Master's Thesis

Signaling Pathway for Butanol Production in Solventogenic Clostridium Bacteria

Final Thesis 3.11 MB Appendix 1.17 MB

Author of thesis: Ing. Jana Musilová, Ph.D.

Acad. year: 2018/2019

Supervisor: doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Reviewer: Ing. Helena Vítková, Ph.D.

Abstract:

The diploma thesis is dedicated to studying signaling pathway for butanol production in Clostridium bacteria. The first part addresses the signaling pathways modeling by means of systems biology. The thesis follows the description of the data acquisition for signaling pathways modeling and modifying with the main focus on techniques for the detection of gene expression, products and phenotype. The third section is to obtain a basic model of a signaling pathway involved in butanol production in solventogenic clostridia. The final point and main goal is to create a dynamic model of butanol production signaling pathway in the Clostridium beijerinckii NRRL B-598 strain, its evaluation by static and dynamic analysis and comparison with biological data.

Keywords:

signaling pathways; dynamic model; clostridium; butanol

Date of defence

05.06.2019

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Mgr. Durnová položila otázku - Co je v práci myšleno pojmem topologie? Prof. Provazník položil otázku - Z kolika experimentů pocházela data? Studentka obhájila diplomovou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Engineering and Bioinformatics (BTBIO-F)

Field of study

Biomedical Engineering and Bioinformatics (F-BTB)

Composition of Committee

prof. Ing. Valentýna Provazník, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Vítek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Chmelík, Ph.D. (člen)
Mgr. Helena Durnová, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Potočňák (člen)

Studentka Jana Musilová se zabývá ve své práci zajímavou problematikou systémové biologie, a to návrhem signální dráhy zapojené do produkce butanolu u konkrétního kmene solventogenní klostridie. Teoretická část práce je podložena množstvím kvalitních referencí a čtenáře vhodně uvádí do studované problematiky. V rámci praktické části studentka navrhla vlastní signální dráhu pro kmen C. beijerinckii NRRL B-598 a tuto následně vhodně otestovala z pohledu jak statické, tak dynamické analýzy. Zatímco výsledky statické analýzy slouží k identifikaci důležitých genů, na které by měla být cílena budoucí genová manipulace s kmenem, výsledky dynamické analýzy pomáhají predikovat žádaný fenotypový projev. Tyto predikce navíc studentka podpořila solidní validací modelu pomocí laboratorně naměřených dat z kapalinové chromatografie, RNA-Seq, či průtokové cytometrie, získaných v rámci spolupráce s ústavem biotechnologie, VŠCHT Praha. Pomocné výsledky z analýz studentka vhodně umístila do příloh a samotná práce tak působí velmi uceleně a zaměřeně na konkrétní téma. Zadání práce tedy považuji za bezezbytku splněné. Jedinou výtku musím směřovat k jazykové úpravě, jinak formálně velmi zdařilé práce. Práce je psána anglicky a obsahuje gramatické prohřešky ve větné skladbě nebo v nevhodném používání předložek. Nejhůře pak působí zbytečné používaní českých synonym, která v angličtině synonymy nejsou, např. označení vrcholu matematického grafu slovem „peak“. V konečném důsledku je ale práce i přes tyto nedostatky srozumitelná a díky volbě angličtiny je dostupná širšímu okruhu čtenářů. O výjimečnosti výsledků prezentovaných v práci svědčí i fakt, že s dílčími výsledky studentka dosáhla na 2. místo v soutěži EEICT a na ocenění za nejlepší poster na mezinárodní konferenci ICCT2019. Těchto úspěchů studentka dosáhla i díky své vysoké aktivitě během semestru. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Helena Vítková, Ph.D.

Studentka Jana Musilová se ve své práci zabývala modelováním signálních drah popisujících produkci butanolu u solventogenních bakterií rodu Clostridium. K tématu nastudovala velké množství kvalitních převážně zahraničních literárních zdrojů a zpracovala přehlednou literární rešerši, což dokládá i 79 použitých referencí. Zde bych vytkla jen na diplomovou práci příliš obecné zaměření teoretické části práce na systémovou biologii a teorii grafů. V praktické části práce se studentka zaměřila na návrh, simulaci a statistické ověření signální dráhy pro produkci butanolu u zvoleného kmene bakterie Clostridium beijerinckii. Vlastní model signální dráhy verifikovala na laboratorně měřených datech z kapalinové chromatografie, průtokové cytometrie a analýze transkriptomu metodou RNA-seq. Přestože výsledná aproximace modelu nebyla zcela věrná, vzhledem k experimentálnímu charakteru celé práce a faktu, že se jedná o první takto podrobný model navržený k tomuto účelu, je výsledný přínos práce značný. Do budoucna znamená nemalé úspory jak finanční tak časové v laboratorní praxi. Po formální i odborné stránce je práce na výborné úrovni. Vytýkám jen drobné nedostatky, jako jsou místy chybějící jednotky veličin v grafech, chyba v číslování vzorců (str. 47) a nejednotnosti ve formátování grafů a numerických hodnot v teoretické a praktické části práce. Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete, na základě čeho bylo zvoleno uvedených 7 genů v analýze úrovně aktivity v tabulce 4. Mělo by smysl zapojit do analýzy i další z 5000 genů? Které další geny a v čem by mohli výsledek zpřesnit?
Points proposed by reviewer: 91

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová