Centrum Algatech

Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. - vědecké pracoviště Třeboň

Výsledky aplikovaného výzkumu

 

G - funkční vzorek

 

 

Programovatelný LED panel pro velko-objemovou kultivační třepačku INNOVA (New Brunswick)

Programovatelný LED panel pro velko-objemovou kultivační třepačku INNOVA (New Brunswick)

Foto 1►   Foto 2►

G - funkční vzorek

 

Regulovatelný zdroj pro ovládání LED při detekci anoxygenních fototrofních bakterií

Detekce bakteriochlorofylu pomocí jejich autofluoresence umožňuje rychlý screening bakteriálních kolonií k nalezení fototrofních organismů. Pro zvýšení signálu je nutné zajistit dostatečnou intenzitu budícího světla. K tomuto účelu bylo vyvinuto zařízení pro ovládání a regulaci napětí na LED zdroji světla.  Regulace světelného zdroje umožňuje citlivě nastavit poměr signálu a šumu. Díky tomu je možné lépe rozeznat pozitivní a negativní kolonie a tím zvýšit celkovou efektivitu mikrobiálního screeningu.

Foto 1►  Foto 2►

G - funkční vzorek

 

Osvětlovací RGB panel pro kultivaci řas

Při kultivaci zelených řas je světlo jedním z klíčových regulačních faktorů. Kromě intenzity světla je důležitá i jeho vlnová délka, která určuje barvu světla. Autotrofní organizmy vnímají různé barvy světla pomocí specifických receptorů pro modré či červené světlo; kromě toho využívají různě energetické fotony světla pro fotosyntézu. Reakce na různou barvu světla je tedy dána nejen energií fotonu, ale i evolučním významem určité barvy pro fyziologické procesy v buňkách. Studium efektu barvy světla na buňky bylo po dlouho dobu komplikováno absencí světelného zdroje s definovanou vlnovou délkou a zároveň dostatečnou světelnou intenzitou. RGB LED osvětlení sice umožňuje osvětlení fotony s velmi úzce vymezenou vlnovou délkou, problémem ale zůstává jejich poměrně malá intenzita nedostačující pro intenzivní kultivace řas. Navržený kultivační panel využívá kombinaci jednobarevných LED s vysokou intenzitou světla pro kultivaci řas. Světelný panel může být použit pro osvětlení fotobioreaktorů umístěných v temperované nádobě či místnosti či pro osvětlení třepaných řasových a sinicových kultur. Je proto využitelný jak v základním výzkumu pro studium vlivu různé vlnové délky na fyziologii řas, tak v řasových aplikacích pro produkci látek specificky reagujících na danou vlnovou délku světla.  

Foto►

G - funkční vzorek

 

Ponorné osvětlovací LED zařízení pro kultivaci řas

Při kultivaci zelených řas je světlo jedním z klíčových limitujících faktorů. V průběhu růstu dochází k dělení buněk a tím ke snižování světla pro celou kulturu v důsledku zvýšeného stínění jednotlivých buněk mezi sebou. Při vysokých růstových rychlostech může v důsledku stínění dojít velmi rychle ke snížení růstové rychlosti. Pro optimalizaci množství biomasy získané na jednotku prostoru za minimální čas je třeba najít způsob jak prodloužit dobu kultivace při co nejvyšších růstových rychlostech. Jednou z možností je zvýšení množství světla dodávaného kultuře. Toho může být v principu dosaženo dvěma způsoby: zkrácení optické vzdálenosti mezi světelným zdrojem a ozářenou kulturou, nebo zvýšení svítivosti světelného zdroje. Navržené osvětlovací zařízení kombinuje obě tyto možnosti použitím vysoce výkonného LED zdroje, který je uložen přímo v řasové kultuře tak, aby nedocházelo ke ztrátám světla.

Foto►

G - funkční vzorek

 

Programovatelný regulátor intensity aktinických světel pro kultivaci fotosynteticky aktivních mikroorganismů

Programovatelný Regulátor Světel (PRS) byl vyvinut pro regulaci fluorescentních světelných zdrojů firmy Osram s inteligentními předřadníky typové řady QUICKTRONIC DE LUXE HF DIM, stejne tak jako zdrojů LED osvětlení firmy MEAN WELL typu HVG, HLG, LPF, HLN. Srdcem PRSu je vývojový kit Arduino micro s mikrokontrolérem ATMEGA32U4. Pro simulaci přirozeného průběhu denního osvětlení je využíváno regulace 1-10V, která odpovídá 10-100% intensity světel, pro úplnou tmu pak relé zcela vypíná napájení ve spínané zásuvce. V řídícím programu běžícím v reálném čase lze měnit intensity světel po 254 krocích v časovém rozmezí jednotek milisekund až dní. Programování probíha přes standardní USB rozhraní. Výhodou tohoto uspořádaní je kromě nižší ceny, vyšší stupeň krytí IP a při simulaci přirozeného průběhu ozářenosti s postupným nárůstem intenzity lze dosahovat výšších maximálních ozářeností kultur fotosyntenticky aktivních mikroorganismů bez nežádoucích projevů fotoinhibice. 

Foto►   

G - funkční vzorek

Zařízení pro intenzivní značení kultur řas a sinic radioaktivními izotopy

Značení radioizotopy patří k důležitým biochemickým a molekulárně-biologickým nástrojům při charakterizaci doby života proteinů a pigmentů v buňkách autotrofních mikroorganismů, jmenovitě mikrořas a sinic. Obvykle využívaná kultivační zařízení umožňují práci s vysoce zředěnými kulturami o objemech v řádu desítek a stovek ml a vzhledem k ceně radioizotopů rovněž značení je prováděno při nízkých koncentracích radioizotopů. Výsledkem je poměrně slabé označení bílkovin a pigmentů, které je obtížné detekovat a výsledky se proto také obtížně interpretují. Navíc kontakt s radioizotopy nezbytně vede k radioaktivní kontaminaci těchto zařízení, které je pak třeba vyčlenit pouze pro práci s radioizotopy. Manipulace s vysokými objemy značených kultur (např. centrifugace) také zvyšuje riziko kontaminace dalších pracovních prostor. Návrh miniaturizace zařízení pro radioaktivní značení umožňuje práci s objemy buněk pod 1 ml, což znamená nižší spotřebu izotopu a mnohem vyšší specifické značení, které má za následek kvalitnější výsledky cílené na studium kinetiky syntézy a degradace fotosyntetických proteinů a pigmentů. Práce přímo ve zkumavkách opatřených závity a těsnými víčky pak minimalizuje riziko kontaminace zařízení i během následných prací, jako je izolace a separace proteinů a pigmentů.

Navržený systém umožňuje:

  1. Maximální využití radioizotopů v kulturách s vysokou hustotou buněk, což vede k vysoce efektivnímu značení proteinů a pigmentů v buňkách řas a sinic
  2. Přesně definované teplotní a světelné podmínky během značení
  3.  Minimalizaci rizika kontaminace kultivačního zařízení a pracovního prostoru využívaného při radioaktivním značení. 

Foto►

G - funkční vzorek

 

Zařízení pro směšování plynů pro intenzivní kultivaci mikrořas

Nákup uživatelských směsí plynů je velmi drahý, navíc jsou plyny již smíchané v předem definovaném poměru a nelze efektivně měnit jejich koncentrace. Systém směšování plynů využívající regulátory hmotnostního průtoku plynů (mass flow regulators, MFR) jsou sice velmi přesné, ale cenově nákladné. Nejjednodušší alternativou směšování plynů je zařízení pracující na principu statického mísiče, jehož hlavní předností je že neobsahuje žádné pohyblivé součásti. Vlastní těleso statického mísiče je realizováno několika závity teflonové hadičky o vhodném průměru, do kterého se odděleně přivádějí vstupy ze dvou oddělených čistých zdrojů plynů. V našem případě se jedná o oxid uhličitý (CO2) a vzduch. Manuální dynamické směšování umožňuje vytvoření požadované koncentrace CO2 ve vzduchu v širokém rozsahu poměrů a v reálném čase. Výstup ze směšovací komory je napojen na jednoduchý infračervený analyzátor oxidu uhličitého. Systém umožňuje míchat dva plyny pro přípravu plynné směsi potřebné pro potřeby kultivace mikrořas za fototrofních podmínek růstu. Systém byl vyvinut jako levná alternativa k nákladným směšovačům plynů na principu MFR. Zařízení též minimalizuje nároky na prostor a snižuje náklady na údržbu tím, že využívá velmi levných a standardních dílů. Systém je modulární, další plynové obvody mohou být přidány dodatečně. Přidány mohou být také další měřicí senzory, například pro umožnění vzdáleného monitoringu. 

Foto►

G - funkční vzorek

 

Zobrazovací stereomikroskop pro identifikaci bakteriálních kolonií obsahujících bakteriochlorofyl pomocí autofluorescence

Zařízení je navržené k zobrazování fluorescenční emise fotosyntetických organizmů obsahujících různé formy chlorofylu a bakteriochlorofylu. Přístroj je sestaven z trinokulárního stereomikroskopu umožňujícího rychlý náhled vzorku a výběr pozorovaného objektu. Vzorek je osvětlen pomocí bílé LED diody s nastavitelnou intenzitou, případně infračervenou laserovou diodou s emisí při 808 nm pro identifikaci kolonií s vnější světlosběrnou anténou absorbující v oblasti 800-810nm. Osazená CCD kamera citlivá v blízké infračervené oblasti o vlnové délce >850nm potom na připojeném displeji zobrazí fluorescenční obraz umožňující identifikovat kolonie obsahující bakteriochlorofyl. Po identifikaci je možné přesně odebrat jednotlivé kolonie pro další zpracování (např. kultivaci, spektrometrii, mikroskopování, HPLC). Z důvodu potřeby sterilní izolace pozitivních vzorků byl celek navržen jako přenosný a kompaktní systém, který lze umístit do flow-boxu. Přístroj umožňuje rozšíření o CCD spektrometr pro zaznamenání fluorescenčních emisních spekter zvolených bakteriálních kolonií. 

Foto►

R - autorizovaný software

CellFinder

Time consuming measurements can be facilitated by automation: this helps to perform a large number of measurements with different settings of several parameters and changing them according to any special need. Solutions integrated in commercial microscopes usually allow building custom protocols (like Time Controller of Olympus or Experiment Designer of Zeiss) but sometimes they are unable to provide flexible enough special setups; moreover, their ability to establish connection with external devices is quite limited. The presented Cell Finder program was developed for Olympus FV1000 and FV1200 confocal microscopes. It provides 1) a text file based macro language to control the imaging functions of the microscope 2) a possibility to control several external hardware devices – light sources, thermal controllers or actuators – during the measurement by a cheap and easy to use Arduino microcontroller. 3) As an extra feature Cell Finder includes an ergonomic user environment, which helps to select the target cells and relocate the moving sample in a way that minimizes the unwanted bleaching of the cells with the scanning laser. 

Foto►     functions►     fv10►     init►     interpreter►     main►     windowfunctions►

R - autorizovaný software GelMarriage

Matching gel electrophoresis photos performed using different conditions are timeconsuming. Setting the proper key points the overlapping can be performed on a more precise way. 

Foto►     GelMarriage►

R - autorizovaný software KeepClicking

The program provides mouse clicks on max. 5 different points on the screen in cycles, controlled by multiple timers. 

Foto►     kc►     main►

R - autorizovaný software OneNiceDay

Measurements in bioreactors can provide useful information about physiology of the photosynthesis during light-dark cycles. The OneNiceDay program manages the date from PSI bioreactors and preprocess them for the future usage. 

Foto►     functions►     main►

R - autorizovaný software SpaceMaker

This little tool helps to reformat protein and DNA sequences for using standard databases like NSBI or CryptoDB. 

Foto►     main►

R - autorizovaný software SRFIpro

Spectral resolved fluorescence induction measurements provide huge amount of data – hard to handle, hard to plot. SRFIpro plots the data on using an adaptive resampling algorithm, reduces the amount of the stored intensity values (by spectral selection and time filtering), exports preformatted tables for graphs and calculate physiological parameters of photosynthetic activity (like NPQ). 

Foto►     draw►     functions►     main►

 

Certifikovaná metodika

 

Soubor laboratorních in vitro biotestů pro testování bioaktivních látek z mikrořas

Cílem metodiky je charakteristika biotestů, které byly vyvinuty nebo modifikovány pro testování biologicky aktivních látek z mikrořas. Jedná se o soubor laboratorních biotestů, které jsou založeny na vzájemné interakci dvou organismů za definovaných podmínek kultivace, nebo růstu. Získané informace jsou vztaženy na problematiku biologické ochrany rostlin, aplikace proti závažným houbovým patogenům, na získání informací o přítomnosti specifických molekul indukujících klíčení semen parazitických rostlin, na zjištění fytotoxického nebo
fytostimulačního účinku na rostliny. Metodika►