Doctoral Thesis

Transcriptomic Analysis of Bacteria Producing Value-Added Compounds

Final Thesis 26.36 MB Summary of Thesis 26.36 MB

Author of thesis: Ing. Kateřina Šabatová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Valentýna Provazník, Ph.D.

Reviewers: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D., Mgr. Monika Čechová, Ph.D.

Abstract:

Bacterial production of value-added compounds, such as biofuels and biopolymers, is often limited by an incomplete understanding of the underlying regulatory and metabolic mechanisms.
This thesis investigates gene expression dynamics in two biotechnologically relevant bacteria, Clostridium beijerinckii NRRL B-598 and Rhodospirillum rubrum DSM 467T, associated with solventogenesis and polyhydroxyalkanoate accumulation, respectively.
Transcriptomic changes were analyzed using RNA-Seq to characterize condition-dependent gene expression patterns and their relationship to metabolite production. To address challenges specific to bacterial transcriptomics, a flexible bioinformatics workflow for the analysis of RNA-Seq data was developed, enabling consistent and reproducible analysis across diverse experimental designs. In C. beijerinckii, transcriptomic data were further used to identify and experimentally validate stable reference genes for RT-qPCR normalization.
The results improve our understanding of the regulatory and metabolic mechanisms behind the production of value-added chemicals and provide a robust framework for systematic transcriptomic analysis in prokaryotes, supporting future efforts to optimize microbial production of biofuels and biopolymers.

Keywords:

RNA sequencing, transcriptomics, reference genes, bacteria, biotechnology

Date of defence

22.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Dizertantka stručně, jasně a srozumitelně seznámila komisi s průběhem svého výzkumu a výsledky uvedené v dizertační práci. Zodpověděla dotazy oponentů i komise uspokojivě a pohotově reagovala na dotazy ostatních členů komise i publika.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (DKC-BTB)

Composition of Committee

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D. (předseda)
doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D. (člen)
Mgr. Monika Čechová, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (člen)
Ing. Helena Vítková, Ph.D. (člen)


Ing. Kateřina Šabatová předložila disertační práci s názvem „Transkriptomická analýza bakterií produkujících sloučeniny s přidanou hodnotou“. Práce je zaměřena na analýzu genové exprese u biotechnologicky významných bakterií, zejména ve vztahu k produkci biofuelů, biopolymerů a dalších sloučenin s přidanou hodnotou. Téma práce je aktuální, odborně náročné a interdisciplinární, neboť propojuje mikrobiologii, molekulární biologii, biotechnologii a bioinformatickou analýzu vysokokapacitních sekvenačních dat.

Doktorandka se ve své práci zabývala především analýzou RNA-Seq dat u bakterií Clostridium beijerinckii NRRL B-598 a Rhodospirillum rubrum DSM 467T. Významnou součástí práce bylo zpracování a interpretace rozsáhlých transkriptomických datových souborů, charakterizace změn genové exprese v různých kultivačních a metabolických podmínkách a formulace bioinformatického workflow použitelného pro systematickou analýzu bakteriálních RNA-Seq dat. Práce dále zahrnuje identifikaci a experimentální validaci vhodných referenčních genů pro normalizaci RT-qPCR u C. beijerinckii, což představuje metodicky důležitý přínos pro další experimentální studie v této oblasti.

V průběhu doktorského studia Kateřina prokázala mimořádně vysokou míru samostatnosti, odborné zralosti a schopnosti kriticky pracovat s komplexními experimentálními i bioinformatickými daty. Patří mezi velmi kvalitní výzkumnice. Dokázala se orientovat v náročné problematice bakteriální transkriptomiky, zvolit vhodné analytické postupy, interpretovat výsledky v biologickém kontextu a formulovat závěry, které mají význam nejen pro základní výzkum regulace bakteriálního metabolismu, ale také pro potenciální biotechnologické využití studovaných organismů.

Za zvláště cenné považuji, že práce není pouze aplikací standardních postupů RNA-Seq analýzy, ale reflektuje specifické problémy bakteriální transkriptomiky, včetně vysokého podílu ribozomální RNA, operonové struktury genomu, rozdílů mezi jednotlivými typy datových sad a potřeby pečlivého nastavení analytických kroků. Doktorandka tím prokázala schopnost nejen data zpracovat, ale také metodicky uvažovat o limitech použitých postupů a jejich vlivu na biologickou interpretaci výsledků.

Výsledky disertační práce jsou podloženy souborem kvalitních vědeckých publikací v mezinárodních odborných časopisech. Publikační výstupy dokládají schopnost doktorandky pracovat v širším výzkumném týmu, podílet se na řešení komplexních biologických a bioinformatických otázek a prezentovat výsledky způsobem odpovídajícím požadavkům současné vědecké komunikace. Kateřina zároveň prokázala schopnost dlouhodobé systematické práce, odborné spolehlivosti a samostatného řešení výzkumných úkolů.

Cíle disertační práce byly podle mého názoru splněny. Předložená práce přináší nové poznatky o transkriptomické regulaci metabolických procesů u bakterií produkujících sloučeniny s přidanou hodnotou a současně poskytuje metodický rámec pro zpracování a interpretaci bakteriálních RNA-Seq dat. Výsledky práce jsou originální, odborně hodnotné a využitelné pro další výzkum v oblasti mikrobiální biotechnologie, bioinformatiky a analýzy genové exprese.

Ing. Kateřina Šabatová během doktorského studia jednoznačně prokázala schopnost samostatné vědecké práce. Její práce splňuje požadavky kladené na disertační práce v daném oboru. Práci doporučuji k obhajobě a po jejím úspěšném obhájení doporučuji udělení akademického titulu Ph.D.

Reviewer’s report
doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 433,05 kB

Reviewer’s report
Mgr. Monika Čechová, Ph.D.

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 462,58 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová