš - Chodounská; Hana - Kudová; Eva - Schratter; M. - Schreiber; R. - Durand; T. - Zechner; R. - Kuda; Ondřej . Distinct roles of adipose triglyceride lipase and hormone-sensitive lipase in the catabolism of triacylglycerol estolides . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2021; 118(2)); e2020999118 . IF = 11.205 [ASEP] [ doi ]
Vošahlíková; Miroslava - Roubalová; Lenka - Cechová; Kristína - Kaufman; Jonáš - Musil; Stanislav - Mikšík; Ivan - Alda; M. - Svoboda; Petr . Na+/K+-ATPase and lipid peroxidation in forebrain cortex and hippocampus of sleep-deprived rats treated with therapeutic lithium concentration for different periods of time . Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry. 2020; 102(Aug 30)); 109953 . IF = 5.067 [ASEP] [ doi ]
Vajrychová; M. - Stráník; J. - Pimková; K. - Barman; M. - Kukla; R. - Zedníková; Petra - Bolehovská; R. - Plíšková; L. - Hornychová; H. - Andrýs; C. - Tambor; V. - Lenčo; J. - Jacobsson; B. - Kacerovský; M. Comprehensive proteomic investigation of infectious and inflammatory changes in late preterm prelabour rupture of membranes . Scientific Reports. 2020; 10(1)); 17696 . IF = 4.379 [ASEP] [ doi ]
Ujčíková; Hana - Cechová; Kristína - Jágr; Michal - Roubalová; Lenka - Vošahlíková; Miroslava - Svoboda; Petr . Proteomic analysis of protein composition of rat hippocampus exposed to morphine for 10 days; comparison with animals after 20 days of morphine withdrawal . PLoS ONE. 2020; 15(4)); e0231721 . IF = 3.240 [ASEP] [ doi ]
Tsugawa; H. - Ikeda; K. - Takahashi; M. - Satoh; A. - Mori; Y. - Uchino; H. - Okahashi; N. - Yamada; Y. - Tada; I. - Bonini; P. - Higashi; Y. - Okazaki; Y. - Zhou; Z. - Zhu; Z.-J. - Koelmel; J. - Čajka; Tomáš - Fiehn; O. - Saito; K. - Arita; Mas. - Arita; Mak. A lipidome atlas in MS-DIAL 4 . Nature Biotechnology. 2020; 38(10); 1159-1163 . IF = 54.908 [ASEP] [ doi ]

Fotogalerie oddělení

Celá fotogalerie

Lidé

doc. Ing. Tomáš Čajka, Ph.D.

vedoucí oddělení

Mgr. Adam Eckhardt, Ph.D.

zástupce vedoucího oddělení

prof. Ing. Ivan Mikšík, DrSc.

vědecký pracovník

Ing. Jana Svobodová, Ph.D.

vědecký pracovník

Mgr. Lucie Rudl Kulhavá, Ph.D.

postdoktorand

Ing. Stanislava Rakušanová

postgraduální student

MSc. Marine Morvan

postgraduální student

Mgr. Armenuhi Kirakosjanová

technický pracovník