Menu

Biofyzika


Garant: prof. RNDr. Tomáš Polívka, Ph.D.

Kontakt: tel. 389 033 824, 389 032 006; e-mail: tpolivka@jcu.cz

Spolupracující instituce: Biologické centrum AV ČR, v.v.i. - Ústav molekulární biologie rostlin, České Budějovice, Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i., Praha, Centrum výzkumu globální změny AV ČR, v.v.i., Brno - Ústav nanobiologie a strukturní biologie, Nové Hrady

Charakteristika: Studijní obor biofyzika je zaměřen na vědeckou práci studentů v oblastech na hranicích fyziky, chemie a biologie. Studenti biofyziky se ve svých doktorských projektech zabývají především řešením problémů spadajících tematicky do biologie a/nebo chemie, a tyto problémy řeší pomocí fyzikálních metod. Nabízené doktorské projekty jsou jak teoretické tak experimentální, a dle konkrétního zaměření se mohou zabývat buď základním, nebo aplikovaným výzkumem. Během řešení doktorských projektů jsou studenti vedeni k samostatné vědecké práci, od navrhování a realizace experimentálních i teoretických přístupů, správného zpracování a interpretace naměřených nebo vypočtených dat, až po prezentaci výsledků. Okruhy témat disertačních prací vycházejí z vědeckého profilu jednotlivých odborných skupin a pokrývají širokou škálu moderních biofyzikálních metod od ultrarychlé laserové spektroskopie a spektroskopie jednotlivých molekul přes rentgenovou difrakční analýzu, molekulárně dynamické, kvantově chemické a semiempirické výpočty, techniky molekulárního modelování, až po pokročilé mikroskopické metody včetně elektronové mikroskopie nebo mikroskopie atomárních sil. Tyto metody jsou aplikovány na studium biologických systémů od úrovně molekul přes studium izolovaných proteinů, celých buněk až po modelování procesů v ekosystémech.

Požadavky na uchazeče: úspěšné absolvování magisterského oboru přírodovědného (fyzika, chemie, matematika, nebo biologie), případně inženýrského směru. 

Okruhy témat doktorských prací:

Studium ultrarychlých dějů v molekulách a proteinech pomocí femtosekundové laserové spektroskopie. Studenti se zabývají studiem excitovaných stavů molekul, především fotosyntetických pigmentů, řeší problémy spojené s přenosem energie a/nebo náboje v syntetických i přírodních systémech, např. fotosyntetických proteinech.

Kontaktní osoba: prof. Tomáš Polívka (tpolivka@jcu.cz)

Studium spektroskopických vlastností molekul a proteinů pomocí spektroskopie jednotlivých molekul. Díky unikátní kombinaci mikroskopie a laserové spektroskopie tato metoda umožňuje zkoumat vlastnosti jednotlivých proteinových komplexů a odhalit specifické detaily, které při standardním měření zůstávají skryty díky průměrování přes velké množství molekul/proteinů.

Kontaktní osoba: prof. František Vácha (vacha@jcu.cz)

Studium fotosyntetických procesů pomocí optických metod. Projekty jsou zaměřeny na studium vlastností a funkcí fotosyntetického aparátu různých fotosyntetických organismů (účinnost, vývoj kyslíku, zhášení, přenos energie) pomocí široké škály optických a analytických metod (absorpční, fluorescenční spektroskopie, cirkulární dichroismus, pulsní časově rozlišená spektroskopie, kinetická fluorometrie, analýza pigmentu pomoci HPLC).

Kontaktní osoby: dr. Radek Litvín (litvin@umbr.cas.cz), dr. Michal Koblížek (koblizek@alga.cz), dr. Milan Durchan (durchan@umbr.cas.cz)

Krystalizace a určování struktury proteinů pomocí rentgenové difrakční analýzy. Znalost detailní struktury proteinů je zásadní pro pochopení jejich funkce. Studenti se zabývají celým procesem vedoucím k určení struktury proteinu od izolace a purifikace proteinu pomocí molekulárně biologických a biochemických metod, přes vlastní přípravu krystalů až po rentgenovou strukturní analýzu.

Kontaktní osoba: doc. Ivana Kutá-Smatanová (ivanaks@seznam.cz)

Elektronová mikroskopie (EM) a mikroskopie atomárních sil (AFM). V EM studenti využívají technicky náročné metody, které umožňují lokalizaci jednotlivých komponent v buněčné ultrastruktuře či povrchové morfologii vzorku. Zabývají se 3D rekonstrukcí studovaných objektů a součástí studia je rovněž příprava biologických preparátů pro elektronovou a korelativní mikroskopii. AFM umožňuje detailní zobrazení povrchu a elastických vlastností živých buněk, biologických membrán, proteinů a jejich komplexů, peptidů, polynukleotidových řetězců, organických polymerů a sloučenin a to jak v plynné tak kapalné fázi. Tento typ mikroskopie také slouží k měření sil působících mezi všemi výše zmíněnými objekty až na úroveň studia nekovalentních vazeb vznikajících mezi jednotlivými molekulami.

Kontaktní osoby: ing. Jana Nebesářová (nebe@paru.cas.cz), dr. David Kaftan (dkaftan@prf.jcu.cz)

Modelování interakcí mezi biomolekulami a složitými biologickými systémy. Studenti pracují s výpočetními metodami pro modelování biologických systémů a zabývají se především analýzou dynamických změn v těchto systémech. Studenti pomocí tzv. molekulárního modelování studují vztah mezi strukturou a funkcí proteinů. Výsledky teoretických přístupů jsou následně srovnávány s experimentálními daty.

Kontaktní osoba: prof. Rudiger Ettrich (ettrich@nh.cas.cz)

Počítačové modelování vzájemných interakcí molekul. Studenti se zabývají modelováním interakcí molekul s povrchy a adsorpcí molekul, studiem struktury, dynamiky a interakcí nukleových kyselin, oligonukleotidů a jejich komponent, případně látek s protinádorovými účinky. Pro simulace jsou využívány jak klasické molekulárně dynamické simulace, tak kvantové výpočty včetně kvantové dynamiky.

Kontaktní osoba: doc. Milan Předota (predota@prf.jcu.cz)

Vývoj a využití pokročilých technik optické mikroskopie ke studiu struktury a funkce proteinů. Studenti pomocí specializovaného fluorescenčního mikroskopu zkoumají konformační změny v molekulách proteinů, jak in vitro, tak přímo v živých buňkách a organismech. Za využití technik spektroskopie, matematického modelování a molekulárně-dynamických simulací probíhá i rozvoj schopností polarizační mikroskopie poskytovat kvantitativní informace o struktuře membránových proteinů. Probíhá též vývoj geneticky kódovaných optických sond různých molekulárních procesů probíhajících v buňkách, zejména neuronech.

Kontaktní osoba: dr. Josef Lazar (lazar@nh.cas.cz)

Fototrofní biotechnologie. Teoretické základy kultivace mikrořas z hlediska biochemických a biofyzikálních dějů, které určují fototrofní růst a vztah mezi fotosyntézou a produkcí bioaktivních látek obsažených v biomase. Při kontrole kultivačních procesů bude využito biofyzikálních a analytických metod od spektroskopie, fluorescence přes chromatografické metody až po mikroskopické techniky. Důraz je kladen na potřebu řízené kultivace různých kmenů mikrořas významných pro farmaceutický a potravinářský průmysl.

Kontaktní osoba: doc. Jiří Masojídek (masojidekj@seznam.cz)

Studium komplexních systémů. Studenti se zabývají studiem složitých biologických systémů (podnebí, nervový systém, buňka, organismus, ekosystém) pomocí kombinace několika samostatných vědeckých oblastí. Studenti provádějí řízené experimenty a z experimentálních dat pomocí specifických metod zpracování dat stanovují popis chování studovaného systému.

Kontaktní osoba: prof. Dalibor Štys (stys@jcu.cz)