Microbial production of carotenoid pigments using waste substrates

Karotenoidy sú prirodzene vyskytujúce sa pigmenty produkované baktériami, kvasinkami, vláknitými hubami i rastlinami. Majú významné biologické účinky s využitím v potravinárskom priemysle, farmácii i kozmetike. Cieľom diplomovej práce poňatej ako zrovnávacia štúdia bola regulácia produkcie karotenoidov a ergosterolu kvasinkami s využitím odpadových substrátov ako srvátka, kukuričné klíčky, pšeničná kaša, jablčná vláknina, cestoviny. Do vybraných produkčných médií boli pridané aj extracelulárne hydrolytické enzýmy rozkladajúce polysacharidy. Tieto enzýmy boli získané experimentálne z kultivácii štyroch kmeňov plesní. V predloženej štúdii boli použité tri kmene karotenogénnych kvasiniek: Rhodotorula glutinis, Sporobolomyces roseus a Cystofilobasidium capitatum. Kultivácia prebiehala súčasne so všetkými tromi kmeňmi a sledovali sa zmeny v produkcii sušiny a karotenoidov v jednotlivých produkčných médiách, ktoré sa navzájom porovnávali. Z hydrolyzovaných substrátov bola najlepšie využívaná vláknina, najmä u Rhodotorula glutinis, kde bolo dosiahnuté hlavne zvýšenie produkcie biomasy. U Sporobolomyces roseus boli zaznamenané zvýšené produkcie biomasy aj karotenoidov v médiách s hydrolyzovanou vlákninou a cestovinami (až 4776,38 ug/g sušiny). Kvasinka Cystofilobasidium capitatum sa v priebehu kultivácie na modifikovaných odpadových substrátoch vyznačovala poklesom biomasy, ale zvýšenou produkciou karotenoidov. Vysoká produkcia b-karoténu bola dosiahnutá u tejto kvasinky v médiách na báze pšeničnej kaše a cestovín hydrolyzovaných enzýmovým preparátom pripraveným z Aureobasidium pullulans. Hydrolyzované odpadové substráty majú teda veľké predpoklady k využitiu na produkciu sušiny a karotenoidov kvasinkovými kmeňmi, ich prípadná úprava však vyžaduje ďalšie dôkladné štúdium.Carotenoids are naturally occurring pigments produced by bacteria, yeasts, filamentous fungi and plants. They exhibit significant biological effects and are widely used in the food industry, pharmacy and cosmetics. The aim of this diploma thesis proposed as a comparative study was regulation of carotenoid and ergosterol production in red yeasts using several waste substrates as whey, corn germs, wheat, apple fiber and pasta. To selected production media extracellular hydrolytic enzymes degrading polysaccharide were added. These enzymes were obtained from the cultivation media of four fungal strains. In this study three carotenogenic yeast strains were used: Rhodotorula glutinis, Sporobolomyces roseus and Cystofilobasidium capitatum. All strains were cultivated simultaneously and changes in biomass and carotenoid production in different production media were monitored and compared. As the best waste substrate apple fiber was utilized, particularly in Rhodotorula glutinis, which exhibited mainly biomass production increase. In Sporobolomyces roseus increased production of biomass and carotenoids have been reported in media with hydrolyzed fiber and pasta as well. Beta-carotene production in this strain reached 4776,38 mg/g of dry weight. The strain Cystofilobasidium capitatum exhibited in waste media a decerase of biomass production accompanied with increased production of carotenoids, especially in wheat mush and pasta medium hydrolyzed by enzyme preparative from Aureobasidium pullulan. It can be concluded that hydrolyzed waste substrates are very hopeful as cheap nutrient sources for yeast strains producing carotenoids and ergosterol. Nevertheless, further study of substrate processing for individual strains is needed.

Binocular vision

Tato bakalářská práce se zabývá fyziologií binokulárního vidění pro získání prostorového vjemu z dvourozměrných obrázků pomocí brýlí. Je zde pojednáno o anatomii i fyziologii oka a vidění jako nedílných součástech binokulárního vidění, dále pak o samotném binokulárním vidění, pojmech s ním spojených a jeho vývoji v průběhu života. Důležitou součástí je popis vzniku prostorového zrakového vjemu ze dvou dvourozměrných obrázků – stereogramu. Také jsou zde popsány metody 3D projekce, a to zejména ty, které využívají aktivní či pasivní brýle, a krátce i možnosti 3D projekce bez brýlí. Praktická část obsahuje návrh snímání dynamické scény, kde jsou popsány důležité parametry, které ovlivňují proces snímání pomocí dvojice identických videorekordérů. Součástí práce je popis návrhu jednotlivých dynamických scén s ohledem na možnost ověření fyziologických parametrů u člověka. Popsané dynamické scény byly realizovány a následně upraveny ve vhodném softwaru. Natočené videosekvence byly polarizační projekcí promítnuty skupině pozorovatelů, kteří měli tato videa subjektivně i objektivně zhodnotit.This bachelor thesis deals with the physiology of binocular vision for obtaining three-dimensional perception from two-dimensional images when using special glasses. It focuses on anatomy and physiology of the human eye and vision as inseparable parts of binocular vision, and on binocular vision as such. The work also mentions terms related to vision and describes the evolution of binocular vision during the human life. The important part of this thesis is the description of the emergence of three-dimensional perception from two two-dimensional pictures (stereogram). The thesis explains the principles of 3D projection methods, especially those which use active or passive glasses, and briefly describes the possibilities of 3D projection without glasses. The practical part includes a plan of capturing dynamic scenes where important parameters which affect the video capturing are described. The plan provides a description of a dynamic scene design with respect to the possibility of verification of human physiological parameters. Described scenes were captured by two identical cameras and edited in appropriate software. These videos were shown to a group of viewers whose task was to evaluate the videos from both subjective and objective points of view.

Regulation of production of enriched biomass and lipidic substances in carotenogenic yeasts.

Karotenoidy predstavujú jednu z najrozšírenejších a najpočetnejších tried prirodzených pigmentov s významnými biologickými účinkami. V posledných rokoch sa intenzívne študuje mikrobiologická produkcia karotenoidov pred syntetickou výrobou. Táto práca bola poňatá ako zrovnávacia štúdia troch druhov kvasiniek, a to Rhodotorula glutinis, Rhodotorula rubra a Sporobolomyces roseus. Kvasinky boli kultivované na rôznych živných médiách, kde sa ako nutričné zdroje používali vybrané odpadové materiály - zemiakový extrakt, srvátka. V niektorých médiách boli kvasinky vystavené exogénnym stresovým faktorom. Všetky študované kmene boli schopné využívať použité odpadové substráty ako zdroj živín. Väčšina kmeňov produkovala zvýšené množstvo karotenoidov, v niektorých prípadoch sprevádzané aj pomerne vysokou produkciou biomasy. Ako potenciálne najlepší producent obohatenej biomasy sa ukázala kvasinka Rhodotorula glutinis CCY 20-2-26 kultivovaná na médiu obohatenom srvátkou (9 g/l biomasy obohatenej 2 mg/g beta-karoténu), prípadne v podmienkach mierneho solného stresu.Carotenoids belong to the most abundant classes of natural pigments with important biological functions. In last years intensive studies focused on biotechnological production of carotenoids by suitable microorganisms were done. Presented work was realized as a comparative study of three yeast strains: Rhodotorula glutinis, Rhodotorula rubra a Sporobolomyces roseus. These strains were cultivated in different media with several waste substrates (potato extract, whey) as nutrition sources. Additionally, strains were exposed to some types of exogenous stress. All strains were able to use tested waste substrates as nutrition sources. Most of strains exhibited increased carotenoid production, in several conditions accompanied by high biomass formation. As the best producer of enriched biomass yeast strain Rhodotorula glutinis CCY 20-2-26 cultivated on medium with addition of lyophilized whey (9 g/l of biomass enriched by 2 mg/g of beta-carotene) and/or under mild salt stress.

Production of Selected Yeast Metabolites Applicable to Food Supplements

Karotenoidy sú prirodzene sa vyskytujúce pigmenty rastlín, ktoré sú tiež produkované mnohými baktériami a hubami. Predstavujú jednu z najviac rozšírených skupín prírodných antioxidantov s významnými biologickými účinkami a mnohými priemyselnými aplikáciami. V tomto smere je zvýšený záujem o karotenoidy ako prirodzené antioxidanty, ktoré majú mimo iné schopnosť znižovať prejavy chronických ochorení, patologických stavov u ľudí a celkovo spomaľujú proces stárnutia. Používajú sa prevažne v potravinárskom priemysle, ale hojne sú využívané aj v chemickom, farmaceutickom či kozmetickom priemysle. Jednou z možností získavania týchto látok je využívanie potenciálu červených kvasiniek, ktoré sú schopné prevádzať rôzne substráty v karoténové pigmenty. V predloženej práci boli testované kvasinky patriace do rodov Rhodotorula, Sporobolomyces a Cystofilobasidium z hľadiska využívania vybraných odpadových substrátov. Boli tiež podrobené náhodnej mutagenéze za účelom zvýšenia produkcie biomasy a špecifických metabolitov – karotenoidov a iných lipidických látok. Ako alternatívne nutričné zdroje boli testované odpadové substráty z poľnohospodárskej a potravinárskej výroby (repka, ryža, pšeničné otruby, jablčná vláknina, cestoviny a lignocelulózové materiály). V niektorých produkčných médiách boli odpadové materiály hydrolyzované extracelulárnymi hydrolytickými enzýmami alebo komerčnými enzýmami za cieľom rozloženia komplexných sacharidických substrátov na jednoduché cukry utilizovateľné kvasinkami. Všetky testované kvasinkové kmene boli schopné využívať tieto odpadové materiály ako jediný zdroj uhlíka a zároveň produkovať pigmenty a obohatenú biomasu. V tejto práci bola študovaná charakterizácia karotenogénnych kvasiniek využitím molekulárnych techník. K tomuto účelu boli amplifikované medzidruhové konzervované sekvencie genómovej DNA, špeciálne oblasti rDNA D1/D2 ribozomálnej podjednotky a úseky ITS1 a 5,8-ITS2 rDNA. Tieto sekvencie boli podrobené analýze pomocou metódy DGGE k porovnaniu odlišností medzi jednotlivými karotenogénnymi kvasinkami. Technika izolácie intaktnej DNA bola optimalizovaná pre karyotypovú charakterizáciu kvasiniek metódou pulznej elektroforézy (PFGE). Jednotlivé karyotypy testovaných kvasiniek obsahovali viditeľné odlišnosti medzi kvasinkovými druhmi a rodmi.Carotenoids are naturally occurring pigments of plants also produced in many bacteria, and fungi. They represent one of the widest group of natural antioxidants with significant biological effects and numerous of industrial applications. There is an increased interest in carotenoids as natural antioxidants for their ability to reduce chronic diseases, various pathological stages and aging. The area of their application concerns mainly food industry; however, they are used in chemical, pharmaceutical, and cosmetics industry as well. One possibility is study of potential of red yeasts that are able to convert various substrates into carotenoid pigments. In presented thesis carotenogenic yeast belonging to the genus Rhodotorula, Sporobolomyces and Cystofilobasidium were tested for ability to use of selected waste substrates and also random mutagenesis in order to increase the production of biomass and specific metabolites – carotenoids and other lipid-soluble substances. As alternative nutrient sources derived from waste substrates from agricultural and food production (rapeseed substrate, rice, wheat, apple fiber, pasta and lignocellusic materials) were tested. To selected production media extracellular hydrolytic enzymes or commercial enzymes degrading polysaccharide were added. All tested red yeast strains were able to utilize these substrates as the only carbon source and simultaneous produce carotenoid enriched biomass. In this work, characterization of carotenogenic yeast using molecular techniques was studied. For this usage, interspecific variables of strongly conserved sequences of genomic DNA, especially rDNA D1/D2 large ribosomal subunit and ITS1 and 5,8-ITS2 rDNA regions were amplified. These sequences were subjected analysed by DGGE method to compare differences of carotenogenic yeasts. Isolation procedure of the intact DNA were optimized for caryotypic yeast characterization by pulsed field gel electrophoresis (PFGE). The karyotype of tested yeasts contain visible differences between yeast species and genera.

Fatigue evaluation using electrooculography

Diplomová práce se zabývá hodnocením únavy pomocí elektrookulografie (EOG). Teoretická část pojednává o samotné elektrookulografii, únavě i metodách, pomocí kterých se dá únava z EOG detekovat. Praktická část obsahuje návrh optimální metodiky pro hodnocení únavy z EOG. Zde jsou popsány scény, které budou sledovat dobrovolníci při současném záznamu EOG signálů, a dále je navržen způsob zpracování signálů včetně blokových schémat. Součástí práce je laboratorní protokol popisující záznam EOG signálů pomocí akvizičního systému Biopac. Podle protokolu bylo změřeno 10 dobrovolníků a byla vytvořena databáze signálů. V krátkém dotazníku měli dobrovolníci ohodnotit nepříjemnost měření a únavu. Naměřené signály byly zpracovány a získané parametry statisticky vyhodnoceny. Dále byla provedena diskuze parametrů z hlediska jejich schopnosti detekovat únavu. Na základě toho byla vytvořena aplikace detekující únavu ve vybraném signálu. Součástí práce je i podrobný návod k laboratorním cvičením pro studenty.The master´s thesis deals with fatigue evaluation in electrooculography records (EOG). The theoretical part focuses on electrooculography itself, fatigue and methods used for fatigue detection from EOG. The practical part includes a plan of optimal methodology for fatigue evaluation using EOG. The EOG signals are recorded during the volunteers are watching prepared scenes. Those scenes are desribed here. There is also definition of signal processing methods with relevant block diagrams. Laboratory protocol describing EOG signals recording using Biopac data acquisition system is included. Ten volunteers were measured according to this protocol and the signal database was created. In brief questionnaire volunteers were supposed to evaluate fatigue and discomfort of the measurment. Recorded signals were processed and acquired parameters were statistically evaluated. Then the parameters were discussed in terms of fatigue detection ability. On the basis of that software application was created. This application detects fatigue in selected signal. The thesis includes detailed laboratory manual for students.

Critical limb ischemia and autologous cell therapy in diabetic foot disease, pathogenesis of Charcot osteoarthopathy.

Syndrom diabetické nohy (SDN) je závažnou komplikací diabetu a spolu s kritickou končetinovou ischemií podstatně zhoršuje prognózu pacientů. Ischemická choroba dolních končetin u diabetiků má atypický klinický průběh, její diagnostika je obtížná a je jedním z hlavních faktorů zvyšujících morbiditu a mortalitu pacientů se SDN. Cílem dizertační práce zaměřené na diagnostiku a terapii SDN bylo nalézt vhodnou metodu k posouzení terapeutické vaskulogeneze při hodnocení efektu autologní buněčné terapie (ACT), posoudit možnosti časné diagnostiky Charcotovy osteoartropatie (CHOAP) a najít spojitosti mezi výskytem kardiovaskulárních onemocnění a SDN. Ve studiích zabývajících se terapeutickou vaskulogenezí patřil k nejzajímavějším výsledkům signifikantní vzestup antiangiogenního faktoru endostatinu po ACT na rozdíl od nezměněných hladin endostatinu po standardní perkutánní transluminální angioplastice; přechodný vzestup endostatinu se zdá být markerem terapeutické vaskulogeneze po ACT. Přínos perfuzní scintigrafie lýtkových svalů v hodnocení mikrocirkulace a efektu ACT nebyl jednoznačně prokázán. Naopak perspektivní metodou k posouzení mikrocirkulace a efektu revaskularizace po ACT byla MR spektroskopie lýtkových svalů. V další studii zabývající se CHOAP jsme prokázali přínos kvantitativní ultrasonometrie...Diabetic foot disease (DFD) is a serious complication of diabetes and, along with critical limb ischemia, significantly exacerbates the prognosis of patients. Peripheral arterial disease in patients with diabetes has an atypical clinical course, its diagnosis is challenging and is one of the most common causes of morbidity and mortality of patients with DFD. The aim of this dissertation focused on the diagnosis and treatment of DFD was to identify a suitable method for evaluating the effect of autologous cell therapy (ACT), to assess options for early diagnosis of Charcot osteoarthropathy (COA) and, possibly, to establish the association between the incidence of cardiovascular disease and DFD. In our studies concerning therapeutic vasculogenesis, we observed a significant increase in the antiangiogenic factor endostatin after ACT in contrast to its unchanged levels after standard percutaneous transluminal angioplasty; the transient increase in endostatin seems to be a marker of therapeutic vasculogenesis after ACT. A benefit of using calf muscle perfusion scintigraphy in the assessment of microcirculation and ACT effect was not clearly demonstrated. By contrast, a promising method for the evaluation of microcirculation and the effect of revascularization after ACT was MR spectroscopy of calf...1. lékařská fakultaFirst Faculty of Medicin

Blood pressure estimation using smartphone

This paper presents an experimental cuff-less measurementof systolic (SBP) and diastolic blood pressure (DBP)using smartphone. A photoplethysmographic signal (PPG) measuredby a smartphone camera is used to estimate blood pressure(BP). This paper contains comparison of several machinelearning (ML) methods for BP estimation. Filtering the PPGsignal with a band-pass filter (0.5-12 Hz) followed by featureextraction and using Random Forest (RF) methods separatelyor as a weak regressor in adaptive boosting (AdaBoost) or bootstrapaggregating (Boosting) reached the best results accordingto Association for the Advancement of Medical Instrumentation(AAMI) and British Hypertension Society (BHS) standardsamong all regression ML models. The mean absolute error(MAE) and standard deviation (SD) of Bagging model were4.532±3.760 mmHg for SBP and 2.738±3.032 mmHg for DBP(AAMI). This result meets the criteria of the AAMI standard

Estimation of blood glucose level based on PPG signals measured by smart devices

This paper deals with the possibilities of non-invasivedetermination of blood glucose from photoplethysmographic signals.Monitoring blood sugar is the most important part of managingdiabetes. Diabetes is one of the world’s major chronic diseases.Untreated diabetes is often a cause of death.Two datasets have been created by recording thephotoplethysmographic signals of 16 people using two smart devices(a smart wristband and a smartphone), along with their bloodglucose levels measured in an invasive way. Thephotoplethysmographic signals were preprocessed, and suitablefeatures were extracted from them. The aim of the work is to proposemethods for glycemic classification and prediction.Various machine-learning models were created. The best modelfor classifying blood glucose into two groups (low blood glucose andhigh blood glucose) is random forest, which achieves an F1 score of84% and 80% on two different test sets obtained from two smartdevices. The best blood glucose level prediction model is also basedon random forest and achieves an MAE of 1.02 mmol/l and 1.17mmol/l on both testing datasets