Search

Tato bakalářská práce se zabývá vlivem akumulace PHA na stresovou odolnost bakterií vůči dezinfekčním prostředkům. Jako modelové mikroorganismy, využité pro analýzy v experimentální části práce, byly zvoleny dva kmeny: PHA akumulující Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen neschopný PHA syntézy Cupriavidus necator PHB-4. Tyto bakterie byly exponovány třem vybraným dezinfekčním prostředkům (ethanol, savo a ajatin) o třech různých koncentracích. Byla stanovena viabilita bakterií při působení daných detergentů, a to plotnovou metodou a průtokovým cytometrem. Vliv dezinfekčních prostředků na bakterie byl dále zkoumán bujónovou diluční metodou, která spočívala v měření absorbance v čase. Poslední využitou technikou byla agarová difúzní metoda. Z výsledků je patrné, že produkce PHA pozitivně napomáhá obranyschopnosti buněk vůči dezinfekčním prostředkům, jelikož bakteriální kmen Cupriavidus necator H16 je více odolný než jeho mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4. Ze tří vybraných dezinfekčních prostředků je neúčinnější ajatin., This bachelor thesis deals with the influence of acumulation of PHA balancing on the resistence of bacteria against desinfecting means. Two bacterial strains, PHA accumulation Cupriavidus necator H16 and its mutant strain insoluble PHA synthase Cupriavidus necator PHB-4 were used as model microorganisms. These bacteria were exposed to three different concentration of three desinfecting means (etanol, savo and ajatin). The viability of bacteria by the action of disinfectants was determined by the plate method and by the flow cytometry. The influence of desinfecting means against bacteria was examined by the broth dilution method which rested in measurement of absorbance over time. Agar diffusion method was the last one technique use. The results show that PHA production positively aids cell defence against desinfectants because bacterial strain Cupriavidus necator H16 is more resistant than its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4. Of the free selected disinfectants, ajatin is the most effective.

Předmětem bakalářské práce bylo studium Gram-negativních bakterií se schopností akumulovat polyhydroxyalkanoáty pomocí mikroskopie atomárních sil. V rámci experimentální části práce byly zkoumány bakteriální kmeny Cupriavidus necator H16 a jeho mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum a Halomonas halophila. Konkrétním cílem bylo optimalizovat tuto mikroskopickou metodu pro výzkum jak bakterií na vzduchu, tak živých bakterií v jejich přirozeném prostředí. Optimalizace byla provedena s ohledem na jednoduchost, časovou náročnost a reprodukovatelnost provedení měření. Pro měření na vzduchu byla zvolena imobilizace 10× zředěné bakteriální suspenze vysušením na skleněném substrátu. Skenování bylo provedeno pomocí hrotu TESPA-V2 se sníženou konstantou tuhosti v QITM módu. V rámci měření bakteriálních vzorků v kapalině byly zkoumány různé postupy imobilizace bakterií na skleněném substrátu pomocí Poly-L-lysinu a Poly(ethyleniminu). Jako nejvhodnější fixace byla zvolena metoda s využitím Poly-L-lysinu. Pro měření v QITM módu v kapalném prostředí byly voleny hroty MLCT – A nebo SNL – B s konstantou tuhosti okolo 0,1 N/m. Nakonec byl proveden pokus o zisk informací o adhezi a Youngově modulu vysušených i živých bakterií s ohledem na předpokládané ovlivnění mechanických vlastností buněk s rozdílným obsahem polyhydroxybutyrátu u bakteriálních kmenů Cupriavidus necator H16 a Cupriavidus necator PHB-4., The purpose of this bachelor thesis was to study Gram-negative bacteria with the ability to accumulate polyhydroxyalkanoates using atomic force microscopy. During the experimental part were studied bacterial strains Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum, and Halomonas halophila. The main aim was to optimise this microscopy method to study either bacteria in the air or bacteria in liquid medium under physiological conditions. The optimisation was done considering the procedure's simplicity, time demands, and reproducibility. 10× diluted bacterial suspense was dried on a glass surface for measurements in the air. Scanning was performed using TESPA-V2 tip with lowered Spring constant in QITM mode. Various procedures for immobilising bacteria on a glass substrate using Poly-L-lysine and Poly(ethyleneimine) were tested for measurements in liquid. The method using Poly-L-lysine was chosen as the most sufficient way of immobilisation. The tips MLCT – A or SNL – B with the spring constant around 0,1 N/m were applied for measurements in liquid using QITM mode. Finally, an attempt was made to obtain information about the adhesion and Young's modulus of dried and live bacteria concerning the high difference of polyhydroxybutyrate content between the bacterial strains Cupriavidus necator H16 and Cupriavidus necator PHB-4.

Tato bakalářská práce se zabývá stresovou odolností bakterií produkující PHA vůči nepříznivým podmínkám v gastrointestinálním traktu. Za tímto účelem byly zvoleny dva bakteriální kmeny jako modelové mikroorganismy. Cupriavidus necator H16 produkující PHA a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 bez schopnosti akumulace PHA. Pro experimentální část byly nejprve vybrány tři šťávy o různých koncentracích, konkrétně žaludeční, žlučová a pankreatická. Dále byla stanovována viabilita stresovaného bakteriálního kmene pomocí plotnové metody a průtokového cytometru. Mezi další využité metody patří antimikrobiální testy. První z těchto testů byla použita agarová difúzní metoda, díky které byly stanoveny a porovnány velikosti inhibičních zón. Poslední metoda, která byla provedena, je bujónová diluční metoda, sloužící k porovnání absorbancí čistých bakteriálních suspenzí a stresovaných suspenzích s danou šťávou o určité koncentraci. Z výsledků je patrné, že produkce PHA představuje v kontextu expozice stresovým podmínkám gastrointestinálního traktu především nevýhodu pro akumulující bakteriální kmen., This bachelor thesis is focused on stress resistance of PHA accumulating bacteria against unfavourable conditions associated with gastrointestinal tract. Two bacterial strains were chosen as model microorganisms for this purpose. Cupriavidus necator H16 producing PHA and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 without the ability of PHA accumulation. Firstly, three gastrointestinal juices of different concentrations were chosen for the experimental part, namely gastric, bile and pancreatic juices. The stressed bacterial strain was then determined using a spread plate method and a flow cytometry. Other methods used include antimicrobial tests. The agar diffusion method was first tested to determine the size of the inhibition zones. The last method that has been performed is the broth dilution method, which serves to compare the absorbance of pure bacterial suspensions and stressed suspensions with the given juice of a certain concentration. The results show that the production of PHA represents a disadvantage in context of conditions associated with gastrointestinal tract of accumulating bacterial strain.

Cílem práce je studium a návrh fyzikálně-chemické metody na ověření fotoprotektivních vlastností PHB granulí pomocí bakterie Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 lišíci se schopností produkce polyhydroxyalkanoátů. V teoretické části jsou zpracované základní informace ku polymerním agregátů a metodám využitých při zkoumaní fotoprotektivity. Byli optimalizovány metody jako nefelometrie a kontinuální fluorescenční mikrofotolýza (CFM) sloužíci k charakterizaci mechanizmu způsobu interakce světla s granulemi. V experimentální časti byly stanovovány rozptylové vlastnosti bakterií a získány charakteristické křivky. Dále byla porovnávána fotostabilita fluorescenční sondy specifická pro nukleové kyseliny v bakteriích. Tato metoda měla dokázat větší odolnost vůči UV světlu kmenu H16. Zadefinovala také možnou interakci nukleových kyselin a zkoumaných granulí., The objective of this work is study and design of physical-chemical methods for verification of photoprotective properties PHB inclusions using bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutated bacteria strain Cupriavidus necator PHB-4 which differs in production capability of polyhydroxyalkanoates. Basic information about of polymer inslusions and methods used for proving photoprotectivity are discussed in theoretical part. Methods such as nephelometry and continous fluorescence microphotolysis (CMF), which is used to characterize the mechanism of interaction of light with inclusions, were optimized. In experimental part properties of light scattering in bacteria were determined and characteristic curves were obtained. Further the photostability of fluorescence probe specific for nucleic acids were compared in bacteria strains. This method should prove bigger tolerance of bacteria H16 for UV light. It should also define possible interaction of nucleic acids with PHB inclusions.

Táto bakalárska práca sa zaoberá vplyvom oxidačného stresu na bakteriálny kmeň Cupriavidus necator v dvoch podobách: Cupriavidus necator H16 tvoriaci PHB granule a Cupriavidus necator PHB-4 ako mutant, ktorý nedokáže granule syntetizovať. Práca porovnáva vplyvy vyvolávajúce oxidačný stres, ktorý sa prejavuje výskytom ROS v bunke. Bunky boli ďalej analyzované na prietokovom cytometre a fluorescenčnom mikroskope. V analýze bolo potrebné pracovať s fluorescenčnými sondami rôzneho typu. Na vytvorenie oxidačného stresu boli použité viaceré koncentrácie peroxidu vodíka, ďalej bola vyskúšaná Fentonova reakcia s použitím síranu železnato–amonného a nakoniec hexahydrát chloridu kobaltnatého. Na zistenie viability bakteriálnych buniek sa používala fluorescenčná sonda propidium jodid, ako lipofilné farbivo bolo testované BODIPY. Na záver to boli fluorescenčné sondy na detekciu ROS v bunke H2DCFDA a CM–H2DCFDA, tieto sondy museli byť optimalizované pre danú techniku. Záverom práce je potvrdenie hypotézy, že schopnosť produkcie PHA granúl zvyšuje odolnosť C. necator proti oxidačnému stresu., This bachelor thesis deals with the impact of oxidative pressure on the bacterial strain Cupriavidus necator in its two forms: Cupriavidus necator H16 producing PHB granules and Cupriavidus necator PHB-4 as a mutant that is not capable of producing granules. The thesis compares different influences causing oxidative stress that is demonstrated by the occurrence of ROS in the cell. Furthermore, the cells were analysed with a flow cytometer and a fluorescence microscope. During the analysis it was necessary to use different types of fluorescence probes. The oxidative stress was created by means of hydrogen peroxide at various concentrations. Further tests focused on Fenton’s reaction including ammonium iron sulfate and cobalt chloride hexahydrate. Propidium iodide as a fluorescence probe was used to determine the viability of the bacterial cells, and BODIPY was tested as a lipophilic dye. Finally, the ROS in the cell was detected by H2DCFDA and CM–H2DCFDA, fluorescence probes that had to be optimised for the respective technique. The result of this bachelor thesis is the confirmation of the hypothesis that PHA granules production increase the resistance of Cupriavidus necator against oxidative stress.

Bakalářská práce se zabývá srovnáním a optimalizací metod studia biologických membrán pomocí fluorescenční spektroskopie a mikroskopie s využitím bakterie Cupriavidus necator H16 (obsahující PHB granule) a PHB-4 (neobsahující PHB granule) jako modelového organismu. Experimentálně byla určena vhodná koncentrace sondy laurdan pro barvení biologických membrán a čas potřebný k jejímu průniku do buňky. Takto obarvené organismy byly dále studovány pomocí steady-state spektrofluorimetrie, při které byl zkoumán vliv teploty na tvar emisního spektra a také možnost promývání jako jednoho z kroků při přípravě vzorků. Obě tato měření naznačují výhodnost promývání, ale neposkytují nezpochybnitelné výsledky. Rozdíl mezi dvěma kmeny bakterie byl ale pozorován. Dále byly bakterie podrobeny fluorescenční mikroskopii. Tato metoda se projevila jako potenciálně užitečná pro studium výraznějších variací ve stupni uspořádání membrán buněčné membrány a pro zobrazování dalších větších útvarů. Distribuce laurdanu v rámci Cupriavidu necator H16 působí nerovnoměrněji ve srovnání s PHB-4. Získané poznatky tak naznačují vliv přítomnosti granulí při barvení fluorescenčními sondami, nelze je ale interpretovat jednoznačně., This bachelor's thesis deals with the comparison and optimization of methods for studying biological membranes using fluorescence spectroscopy and microscopy, utilizing the bacteria Cupriavidus necator H16 (containing PHB granules) and PHB-4 (not containing PHB granules) as model organisms. The appropriate concentration of the membrane probe laurdan for staining biological membranes and the time required for its penetration into the cell were determined. Organisms stained in this way were further studied using steady-state spectroscopy, which helped examine the influence of temperature on the shape of the emission spectrum and the possibility of washing as one of the steps in sample preparation. Both of these measurements suggest the advantages of washing but do not provide definite results. However, a clear difference between the two bacterial strains was observed. Furthermore, the bacteria were studied by fluorescence microscopy. This method proved to be potentially useful for studying significant variations in the membrane order of the cell membrane and for imaging other larger structures. The distribution of laurdan within Cupriavidus necator H16 appears more uneven compared to PHB-4. The findings thus suggest the influence of granule presence when staining with fluorescent probes, but they cannot be interpreted definitively.

Techniky analýzy jednotlivých buněk neboli single-cell analýzy, jsou velmi důležité v kontextu studia důležitých biotechnologických mikroorganismů. V biotechnologických procesech je optimální mít rychlé, efektivní a real-time analýzy, které lze provést s minimální přípravou vzorku. Proto jsme v rámci předložené disertační práce využili autofluorescenci jako marker fyziologického stavu mikrobiální kultury, který je možné analyzovat pomocí fluorescenční mikroskopie a/nebo průtokové cytometrie. Nejdříve bylo potvrzeno, na základně emisních spekter, že zelená autofluorescence emitovaná bakteriemi Cupriavidus necator H16 a jejím polyhydroxyalkanoáty (PHA) neprodukujícím mutantem Cupriavidus necator PHB-4, pochází skutečně z flavinů. Emisní maximum bylo naměřeno v rozmezí 510–550 nm pro FAD, FMN a riboflavin – bohužel jednotlivá spektra od sebe nebylo možné rozeznat, a 515 nm pro oba bakteriální kmeny Cupriavidus necator. Byly nalezeny dvě maxima excitačních spekter, jedno v rozmezí 360–370 nm a druhé okolo 440 nm. Z těchto poznatků byl sestaven nový protokol pro fluorescenční mikroskopii – laser byl nastaven na hodnotu 467 nm a emisní filtr pro detekci byl vybrán 520/35 nm. Flaviny a jejich autofluorescence může být take použita v kombinaci s jinými fluorofory, když jsou použity multiparametrické analýzy, ale je důrazně doporučeno, aby vybrané fluorescenční sondy buď emitovaly v jiném rozmezí, než je 500–550 nm anebo byla jejich doba života excitovaného stavu jiná, než je interval 3,2–3,7 a 4,2 – 4,9 ns. Tyto doby života navíc zůstaly konstantní, i když byly buňky vystaveny kultivačním a stresovým podmínkám. To z nich dělá velmi stabilní marker v porovnání s dynamickým charakterem intenzit fluorescence. Dále byl optimalizován protokol pro značení bakterie C. necator s využitím PHA specifické sondy BODIPY 493/503. Optimální koncentrace této lipofilní sondy byla stanovena na 2,5 µg ml-1 a sondu je možné dle našich dat aplikovat společně s viabilitní sondou propidium iodide, Single-cell analysis techniques are very important when studying relevant biotechnological microorganisms. In biotechnological processes, the optimum is to have fast, efficient and real-time analyses that can be done with minimal preparations. Therefore, we looked at autofluorescence as a possible and natural marker when employing fluorescence microscopy and flow cytometry. First, it has been established, based on the emission spectra, that the green autofluorescence of the bacteria used – Cupriavidus necator H16 and its non polyhydroxyalkanoates (PHA) producing mutant Cupriavidus necator PHB-4, is caused predominantly by flavins. The maxima of emission spectra were 510 – 550 nm for FAD, FMN and riboflavin whose spectra could not be distinguished, and 515 nm for both strains of Cupriavidus necator. Two maxima of excitation spectra of the bacteria were found – one in the range 360 – 370 nm and another around 440 nm, and so a new protocol for fluorescence microscopy has been established - the laser used was 467 nm and the emission filter chosen for the detection was 520/35 nm. Flavins and their autofluorescence can also be used in combination with other fluorophores when the need for multi-parametrical analyses arises, but it’s highly recommended the other dyes emit other than green fluorescence in the band of 500 – 550 nm or/and have an average fluorescence lifetime other than 3.2 – 3.7 and 4.2 - 4.9 ns. These values stayed constant even when the cells were exposed to various cultivation and even stress conditions. That makes them a very stable marker compared to the dynamic marker of fluorescence intensity that changes immediately after a change in the environment. A new staining protocol for C. necator using PHA-specific hydrophobic probe BODIPY 493/503 was optimised. The optimal staining concentration of the lipophilic dye BODIPY 493/503 was determined to be 2.5 µg ml-1 and it can be used in combination with propidium iodide. The BODIPY 493/503 staining protocol h

Techniky analýzy jednotlivých buněk neboli single-cell analýzy, jsou velmi důležité v kontextu studia důležitých biotechnologických mikroorganismů. V biotechnologických procesech je optimální mít rychlé, efektivní a real-time analýzy, které lze provést s minimální přípravou vzorku. Proto jsme v rámci předložené disertační práce využili autofluorescenci jako marker fyziologického stavu mikrobiální kultury, který je možné analyzovat pomocí fluorescenční mikroskopie a/nebo průtokové cytometrie. Nejdříve bylo potvrzeno, na základně emisních spekter, že zelená autofluorescence emitovaná bakteriemi Cupriavidus necator H16 a jejím polyhydroxyalkanoáty (PHA) neprodukujícím mutantem Cupriavidus necator PHB-4, pochází skutečně z flavinů. Emisní maximum bylo naměřeno v rozmezí 510–550 nm pro FAD, FMN a riboflavin – bohužel jednotlivá spektra od sebe nebylo možné rozeznat, a 515 nm pro oba bakteriální kmeny Cupriavidus necator. Byly nalezeny dvě maxima excitačních spekter, jedno v rozmezí 360–370 nm a druhé okolo 440 nm. Z těchto poznatků byl sestaven nový protokol pro fluorescenční mikroskopii – laser byl nastaven na hodnotu 467 nm a emisní filtr pro detekci byl vybrán 520/35 nm. Flaviny a jejich autofluorescence může být take použita v kombinaci s jinými fluorofory, když jsou použity multiparametrické analýzy, ale je důrazně doporučeno, aby vybrané fluorescenční sondy buď emitovaly v jiném rozmezí, než je 500–550 nm anebo byla jejich doba života excitovaného stavu jiná, než je interval 3,2–3,7 a 4,2 – 4,9 ns. Tyto doby života navíc zůstaly konstantní, i když byly buňky vystaveny kultivačním a stresovým podmínkám. To z nich dělá velmi stabilní marker v porovnání s dynamickým charakterem intenzit fluorescence. Dále byl optimalizován protokol pro značení bakterie C. necator s využitím PHA specifické sondy BODIPY 493/503. Optimální koncentrace této lipofilní sondy byla stanovena na 2,5 µg ml-1 a sondu je možné dle našich dat aplikovat společně s viabilitní sondou propidium iodide, Single-cell analysis techniques are very important when studying relevant biotechnological microorganisms. In biotechnological processes, the optimum is to have fast, efficient and real-time analyses that can be done with minimal preparations. Therefore, we looked at autofluorescence as a possible and natural marker when employing fluorescence microscopy and flow cytometry. First, it has been established, based on the emission spectra, that the green autofluorescence of the bacteria used – Cupriavidus necator H16 and its non polyhydroxyalkanoates (PHA) producing mutant Cupriavidus necator PHB-4, is caused predominantly by flavins. The maxima of emission spectra were 510 – 550 nm for FAD, FMN and riboflavin whose spectra could not be distinguished, and 515 nm for both strains of Cupriavidus necator. Two maxima of excitation spectra of the bacteria were found – one in the range 360 – 370 nm and another around 440 nm, and so a new protocol for fluorescence microscopy has been established - the laser used was 467 nm and the emission filter chosen for the detection was 520/35 nm. Flavins and their autofluorescence can also be used in combination with other fluorophores when the need for multi-parametrical analyses arises, but it’s highly recommended the other dyes emit other than green fluorescence in the band of 500 – 550 nm or/and have an average fluorescence lifetime other than 3.2 – 3.7 and 4.2 - 4.9 ns. These values stayed constant even when the cells were exposed to various cultivation and even stress conditions. That makes them a very stable marker compared to the dynamic marker of fluorescence intensity that changes immediately after a change in the environment. A new staining protocol for C. necator using PHA-specific hydrophobic probe BODIPY 493/503 was optimised. The optimal staining concentration of the lipophilic dye BODIPY 493/503 was determined to be 2.5 µg ml-1 and it can be used in combination with propidium iodide. The BODIPY 493/503 staining protocol h

Bakalářská práce byla zaměřena na studium možností využití odpadních produktů růže šípkové získaných po výrobě likérů jako sekundárních uhlíkových zdrojů pro produkci poly(3- hydroxybutyrátu) (PHB). Pro biosyntézu PHB byla použita bakterie Cupriavidus necator. Veškeré kultivace byly vedeny jako submerzní batch kultivace v minerálním médiu s obsahem mikroelementů v erlenmeyerových baňkách po dobu 72 hodin. Jako sekundární zdroj uhlíku se použil šípkový olej získaný extrakcí hexanem ze zrníček plodu šípku a enzymatický hydrolyzát připravený z odpadní dužiny plodu šípku. Výtěžky po 72-hodinové fermentaci ukázaly, že šípkový olej je porovnatelným uhlíkovým zdrojem s fruktózou pro kultivaci bakterie C. necator, na rozdíl od enzymatického hydrolyzátu. Fermentací za použití 20 g/l šípkového oleje bylo vyprodukováno 10,82 g/l biomasy a 6,20 g/l PHB, což bylo o 21,6 % víc biomasy a o 13,1 % víc PHB v porovnání s fermentací za použití 20 g/l fruktózy. Fermentací C. necator za použití enzymatického hydrolyzátu o koncentraci redukujících cukrů 20 g/l se získalo jenom 2,92 g/l biomasy a 0,12 g/l PHB. Ani kombinace enzymatického hydrolyzátu s fruktózou se neukázala vhodná pro produkci PHB. V rámci této bakalářské práce byl dále v likéru, šípkovém oleji a enzymatickém hydrolyzátu stanoven obsah celkových redukujících cukrů, fenolických látek, a celková antioxidační aktivita. V šípkovém oleji byl také stanoven profil mastných kyselin a obsah barviv. Výsledky ukázali, že všechny stanovované vzorky vykazovali významný obsah celkových polyfenolů (2,04 – 12,4 g GAE/l vzorku) a antioxidační aktivitu (1,3 – 2,0 mmol TE /l vzorku)., The bachelor thesis was focused on studying the possibilities of using waste rosehip byproducts obtained after the production of liqueurs as secondary carbon sources for the production of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB). Cupriavidus necator was used for PHB biosynthesis. All cultures were run as submerged batch cultures in mineral media containing microelements in Erlenmeyer flasks for 72 hours. Rosehip oil obtained by hexane extraction from rosehip seeds and an enzymatic hydrolysate prepared from rosehip waste pulp were used as secondary carbon sources. After 72 hours of fermentation, yields showed that rosehip oil is a comparable carbon source to fructose for culturing of C. necator, in contrast to the enzymatic hydrolysate. Fermentation using 20 g / l rosehip oil produced 10.82 g / l biomass and 6.20 g / l PHB. This is about 21.6% more biomass and 13.1% more PHB than was received by fermentation using 20 g / l fructose. Fermentation of C. necator using an enzymatic hydrolysate with a reducing sugar concentration of 20 g / l gave only 2.92 g / l biomass and 0.12 g / l PHB. Even the combination of enzymatic hydrolysate with fructose did not prove satisfying yields for the production of PHB. Next, in liqueur, rosehip oil and enzymatic hydrolysate was also determined the content of total reducing sugars, phenolics, and total antioxidant activity. Moreover, the fatty acid profile and the content of dyes was determined in rosehip oil. The results showed that all selected rosehip products showed a significant range of total polyphenols (2.04 - 12.4 g GAE /l sample) and antioxidant activity (1.3 - 2.0 mmol TE /l sample).

Bakalářská práce je zaměřena na sledování a uplatnění metod obrazové analýzy na bakteriích druhu Bacillus megaterium a Cupriavidus necator. V úvodu práce jsou popsány obecné znalosti o bakteriích, mikroskopických metodách a metodách obrazové analýzy. K pozorování buněk bakterií, bylo nutné nejprve připravit vhodné mikroskopické preparáty pomocí metody Gramova barvení. Obrazy jednotlivých snímků bakterií byly zaznamenány pomocí CCD kamery a mikroskopu a potom analyzovány. Nejprve byla metodou Box–Counting zjištěna optimální hodnota prahu a jí odpovídající fraktální míry (resp. plochy pokryté bakteriemi) a fraktální dimenze (resp. entropie jejich uspořádání na ploše). Prahované obrázky byly dále zpracovány pomocí metody Mass–Radius, která umožnila zjistit distribuci bakterií vzhledem k těžišti jejich shluku., This bachelor thesis is focused on monitoring and application of image analysis methods on Bacillus megaterium and Cupriavidus necator bacteria. The introduction describes a general knowledge about bacteria, microscopic and image analysis methods. At first it was necessary to prepare suitable microscopic specimens using Gram staining for the observation of a bacteria cell. Every picture of bacteria was taken using a CCD camera and a microscope. Box–Counting method was used to identify the optimal threshold value, corresponding to their fractal measure (or surface areas covered with bacteria) and fractal dimension (or entropy of their arrangement on the surface area). After thresholding, the images were further processed using the Mass–Radius method, which defines a distribution of bacteria relative to the centroid of a cluster.

V rámci této práce byly nejprve připraveny artificiální PHB granule. Pomocí dynamického a elektroforetického rozptylu světla byl studován vliv použitého rozpouštědla PHB, vliv teploty a délky působení ultrazvukové lázně, vliv teploty odpaření rozpouštědla a vliv povahy stabilizačních látek. Nejvhodnější parametry byly pozorovány u granulí připravených rozpuštěním PHB v chloroformu, stabilizací CTAB nebo lecitinem, ultrasonifikací při 35 °C a následným odpařováním chloroformu při 60 °C. Na základě výsledků ATR-FTIR a Ramanovy spektroskopie bylo zjištěno, že PHB v artificiálních granulích byl krystalický. Nativní PHB granule byly izolovány z bakterií Cupriavidus necator pomocí lysozymu, deoxyribonukleázy a rozrušením buněk ultrazvukem nebo digescí buněk s alkalázou, SDS a EDTA. Granule získané oběma izolačními postupy byly charakterizovány pomocí ATR-FTIR, Ramanovy spektroskopie, technikami rozptylu světla a DSC. Výsledky analýz ukázaly, že druhý zmíněný postup je pro získání polymeru v amorfním stavu mnohem efektivnější. Polymer uvnitř granulí izolovaných tímto způsobem byl navíc i tepelně stabilnější. Nakonec byly vzorky nativních PHB granulí vystaveny vlivu acetonu, lipázy a chlornanu sodného s tím, že by tyto látky měly v různé míře zvýšit krystalinitu polymeru. Nejvyšší krystalinity PHB bylo dosaženo po jejich ošetření lipázou., First artificial PHB granules were prepared under the terms of this thesis. The effect of used PHB solvent, ultrasonic bath temperature and time, solvent evaporation temperature and stabilizing agent nature was investigated using dynamic and electrophoretic light scattering. The most proper parameters were demonstrated at samples which were prepared by dissolving of PHB in chloroform, stabilizing with CTAB or lecithin, ultrasonifying at 35 °C followed by chloroform evaporating at 60 °C. Based on ATR-FTIR and Raman spectroscopy results, it was found out that PHB within the artificial granules were in crystalline form. The native PHB granules were isolated from Cupriavidus necator using either lysosyme, deoxyribonuclease and cell disruption by ultrasonification or digestion with alcalase, SDS and EDTA. Granules obtained by both isolation procedures were characterized by ATR-FTIR, Raman spectroscopy, light scattering techniques and DSC. According to the analyses results, the second mentioned procedure turned out to be more effective for obtaining the polymer in amorphous state. Furthermore, the polymer within granules recovered by using this procedure was thermally more stable. Last but not least, the native PHB granules samples were exposed to effect of acetone, lipase and sodium hypochlorite, assuming that polymer crystallinity should be increased by these chemicals in varying degrees. The highest degree of crystallinity was achieved after their treatment with lipase.

Táto diplomová práca sa zaoberá možnosťami analýzy stresovej odolnosti bakteriálnych buniek Cupriavidus necator H16 a PHB-4 pomocou spektroskopických metód a otestovaním vhodnosti akridinovej oranži ako viabilitného farbiva. Na základe literárnej rešerše boli navrhnuté vhodné analytické metódy, konkrétne prietokový cytometer a fluorescenčný mikroskop. Prvá časť experimentálnej práce bola zameraná na fluorescenčný mikroskop, ktorým bol potvrdený základný charakter akridinovej oranži. Na sledovanie viability boli vybrané tri stresové faktory, 50% a 70% etanol a kyslé pH (pH = 1). Baktérie po expozícii etanolom fluoreskovali zelenou farbou a vedľa buniek sa nachádzali červené škvrny, čo naznačuje ich stratu integrity. V kyslom prostredí baktérie fluoreskovali červene, pretože došlo k čiastočnému porušeniu DNA. Výsledky boli overené kombináciou propídium jodidu so SYTO9 a pri tejto metóde sa osvedčila vhodnosť akridinovej oranži. Obrazové záznamy boli spracované pomocou obrazovej analýzy. V druhej časti bola akridinová oranž použitá pri sledovaní fluorescencie pomocou prietokového cytometra. Výsledkom merania bola fluorescencia vyjadrená vo forme histogramov pre jednotlivé kanály, kde fluorescencia bola charakterizovaná mediánom a priemernou intenzitou. Porovnaním použitých metód sa akridinová oranž javí ako vhodnejšie fluorescnečné farbivo pre mikroskop ako pre prietokový cytometer, v ktorom bolo zložitejšie získať informácie o životaschopnosti buniek. V poslednej časti experimentálne práce boli skúmané zaujímavé fotofyzikálne vlastnosti akridinovej oranži., This diploma thesis deals with the possibilities of stress resistance analysis of the Cupriavidus necator H16 and PHB-4 bacterial cells by spectroscopic methods and by testing the suitability of acridine orange as a viable dye. Based on research in literature, suitable analytical methods have been proposed, namely flow cytometer and fluorescence microscope. The first part of the experimental work was focused on the fluorescence microscope, which confirmed the basic character of acridine orange. Three stress factors, 50% and 70% ethanol, and acidic pH (pH = 1) were selected for viability monitoring. The bacteria fluoresced with green color after exposure to ethanol and red spots were found next to the cells, indicating their loss of integrity. In an acidic environment, the bacteria fluoresced red because of a partial DNA breakdown. The results were verified by the combination of propidium iodide with SYTO9 and the acridine orange suitability proved to be useful in this method. Image records were processed using image analysis. In the second part, acridine orange was used to monitor fluorescence using a flow cytometer. The result of the measurement was fluorescence expressed as histograms for individual channels, where fluorescence was characterized by median and mean intensity. By comparing the methods used, the acridine orange appears to be a more suitable fluorescent dye for the microscope than for a flow cytometer in which it was more difficult to obtain cell viability information. In the last part of the experimental work interesting photophysical properties of acridine orange were investigated.

Bakalářská práce byla zaměřena na studium možností využití odpadních produktů růže šípkové získaných po výrobě likérů jako sekundárních uhlíkových zdrojů pro produkci poly(3- hydroxybutyrátu) (PHB). Pro biosyntézu PHB byla použita bakterie Cupriavidus necator. Veškeré kultivace byly vedeny jako submerzní batch kultivace v minerálním médiu s obsahem mikroelementů v erlenmeyerových baňkách po dobu 72 hodin. Jako sekundární zdroj uhlíku se použil šípkový olej získaný extrakcí hexanem ze zrníček plodu šípku a enzymatický hydrolyzát připravený z odpadní dužiny plodu šípku. Výtěžky po 72-hodinové fermentaci ukázaly, že šípkový olej je porovnatelným uhlíkovým zdrojem s fruktózou pro kultivaci bakterie C. necator, na rozdíl od enzymatického hydrolyzátu. Fermentací za použití 20 g/l šípkového oleje bylo vyprodukováno 10,82 g/l biomasy a 6,20 g/l PHB, což bylo o 21,6 % víc biomasy a o 13,1 % víc PHB v porovnání s fermentací za použití 20 g/l fruktózy. Fermentací C. necator za použití enzymatického hydrolyzátu o koncentraci redukujících cukrů 20 g/l se získalo jenom 2,92 g/l biomasy a 0,12 g/l PHB. Ani kombinace enzymatického hydrolyzátu s fruktózou se neukázala vhodná pro produkci PHB. V rámci této bakalářské práce byl dále v likéru, šípkovém oleji a enzymatickém hydrolyzátu stanoven obsah celkových redukujících cukrů, fenolických látek, a celková antioxidační aktivita. V šípkovém oleji byl také stanoven profil mastných kyselin a obsah barviv. Výsledky ukázali, že všechny stanovované vzorky vykazovali významný obsah celkových polyfenolů (2,04 – 12,4 g GAE/l vzorku) a antioxidační aktivitu (1,3 – 2,0 mmol TE /l vzorku)., The bachelor thesis was focused on studying the possibilities of using waste rosehip byproducts obtained after the production of liqueurs as secondary carbon sources for the production of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB). Cupriavidus necator was used for PHB biosynthesis. All cultures were run as submerged batch cultures in mineral media containing microelements in Erlenmeyer flasks for 72 hours. Rosehip oil obtained by hexane extraction from rosehip seeds and an enzymatic hydrolysate prepared from rosehip waste pulp were used as secondary carbon sources. After 72 hours of fermentation, yields showed that rosehip oil is a comparable carbon source to fructose for culturing of C. necator, in contrast to the enzymatic hydrolysate. Fermentation using 20 g / l rosehip oil produced 10.82 g / l biomass and 6.20 g / l PHB. This is about 21.6% more biomass and 13.1% more PHB than was received by fermentation using 20 g / l fructose. Fermentation of C. necator using an enzymatic hydrolysate with a reducing sugar concentration of 20 g / l gave only 2.92 g / l biomass and 0.12 g / l PHB. Even the combination of enzymatic hydrolysate with fructose did not prove satisfying yields for the production of PHB. Next, in liqueur, rosehip oil and enzymatic hydrolysate was also determined the content of total reducing sugars, phenolics, and total antioxidant activity. Moreover, the fatty acid profile and the content of dyes was determined in rosehip oil. The results showed that all selected rosehip products showed a significant range of total polyphenols (2.04 - 12.4 g GAE /l sample) and antioxidant activity (1.3 - 2.0 mmol TE /l sample).

Techniky analýzy jednotlivých buněk neboli single-cell analýzy, jsou velmi důležité v kontextu studia důležitých biotechnologických mikroorganismů. V biotechnologických procesech je optimální mít rychlé, efektivní a real-time analýzy, které lze provést s minimální přípravou vzorku. Proto jsme v rámci předložené disertační práce využili autofluorescenci jako marker fyziologického stavu mikrobiální kultury, který je možné analyzovat pomocí fluorescenční mikroskopie a/nebo průtokové cytometrie. Nejdříve bylo potvrzeno, na základně emisních spekter, že zelená autofluorescence emitovaná bakteriemi Cupriavidus necator H16 a jejím polyhydroxyalkanoáty (PHA) neprodukujícím mutantem Cupriavidus necator PHB-4, pochází skutečně z flavinů. Emisní maximum bylo naměřeno v rozmezí 510–550 nm pro FAD, FMN a riboflavin – bohužel jednotlivá spektra od sebe nebylo možné rozeznat, a 515 nm pro oba bakteriální kmeny Cupriavidus necator. Byly nalezeny dvě maxima excitačních spekter, jedno v rozmezí 360–370 nm a druhé okolo 440 nm. Z těchto poznatků byl sestaven nový protokol pro fluorescenční mikroskopii – laser byl nastaven na hodnotu 467 nm a emisní filtr pro detekci byl vybrán 520/35 nm. Flaviny a jejich autofluorescence může být take použita v kombinaci s jinými fluorofory, když jsou použity multiparametrické analýzy, ale je důrazně doporučeno, aby vybrané fluorescenční sondy buď emitovaly v jiném rozmezí, než je 500–550 nm anebo byla jejich doba života excitovaného stavu jiná, než je interval 3,2–3,7 a 4,2 – 4,9 ns. Tyto doby života navíc zůstaly konstantní, i když byly buňky vystaveny kultivačním a stresovým podmínkám. To z nich dělá velmi stabilní marker v porovnání s dynamickým charakterem intenzit fluorescence. Dále byl optimalizován protokol pro značení bakterie C. necator s využitím PHA specifické sondy BODIPY 493/503. Optimální koncentrace této lipofilní sondy byla stanovena na 2,5 µg ml-1 a sondu je možné dle našich dat aplikovat společně s viabilitní sondou propidium iodide, Single-cell analysis techniques are very important when studying relevant biotechnological microorganisms. In biotechnological processes, the optimum is to have fast, efficient and real-time analyses that can be done with minimal preparations. Therefore, we looked at autofluorescence as a possible and natural marker when employing fluorescence microscopy and flow cytometry. First, it has been established, based on the emission spectra, that the green autofluorescence of the bacteria used – Cupriavidus necator H16 and its non polyhydroxyalkanoates (PHA) producing mutant Cupriavidus necator PHB-4, is caused predominantly by flavins. The maxima of emission spectra were 510 – 550 nm for FAD, FMN and riboflavin whose spectra could not be distinguished, and 515 nm for both strains of Cupriavidus necator. Two maxima of excitation spectra of the bacteria were found – one in the range 360 – 370 nm and another around 440 nm, and so a new protocol for fluorescence microscopy has been established - the laser used was 467 nm and the emission filter chosen for the detection was 520/35 nm. Flavins and their autofluorescence can also be used in combination with other fluorophores when the need for multi-parametrical analyses arises, but it’s highly recommended the other dyes emit other than green fluorescence in the band of 500 – 550 nm or/and have an average fluorescence lifetime other than 3.2 – 3.7 and 4.2 - 4.9 ns. These values stayed constant even when the cells were exposed to various cultivation and even stress conditions. That makes them a very stable marker compared to the dynamic marker of fluorescence intensity that changes immediately after a change in the environment. A new staining protocol for C. necator using PHA-specific hydrophobic probe BODIPY 493/503 was optimised. The optimal staining concentration of the lipophilic dye BODIPY 493/503 was determined to be 2.5 µg ml-1 and it can be used in combination with propidium iodide. The BODIPY 493/503 staining protocol h

Tato diplomová práce se zabývá využitelností fyzikálně-chemických analýz při vlivu stresových faktorů na mikroorganismy, kde hlavní náplní této práce bylo navržení a následná optimalizace technik a metod, které jsou obecně využívány v odlišných oblastech vědy a výzkumu. Jako modelové mikroorganismy, podrobené fyzikálně-chemickým analýzám v experimentální části této práce, byly zvoleny dva bakteriální kmeny: Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 lišící se schopností produkce polyhydroxyalkanoátů. Nejprve byly navrženy a otestovány mikroskopické techniky jako transmisní elektronová mikroskopie (TEM), kryo skenovací elektronová mikroskopie (kryo-SEM) a mikroskopie atomárních sil (AFM) sloužící k charakterizaci morfologických odlišností bakterií. Dále byly stanovovány a porovnávány viskoelastické vlastnosti bakterií prostřednictvím oscilačních testů metodou reologie, které byly rovněž otestovány a optimalizovány s ohledem na typ vzorků. Mezi další navržené a otestované fyzikálně-chemické metody patří termická analýza, konkrétně diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) a termogravimetrická analýza (TGA) zabývající se transportem vody a chování intracelulární vody s ohledem na vliv přítomných PHB granulí v bakteriích. Poslední technika, která byla zavedena a optimalizována, je použití dynamického a elektroforetického rozptylu při měnícím se pH, sloužící k charakterizaci povrchových vlastností bakterií (velikost, zeta potenciál, izoelektrický bod)., This diploma thesis deals with the utilization of physico-chemical analysis in study on microbial stress–response. The main content of this work was to propose and optimize techniques and methods which are generally used in different industries. Two bacterial strains, Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 producing polyhydroxyalkanoates (PHA) under certain conditions, were used as model microorganisms. Initially, microscopic teques such as transmission electron microscopy (TEM), cryo scanning electron microscopy (cryo SEM) and atomic force microscopy (AFM) were proposed and tested for the characteriozation of morphological differences of bacteria. Furthermore, viscoelastic properties of bacteria were determined and compared by the oscillatory tests of the rheology method considering another type of samples. Thermal analysis methods, differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) in particular, focused on water transport and behavior of intracellular water influenced by presence of the granules of PHB in bacteria. The last technique, utilized in the study, was dynamic and electrophoretic light dispersion during pH changes for characterization of the surface properties of bacteria such as size, zeta potential and the isoelectric point.

Tato diplomová práce se zabývá využitelností fyzikálně-chemických analýz při vlivu stresových faktorů na mikroorganismy, kde hlavní náplní této práce bylo navržení a následná optimalizace technik a metod, které jsou obecně využívány v odlišných oblastech vědy a výzkumu. Jako modelové mikroorganismy, podrobené fyzikálně-chemickým analýzám v experimentální části této práce, byly zvoleny dva bakteriální kmeny: Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 lišící se schopností produkce polyhydroxyalkanoátů. Nejprve byly navrženy a otestovány mikroskopické techniky jako transmisní elektronová mikroskopie (TEM), kryo skenovací elektronová mikroskopie (kryo-SEM) a mikroskopie atomárních sil (AFM) sloužící k charakterizaci morfologických odlišností bakterií. Dále byly stanovovány a porovnávány viskoelastické vlastnosti bakterií prostřednictvím oscilačních testů metodou reologie, které byly rovněž otestovány a optimalizovány s ohledem na typ vzorků. Mezi další navržené a otestované fyzikálně-chemické metody patří termická analýza, konkrétně diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) a termogravimetrická analýza (TGA) zabývající se transportem vody a chování intracelulární vody s ohledem na vliv přítomných PHB granulí v bakteriích. Poslední technika, která byla zavedena a optimalizována, je použití dynamického a elektroforetického rozptylu při měnícím se pH, sloužící k charakterizaci povrchových vlastností bakterií (velikost, zeta potenciál, izoelektrický bod)., This diploma thesis deals with the utilization of physico-chemical analysis in study on microbial stress–response. The main content of this work was to propose and optimize techniques and methods which are generally used in different industries. Two bacterial strains, Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 producing polyhydroxyalkanoates (PHA) under certain conditions, were used as model microorganisms. Initially, microscopic teques such as transmission electron microscopy (TEM), cryo scanning electron microscopy (cryo SEM) and atomic force microscopy (AFM) were proposed and tested for the characteriozation of morphological differences of bacteria. Furthermore, viscoelastic properties of bacteria were determined and compared by the oscillatory tests of the rheology method considering another type of samples. Thermal analysis methods, differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) in particular, focused on water transport and behavior of intracellular water influenced by presence of the granules of PHB in bacteria. The last technique, utilized in the study, was dynamic and electrophoretic light dispersion during pH changes for characterization of the surface properties of bacteria such as size, zeta potential and the isoelectric point.

Cílem práce je studium a návrh fyzikálně-chemické metody na ověření fotoprotektivních vlastností PHB granulí pomocí bakterie Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 lišíci se schopností produkce polyhydroxyalkanoátů. V teoretické části jsou zpracované základní informace ku polymerním agregátů a metodám využitých při zkoumaní fotoprotektivity. Byli optimalizovány metody jako nefelometrie a kontinuální fluorescenční mikrofotolýza (CFM) sloužíci k charakterizaci mechanizmu způsobu interakce světla s granulemi. V experimentální časti byly stanovovány rozptylové vlastnosti bakterií a získány charakteristické křivky. Dále byla porovnávána fotostabilita fluorescenční sondy specifická pro nukleové kyseliny v bakteriích. Tato metoda měla dokázat větší odolnost vůči UV světlu kmenu H16. Zadefinovala také možnou interakci nukleových kyselin a zkoumaných granulí., The objective of this work is study and design of physical-chemical methods for verification of photoprotective properties PHB inclusions using bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutated bacteria strain Cupriavidus necator PHB-4 which differs in production capability of polyhydroxyalkanoates. Basic information about of polymer inslusions and methods used for proving photoprotectivity are discussed in theoretical part. Methods such as nephelometry and continous fluorescence microphotolysis (CMF), which is used to characterize the mechanism of interaction of light with inclusions, were optimized. In experimental part properties of light scattering in bacteria were determined and characteristic curves were obtained. Further the photostability of fluorescence probe specific for nucleic acids were compared in bacteria strains. This method should prove bigger tolerance of bacteria H16 for UV light. It should also define possible interaction of nucleic acids with PHB inclusions.

Tato bakalářská práce se zabývá vlivem akumulace PHA na stresovou odolnost bakterií vůči dezinfekčním prostředkům. Jako modelové mikroorganismy, využité pro analýzy v experimentální části práce, byly zvoleny dva kmeny: PHA akumulující Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen neschopný PHA syntézy Cupriavidus necator PHB-4. Tyto bakterie byly exponovány třem vybraným dezinfekčním prostředkům (ethanol, savo a ajatin) o třech různých koncentracích. Byla stanovena viabilita bakterií při působení daných detergentů, a to plotnovou metodou a průtokovým cytometrem. Vliv dezinfekčních prostředků na bakterie byl dále zkoumán bujónovou diluční metodou, která spočívala v měření absorbance v čase. Poslední využitou technikou byla agarová difúzní metoda. Z výsledků je patrné, že produkce PHA pozitivně napomáhá obranyschopnosti buněk vůči dezinfekčním prostředkům, jelikož bakteriální kmen Cupriavidus necator H16 je více odolný než jeho mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4. Ze tří vybraných dezinfekčních prostředků je neúčinnější ajatin., This bachelor thesis deals with the influence of acumulation of PHA balancing on the resistence of bacteria against desinfecting means. Two bacterial strains, PHA accumulation Cupriavidus necator H16 and its mutant strain insoluble PHA synthase Cupriavidus necator PHB-4 were used as model microorganisms. These bacteria were exposed to three different concentration of three desinfecting means (etanol, savo and ajatin). The viability of bacteria by the action of disinfectants was determined by the plate method and by the flow cytometry. The influence of desinfecting means against bacteria was examined by the broth dilution method which rested in measurement of absorbance over time. Agar diffusion method was the last one technique use. The results show that PHA production positively aids cell defence against desinfectants because bacterial strain Cupriavidus necator H16 is more resistant than its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4. Of the free selected disinfectants, ajatin is the most effective.

Tato diplomová práce se zabývá možnostmi analýzy viability a obsahu polyhydroxyalkanoátů (PHA) bakteriálních buněk, a to pomocí průtokové cytometrie a fluorescenční mikroskopie. V části věnující se cytometrické analýze bakteriálních buněk byla otestována řada viabilních fluorescenčních sond, ale prakticky se osvědčily pouze dva systémy – propidium iodid a komerční BacLightTM kit, který vykazoval o něco vyšší přesnost stanovení viabilitně bakteriální kultury. Dále byla využita akridinová oranž k analýze fyziologického stavu mikrobiální kultury a dvě hydrofobní sondy, Nilská červeň a BODIPY 493/503, k analýze obsahu PHA v bakteriálních buňkách. Především sonda BODIPY 493/505 se zdá být velmi zajímavá, protože nevyžaduje permeabilizaci buněčných obalů a díky svým spektrálním vlastnostem je plně kompatibilní s propidium iodidem. Tato skutečnost otevírá možnost simultánní analýzy viability bakteriálních kultur a obsahu PHA. V části vyhodnocování mikroskopických výsledků bylo prezentováno několik fluoroforů. Bylo zjištěno, že koncentrace fluoroforů využívaná pro cytometrické analýzy je pro mikroskopii příliš vysoká. SYTO9 svítící převážně v zeleném kanále měla určitý fluorescenční signál i v červeném kanále. Vzorky obarvené BODIPY 493/503 vykazovaly vysoké intenzity fluorescence při koncentraci barviva 10 . Zároveň byly jak u obou kmenů naměřeny záporné amplitudy intenzity fluorescence, výraznější byla u C. necator H16. U tohoto kmene byl překvapivý objev vysoké koncentrace barviva především na povrchu granulí PHB, kde byla zároveň téměř nulová anisotropie barviva (volná otáčivost sondy)., This thesis focuses on fluorescent analysis of viability and PHA content in bacterial cultures, the main methods of investigation were flow cytometry and fluorescent microscopy. In order to determine viability of C. necator H16, several viability probes were tested, nevertheless, only BacLightTM kit and propidium iodide can be used to estimate portion of viable and live bacterial cell in samples. Further, Acridine orange was used to monitor physiological state of bacterial culture and two hydrophobic probes, Nile Red and BODIPY 493/503, were used to investigate PHA content in bacterial cells. Application of BODIPY 493/503 seems to be promising since this probe does not require permeabilization of bacteria cells and it can be used along with propidium iodide. Furthermore, several fluorophores were tested in the microscopic part. In was found that concentrations used in cytometric analyses were too high for microscopic use. Emission from the SYTO9 fluorophore is seen mainly in the green channel but because of the high concentration some emission was visible in the red channel. Cells stained with BODIPY 493/503 had very high fluorescence intensities when the stain concentration was 10 . At the same time, negative amplitudes of fluorescence were measured in both strains of C. necator, but in case of C. necator H16 that amplitude was much more pronounced. In this strain surprising high concentration of BODIPY stain was observed on the surface of PHB granules. Anisotropy of the fluorophore was nearing 0 which is very surprising.

Diplomová práce je zaměřena na studium mechanismu plastifikace polyhydroxyalkanoátů (PHA) in vivo, přičemž se soustředí především na metody izolace nativních PHA granulí a fyzikální, resp. chemické metody iniciace jejich fázových přechodů. V práci zpracovaná Literární rešerše pojednává o tomto mikrobiálním polyesteru a dále se zaměřuje na jednotlivé metody izolace PHA z bakteriálních buněk. Hlavní náplní experimentální práce byla optimalizace postupu izolace nativních PHA granulí, a dále návrh a testování postupů, které iniciují krystalizaci PHA v izolovaných granulích, a také analytických postupů, jak tento fázový přechod korektně detekovat. Izolace PHA granulí z bakterií Cupriavidus necator se prováděla pomocí enzymů, několikanásobného odstředění a rozrušením buněk ultrazvukem. K detekci krystalizace PHA se používala infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a enzymatická metoda, při níž je amorfní PHA selektivně degradováno PHA-depolymerázou s turbidimetrickou detekcí jeho úbytku v disperzi. V rámci podrobnějšího studia mechanismu plastifikace PHA v granulích byly využity techniky založené na fluorescenčním barvení granulí (fluorescenční spektroskopie a průtoková cytometrie). Výsledky provedených analýz mimo jiné potvrdily, že optimalizovaným postupem je možné izolovat granule v amorfním stavu, které zůstávají amorfní i po vysušení a jsou svými základními fyzikálně-chemickými vlastnostmi srovnatelné s nativními granulemi., The diploma thesis is focused on the study of the mechanism of plasticization of polyhydroxyalkanoates (PHA) in vivo, focusing mainly on methods of isolation native PHA granules and physical and chemical methods of initiation their phase transitions. The literature search prepared in this work deals with this microbial polyester and further focuses on individual methods of isolating PHA from bacterial cells. The main task of the experimental work was to optimize the isolation process of native PHA granules, as well as to design and test processes that initiate the PHA crystallization in isolated granules, as well as analytical procedures to correctly detect this phase transition. Isolation of PHA granules from Cupriavidus necator was performed by enzymes, centrifugation several times and sonication of the cells. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and an enzymatic method in which amorphous PHA is selectively degraded by PHA-depolymerase with turbidimetric detection of its loss in dispersion was used to detect PHA crystallization. Techniques based on fluorescence staining of granules (fluorescence spectroscopy and flow cytometry) were used in a more detailed study of the mechanism of PHA plasticization in granules. The results of the analyzes confirmed, among other things, that the optimized procedure makes it possible to isolate granules in the amorphous state, which remain amorphous even after drying and are comparable to native granules in their basic physicochemical properties.

Tato diplomová práce se zabývá autofluorescencí flavinů v gram-negativní bakterii Cupriavidus necator H16 a jejím mutantním kmenu PHB-4. Experimenty byly prováděny pomocí fluorescenční mikroskopie a průtokové cytometrie. Pro potvrzení přítomnosti flavinů byla změřena excitační a emisní spektra bakteriální suspenze, která se porovnala s flavinovými standardy. V části věnované testování buněk bez stresové odpovědi se měřila autofluorescence bakterií v PBS pufru a buněčné suspenze obarvené fluorescenční sondou BODIPY 493/503. Byl porovnáván poměr krátké doby života ku dlouhé době života autofluorescence a jeho závislost na přítomnosti fluorescenční sondy. Dále byla měřena autofluorescence supernatantu, kdy bylo zjištěno, že relativní zastoupení dlouhé doby života v extracelulárním prostředí je mnohonásobně vyšší než v intracelulárním. V části věnované stresové odpovědi se práce zaměřila na množství rozpuštěného kyslíku v produkčním médiu. Dále byl použit různě koncentrovaný peroxid vodíku, kdy nejlepší výsledky vykazovala koncentrace 100 mM. Pro porovnání s předchozími podmínkami se využila kombinace se síranem železnato-amonným, kde ale nebyl pozorován žádný rozdíl. Z látek ovlivňujících přímo dýchací řetězec byl použit azid sodný a antimycin A. Obě tyto látky měly vliv na změnu poměru relativního zastoupení dob života autofluorescence, ovšem rozložení těchto dob života a změnu rozložení autofluorescence v průběhu času ovlivňoval pouze azid sodný., This thesis focuses on autofluorescence of flavins in gram-negative bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutant strain PHB-4. The main methods used were fluorescence microscopy and flow cytometry. To confirm the presence of flavins, excitation and emission spectra of the bacterial suspension were measured, which were compared with flavin standards. In the part of testing cells without stress response, the autofluorescence of bacteria in PBS buffer and cell suspensions stained with fluorescence probe BODIPY 493/503 was measured. The ratio of short fluorescence lifetime to long autofluorescence lifetime, and its dependence on fluorescence probe was compared with previous conditions. Autofluorescence of the supernatant was measured; it was found that the relative amplitude of long lifetime was multiple times higher than in the cell. In the part devoted to the stress response, this thesis was focused on the amount of dissolved oxygen in the production medium and the effect on bacterial autofluorescence. Then differently concentrated hydrogen peroxide was used, the best results were obtained from the concentration of 100 mM in media. For comparison a combination of hydrogen peroxide with ferro-ammonium sulphate was used, but there was no big difference. Sodium azide and antimycin A were selected as substances that directly influence on bacterial respiratory chain. Both compounds affected change in the ratio of the relative amplitudes, but the distribution of these lifetimes and the autofluorescence change over time was affected only by sodium azide.

Cílem práce je studium možností mikrobiální produkce polyhydroxyalkanoátů (PHA) na různých odpadních substrátech. Polyhydroxyalkanoáty nacházejí uplatnění jako biodegradabilní materiály. Pro laboratorní práci byla využita průmyslově užívaná bakterie Cupriavidus necator, jež byla kultivována s prekurzory různých monomerních jednotek s cílem produkce kopolymerů 3HB s 3HV a 4HB. Bakterie byla dále kultivována na různých odpadních substrátech, především olejnatých, s cílem dosáhnout co nejvyšší produkce polymeru. Další velkou část práce tvoří studium izolačních strategií PHA s využitím enzymů. Komerčně využívané protéazy – alkaláza a pankreatin – jsou účinnými enzymy pro rozklad bakteriální buňky. Řada optimalizačních experimentů ukázala, že při použití enzymu můžeme získat až o 13 % čistší polymer. Vzrůst čistoty PHA až nad 90% hranici byl docílen přídavkem povrchově aktivní látky, která podporuje rozpustnost buněčných komponent netvořících polymer a může zvýšit čistotu až o 20 % vůči kontrolní kultivaci. Část práce se zabývá i využitím enzymového preparátu izolovaného z bakterie Bacillus subtilis. Jeho aplikace na bakteriální kultury vedla k zisku polymeru s čistotou přesahující 95% hranici. Tyto výsledky by mohly být základem nové izolační strategie, která povede k efektivnějšímu zisku PHA z biomasy., The aim of this work is to study the possibility of microbial production of polyhydroxyalkanoates (PHA). PHA can be used as biodegradable materials. Bacterial strain Cupriavidus necator was used for laboratory production of PHA. This bacterium was cultivated in medium with various precursors to produce copolymers of 3HB with 3HV or 4HB. Another part of the work was aimed at cultivation of C. necator on different waste substrates, especially oils, with the aim to achieve the highest production of polymer. Another large part of the thesis is dedicated to isolation strategies of PHA using enzymes. Commercially used proteases – alcalase and pancreatin – can be used with advantages for digestion of bacterial cells. A number of optimization experiments showed that application of proteases leads to enhancement of PHA purity to about 13%. Purity increase up to 90 % was achieved by adding a surfactant, which promotes the solubility of non-PHA forming polymer. This surfactant increases the purity of 20 % when compared to control. The last part of presented work deals with the use of enzyme solution isolated from Bacillus subtilis medium. Its application to C. necator culture led to the yield of polymer at a purity exceeding 95 %. These results could represent the basis for new isolation strategies, which can lead to more efficient yield of PHA.

Tato bakalářská práce se zabývá stresovou odolností bakterií produkující PHA vůči nepříznivým podmínkám v gastrointestinálním traktu. Za tímto účelem byly zvoleny dva bakteriální kmeny jako modelové mikroorganismy. Cupriavidus necator H16 produkující PHA a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 bez schopnosti akumulace PHA. Pro experimentální část byly nejprve vybrány tři šťávy o různých koncentracích, konkrétně žaludeční, žlučová a pankreatická. Dále byla stanovována viabilita stresovaného bakteriálního kmene pomocí plotnové metody a průtokového cytometru. Mezi další využité metody patří antimikrobiální testy. První z těchto testů byla použita agarová difúzní metoda, díky které byly stanoveny a porovnány velikosti inhibičních zón. Poslední metoda, která byla provedena, je bujónová diluční metoda, sloužící k porovnání absorbancí čistých bakteriálních suspenzí a stresovaných suspenzích s danou šťávou o určité koncentraci. Z výsledků je patrné, že produkce PHA představuje v kontextu expozice stresovým podmínkám gastrointestinálního traktu především nevýhodu pro akumulující bakteriální kmen., This bachelor thesis is focused on stress resistance of PHA accumulating bacteria against unfavourable conditions associated with gastrointestinal tract. Two bacterial strains were chosen as model microorganisms for this purpose. Cupriavidus necator H16 producing PHA and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 without the ability of PHA accumulation. Firstly, three gastrointestinal juices of different concentrations were chosen for the experimental part, namely gastric, bile and pancreatic juices. The stressed bacterial strain was then determined using a spread plate method and a flow cytometry. Other methods used include antimicrobial tests. The agar diffusion method was first tested to determine the size of the inhibition zones. The last method that has been performed is the broth dilution method, which serves to compare the absorbance of pure bacterial suspensions and stressed suspensions with the given juice of a certain concentration. The results show that the production of PHA represents a disadvantage in context of conditions associated with gastrointestinal tract of accumulating bacterial strain.

Cílem bakalářské práce bylo otestovat vhodné metody přípravy amorfní formy mikrobiálních polyesterů a realizovat modelový experiment pro studium kinetiky krystalizace připravených forem polyesterů. V teoretické části je zpracována charakteristika PHA a různé metody izolace PHB granulí z bakteriálních buněk. V experimentální části byly nejprve otestovány měřící techniky jako analytická centrifugace, dynamický rozptyl světla (DLS) a infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) sloužící k charakterizaci vlastností PHB granulí. Dále byl proveden experiment o izolaci nativních PHB granulí z bakterií Cupriavidus necator pomocí lysozymu, deoxyribonukleázy a rozrušením buněk ultrazvukem. Výsledky analýz ukázaly, že granule jsou buďto izolovány amorfní jen za mokra a po vysušení krystalizují, nebo že byly granule zcela amorfní, ale nedošlo k jejich dokonalé izolaci z bakteriální buňky., The aim of this bachelor thesis was to test suitable methods for preparation of amorphous form of microbial polyesters and to perform model experiment to study a kinetics of crystallization of prepared polyesters. The theoretical part deals with PHA characteristics and various methods of isolating PHB granules from bacterial cells. In the experimental part, measuring techniques such as analytical centrifugation, dynamic light scattering (DLS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were tested to characterize the properties of PHB granules. Furthermore, an experiment was performed to isolate native PHB granules from Cupriavidus necator using lysozyme, deoxyribonuclease and cell disruption by ultrasonification. The results of the analyzes showed that the granules were either isolated amorphous only in the wet and crystallized upon drying, or that the granules were completely amorphous but not isolated from the bacterial cell.

Tato diplomová práce se zabývá možnostmi analýzy viability a obsahu polyhydroxyalkanoátů (PHA) bakteriálních buněk, a to pomocí průtokové cytometrie a fluorescenční mikroskopie. V části věnující se cytometrické analýze bakteriálních buněk byla otestována řada viabilních fluorescenčních sond, ale prakticky se osvědčily pouze dva systémy – propidium iodid a komerční BacLightTM kit, který vykazoval o něco vyšší přesnost stanovení viabilitně bakteriální kultury. Dále byla využita akridinová oranž k analýze fyziologického stavu mikrobiální kultury a dvě hydrofobní sondy, Nilská červeň a BODIPY 493/503, k analýze obsahu PHA v bakteriálních buňkách. Především sonda BODIPY 493/505 se zdá být velmi zajímavá, protože nevyžaduje permeabilizaci buněčných obalů a díky svým spektrálním vlastnostem je plně kompatibilní s propidium iodidem. Tato skutečnost otevírá možnost simultánní analýzy viability bakteriálních kultur a obsahu PHA. V části vyhodnocování mikroskopických výsledků bylo prezentováno několik fluoroforů. Bylo zjištěno, že koncentrace fluoroforů využívaná pro cytometrické analýzy je pro mikroskopii příliš vysoká. SYTO9 svítící převážně v zeleném kanále měla určitý fluorescenční signál i v červeném kanále. Vzorky obarvené BODIPY 493/503 vykazovaly vysoké intenzity fluorescence při koncentraci barviva 10 . Zároveň byly jak u obou kmenů naměřeny záporné amplitudy intenzity fluorescence, výraznější byla u C. necator H16. U tohoto kmene byl překvapivý objev vysoké koncentrace barviva především na povrchu granulí PHB, kde byla zároveň téměř nulová anisotropie barviva (volná otáčivost sondy)., This thesis focuses on fluorescent analysis of viability and PHA content in bacterial cultures, the main methods of investigation were flow cytometry and fluorescent microscopy. In order to determine viability of C. necator H16, several viability probes were tested, nevertheless, only BacLightTM kit and propidium iodide can be used to estimate portion of viable and live bacterial cell in samples. Further, Acridine orange was used to monitor physiological state of bacterial culture and two hydrophobic probes, Nile Red and BODIPY 493/503, were used to investigate PHA content in bacterial cells. Application of BODIPY 493/503 seems to be promising since this probe does not require permeabilization of bacteria cells and it can be used along with propidium iodide. Furthermore, several fluorophores were tested in the microscopic part. In was found that concentrations used in cytometric analyses were too high for microscopic use. Emission from the SYTO9 fluorophore is seen mainly in the green channel but because of the high concentration some emission was visible in the red channel. Cells stained with BODIPY 493/503 had very high fluorescence intensities when the stain concentration was 10 . At the same time, negative amplitudes of fluorescence were measured in both strains of C. necator, but in case of C. necator H16 that amplitude was much more pronounced. In this strain surprising high concentration of BODIPY stain was observed on the surface of PHB granules. Anisotropy of the fluorophore was nearing 0 which is very surprising.

Diplomová práce je zaměřena na studium mechanismu plastifikace polyhydroxyalkanoátů (PHA) in vivo, přičemž se soustředí především na metody izolace nativních PHA granulí a fyzikální, resp. chemické metody iniciace jejich fázových přechodů. V práci zpracovaná Literární rešerše pojednává o tomto mikrobiálním polyesteru a dále se zaměřuje na jednotlivé metody izolace PHA z bakteriálních buněk. Hlavní náplní experimentální práce byla optimalizace postupu izolace nativních PHA granulí, a dále návrh a testování postupů, které iniciují krystalizaci PHA v izolovaných granulích, a také analytických postupů, jak tento fázový přechod korektně detekovat. Izolace PHA granulí z bakterií Cupriavidus necator se prováděla pomocí enzymů, několikanásobného odstředění a rozrušením buněk ultrazvukem. K detekci krystalizace PHA se používala infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a enzymatická metoda, při níž je amorfní PHA selektivně degradováno PHA-depolymerázou s turbidimetrickou detekcí jeho úbytku v disperzi. V rámci podrobnějšího studia mechanismu plastifikace PHA v granulích byly využity techniky založené na fluorescenčním barvení granulí (fluorescenční spektroskopie a průtoková cytometrie). Výsledky provedených analýz mimo jiné potvrdily, že optimalizovaným postupem je možné izolovat granule v amorfním stavu, které zůstávají amorfní i po vysušení a jsou svými základními fyzikálně-chemickými vlastnostmi srovnatelné s nativními granulemi., The diploma thesis is focused on the study of the mechanism of plasticization of polyhydroxyalkanoates (PHA) in vivo, focusing mainly on methods of isolation native PHA granules and physical and chemical methods of initiation their phase transitions. The literature search prepared in this work deals with this microbial polyester and further focuses on individual methods of isolating PHA from bacterial cells. The main task of the experimental work was to optimize the isolation process of native PHA granules, as well as to design and test processes that initiate the PHA crystallization in isolated granules, as well as analytical procedures to correctly detect this phase transition. Isolation of PHA granules from Cupriavidus necator was performed by enzymes, centrifugation several times and sonication of the cells. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and an enzymatic method in which amorphous PHA is selectively degraded by PHA-depolymerase with turbidimetric detection of its loss in dispersion was used to detect PHA crystallization. Techniques based on fluorescence staining of granules (fluorescence spectroscopy and flow cytometry) were used in a more detailed study of the mechanism of PHA plasticization in granules. The results of the analyzes confirmed, among other things, that the optimized procedure makes it possible to isolate granules in the amorphous state, which remain amorphous even after drying and are comparable to native granules in their basic physicochemical properties.

Táto bakalárska práca sa zaoberá vplyvom oxidačného stresu na bakteriálny kmeň Cupriavidus necator v dvoch podobách: Cupriavidus necator H16 tvoriaci PHB granule a Cupriavidus necator PHB-4 ako mutant, ktorý nedokáže granule syntetizovať. Práca porovnáva vplyvy vyvolávajúce oxidačný stres, ktorý sa prejavuje výskytom ROS v bunke. Bunky boli ďalej analyzované na prietokovom cytometre a fluorescenčnom mikroskope. V analýze bolo potrebné pracovať s fluorescenčnými sondami rôzneho typu. Na vytvorenie oxidačného stresu boli použité viaceré koncentrácie peroxidu vodíka, ďalej bola vyskúšaná Fentonova reakcia s použitím síranu železnato–amonného a nakoniec hexahydrát chloridu kobaltnatého. Na zistenie viability bakteriálnych buniek sa používala fluorescenčná sonda propidium jodid, ako lipofilné farbivo bolo testované BODIPY. Na záver to boli fluorescenčné sondy na detekciu ROS v bunke H2DCFDA a CM–H2DCFDA, tieto sondy museli byť optimalizované pre danú techniku. Záverom práce je potvrdenie hypotézy, že schopnosť produkcie PHA granúl zvyšuje odolnosť C. necator proti oxidačnému stresu., This bachelor thesis deals with the impact of oxidative pressure on the bacterial strain Cupriavidus necator in its two forms: Cupriavidus necator H16 producing PHB granules and Cupriavidus necator PHB-4 as a mutant that is not capable of producing granules. The thesis compares different influences causing oxidative stress that is demonstrated by the occurrence of ROS in the cell. Furthermore, the cells were analysed with a flow cytometer and a fluorescence microscope. During the analysis it was necessary to use different types of fluorescence probes. The oxidative stress was created by means of hydrogen peroxide at various concentrations. Further tests focused on Fenton’s reaction including ammonium iron sulfate and cobalt chloride hexahydrate. Propidium iodide as a fluorescence probe was used to determine the viability of the bacterial cells, and BODIPY was tested as a lipophilic dye. Finally, the ROS in the cell was detected by H2DCFDA and CM–H2DCFDA, fluorescence probes that had to be optimised for the respective technique. The result of this bachelor thesis is the confirmation of the hypothesis that PHA granules production increase the resistance of Cupriavidus necator against oxidative stress.

Cílem práce je studium a návrh fyzikálně-chemické metody na ověření fotoprotektivních vlastností PHB granulí pomocí bakterie Cupriavidus necator H16 a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 lišíci se schopností produkce polyhydroxyalkanoátů. V teoretické části jsou zpracované základní informace ku polymerním agregátů a metodám využitých při zkoumaní fotoprotektivity. Byli optimalizovány metody jako nefelometrie a kontinuální fluorescenční mikrofotolýza (CFM) sloužíci k charakterizaci mechanizmu způsobu interakce světla s granulemi. V experimentální časti byly stanovovány rozptylové vlastnosti bakterií a získány charakteristické křivky. Dále byla porovnávána fotostabilita fluorescenční sondy specifická pro nukleové kyseliny v bakteriích. Tato metoda měla dokázat větší odolnost vůči UV světlu kmenu H16. Zadefinovala také možnou interakci nukleových kyselin a zkoumaných granulí., The objective of this work is study and design of physical-chemical methods for verification of photoprotective properties PHB inclusions using bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutated bacteria strain Cupriavidus necator PHB-4 which differs in production capability of polyhydroxyalkanoates. Basic information about of polymer inslusions and methods used for proving photoprotectivity are discussed in theoretical part. Methods such as nephelometry and continous fluorescence microphotolysis (CMF), which is used to characterize the mechanism of interaction of light with inclusions, were optimized. In experimental part properties of light scattering in bacteria were determined and characteristic curves were obtained. Further the photostability of fluorescence probe specific for nucleic acids were compared in bacteria strains. This method should prove bigger tolerance of bacteria H16 for UV light. It should also define possible interaction of nucleic acids with PHB inclusions.

Tato diplomová práce se zabývá autofluorescencí flavinů v gram-negativní bakterii Cupriavidus necator H16 a jejím mutantním kmenu PHB-4. Experimenty byly prováděny pomocí fluorescenční mikroskopie a průtokové cytometrie. Pro potvrzení přítomnosti flavinů byla změřena excitační a emisní spektra bakteriální suspenze, která se porovnala s flavinovými standardy. V části věnované testování buněk bez stresové odpovědi se měřila autofluorescence bakterií v PBS pufru a buněčné suspenze obarvené fluorescenční sondou BODIPY 493/503. Byl porovnáván poměr krátké doby života ku dlouhé době života autofluorescence a jeho závislost na přítomnosti fluorescenční sondy. Dále byla měřena autofluorescence supernatantu, kdy bylo zjištěno, že relativní zastoupení dlouhé doby života v extracelulárním prostředí je mnohonásobně vyšší než v intracelulárním. V části věnované stresové odpovědi se práce zaměřila na množství rozpuštěného kyslíku v produkčním médiu. Dále byl použit různě koncentrovaný peroxid vodíku, kdy nejlepší výsledky vykazovala koncentrace 100 mM. Pro porovnání s předchozími podmínkami se využila kombinace se síranem železnato-amonným, kde ale nebyl pozorován žádný rozdíl. Z látek ovlivňujících přímo dýchací řetězec byl použit azid sodný a antimycin A. Obě tyto látky měly vliv na změnu poměru relativního zastoupení dob života autofluorescence, ovšem rozložení těchto dob života a změnu rozložení autofluorescence v průběhu času ovlivňoval pouze azid sodný., This thesis focuses on autofluorescence of flavins in gram-negative bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutant strain PHB-4. The main methods used were fluorescence microscopy and flow cytometry. To confirm the presence of flavins, excitation and emission spectra of the bacterial suspension were measured, which were compared with flavin standards. In the part of testing cells without stress response, the autofluorescence of bacteria in PBS buffer and cell suspensions stained with fluorescence probe BODIPY 493/503 was measured. The ratio of short fluorescence lifetime to long autofluorescence lifetime, and its dependence on fluorescence probe was compared with previous conditions. Autofluorescence of the supernatant was measured; it was found that the relative amplitude of long lifetime was multiple times higher than in the cell. In the part devoted to the stress response, this thesis was focused on the amount of dissolved oxygen in the production medium and the effect on bacterial autofluorescence. Then differently concentrated hydrogen peroxide was used, the best results were obtained from the concentration of 100 mM in media. For comparison a combination of hydrogen peroxide with ferro-ammonium sulphate was used, but there was no big difference. Sodium azide and antimycin A were selected as substances that directly influence on bacterial respiratory chain. Both compounds affected change in the ratio of the relative amplitudes, but the distribution of these lifetimes and the autofluorescence change over time was affected only by sodium azide.

V rámci této práce byly nejprve připraveny artificiální PHB granule. Pomocí dynamického a elektroforetického rozptylu světla byl studován vliv použitého rozpouštědla PHB, vliv teploty a délky působení ultrazvukové lázně, vliv teploty odpaření rozpouštědla a vliv povahy stabilizačních látek. Nejvhodnější parametry byly pozorovány u granulí připravených rozpuštěním PHB v chloroformu, stabilizací CTAB nebo lecitinem, ultrasonifikací při 35 °C a následným odpařováním chloroformu při 60 °C. Na základě výsledků ATR-FTIR a Ramanovy spektroskopie bylo zjištěno, že PHB v artificiálních granulích byl krystalický. Nativní PHB granule byly izolovány z bakterií Cupriavidus necator pomocí lysozymu, deoxyribonukleázy a rozrušením buněk ultrazvukem nebo digescí buněk s alkalázou, SDS a EDTA. Granule získané oběma izolačními postupy byly charakterizovány pomocí ATR-FTIR, Ramanovy spektroskopie, technikami rozptylu světla a DSC. Výsledky analýz ukázaly, že druhý zmíněný postup je pro získání polymeru v amorfním stavu mnohem efektivnější. Polymer uvnitř granulí izolovaných tímto způsobem byl navíc i tepelně stabilnější. Nakonec byly vzorky nativních PHB granulí vystaveny vlivu acetonu, lipázy a chlornanu sodného s tím, že by tyto látky měly v různé míře zvýšit krystalinitu polymeru. Nejvyšší krystalinity PHB bylo dosaženo po jejich ošetření lipázou., First artificial PHB granules were prepared under the terms of this thesis. The effect of used PHB solvent, ultrasonic bath temperature and time, solvent evaporation temperature and stabilizing agent nature was investigated using dynamic and electrophoretic light scattering. The most proper parameters were demonstrated at samples which were prepared by dissolving of PHB in chloroform, stabilizing with CTAB or lecithin, ultrasonifying at 35 °C followed by chloroform evaporating at 60 °C. Based on ATR-FTIR and Raman spectroscopy results, it was found out that PHB within the artificial granules were in crystalline form. The native PHB granules were isolated from Cupriavidus necator using either lysosyme, deoxyribonuclease and cell disruption by ultrasonification or digestion with alcalase, SDS and EDTA. Granules obtained by both isolation procedures were characterized by ATR-FTIR, Raman spectroscopy, light scattering techniques and DSC. According to the analyses results, the second mentioned procedure turned out to be more effective for obtaining the polymer in amorphous state. Furthermore, the polymer within granules recovered by using this procedure was thermally more stable. Last but not least, the native PHB granules samples were exposed to effect of acetone, lipase and sodium hypochlorite, assuming that polymer crystallinity should be increased by these chemicals in varying degrees. The highest degree of crystallinity was achieved after their treatment with lipase.

Táto diplomová práca sa zaoberá využitím metód termickej analýzy pri štúdiu účinkov mikrobiálnych inhibítorov, kde hlavným cieľom tejto práce bolo otestovať využiteľnosť metódy, ktorá sa predovšetkým používa v odlišných oblastiach vedy a výskumu. Ako modelové mikroorganizmy boli zvolené tri bakteriálne kmene: Cupriavidus necator H16, jeho mutantný kmeň Cupriavidus necator PHB-4 a Halomonas halophila. Inhibičný účinok kyseliny levulovej na rast a mieru metabolickej aktivity bol sledovaný pomocou mikrokalorimetrie. Meraním bolo zistené, že baktérie boli schopné adaptovať sa na kyselinu levulovú do určitej koncentrácie – Cupriavidus necator do 5 g/l a Halomonas halophila do 2 g/l. Výsledky termickej analýzy boli porovnané s konvenčnou metódou, ktorá sa bežne používa na sledovanie rastu mikroorganizmov., This diploma thesis deals with the use of thermal analysis in the study on effects of microbial inhibitors. The main aim of this work was to determine the utilization of the method, which is mainly used in different fields of science and research. Three bacterial strains: Cupriavidus necator H16, its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 and Halomonas halophila, were used as model microorganisms. The inhibitory effect of levulinic acid on growth and metabolic activity was monitored by microcalorimetry. It was found that bacteria were able to adapt to levulinic acid to a certain concentration - Cupriavidus necator to 5 g/l and Halomonas halophila to 2 g/l. The thermal analysis results were compared to a conventional method, which is commonly used to study the growth of microorganisms.

Táto diplomová práca sa zaoberá možnosťami analýzy stresovej odolnosti bakteriálnych buniek Cupriavidus necator H16 a PHB-4 pomocou spektroskopických metód a otestovaním vhodnosti akridinovej oranži ako viabilitného farbiva. Na základe literárnej rešerše boli navrhnuté vhodné analytické metódy, konkrétne prietokový cytometer a fluorescenčný mikroskop. Prvá časť experimentálnej práce bola zameraná na fluorescenčný mikroskop, ktorým bol potvrdený základný charakter akridinovej oranži. Na sledovanie viability boli vybrané tri stresové faktory, 50% a 70% etanol a kyslé pH (pH = 1). Baktérie po expozícii etanolom fluoreskovali zelenou farbou a vedľa buniek sa nachádzali červené škvrny, čo naznačuje ich stratu integrity. V kyslom prostredí baktérie fluoreskovali červene, pretože došlo k čiastočnému porušeniu DNA. Výsledky boli overené kombináciou propídium jodidu so SYTO9 a pri tejto metóde sa osvedčila vhodnosť akridinovej oranži. Obrazové záznamy boli spracované pomocou obrazovej analýzy. V druhej časti bola akridinová oranž použitá pri sledovaní fluorescencie pomocou prietokového cytometra. Výsledkom merania bola fluorescencia vyjadrená vo forme histogramov pre jednotlivé kanály, kde fluorescencia bola charakterizovaná mediánom a priemernou intenzitou. Porovnaním použitých metód sa akridinová oranž javí ako vhodnejšie fluorescnečné farbivo pre mikroskop ako pre prietokový cytometer, v ktorom bolo zložitejšie získať informácie o životaschopnosti buniek. V poslednej časti experimentálne práce boli skúmané zaujímavé fotofyzikálne vlastnosti akridinovej oranži., This diploma thesis deals with the possibilities of stress resistance analysis of the Cupriavidus necator H16 and PHB-4 bacterial cells by spectroscopic methods and by testing the suitability of acridine orange as a viable dye. Based on research in literature, suitable analytical methods have been proposed, namely flow cytometer and fluorescence microscope. The first part of the experimental work was focused on the fluorescence microscope, which confirmed the basic character of acridine orange. Three stress factors, 50% and 70% ethanol, and acidic pH (pH = 1) were selected for viability monitoring. The bacteria fluoresced with green color after exposure to ethanol and red spots were found next to the cells, indicating their loss of integrity. In an acidic environment, the bacteria fluoresced red because of a partial DNA breakdown. The results were verified by the combination of propidium iodide with SYTO9 and the acridine orange suitability proved to be useful in this method. Image records were processed using image analysis. In the second part, acridine orange was used to monitor fluorescence using a flow cytometer. The result of the measurement was fluorescence expressed as histograms for individual channels, where fluorescence was characterized by median and mean intensity. By comparing the methods used, the acridine orange appears to be a more suitable fluorescent dye for the microscope than for a flow cytometer in which it was more difficult to obtain cell viability information. In the last part of the experimental work interesting photophysical properties of acridine orange were investigated.

Cílem práce je studium možností mikrobiální produkce polyhydroxyalkanoátů (PHA) na různých odpadních substrátech. Polyhydroxyalkanoáty nacházejí uplatnění jako biodegradabilní materiály. Pro laboratorní práci byla využita průmyslově užívaná bakterie Cupriavidus necator, jež byla kultivována s prekurzory různých monomerních jednotek s cílem produkce kopolymerů 3HB s 3HV a 4HB. Bakterie byla dále kultivována na různých odpadních substrátech, především olejnatých, s cílem dosáhnout co nejvyšší produkce polymeru. Další velkou část práce tvoří studium izolačních strategií PHA s využitím enzymů. Komerčně využívané protéazy – alkaláza a pankreatin – jsou účinnými enzymy pro rozklad bakteriální buňky. Řada optimalizačních experimentů ukázala, že při použití enzymu můžeme získat až o 13 % čistší polymer. Vzrůst čistoty PHA až nad 90% hranici byl docílen přídavkem povrchově aktivní látky, která podporuje rozpustnost buněčných komponent netvořících polymer a může zvýšit čistotu až o 20 % vůči kontrolní kultivaci. Část práce se zabývá i využitím enzymového preparátu izolovaného z bakterie Bacillus subtilis. Jeho aplikace na bakteriální kultury vedla k zisku polymeru s čistotou přesahující 95% hranici. Tyto výsledky by mohly být základem nové izolační strategie, která povede k efektivnějšímu zisku PHA z biomasy., The aim of this work is to study the possibility of microbial production of polyhydroxyalkanoates (PHA). PHA can be used as biodegradable materials. Bacterial strain Cupriavidus necator was used for laboratory production of PHA. This bacterium was cultivated in medium with various precursors to produce copolymers of 3HB with 3HV or 4HB. Another part of the work was aimed at cultivation of C. necator on different waste substrates, especially oils, with the aim to achieve the highest production of polymer. Another large part of the thesis is dedicated to isolation strategies of PHA using enzymes. Commercially used proteases – alcalase and pancreatin – can be used with advantages for digestion of bacterial cells. A number of optimization experiments showed that application of proteases leads to enhancement of PHA purity to about 13%. Purity increase up to 90 % was achieved by adding a surfactant, which promotes the solubility of non-PHA forming polymer. This surfactant increases the purity of 20 % when compared to control. The last part of presented work deals with the use of enzyme solution isolated from Bacillus subtilis medium. Its application to C. necator culture led to the yield of polymer at a purity exceeding 95 %. These results could represent the basis for new isolation strategies, which can lead to more efficient yield of PHA.

Tato diplomová práce se zabývá možnostmi analýzy viability a obsahu polyhydroxyalkanoátů (PHA) bakteriálních buněk, a to pomocí průtokové cytometrie a fluorescenční mikroskopie. V části věnující se cytometrické analýze bakteriálních buněk byla otestována řada viabilních fluorescenčních sond, ale prakticky se osvědčily pouze dva systémy – propidium iodid a komerční BacLightTM kit, který vykazoval o něco vyšší přesnost stanovení viabilitně bakteriální kultury. Dále byla využita akridinová oranž k analýze fyziologického stavu mikrobiální kultury a dvě hydrofobní sondy, Nilská červeň a BODIPY 493/503, k analýze obsahu PHA v bakteriálních buňkách. Především sonda BODIPY 493/505 se zdá být velmi zajímavá, protože nevyžaduje permeabilizaci buněčných obalů a díky svým spektrálním vlastnostem je plně kompatibilní s propidium iodidem. Tato skutečnost otevírá možnost simultánní analýzy viability bakteriálních kultur a obsahu PHA. V části vyhodnocování mikroskopických výsledků bylo prezentováno několik fluoroforů. Bylo zjištěno, že koncentrace fluoroforů využívaná pro cytometrické analýzy je pro mikroskopii příliš vysoká. SYTO9 svítící převážně v zeleném kanále měla určitý fluorescenční signál i v červeném kanále. Vzorky obarvené BODIPY 493/503 vykazovaly vysoké intenzity fluorescence při koncentraci barviva 10 . Zároveň byly jak u obou kmenů naměřeny záporné amplitudy intenzity fluorescence, výraznější byla u C. necator H16. U tohoto kmene byl překvapivý objev vysoké koncentrace barviva především na povrchu granulí PHB, kde byla zároveň téměř nulová anisotropie barviva (volná otáčivost sondy)., This thesis focuses on fluorescent analysis of viability and PHA content in bacterial cultures, the main methods of investigation were flow cytometry and fluorescent microscopy. In order to determine viability of C. necator H16, several viability probes were tested, nevertheless, only BacLightTM kit and propidium iodide can be used to estimate portion of viable and live bacterial cell in samples. Further, Acridine orange was used to monitor physiological state of bacterial culture and two hydrophobic probes, Nile Red and BODIPY 493/503, were used to investigate PHA content in bacterial cells. Application of BODIPY 493/503 seems to be promising since this probe does not require permeabilization of bacteria cells and it can be used along with propidium iodide. Furthermore, several fluorophores were tested in the microscopic part. In was found that concentrations used in cytometric analyses were too high for microscopic use. Emission from the SYTO9 fluorophore is seen mainly in the green channel but because of the high concentration some emission was visible in the red channel. Cells stained with BODIPY 493/503 had very high fluorescence intensities when the stain concentration was 10 . At the same time, negative amplitudes of fluorescence were measured in both strains of C. necator, but in case of C. necator H16 that amplitude was much more pronounced. In this strain surprising high concentration of BODIPY stain was observed on the surface of PHB granules. Anisotropy of the fluorophore was nearing 0 which is very surprising.

Táto diplomová práca sa zaoberá využiteľnosťou termickej analýzy pri vplyve stresových faktorov na mikroorganizmy. Hlavným cieľom prezentovanej práce bolo navrhnúť a realizovať sériu experimentov za účelom otestovania využiteľnosti pokročilých metód termickej analýzy pri charakterizácií mikroorganizmov. Ako modelové organizmy boli použité dva bakteriálne kmene: Cupriavidus necator H16 a jeho mutantný kmeň Cupriavidus necator PHB-4, ktorý sa líši v schopnosti produkcie polyhydroxyalkanoátov. Základnou technikou bola termogravimetrická analýza (TGA), ktorá bola optimalizovaná a využitá pri štúdiu transportu vody, správanie a stanovenie obsahu intracelulárnej vody s ohľadom na vplyv prítomnosti intracelulárnych PHB granúl. Výsledky tejto metódy boli následne podporené fotkami z TEM., This diploma thesis deals with the applicability of thermal analysis in the influence of stress factors on microorganisms. The main aim of the presented work was to design and implement a series of experiments to thest the usability of advanced methods of thermal analysis in the characterization of microorganisms. Two bacterial strains were used as model organisms: Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4, which differs in the ability to produce polyhydroxyalkanoates. The basic technique used thermogravimetric analysis (TGA), which was optimized and applied in the study of water transport, behavior and determination of intracellular water content with respect to the influence of the presence of intracellular PHB granules. The results of this method were subsequently supported by TEM photos.

Bakalářská práce se zabývá srovnáním a optimalizací metod studia biologických membrán pomocí fluorescenční spektroskopie a mikroskopie s využitím bakterie Cupriavidus necator H16 (obsahující PHB granule) a PHB-4 (neobsahující PHB granule) jako modelového organismu. Experimentálně byla určena vhodná koncentrace sondy laurdan pro barvení biologických membrán a čas potřebný k jejímu průniku do buňky. Takto obarvené organismy byly dále studovány pomocí steady-state spektrofluorimetrie, při které byl zkoumán vliv teploty na tvar emisního spektra a také možnost promývání jako jednoho z kroků při přípravě vzorků. Obě tato měření naznačují výhodnost promývání, ale neposkytují nezpochybnitelné výsledky. Rozdíl mezi dvěma kmeny bakterie byl ale pozorován. Dále byly bakterie podrobeny fluorescenční mikroskopii. Tato metoda se projevila jako potenciálně užitečná pro studium výraznějších variací ve stupni uspořádání membrán buněčné membrány a pro zobrazování dalších větších útvarů. Distribuce laurdanu v rámci Cupriavidu necator H16 působí nerovnoměrněji ve srovnání s PHB-4. Získané poznatky tak naznačují vliv přítomnosti granulí při barvení fluorescenčními sondami, nelze je ale interpretovat jednoznačně., This bachelor's thesis deals with the comparison and optimization of methods for studying biological membranes using fluorescence spectroscopy and microscopy, utilizing the bacteria Cupriavidus necator H16 (containing PHB granules) and PHB-4 (not containing PHB granules) as model organisms. The appropriate concentration of the membrane probe laurdan for staining biological membranes and the time required for its penetration into the cell were determined. Organisms stained in this way were further studied using steady-state spectroscopy, which helped examine the influence of temperature on the shape of the emission spectrum and the possibility of washing as one of the steps in sample preparation. Both of these measurements suggest the advantages of washing but do not provide definite results. However, a clear difference between the two bacterial strains was observed. Furthermore, the bacteria were studied by fluorescence microscopy. This method proved to be potentially useful for studying significant variations in the membrane order of the cell membrane and for imaging other larger structures. The distribution of laurdan within Cupriavidus necator H16 appears more uneven compared to PHB-4. The findings thus suggest the influence of granule presence when staining with fluorescent probes, but they cannot be interpreted definitively.

Táto diplomová práca sa zaoberá využitím metód termickej analýzy pri štúdiu účinkov mikrobiálnych inhibítorov, kde hlavným cieľom tejto práce bolo otestovať využiteľnosť metódy, ktorá sa predovšetkým používa v odlišných oblastiach vedy a výskumu. Ako modelové mikroorganizmy boli zvolené tri bakteriálne kmene: Cupriavidus necator H16, jeho mutantný kmeň Cupriavidus necator PHB-4 a Halomonas halophila. Inhibičný účinok kyseliny levulovej na rast a mieru metabolickej aktivity bol sledovaný pomocou mikrokalorimetrie. Meraním bolo zistené, že baktérie boli schopné adaptovať sa na kyselinu levulovú do určitej koncentrácie – Cupriavidus necator do 5 g/l a Halomonas halophila do 2 g/l. Výsledky termickej analýzy boli porovnané s konvenčnou metódou, ktorá sa bežne používa na sledovanie rastu mikroorganizmov., This diploma thesis deals with the use of thermal analysis in the study on effects of microbial inhibitors. The main aim of this work was to determine the utilization of the method, which is mainly used in different fields of science and research. Three bacterial strains: Cupriavidus necator H16, its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 and Halomonas halophila, were used as model microorganisms. The inhibitory effect of levulinic acid on growth and metabolic activity was monitored by microcalorimetry. It was found that bacteria were able to adapt to levulinic acid to a certain concentration - Cupriavidus necator to 5 g/l and Halomonas halophila to 2 g/l. The thermal analysis results were compared to a conventional method, which is commonly used to study the growth of microorganisms.

Předmětem bakalářské práce bylo studium Gram-negativních bakterií se schopností akumulovat polyhydroxyalkanoáty pomocí mikroskopie atomárních sil. V rámci experimentální části práce byly zkoumány bakteriální kmeny Cupriavidus necator H16 a jeho mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum a Halomonas halophila. Konkrétním cílem bylo optimalizovat tuto mikroskopickou metodu pro výzkum jak bakterií na vzduchu, tak živých bakterií v jejich přirozeném prostředí. Optimalizace byla provedena s ohledem na jednoduchost, časovou náročnost a reprodukovatelnost provedení měření. Pro měření na vzduchu byla zvolena imobilizace 10× zředěné bakteriální suspenze vysušením na skleněném substrátu. Skenování bylo provedeno pomocí hrotu TESPA-V2 se sníženou konstantou tuhosti v QITM módu. V rámci měření bakteriálních vzorků v kapalině byly zkoumány různé postupy imobilizace bakterií na skleněném substrátu pomocí Poly-L-lysinu a Poly(ethyleniminu). Jako nejvhodnější fixace byla zvolena metoda s využitím Poly-L-lysinu. Pro měření v QITM módu v kapalném prostředí byly voleny hroty MLCT – A nebo SNL – B s konstantou tuhosti okolo 0,1 N/m. Nakonec byl proveden pokus o zisk informací o adhezi a Youngově modulu vysušených i živých bakterií s ohledem na předpokládané ovlivnění mechanických vlastností buněk s rozdílným obsahem polyhydroxybutyrátu u bakteriálních kmenů Cupriavidus necator H16 a Cupriavidus necator PHB-4., The purpose of this bachelor thesis was to study Gram-negative bacteria with the ability to accumulate polyhydroxyalkanoates using atomic force microscopy. During the experimental part were studied bacterial strains Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum, and Halomonas halophila. The main aim was to optimise this microscopy method to study either bacteria in the air or bacteria in liquid medium under physiological conditions. The optimisation was done considering the procedure's simplicity, time demands, and reproducibility. 10× diluted bacterial suspense was dried on a glass surface for measurements in the air. Scanning was performed using TESPA-V2 tip with lowered Spring constant in QITM mode. Various procedures for immobilising bacteria on a glass substrate using Poly-L-lysine and Poly(ethyleneimine) were tested for measurements in liquid. The method using Poly-L-lysine was chosen as the most sufficient way of immobilisation. The tips MLCT – A or SNL – B with the spring constant around 0,1 N/m were applied for measurements in liquid using QITM mode. Finally, an attempt was made to obtain information about the adhesion and Young's modulus of dried and live bacteria concerning the high difference of polyhydroxybutyrate content between the bacterial strains Cupriavidus necator H16 and Cupriavidus necator PHB-4.

Diplomová práce je zaměřena na studium mechanismu plastifikace polyhydroxyalkanoátů (PHA) in vivo, přičemž se soustředí především na metody izolace nativních PHA granulí a fyzikální, resp. chemické metody iniciace jejich fázových přechodů. V práci zpracovaná Literární rešerše pojednává o tomto mikrobiálním polyesteru a dále se zaměřuje na jednotlivé metody izolace PHA z bakteriálních buněk. Hlavní náplní experimentální práce byla optimalizace postupu izolace nativních PHA granulí, a dále návrh a testování postupů, které iniciují krystalizaci PHA v izolovaných granulích, a také analytických postupů, jak tento fázový přechod korektně detekovat. Izolace PHA granulí z bakterií Cupriavidus necator se prováděla pomocí enzymů, několikanásobného odstředění a rozrušením buněk ultrazvukem. K detekci krystalizace PHA se používala infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a enzymatická metoda, při níž je amorfní PHA selektivně degradováno PHA-depolymerázou s turbidimetrickou detekcí jeho úbytku v disperzi. V rámci podrobnějšího studia mechanismu plastifikace PHA v granulích byly využity techniky založené na fluorescenčním barvení granulí (fluorescenční spektroskopie a průtoková cytometrie). Výsledky provedených analýz mimo jiné potvrdily, že optimalizovaným postupem je možné izolovat granule v amorfním stavu, které zůstávají amorfní i po vysušení a jsou svými základními fyzikálně-chemickými vlastnostmi srovnatelné s nativními granulemi., The diploma thesis is focused on the study of the mechanism of plasticization of polyhydroxyalkanoates (PHA) in vivo, focusing mainly on methods of isolation native PHA granules and physical and chemical methods of initiation their phase transitions. The literature search prepared in this work deals with this microbial polyester and further focuses on individual methods of isolating PHA from bacterial cells. The main task of the experimental work was to optimize the isolation process of native PHA granules, as well as to design and test processes that initiate the PHA crystallization in isolated granules, as well as analytical procedures to correctly detect this phase transition. Isolation of PHA granules from Cupriavidus necator was performed by enzymes, centrifugation several times and sonication of the cells. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and an enzymatic method in which amorphous PHA is selectively degraded by PHA-depolymerase with turbidimetric detection of its loss in dispersion was used to detect PHA crystallization. Techniques based on fluorescence staining of granules (fluorescence spectroscopy and flow cytometry) were used in a more detailed study of the mechanism of PHA plasticization in granules. The results of the analyzes confirmed, among other things, that the optimized procedure makes it possible to isolate granules in the amorphous state, which remain amorphous even after drying and are comparable to native granules in their basic physicochemical properties.

Předmětem bakalářské práce bylo studium Gram-negativních bakterií se schopností akumulovat polyhydroxyalkanoáty pomocí mikroskopie atomárních sil. V rámci experimentální části práce byly zkoumány bakteriální kmeny Cupriavidus necator H16 a jeho mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum a Halomonas halophila. Konkrétním cílem bylo optimalizovat tuto mikroskopickou metodu pro výzkum jak bakterií na vzduchu, tak živých bakterií v jejich přirozeném prostředí. Optimalizace byla provedena s ohledem na jednoduchost, časovou náročnost a reprodukovatelnost provedení měření. Pro měření na vzduchu byla zvolena imobilizace 10× zředěné bakteriální suspenze vysušením na skleněném substrátu. Skenování bylo provedeno pomocí hrotu TESPA-V2 se sníženou konstantou tuhosti v QITM módu. V rámci měření bakteriálních vzorků v kapalině byly zkoumány různé postupy imobilizace bakterií na skleněném substrátu pomocí Poly-L-lysinu a Poly(ethyleniminu). Jako nejvhodnější fixace byla zvolena metoda s využitím Poly-L-lysinu. Pro měření v QITM módu v kapalném prostředí byly voleny hroty MLCT – A nebo SNL – B s konstantou tuhosti okolo 0,1 N/m. Nakonec byl proveden pokus o zisk informací o adhezi a Youngově modulu vysušených i živých bakterií s ohledem na předpokládané ovlivnění mechanických vlastností buněk s rozdílným obsahem polyhydroxybutyrátu u bakteriálních kmenů Cupriavidus necator H16 a Cupriavidus necator PHB-4., The purpose of this bachelor thesis was to study Gram-negative bacteria with the ability to accumulate polyhydroxyalkanoates using atomic force microscopy. During the experimental part were studied bacterial strains Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum, and Halomonas halophila. The main aim was to optimise this microscopy method to study either bacteria in the air or bacteria in liquid medium under physiological conditions. The optimisation was done considering the procedure's simplicity, time demands, and reproducibility. 10× diluted bacterial suspense was dried on a glass surface for measurements in the air. Scanning was performed using TESPA-V2 tip with lowered Spring constant in QITM mode. Various procedures for immobilising bacteria on a glass substrate using Poly-L-lysine and Poly(ethyleneimine) were tested for measurements in liquid. The method using Poly-L-lysine was chosen as the most sufficient way of immobilisation. The tips MLCT – A or SNL – B with the spring constant around 0,1 N/m were applied for measurements in liquid using QITM mode. Finally, an attempt was made to obtain information about the adhesion and Young's modulus of dried and live bacteria concerning the high difference of polyhydroxybutyrate content between the bacterial strains Cupriavidus necator H16 and Cupriavidus necator PHB-4.

Předmětem bakalářské práce bylo studium Gram-negativních bakterií se schopností akumulovat polyhydroxyalkanoáty pomocí mikroskopie atomárních sil. V rámci experimentální části práce byly zkoumány bakteriální kmeny Cupriavidus necator H16 a jeho mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum a Halomonas halophila. Konkrétním cílem bylo optimalizovat tuto mikroskopickou metodu pro výzkum jak bakterií na vzduchu, tak živých bakterií v jejich přirozeném prostředí. Optimalizace byla provedena s ohledem na jednoduchost, časovou náročnost a reprodukovatelnost provedení měření. Pro měření na vzduchu byla zvolena imobilizace 10× zředěné bakteriální suspenze vysušením na skleněném substrátu. Skenování bylo provedeno pomocí hrotu TESPA-V2 se sníženou konstantou tuhosti v QITM módu. V rámci měření bakteriálních vzorků v kapalině byly zkoumány různé postupy imobilizace bakterií na skleněném substrátu pomocí Poly-L-lysinu a Poly(ethyleniminu). Jako nejvhodnější fixace byla zvolena metoda s využitím Poly-L-lysinu. Pro měření v QITM módu v kapalném prostředí byly voleny hroty MLCT – A nebo SNL – B s konstantou tuhosti okolo 0,1 N/m. Nakonec byl proveden pokus o zisk informací o adhezi a Youngově modulu vysušených i živých bakterií s ohledem na předpokládané ovlivnění mechanických vlastností buněk s rozdílným obsahem polyhydroxybutyrátu u bakteriálních kmenů Cupriavidus necator H16 a Cupriavidus necator PHB-4., The purpose of this bachelor thesis was to study Gram-negative bacteria with the ability to accumulate polyhydroxyalkanoates using atomic force microscopy. During the experimental part were studied bacterial strains Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4, Rhodospirillum rubrum, and Halomonas halophila. The main aim was to optimise this microscopy method to study either bacteria in the air or bacteria in liquid medium under physiological conditions. The optimisation was done considering the procedure's simplicity, time demands, and reproducibility. 10× diluted bacterial suspense was dried on a glass surface for measurements in the air. Scanning was performed using TESPA-V2 tip with lowered Spring constant in QITM mode. Various procedures for immobilising bacteria on a glass substrate using Poly-L-lysine and Poly(ethyleneimine) were tested for measurements in liquid. The method using Poly-L-lysine was chosen as the most sufficient way of immobilisation. The tips MLCT – A or SNL – B with the spring constant around 0,1 N/m were applied for measurements in liquid using QITM mode. Finally, an attempt was made to obtain information about the adhesion and Young's modulus of dried and live bacteria concerning the high difference of polyhydroxybutyrate content between the bacterial strains Cupriavidus necator H16 and Cupriavidus necator PHB-4.

Bakalářská práce je zaměřena na sledování a uplatnění metod obrazové analýzy na bakteriích druhu Bacillus megaterium a Cupriavidus necator. V úvodu práce jsou popsány obecné znalosti o bakteriích, mikroskopických metodách a metodách obrazové analýzy. K pozorování buněk bakterií, bylo nutné nejprve připravit vhodné mikroskopické preparáty pomocí metody Gramova barvení. Obrazy jednotlivých snímků bakterií byly zaznamenány pomocí CCD kamery a mikroskopu a potom analyzovány. Nejprve byla metodou Box–Counting zjištěna optimální hodnota prahu a jí odpovídající fraktální míry (resp. plochy pokryté bakteriemi) a fraktální dimenze (resp. entropie jejich uspořádání na ploše). Prahované obrázky byly dále zpracovány pomocí metody Mass–Radius, která umožnila zjistit distribuci bakterií vzhledem k těžišti jejich shluku., This bachelor thesis is focused on monitoring and application of image analysis methods on Bacillus megaterium and Cupriavidus necator bacteria. The introduction describes a general knowledge about bacteria, microscopic and image analysis methods. At first it was necessary to prepare suitable microscopic specimens using Gram staining for the observation of a bacteria cell. Every picture of bacteria was taken using a CCD camera and a microscope. Box–Counting method was used to identify the optimal threshold value, corresponding to their fractal measure (or surface areas covered with bacteria) and fractal dimension (or entropy of their arrangement on the surface area). After thresholding, the images were further processed using the Mass–Radius method, which defines a distribution of bacteria relative to the centroid of a cluster.

Táto bakalárska práca sa zaoberá vplyvom oxidačného stresu na bakteriálny kmeň Cupriavidus necator v dvoch podobách: Cupriavidus necator H16 tvoriaci PHB granule a Cupriavidus necator PHB-4 ako mutant, ktorý nedokáže granule syntetizovať. Práca porovnáva vplyvy vyvolávajúce oxidačný stres, ktorý sa prejavuje výskytom ROS v bunke. Bunky boli ďalej analyzované na prietokovom cytometre a fluorescenčnom mikroskope. V analýze bolo potrebné pracovať s fluorescenčnými sondami rôzneho typu. Na vytvorenie oxidačného stresu boli použité viaceré koncentrácie peroxidu vodíka, ďalej bola vyskúšaná Fentonova reakcia s použitím síranu železnato–amonného a nakoniec hexahydrát chloridu kobaltnatého. Na zistenie viability bakteriálnych buniek sa používala fluorescenčná sonda propidium jodid, ako lipofilné farbivo bolo testované BODIPY. Na záver to boli fluorescenčné sondy na detekciu ROS v bunke H2DCFDA a CM–H2DCFDA, tieto sondy museli byť optimalizované pre danú techniku. Záverom práce je potvrdenie hypotézy, že schopnosť produkcie PHA granúl zvyšuje odolnosť C. necator proti oxidačnému stresu., This bachelor thesis deals with the impact of oxidative pressure on the bacterial strain Cupriavidus necator in its two forms: Cupriavidus necator H16 producing PHB granules and Cupriavidus necator PHB-4 as a mutant that is not capable of producing granules. The thesis compares different influences causing oxidative stress that is demonstrated by the occurrence of ROS in the cell. Furthermore, the cells were analysed with a flow cytometer and a fluorescence microscope. During the analysis it was necessary to use different types of fluorescence probes. The oxidative stress was created by means of hydrogen peroxide at various concentrations. Further tests focused on Fenton’s reaction including ammonium iron sulfate and cobalt chloride hexahydrate. Propidium iodide as a fluorescence probe was used to determine the viability of the bacterial cells, and BODIPY was tested as a lipophilic dye. Finally, the ROS in the cell was detected by H2DCFDA and CM–H2DCFDA, fluorescence probes that had to be optimised for the respective technique. The result of this bachelor thesis is the confirmation of the hypothesis that PHA granules production increase the resistance of Cupriavidus necator against oxidative stress.

Táto bakalárska práca sa zaoberá vplyvom oxidačného stresu na bakteriálny kmeň Cupriavidus necator v dvoch podobách: Cupriavidus necator H16 tvoriaci PHB granule a Cupriavidus necator PHB-4 ako mutant, ktorý nedokáže granule syntetizovať. Práca porovnáva vplyvy vyvolávajúce oxidačný stres, ktorý sa prejavuje výskytom ROS v bunke. Bunky boli ďalej analyzované na prietokovom cytometre a fluorescenčnom mikroskope. V analýze bolo potrebné pracovať s fluorescenčnými sondami rôzneho typu. Na vytvorenie oxidačného stresu boli použité viaceré koncentrácie peroxidu vodíka, ďalej bola vyskúšaná Fentonova reakcia s použitím síranu železnato–amonného a nakoniec hexahydrát chloridu kobaltnatého. Na zistenie viability bakteriálnych buniek sa používala fluorescenčná sonda propidium jodid, ako lipofilné farbivo bolo testované BODIPY. Na záver to boli fluorescenčné sondy na detekciu ROS v bunke H2DCFDA a CM–H2DCFDA, tieto sondy museli byť optimalizované pre danú techniku. Záverom práce je potvrdenie hypotézy, že schopnosť produkcie PHA granúl zvyšuje odolnosť C. necator proti oxidačnému stresu., This bachelor thesis deals with the impact of oxidative pressure on the bacterial strain Cupriavidus necator in its two forms: Cupriavidus necator H16 producing PHB granules and Cupriavidus necator PHB-4 as a mutant that is not capable of producing granules. The thesis compares different influences causing oxidative stress that is demonstrated by the occurrence of ROS in the cell. Furthermore, the cells were analysed with a flow cytometer and a fluorescence microscope. During the analysis it was necessary to use different types of fluorescence probes. The oxidative stress was created by means of hydrogen peroxide at various concentrations. Further tests focused on Fenton’s reaction including ammonium iron sulfate and cobalt chloride hexahydrate. Propidium iodide as a fluorescence probe was used to determine the viability of the bacterial cells, and BODIPY was tested as a lipophilic dye. Finally, the ROS in the cell was detected by H2DCFDA and CM–H2DCFDA, fluorescence probes that had to be optimised for the respective technique. The result of this bachelor thesis is the confirmation of the hypothesis that PHA granules production increase the resistance of Cupriavidus necator against oxidative stress.

Bakalářská práce byla zaměřena na studium možností využití odpadních produktů růže šípkové získaných po výrobě likérů jako sekundárních uhlíkových zdrojů pro produkci poly(3- hydroxybutyrátu) (PHB). Pro biosyntézu PHB byla použita bakterie Cupriavidus necator. Veškeré kultivace byly vedeny jako submerzní batch kultivace v minerálním médiu s obsahem mikroelementů v erlenmeyerových baňkách po dobu 72 hodin. Jako sekundární zdroj uhlíku se použil šípkový olej získaný extrakcí hexanem ze zrníček plodu šípku a enzymatický hydrolyzát připravený z odpadní dužiny plodu šípku. Výtěžky po 72-hodinové fermentaci ukázaly, že šípkový olej je porovnatelným uhlíkovým zdrojem s fruktózou pro kultivaci bakterie C. necator, na rozdíl od enzymatického hydrolyzátu. Fermentací za použití 20 g/l šípkového oleje bylo vyprodukováno 10,82 g/l biomasy a 6,20 g/l PHB, což bylo o 21,6 % víc biomasy a o 13,1 % víc PHB v porovnání s fermentací za použití 20 g/l fruktózy. Fermentací C. necator za použití enzymatického hydrolyzátu o koncentraci redukujících cukrů 20 g/l se získalo jenom 2,92 g/l biomasy a 0,12 g/l PHB. Ani kombinace enzymatického hydrolyzátu s fruktózou se neukázala vhodná pro produkci PHB. V rámci této bakalářské práce byl dále v likéru, šípkovém oleji a enzymatickém hydrolyzátu stanoven obsah celkových redukujících cukrů, fenolických látek, a celková antioxidační aktivita. V šípkovém oleji byl také stanoven profil mastných kyselin a obsah barviv. Výsledky ukázali, že všechny stanovované vzorky vykazovali významný obsah celkových polyfenolů (2,04 – 12,4 g GAE/l vzorku) a antioxidační aktivitu (1,3 – 2,0 mmol TE /l vzorku)., The bachelor thesis was focused on studying the possibilities of using waste rosehip byproducts obtained after the production of liqueurs as secondary carbon sources for the production of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB). Cupriavidus necator was used for PHB biosynthesis. All cultures were run as submerged batch cultures in mineral media containing microelements in Erlenmeyer flasks for 72 hours. Rosehip oil obtained by hexane extraction from rosehip seeds and an enzymatic hydrolysate prepared from rosehip waste pulp were used as secondary carbon sources. After 72 hours of fermentation, yields showed that rosehip oil is a comparable carbon source to fructose for culturing of C. necator, in contrast to the enzymatic hydrolysate. Fermentation using 20 g / l rosehip oil produced 10.82 g / l biomass and 6.20 g / l PHB. This is about 21.6% more biomass and 13.1% more PHB than was received by fermentation using 20 g / l fructose. Fermentation of C. necator using an enzymatic hydrolysate with a reducing sugar concentration of 20 g / l gave only 2.92 g / l biomass and 0.12 g / l PHB. Even the combination of enzymatic hydrolysate with fructose did not prove satisfying yields for the production of PHB. Next, in liqueur, rosehip oil and enzymatic hydrolysate was also determined the content of total reducing sugars, phenolics, and total antioxidant activity. Moreover, the fatty acid profile and the content of dyes was determined in rosehip oil. The results showed that all selected rosehip products showed a significant range of total polyphenols (2.04 - 12.4 g GAE /l sample) and antioxidant activity (1.3 - 2.0 mmol TE /l sample).

Bakalářská práce byla zaměřena na studium možností využití odpadních produktů růže šípkové získaných po výrobě likérů jako sekundárních uhlíkových zdrojů pro produkci poly(3- hydroxybutyrátu) (PHB). Pro biosyntézu PHB byla použita bakterie Cupriavidus necator. Veškeré kultivace byly vedeny jako submerzní batch kultivace v minerálním médiu s obsahem mikroelementů v erlenmeyerových baňkách po dobu 72 hodin. Jako sekundární zdroj uhlíku se použil šípkový olej získaný extrakcí hexanem ze zrníček plodu šípku a enzymatický hydrolyzát připravený z odpadní dužiny plodu šípku. Výtěžky po 72-hodinové fermentaci ukázaly, že šípkový olej je porovnatelným uhlíkovým zdrojem s fruktózou pro kultivaci bakterie C. necator, na rozdíl od enzymatického hydrolyzátu. Fermentací za použití 20 g/l šípkového oleje bylo vyprodukováno 10,82 g/l biomasy a 6,20 g/l PHB, což bylo o 21,6 % víc biomasy a o 13,1 % víc PHB v porovnání s fermentací za použití 20 g/l fruktózy. Fermentací C. necator za použití enzymatického hydrolyzátu o koncentraci redukujících cukrů 20 g/l se získalo jenom 2,92 g/l biomasy a 0,12 g/l PHB. Ani kombinace enzymatického hydrolyzátu s fruktózou se neukázala vhodná pro produkci PHB. V rámci této bakalářské práce byl dále v likéru, šípkovém oleji a enzymatickém hydrolyzátu stanoven obsah celkových redukujících cukrů, fenolických látek, a celková antioxidační aktivita. V šípkovém oleji byl také stanoven profil mastných kyselin a obsah barviv. Výsledky ukázali, že všechny stanovované vzorky vykazovali významný obsah celkových polyfenolů (2,04 – 12,4 g GAE/l vzorku) a antioxidační aktivitu (1,3 – 2,0 mmol TE /l vzorku)., The bachelor thesis was focused on studying the possibilities of using waste rosehip byproducts obtained after the production of liqueurs as secondary carbon sources for the production of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB). Cupriavidus necator was used for PHB biosynthesis. All cultures were run as submerged batch cultures in mineral media containing microelements in Erlenmeyer flasks for 72 hours. Rosehip oil obtained by hexane extraction from rosehip seeds and an enzymatic hydrolysate prepared from rosehip waste pulp were used as secondary carbon sources. After 72 hours of fermentation, yields showed that rosehip oil is a comparable carbon source to fructose for culturing of C. necator, in contrast to the enzymatic hydrolysate. Fermentation using 20 g / l rosehip oil produced 10.82 g / l biomass and 6.20 g / l PHB. This is about 21.6% more biomass and 13.1% more PHB than was received by fermentation using 20 g / l fructose. Fermentation of C. necator using an enzymatic hydrolysate with a reducing sugar concentration of 20 g / l gave only 2.92 g / l biomass and 0.12 g / l PHB. Even the combination of enzymatic hydrolysate with fructose did not prove satisfying yields for the production of PHB. Next, in liqueur, rosehip oil and enzymatic hydrolysate was also determined the content of total reducing sugars, phenolics, and total antioxidant activity. Moreover, the fatty acid profile and the content of dyes was determined in rosehip oil. The results showed that all selected rosehip products showed a significant range of total polyphenols (2.04 - 12.4 g GAE /l sample) and antioxidant activity (1.3 - 2.0 mmol TE /l sample).

Cílem práce je studium mikrobiální produkce polyhydroxyalkanoátů (PHA). V teoretické části je zpracován stručný přehled produkce PHA pomocí mikroorganismů a transgenních rostlin. Pro laboratorní práci byla využita průmyslově užívaná bakterie Cupriavidus necator H16. Různé odpadní oleje byly použity jako jediných zdroj uhlíku a energie. Pro zlepšení materiálových vlastností PHA byly použity prekurzory 1-propanol a propionát sodný, které byly inkorporovány do polymeru ve formě 3-hydroxyvalerátu (3HV). Hlavní část experimentální práce byla zaměřena na studium vlivu aerace (koncentrace rozpuštěného kyslíku v médiu) na tvorbu biomasy, na ovlivnění vybraných metabolických drah a na akumulaci PHA. Dle získaných experimentálních výsledků byla potvrzena závislost mezi aerací a monomerním složením PHA. Dále byl potvrzen fakt, že vyšší koncentrace kyslíku podporuje bakteriální růst a ovlivňuje intenzitu akumulace PHA v buňkách. NADPH má podstatný vliv na osud acetyl-CoA v metabolismu, vyšší vnitrobuněčná koncentrace NADPH inhibuje citrátový cyklus a zvyšuje akumulaci PHA v buňkách. Z toho důvodu byla vyhodnocena enzymová aktivita vybraných intracelulárních enzymů v závislosti na intenzitě aerace, včetně enzymů schopných generovat NADPH., The aim of this work is to study microbial production of polyhydroxyalkanoates (PHA). Theoretical part is focused on production of PHA using microoganisms and transgenic plants. Bacterial strain Cupriavidus necator H16 was used for laboratory production of PHA. Various waste oils were used as sole carbon and energy source. Salt of propionic adic and 1-propanol were used as intermediate for 3-hydroxyvalerate monomer (3HV) unit. Incorporation of 3HV to polymer can improve material features of PHA. The major part of experimental work was focused to study influence of aeration (concentration of dissolved oxygen) to bacterial growth, selected metabolic pathways and formation of PHA. Furthermore, influence of aeration to monomer composition of polymer was evaluated. According to experimental conclusion of this work it was approved dependance between aeration and monomer composition of PHA. Moreover, it was approved that higher concentration of oxygen supports bacterial growth and influences PHA content in cells. In addition, NADPH is one of the substrates influencing flux of acetyl-CoA throughout the metabolism; higher intracellular concentration of NADPH inhibits TCA cycle and enhances accumulation of PHA in cells. For this reason, specific enzymatic aktivity of several selected intracelular enzymes were measured, including those enzymes which can generate NADPH.

Tato diplomová práce se zabývá autofluorescencí flavinů v gram-negativní bakterii Cupriavidus necator H16 a jejím mutantním kmenu PHB-4. Experimenty byly prováděny pomocí fluorescenční mikroskopie a průtokové cytometrie. Pro potvrzení přítomnosti flavinů byla změřena excitační a emisní spektra bakteriální suspenze, která se porovnala s flavinovými standardy. V části věnované testování buněk bez stresové odpovědi se měřila autofluorescence bakterií v PBS pufru a buněčné suspenze obarvené fluorescenční sondou BODIPY 493/503. Byl porovnáván poměr krátké doby života ku dlouhé době života autofluorescence a jeho závislost na přítomnosti fluorescenční sondy. Dále byla měřena autofluorescence supernatantu, kdy bylo zjištěno, že relativní zastoupení dlouhé doby života v extracelulárním prostředí je mnohonásobně vyšší než v intracelulárním. V části věnované stresové odpovědi se práce zaměřila na množství rozpuštěného kyslíku v produkčním médiu. Dále byl použit různě koncentrovaný peroxid vodíku, kdy nejlepší výsledky vykazovala koncentrace 100 mM. Pro porovnání s předchozími podmínkami se využila kombinace se síranem železnato-amonným, kde ale nebyl pozorován žádný rozdíl. Z látek ovlivňujících přímo dýchací řetězec byl použit azid sodný a antimycin A. Obě tyto látky měly vliv na změnu poměru relativního zastoupení dob života autofluorescence, ovšem rozložení těchto dob života a změnu rozložení autofluorescence v průběhu času ovlivňoval pouze azid sodný., This thesis focuses on autofluorescence of flavins in gram-negative bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutant strain PHB-4. The main methods used were fluorescence microscopy and flow cytometry. To confirm the presence of flavins, excitation and emission spectra of the bacterial suspension were measured, which were compared with flavin standards. In the part of testing cells without stress response, the autofluorescence of bacteria in PBS buffer and cell suspensions stained with fluorescence probe BODIPY 493/503 was measured. The ratio of short fluorescence lifetime to long autofluorescence lifetime, and its dependence on fluorescence probe was compared with previous conditions. Autofluorescence of the supernatant was measured; it was found that the relative amplitude of long lifetime was multiple times higher than in the cell. In the part devoted to the stress response, this thesis was focused on the amount of dissolved oxygen in the production medium and the effect on bacterial autofluorescence. Then differently concentrated hydrogen peroxide was used, the best results were obtained from the concentration of 100 mM in media. For comparison a combination of hydrogen peroxide with ferro-ammonium sulphate was used, but there was no big difference. Sodium azide and antimycin A were selected as substances that directly influence on bacterial respiratory chain. Both compounds affected change in the ratio of the relative amplitudes, but the distribution of these lifetimes and the autofluorescence change over time was affected only by sodium azide.

Cílem práce je studium možností mikrobiální produkce polyhydroxyalkanoátů (PHA) na různých odpadních substrátech. Polyhydroxyalkanoáty nacházejí uplatnění jako biodegradabilní materiály. Pro laboratorní práci byla využita průmyslově užívaná bakterie Cupriavidus necator, jež byla kultivována s prekurzory různých monomerních jednotek s cílem produkce kopolymerů 3HB s 3HV a 4HB. Bakterie byla dále kultivována na různých odpadních substrátech, především olejnatých, s cílem dosáhnout co nejvyšší produkce polymeru. Další velkou část práce tvoří studium izolačních strategií PHA s využitím enzymů. Komerčně využívané protéazy – alkaláza a pankreatin – jsou účinnými enzymy pro rozklad bakteriální buňky. Řada optimalizačních experimentů ukázala, že při použití enzymu můžeme získat až o 13 % čistší polymer. Vzrůst čistoty PHA až nad 90% hranici byl docílen přídavkem povrchově aktivní látky, která podporuje rozpustnost buněčných komponent netvořících polymer a může zvýšit čistotu až o 20 % vůči kontrolní kultivaci. Část práce se zabývá i využitím enzymového preparátu izolovaného z bakterie Bacillus subtilis. Jeho aplikace na bakteriální kultury vedla k zisku polymeru s čistotou přesahující 95% hranici. Tyto výsledky by mohly být základem nové izolační strategie, která povede k efektivnějšímu zisku PHA z biomasy., The aim of this work is to study the possibility of microbial production of polyhydroxyalkanoates (PHA). PHA can be used as biodegradable materials. Bacterial strain Cupriavidus necator was used for laboratory production of PHA. This bacterium was cultivated in medium with various precursors to produce copolymers of 3HB with 3HV or 4HB. Another part of the work was aimed at cultivation of C. necator on different waste substrates, especially oils, with the aim to achieve the highest production of polymer. Another large part of the thesis is dedicated to isolation strategies of PHA using enzymes. Commercially used proteases – alcalase and pancreatin – can be used with advantages for digestion of bacterial cells. A number of optimization experiments showed that application of proteases leads to enhancement of PHA purity to about 13%. Purity increase up to 90 % was achieved by adding a surfactant, which promotes the solubility of non-PHA forming polymer. This surfactant increases the purity of 20 % when compared to control. The last part of presented work deals with the use of enzyme solution isolated from Bacillus subtilis medium. Its application to C. necator culture led to the yield of polymer at a purity exceeding 95 %. These results could represent the basis for new isolation strategies, which can lead to more efficient yield of PHA.

Tato bakalářská práce se zabývá stresovou odolností bakterií produkující PHA vůči nepříznivým podmínkám v gastrointestinálním traktu. Za tímto účelem byly zvoleny dva bakteriální kmeny jako modelové mikroorganismy. Cupriavidus necator H16 produkující PHA a její mutantní kmen Cupriavidus necator PHB-4 bez schopnosti akumulace PHA. Pro experimentální část byly nejprve vybrány tři šťávy o různých koncentracích, konkrétně žaludeční, žlučová a pankreatická. Dále byla stanovována viabilita stresovaného bakteriálního kmene pomocí plotnové metody a průtokového cytometru. Mezi další využité metody patří antimikrobiální testy. První z těchto testů byla použita agarová difúzní metoda, díky které byly stanoveny a porovnány velikosti inhibičních zón. Poslední metoda, která byla provedena, je bujónová diluční metoda, sloužící k porovnání absorbancí čistých bakteriálních suspenzí a stresovaných suspenzích s danou šťávou o určité koncentraci. Z výsledků je patrné, že produkce PHA představuje v kontextu expozice stresovým podmínkám gastrointestinálního traktu především nevýhodu pro akumulující bakteriální kmen., This bachelor thesis is focused on stress resistance of PHA accumulating bacteria against unfavourable conditions associated with gastrointestinal tract. Two bacterial strains were chosen as model microorganisms for this purpose. Cupriavidus necator H16 producing PHA and its mutant strain Cupriavidus necator PHB-4 without the ability of PHA accumulation. Firstly, three gastrointestinal juices of different concentrations were chosen for the experimental part, namely gastric, bile and pancreatic juices. The stressed bacterial strain was then determined using a spread plate method and a flow cytometry. Other methods used include antimicrobial tests. The agar diffusion method was first tested to determine the size of the inhibition zones. The last method that has been performed is the broth dilution method, which serves to compare the absorbance of pure bacterial suspensions and stressed suspensions with the given juice of a certain concentration. The results show that the production of PHA represents a disadvantage in context of conditions associated with gastrointestinal tract of accumulating bacterial strain.