Master's Thesis

Influence of selected probiotic bacteria on human skin microbiome

Author of thesis: Bc. Markéta Severová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Reviewer: prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis evaluates the influence of selected probiotic strains and their postbiotic extracts on the stability of the human skin microbiome, with the aim of assessing their potential for use in topical cosmetic formulations. The study was conducted in close collaboration with industrial partner. In the experimental part, skin swabs from 11 volunteers were first analysed using multiplex qPCR, focusing on the targeted detection and relative quantification of selected bacterial species relevant to the skin microbiome, namely Cutibacterium acnes, Staphylococcus aureus, and Staphylococcus epidermidis. In selected samples, sequencing was additionally performed to determine the baseline taxonomic composition of the skin microbiome. Subsequently, a screening of 20 clinical probiotic isolates was performed, focusing on the production of organic acids (RP-HPLC), biofilm formation, and the antimicrobial activity of their extracts. For the six most promising strains, planktonic and biofilm cultivation were studied in detail, along with their effect on the production of antimicrobial compounds. Furthermore, the inhibition of biofilm formation in model skin pathogens and their interactions in co-culture systems were evaluated.
The analysis confirmed the dominant production of lactic acid, with planktonic cultivation proving more advantageous in terms of both yield of organic acids and antimicrobial activity compared to biofilm cultivation. Postbiotic extracts of Limosilactobacillus reuteri (LU2), Lactobacillus acidophilus (LA1), and Bifidobacterium lactis (BL5) demonstrated significant antimicrobial and strong antibiofilm activity against Cutibacterium acnes, with biofilm inhibition exceeding 80%. Based on these findings, a model cosmetic formulation was developed, and its physical stability was verified using a LUMiSizer analytical centrifuge.
The biological effect of the formulation was evaluated in a 7-day in vivo study on volunteers, which confirmed the ability of the product to significantly reduce overgrown populations of Cutibacterium acnes and Staphylococcus aureus. A decrease in Staphylococcus epidermidis was also observed; however, this finding may not fully reflect its representation within the overall skin microbiota. In contrast, sequencing analysis suggested a rather stable or slightly increased relative abundance of this commensal species. Overall, the results indicate the potential of postbiotic extracts for the targeted modulation of the skin microbiome while preserving its overall balance and provide a basis for the further development of dermo-cosmetic formulations.

Keywords:

skin microbiome, skin microbiota, probiotics, postbiotics, multiplex qPCR, sequencing, Cutibacterium acnes, antibiofilm activity, antimicrobial activity, dermo-cosmetics

Date of defence

27.05.2026

Date of publish

26.05.2028

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. Kde byly prováděny experimenty s lumisizerem? Jakým způsobem docházelo k vyhodnocení dat? Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. Jak předpokládáte, že to bude vypadat při dlouhodobém působením? Dělali jste sekvenační screening pouze pro patogeny nebo pro celý kožní mikrobiom? Je možné určit, zda je to selektivní? Třeba jen na patogeny? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Food Science and Biotechnology

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Cílem práce řešené v kooperaci s průmyslovým partnerem – společností Fermatigo, s.r.o. bylo hodnocení vlivu vybraných probiotických kmenů a jejich postbiotických extraktů na stabilitu lidského kožního mikrobiomu s cílem budoucího využití v kosmetice. Práce byla řešena částečně na FCH a částečně v provozních prostorách průmyslového partnera.

V experimentální části byla nejprve provedena analýza kožních stěrů pomocí multiplex qPCR a sekvenace za účelem stanovení výchozího taxonomického složení kožního mikrobiomu. Následně byl proveden screening probiotických klinických izolátů. U vybraných kmenů pak byla detailně studována produkce postbiotik, antimikrobiální aktivita a  inhibice tvorby biofilmu modelových kožních patogenů. Finálně byl připraven modelový kosmetický krém, jehož stabilita byla ověřena pomocí analytické odstředivky. Biologický účinek formulace byl hodnocen v sedmidenní in vivo studii.

Stanovené cíle práce byly splněny. Studentka přistupovala k práci s velkým zájmem, tvůrčím přístupem a věnovala práci nadstandardní množstí času. Bylo třeba organizačnš zajistit koordinaci experimentů na obou pracovištích, což se studentce povedlo ku spokojenosti FCH i průmyslového subjektu. V rámci práce zvládla studentka řadu specializovaných technik, jako práce s parogenními kmeny, identifikace mikrobiomu pomocí molekulárně biologických metod (multiplex PCR, sekvenace), schopnost tvořit biofilm, produkce organických kyselin (HPLC) a biocinů. Zaměřila se i na hodnocení celkové antimikrobiální aktivity postbiotické frakce izolátů.

Spektrum zahrnutých metod je úctyhodné, po zaučení studentka pracovala samostatně, efektivně, s potřebnou laboratorní zručností a metody aktivně rozvíjela. Získané výsledky komplexně  interpetovala a posoudila ve vzájemných souvislostech i v kontextu literárních údajů.

Celkově hodnotím práci Bc. Markéty Severové velmi pozitivně, aktivně využívala konzultace a optimálně kombinovala práci na FCH i v laboratořích partnera. Sepsala vysoce kvalitní a zdařilou diplomovou práci, jejíž výsledky byly kladně přijaty průmyslovým partnerem a budou využity jako základ pro další vývoj dermatokosmetických přípravků.

Z výše uvedených důvodů práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A (výborně).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.

Teoretická část diplomové práce je zpracována přehledně, věcně a v logické návaznosti na téma práce. Autorka prokazuje dobrou orientaci v problematice kožního mikrobiomu, probiotických mikroorganismů, jejich metabolitů a možností využití v kosmetických přípravcích. Kladně hodnotím propojení mikrobiologického, dermatologického a kosmetologického pohledu. Použitá literatura je aktuální a odpovídá řešenému tématu. Teoretická část tak vytváří dobrý základ pro experimentální práci.
Experimentální část diplomové práce je rozsáhlá a metodicky pestrá. Autorka se věnovala odběru a analýze kožní mikrobioty dobrovolníků, screeningu probiotických kmenů, testování antimikrobiální aktivity a účinku na tvorbu biofilmu, stanovení produkce organických kyselin, přípravě postbiotických extraktů a jejich aplikaci do kosmetického přípravku. Součástí práce bylo také in vivo ověření účinku připravené formulace. Výsledky jsou uvedeny srozumitelně, grafy a tabulky jsou přehledné a dobře dokumentují získaná data. Pozitivně hodnotím zejména návaznost jednotlivých experimentálních kroků, od analýzy kožní mikrobioty až po formulaci finálního kosmetického přípravku.
Diskuse výsledků je věcná a odborně podložená. Autorka se neomezuje pouze na popis získaných dat, ale snaží se vysvětlit rozdíly mezi jednotlivými mikroorganismy i probiotickými kmeny. Za přínosné považuji zejména vysvětlení vyšší citlivosti Escherichia coli vůči postbiotickým extraktům a zdůvodnění absence inhibičního účinku u Candida glabrata. Diskuse je doplněna vhodnými literárními odkazy a ukazuje schopnost autorky kriticky pracovat se získanými výsledky. Závěr práce je formulován jasně, stručně shrnuje hlavní výsledky a naznačuje další možné směry výzkumu. Celkově považuji práci za kvalitně zpracovanou, odborně přínosnou a doporučuji ji k obhajobě. Diplomovou práci hodnotím známkou výborně (A) a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Kožní mikrobiom obsahuje mikroorganismy, které mohou být za fyziologických podmínek pro kůži prospěšné, ale při změně prostředí se mohou podílet i na rozvoji patologického stavu. Jak byste při dalším vývoji postbiotického kosmetického přípravku hodnotila jeho selektivitu, tedy schopnost omezit nežádoucí mikroorganismy bez výrazného narušení přirozené ochranné mikrobioty kůže?
  2. 2. Pokud by měl být připravený postbiotický kosmetický přípravek dále vyvíjen pro konkrétní typ pleti, například aknózní, suchou nebo atopickou pokožku, jaké parametry byste při jeho dalším testování sledovala a proč?

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

Publication of the final thesis has been postponed in compliance with the provisions of Section 47b (4) of Act No. 111/1998 Coll., on the Higher Education Institutions and on amendments and supplements to other acts, as amended.

The work is carried out in collaboration with the industrial partner Fermatigo, s.r.o., with the aim of its anticipated commercial application. The work forms a partial component of experiments conducted within the industrial PhD programme of Ing. Vojáčková, for which a formal intellectual property protection agreement has been concluded, governing cooperation with the Master's students involved.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová