Buněčné a molekulární charakteristiky hemolymfy u raků
KIFAYATULLAH, NA
2023 - anglický Celulární a molekulární složky hemolymfy jsou hlavní součástí vrozeného imunitního systému u desetinožců. Hlubší znalosti složek hemolymfy, včetně hemocytů a proteinů hemolymfy, mohou zlepšit naše chápání vrozené imunity u korýšů. Pro studium celulárních a molekulárních aspektů koagulace a fagocytózy jsme využili transmisní elektronovou mikroskopii a kvantitativní proteomiku. Kapitola 2 přehledně shrnuje celulární a molekulární parametry vrozeného imunitního systému a účinky environmentálních stresorů a jejich abiotických a biotických stresových mechanismů u desetinožců. Vrozený imunitní systém desetinožců se silně opírá o hemocyty. Obecně jsou přijímány tři typy hemocytů na základě jejich morfologie, avšak stále existuje nedostatek shody ohledně klasifikace typů hemocytů. Klíčové funkce vrozené imunity, jako jsou koagulace a fagocytóza, jsou stále špatně pochopeny a vyžadují další zkoumání zejména na molekulární úrovni. Environmentální stresory mohou negativně ovlivnit imunitní odpovědi desetinožců, čímž zvyšují jejich náchylnost k nemocem. Avšak abiotický stresový mechanismus je špatně pochopen kvůli nedostatku dostupné literatury a vyžaduje další zkoumání. V kapitole 3 byla transmisní elektronová mikroskopie použita k prozkoumání ultrastrukturního chování hemocytů během koagulace a fagocytózy v raných stadiích zranění amputace nohy u raka mramorovaného Procambarus virginalis. Granulární hemocyty byly aktivovány jako první a morfologie cytoplazmatických granulí se změnila z elektronově hustých na elektronově průsvitné formy v expanzivním způsobu. Transformované granule obsahující amorfní elektronově průsvitné materiály se sloučily a vypustily svůj obsah do extracelulárního prostoru pro koagulaci. Pozorovali jsme, že zbývající jádro z degranulovaných hemocytů se podílí na procesu koagulace, což by mohlo být v některých předchozích studiích zaměněno s hyalinocyty. Kromě toho amputace nohy způsobila masivní degeneraci svalů, následovanou významným přílivem fagocytických hemocytů, které odstranily značné množství svalových vláken a organel, jako jsou mitochondrie, generované z rozpadajících se a rozkládajících se svalů. Dále jsme zjistili, že fagocytické hemocyty obsahují různé počty granulí v cytoplazmě a poprvé jsme objevili, že tyto buňky začleňují nekrotická tělíska vzniklá z degenerovaných svalů do svých organel, jako jsou cytoplazmatické granule a jádro. Granulární hemocyty byly nalezeny jako hlavní buňky provádějící fagocytickou aktivitu na místě zranění. Tato studie poskytuje poprvé komplexní popis všech stadií morfologických změn hemocytů během koagulace a fagocytózy po zranění u raků. V kapitole 4 proteomická analýza sražených a nesražených vzorků ukázala, že množství většiny proteinů zůstalo během koagulačního procesu nezměněno, což naznačuje, že nezbytné proteiny pro koagulaci jsou předem syntetizovány a uloženy před vznikem sraženiny. Díky svému otevřenému oběhovému systému mají desetinožci robustní koagulační mechanismy. Po zranění jsou uvolněny předem syntetizované koagulační faktory, což vede ke vzniku sraženiny. Proto byly pouze některé proteiny, jako jsou proteiny obsahující domény C-typu lektinu, laminin A řetězec a tropomyosin, během srážení sníženy, což naznačuje jejich možné role ve strukturní integritě buněk. Jejich snížení by mohlo usnadnit degranulaci, klíčový krok pro vznik sraženiny. The cellular and molecular components of the hemolymph are the major arm of the innate immune system in decapod crustaceans. In-depth knowledge of the hemolymph components, including hemocytes and hemolymph proteins, can enhance our understanding of innate immunity in crustaceans. We utilized transmission electron microscopy and quantitative proteomics to study the cellular and molecular aspects of coagulation and phagocytosis in the hemolymph. Chapter 2 reviews the cellular and molecular parameters of the innate immune system and the effects of environmental stressors and their abiotic and biotic stress mechanisms in decapod crustaceans. The innate immune system of decapod crustaceans heavily relies on hemocytes in the circulating hemolymph. Generally, three types of hemocytes are accepted based on their morphology, however, there is still a lack of consensus among researchers regarding the classification of hemocyte types. The key innate immune functions such as coagulation and phagocytosis are still poorly understood and require further investigation especially at a molecular level. Environmental stressors can adversely affect the immune responses of decapod crustaceans, increasing their susceptibility to diseases. However, the abiotic stress mechanism is poorly understood due to the lack of available literature and needs further investigation. In Chapter 3, transmission electron microscopy was used to investigate the ultrastructural behavior of hemocytes during coagulation and phagocytosis in the early stages of leg amputation injury in marbled crayfish Procambarus virginalis. The granular hemocytes were the first to be activated, and the morphology of cytoplasmic granules changed from electron-dense to electron-lucent forms in an expanding manner. The transformed granules containing amorphous electron-lucent materials merged and discharged their contents into the extracellular space for coagulation. We observed that the leftover nucleus from degranulated hemocytes participates in the process of coagulation, which could be confused with hyalinocytes in some previous studies. In addition, leg amputation caused massive muscle degeneration, followed by a significant influx of phagocytic hemocytes that removed a substantial amount of muscle fibers and organelles, such as mitochondria, generated from disintegrating and decaying muscle. Furthermore, we found that phagocytic hemocytes contained varying numbers of granules in their cytoplasm and, for the first time, discovered that these cells incorporate necrotic bodies resulting from degenerated muscles into their organelles, such as cytoplasmic granules and nucleus. The granular hemocytes were found to be the main cells that carry out phagocytic activity in the injury site. This study provides a comprehensive description of all the stages of morphological changes in hemocytes during coagulation and phagocytosis after injury in crayfish for the first time. In Chapter 4, proteomic analysis of non-clotted and clotted samples indicated that quantities of most proteins remained unchanged during the coagulation process, suggesting that necessary proteins for coagulation are pre-synthesized and stored before clot formation. Due to their open circulatory system, decapod crustaceans possess robust clotting mechanisms. Upon injury, pre-synthesized clotting factors are released, resulting in clot formation. Therefore, only a few proteins, such as C-type lectin domain-containing proteins, Laminin A chain, and Tropomyosin, were down-regulated during clotting, suggesting their possible roles in the structural integrity of cells. Their downregulation could facilitate degranulation, a crucial step for clot formation. Klíčová slova: Vrozená imunita; Srážení hemolymfy; Fagocytóza; Proteomika krevních sraženin Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Buněčné a molekulární charakteristiky hemolymfy u raků

Celulární a molekulární složky hemolymfy jsou hlavní součástí vrozeného imunitního systému u desetinožců. Hlubší znalosti složek hemolymfy, včetně hemocytů a proteinů hemolymfy, mohou zlepšit naše ...

KIFAYATULLAH, NA
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Monitoring reakce raků na různé podněty: jsou raci dobrými bioindikátory?
MALINOVSKA, Viktoriia
2023 - anglický Sladkovodní raci mají zásadní roli v potravním řetězci a při přenosu energie mezi trofickými úrovněmi, často působí jako klíčové druhy. Mezi bezobratlými jsou raci primárními druhy s ohledem na jejich velkou velikost a obecnou hojnost a biologickou rozmanitost. Raci patří k běžným modelovým organismům ve vědeckém výzkumu a jsou využíváni jako bioindikátory kvality vody v laboratorních i terénních studiích. Sladkovodní raci jsou v přímém ohrožení, zatímco čelí znečištěnému vodnímu prostředí, protože do přírodních vod se během roku dostává mnoho chemikálií. Studie ukázaly, že raci vykazují různé behaviorální a fyziologické změny v reakci na antropogenní kontaminanty. V Kapitole 2 bylo naším cílem vyhodnocení srdeční a lokomotorické reakce raka signálního Pacifastacus leniusculus na krátkodobou pulzní expozici environmentálně relevantním koncentracím tří pesticidů (metazachlor, terbuthylazin a thiacloprid). Ve srovnání s kontrolními skupinami, u raků vystavených metazachloru bylo pozorováno významné zvýšení srdeční frekvence a ujeté vzdálenosti. Ve skupinách vystavených terbuthylazinu a thiaclopridu nebyly zaznamenané významné změny srdeční a pohybové aktivity raků. Protože většina raků v těchto skupinách nevykazovala lokomotorickou odezvu, nebyli zřejmě stimulováni k úniku z kontaminované oblasti. V přirozených podmínkách to může vést k trvalému vystavení environmentálním chemikáliím, které jsou potenciálně škodlivé. V Kapitole 3 jsme zkoumali účinky UV filtrů kyseliny benzoyl-4-hydroxy-2-methoxybenzensulfonové (BP4) a kyseliny 2-fenylbenzimidazol-5-sulfonové (PBSA) na raky během 30 minutové expozice. Jedinci raků exponovaní testovaným látkám se pohybovali na větší vzdálenosti a strávili více času v pohybu. V exponovaných skupinách byla také zaznamenaná vyšší frekvence srdečního tepu. Zaznamenané změny ve fyziologii a chovaní raků v obou studiích mohou být indikací potenciálního narušení schopnosti reagovat na predátory a následně ovlivnit početnost a funkční vlastnosti společenstev velkých bezobratlých. Spolu s využitím raků v laboratorních a venkovních experimentech existuje také možnost provést případovou studii s raky působícími jako bioindikátory. Hodnotili jsme fyziologické reakce raků na vodu dezinfikovanou oxidem chloričitým v dlouhodobém sledování za provozních podmínek v lokálním pivovaru (Kapitola 4). Narušení se projevovalo jako chaotické zvýšení a snížení srdečního tepu bez ohledu na denní dobu. V přirozeném prostředí je srdeční frekvence raků v noci vyšší s ohledem na noční aktivitu. Noční režim je důležitou adaptací pro raky a jeho narušení může vést k určitým rizikům souvisejícím se zvýšenou viditelností pro predátory a změnami při hledání potravy. Naše výsledky ukázaly, že raci vykazují srdeční a pohybové reakce, když jsou krátce vystaveni běžně používanému herbicidu metazachloru a dvěma široce používaným UV filtrům BP4 a PBSA, což naznačuje, že raci mohou potenciálně detekovat výskyt těchto vodních kontaminantů ve vodě. Prokázala se také užitečnost raka při dlouhodobém sledování kvality vody. Tato zjištění rozšiřují naše chápání používání raků jako bioindikátorů ve vědeckém výzkumu. Prezentovaná práce poskytuje data z laboratorních a případových studií zaměřených na srdeční a lokomotorickou aktivitu u raků. Vzhledem k tomu, že raci jsou základem potravního řetězce ve sladkovodním prostředí, je velmi důležité studovat účinky různých podnětů na takové klíčové druhy. Pochopení dalších biologických dopadů vodních polutantů na sladkovodní raky a další necílové taxony prospěje našim znalostem ohrožení funkčních změn složení populací a společenstev. Freshwater crayfish play a vital role in food webs and energy transfer between trophic levels, often acting as keystone species. Crayfish are prime species among invertebrates, considering their large size, abundance, and biodiversity. Crayfish belong to common model organisms in scientific research and have been used as bioindicators of water quality in laboratory and field studies. Freshwater crayfish are at direct risk while facing polluted aquatic environments, as many chemicals enter natural waters throughout the year. Studies have been shown that crayfish exhibit a variety of behavioral and physiological alterations in response to anthropogenic contaminants. In Chapter 2, we aimed to assess the cardiac and locomotor responses of crayfish Pacifastacus leniusculus to short-term pulse exposure to environmentally relevant concentrations of three pesticides (metazachlor, terbuthylazine, and thiacloprid). A significant increase in heart rate and distance moved was observed in metazachlor-exposed specimens compared to controls. We did not detect significant changes in crayfish cardiac and locomotor activity in terbuthylazine and thiacloprid groups. Most crayfish in these groups did not exhibit locomotor response, so they might not be stimulated to escape a contaminated area. This may lead to continuous exposure to environmental chemicals that are potentially harmful. In Chapter 3, we investigated the effects of UV filters Benzoyl-4-hydroxy-2-methoxybenzenesulfonic acid (BP4) and 2-Phenylbenzimidazole-5-sulfonic acid (PBSA) on crayfish during 30 min exposure period. Specimens exposed to the tested compounds moved greater distances and spent more time in locomotion. Increased heart rate was also detected in treated groups. Such behavioral and physiological alterations of crayfish detected in both studies can potentially impair crayfish ability to respond to predators, and consequently affect abundance and the functional properties of macroinvertebrate communities. Along with use of crayfish in laboratory and field experiments, there is also an option to conduct case study with crayfish acting as bioindicators. We evaluated crayfish physiological responses to water disinfected with chlorine dioxide in long-term monitoring under operating conditions in local brewery (Chapter 4). The disruption of cardiac rhythmicity was detected with chaotic increases and decreases of heart rate regardless of the time of day. In natural environment, heart rate of crayfish is higher during night time considering nocturnal activity of these decapods. Nocturnalism is important adaptation for crayfish, and its impairment can lead to certain risks related to increased visibility to predators and alterations in foraging. Our results indicated that crayfish exhibit a cardiac and locomotor responses when shortly exposed to commonly used herbicide metazachlor and two widely applied UV filters BP4 and PBSA, suggesting that crayfish can potentially detect the appearance of these aquatic contaminants in water. The usefulness of crayfish in long-term monitoring of water quality have also been demonstrated. These findings expand our understanding of using crayfish as bioindicators in scientific research. In conclusion, this thesis provides the data from laboratory and case studies focusing on measurements of cardiac and locomotor endpoints in crayfish. Given that crayfish is at the base of the food chain in freshwater environments, it is of great importance to study the effects of different stimuli on such keystone species. Understanding further biological impacts of aquatic pollutants on freshwater crayfish and other non-target taxa will benefit our knowledge of threats to functional compositional changes in populations and communities. Klíčová slova: Pesticidy; Pohyb; Sladkovodní korýš; Srdeční aktivita; UV filtry; Vodní polutanty Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Monitoring reakce raků na různé podněty: jsou raci dobrými bioindikátory?

Sladkovodní raci mají zásadní roli v potravním řetězci a při přenosu energie mezi trofickými úrovněmi, často působí jako klíčové druhy. Mezi bezobratlými jsou raci primárními druhy s ohledem na jejich ...

MALINOVSKA, Viktoriia
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Účinky rostlinných produktů na růst, stravitelnost, složení těla, imunitní a stresovou reakci u ryb
ZARE, Mahyar
2023 - anglický Očekává se, že v nadcházejících desetiletích bude akvakultura hrát zásadní roli při produkci potravin pro rostoucí lidskou populaci. Nicméně propuknutí nemocí může bránit dalšímu rozvoji tohoto odvětví. Jedním ze slibných řešení pro řešení tohoto problému je použití přírodních krmných aditiv, jako jsou rostlinné moučky a extrakty, které obsahují bioaktivní sloučeniny, včetně fenolických sloučenin, proteinů, vitamínů a minerálů. Bylo prokázáno, že tyto sloučeniny mají na ryby antistresové, antivirové, antibakteriální a antifungální účinky. Zatímco kopřiva byla rozsáhle studována v medicíně savců, její účinky na druhy využívané v akvakultuře nebyly dostatečně zdokumentovány. Nedávné studie však prokázaly pozitivní vliv kopřivy na růstovou výkonnost, hematologii, biochemii krve a imunitní systém ryb. Prášek z listů kopřivy v dávce 30 g/kg krmiva vedl k významnému zvýšení konečné hmotnosti ryb, hmotnostního přírůstku, procentuálního hmotnostního a specifické rychlosti růstu pstruha duhového. Přídavek moučky z listů kopřivy navíc zvýšil celkový obsah bílkovin a popelovin v těle ryb a zároveň snížil obsah tuku. Přídavek moučky z listů estragonu, v dávce 30 g/kg krmiva, významně zvýšil Hct% a počet leukocytů. Kombinace 10 g/kg moučky z listů kopřivy a 10 g/kg moučky z listů estragonu se projevila nejvyššími hladinámi erytrocytů a hemoglobinu. Moučka z listů kopřivy v dávce 30 g/kg krmiva, moučka z listů estragonu v množství 30 g/kg krmiva a kombinace moučky z listů kopřivy v dávce 10 g/kg a 10 g/kg moučky z listů estragonu v krmivu významně zvýšily hladiny albuminu v krevním séru. Moučka z listů estragonu v dávce 10 g/kg krmiva vykazovala nejvyšší aktivitu enzymu lysozymu v krevním séru ve srovnání s kontrolou. Hladiny celkového imunoglobulinu v krevním séru a celkového proteinu byly významně spojeny s použitím moučky z listů kopřivy v dávce 30 g/kg krmiva. Studie potvrzuje pozitivní účinky těchto aditiv na růstovou výkonnost, složení celého těla, imunologické, hematologické a vybrané biochemické faktory krevního séra. Různé úrovně česnekového prášku významně neovlivnily rychlost růstu a somatické indexy u okouna říčního. Přidání 30 g/kg česnekového prášku v krmivu však vedlo k výrazně vyšší hladině bílkovin v těle ryb. Použití jak dávky 10 g/kg krmiva, tak 30 g/kg krmného česnekového prášku se projevilo ve významně vyšší stravitelnosti tuku v porovnání s kontrolní skupinou a 20 g/kg krmivového česnekového prášku. Dieta obsahující 20 g/kg česnekového prášku vedla k významně vyššímu počtu erytrocytů a leukocytů. Kromě toho měly všechny skupiny s přídavkem česnekuvýznamně nižší hladiny cholesterolu v krevním séru ve srovnání s kontrolou. Česnekový prášek v dávce 30 g/kg zlepšil odolnost okouna říčního proti stresu z vysoké hustoty a manipulace, jakož to i jeho hematologické a imunologické parametry. Bezprostředně po stresu byla hladina kortizolu ve všech skupinách krmených česnekem významně vyšší než v kontrolní skupině a mezi skupinami nebyl žádný významný rozdíl v hladinách glukózy. Po 24 hodinách však byly hladiny kortizolu i glukózy významně nižší ve všech skupinách krmených česnekem ve srovnání s kontrolní skupinou. Tyto výsledky naznačují, že krmení okouna říčního dietou s česnekovým práškem může mít pozitivní vliv na zvládání stresové reakce. Česnekový prášek v množství 10 g/kg krmiva zlepšil stravitelnost tuků, obsah proteinu v těle ryb, hematologické parametry, imunologické parametry a odolnost při vysoké hustotě a manipulaci. Celkově lze česnekový prášek považovat za potenciální doplněk stravy pro zvládání stresu u okouna evropského, je však zapotřebí dalšího výzkumu, aby se určilo optimální dávkování a dlouhodobé účinky. Výsledky disertační práce naznačují, že používání přírodních krmných fytoaditiv by mohlo být potenciálním řešením pro řešení zdravotních problémů v akvakultuře, což povede k udržitelnější a efektivnější produkci potravin. The plant powders and extracts contain bioactive compounds, including phenolic compounds, proteins, vitamins, and minerals. These compounds have been shown to possess antistress, antiviral, antibacterial, and antifungal effects on fish. Nettle has been extensively studied in mammalian medicine, but its effects on aquaculture species have not been well documented. Recent studies have demonstrated the positive impact of nettle on the growth performance, hematology, blood biochemistry, immune system, and pathogens resistance of fish species. Nettle leaf powder at a rate of 30 g/kg feed, improved the final body weight (FBW), weight gain (WG), weight gain percent% (WG%), specific growth rate (SGR%), and increased whole-body proximate protein and ash content while reducing whole-body proximate fat rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fingerlings. Tarragon leaf powder at a rate of 30 g/kg feed, significantly increased the haematocrit% (Hct%) and leukocyte count. The combination of 10 g/kg feed nettle leaf powder and 10 g/kg feed tarragon leaf powder resulted in the highest levels of erythrocyte count and haemoglobin (Hb). Nettle leaf powder at 30 g/kg feed, tarragon leaf powder at 30 g/kg feed, and a combination of 10 g/kg feed nettle leaf powder and 10 g/kg feed tarragon leaf powder significantly increased albumin levels in blood serum. Tarragon leaf powder at 10 g/kg feed showed the highest blood serum lysozyme enzyme activity compared to the control. Blood serum total immunoglobulin and total protein levels were significantly associated with nettle leaf powder at 30 g/kg feed. The study confirms the positive effects of these additives on growth performance, whole body proximate composition, immunological, haematological, and selected blood serum biochemical factors. Different levels of garlic powder did not significantly affect growth performance and somatic indices in European perch (Perca fluviatilis). However, adding 30 g/kg feed garlic powder resulted in a significantly higher level of whole-body proximate protein. Both 10 g/kg feed and 30 g/kg feed garlic powder showed significantly higher fat digestibility than the control and 20 g/kg feed garlic powder groups. The 20 g/kg feed garlic powder diet resulted in significantly higher erythrocyte and leukocyte count. Furthermore, all garlic groups had significantly lower blood serum cholesterol levels compared to the control. Garlic powder at level 30 g/kg feed improved European perch's resistance against high density and net handling stress, as well as their haematological and immunological parameters. Immediately after stress, the level of cortisol in all garlic-fed groups was significantly higher than in the control group, and there was no significant difference in glucose levels among the groups. However, after 24 hours, the levels of both cortisol and glucose were lower in all garlic-fed groups compared to the control group significantly. Garlic powder at a level of 10 g/kg feed improved apparent fat digestibility, whole body proximate protein, hematological parameters, immunological parameters, and increased resistance in high density and net handling stress. Overall, garlic powder could be considered as a potential dietary supplement for managing stress in European perch, however, further research is needed to determine the optimal dosage and long-term effects. Results of present thesis suggest that the use of natural feed phyto-additives could be a potential solution to address health issues in aquaculture, leading to more sustainable and efficient food production. Klíčová slova: Bioaktivní látky; konverzekrmiva; listové moučky; kortizol; hematologie; imunologie; myeloidní buňky; stres Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Účinky rostlinných produktů na růst, stravitelnost, složení těla, imunitní a stresovou reakci u ryb

Očekává se, že v nadcházejících desetiletích bude akvakultura hrát zásadní roli při produkci potravin pro rostoucí lidskou populaci. Nicméně propuknutí nemocí může bránit dalšímu rozvoji tohoto ...

ZARE, Mahyar
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Integrovaná ochrana proti škůdcům a chorobám v akvaponii
FOLORUNSO, Ewumi Azeez Olatunji
2023 - anglický Tato práce přináší zásadní znalosti pro vývoj ověřených přístupů řešení problematiky škůdců a chorob v akvaponii. Naše hodnocení rizik spojených s využitím integrované ochrany proti škůdcům a chorobám (IPM) v akvaponii pomohlo nejen při kustomizaci pyramidového schématu IPM pro akvaponii, ale také zavedlo zásadní postupy IPM v chovných částech akvaponického systému napomáhající akvaponickým farmářům, kteří často nejsou odborníky v chovu ryb. Kromě toho náš literární přehled identifikoval zamoření rostlinnými patogeny jako prioritní výzvu ve srovnání s infestací bezobratlými škůdci a chorobami v chovných jednotkách ryb, a tudíž naléhavou potřebu zavést bezpečné přístupy managementu fytopatogenů. Na tyto závěry navazoval výzkum bezpečných agens biologické kontroly, kde byla zkoumána účinnost entomopatogenních a mykoparazitických hub proti padlí okurkovému a byla prokázána jejich nízká šance na přežití ve vodě v recirkulačních akvakulturních systémech (RAS), což potvrdilo jejich vhodnost pro různé designy akvaponie (jednosmyčkové i dvousmyčkové). S nastalými otázkami o spolehlivosti biologické kontroly v akvaponii, jsme zkoumali potenciální možnosti chemické kontroly, které by mohly být využity v akvaponických systémech, přičemž jsme zkoumali jejich možné negativní dopady na akvaponický systém. Zkoumané přírodní (azadirachtin, lecitin a hřebíčkový olej), mikrobiální (spinosad) a syntetické (tebukonazol) pesticidy aplikované foliárně byly ve významných koncentracích detekovány v živném roztoku, a to v různých časových bodech po aplikaci. Jejich procentuální vyplavení v živném roztoku vztažené k aplikované dávce v postřiku se výrazně lišilo mezi fungicidy (0,1 - 2,3 %) v důsledku rozdílů v podílu účinných látek, doporučených dávkách a vlastnostech aktivní látky. Procentuální vyplavení azadirachtinu, eugenolu, spinosadu a tebukonazolu v živinovém roztoku se pohybovalo mezi 0,1 - 0,8 % aplikovaných účinných látek. Naproti tomu, lecitinu bylo v akvaponické vodě detekováno 2,3 % aplikované dávky. Protože eugenol a spinosad byly detekovány v koncentracích nižších než jejich odpovídající hodnoty NOEC a LC50, jsou tyto látky považovány za bezpečné pro všechny akvaponické systémy. Pyrethrum v živném roztoku zjištěno nebylo, což mohlo být způsobeno jeho nízkou perzistencí a rychlou degradací ve vodě. Jeho účinná látka (pyrethrin) je však vysoce toxická pro ryby a další vodní organismy a její použití by mělo být omezeno pouze na dvousmyčkové akvaponické systémy. Pokud jde o účinky těchto látek na ryby a biofiltr, měl tebukonazol významně přetrvávající účinky na hematologické ukazatele u ryb, ale také biochemické a antioxidační aktivity po 28denním semistatickém testu, což ukazuje na jeho nevhodnost pro všechny typy akvaponie. Tebukonazol však neměl významné účinky na nitrifikační procesy v biofiltru ani při maximální koncentraci naměřené v živném roztoku. Naproti tomu lecitin při maximální koncentraci zvýšil hladiny amoniaku a dusitanů v biofiltru, tzn. že tato látka není vhodná pro jednosmyčkové akvaponické systémy. Změny v nitrifikaci, hematologii ryb a biochemických parametrech po aplikaci azadirachtinu a eugenolu byly pouze nevýznamné, což ukazuje na jejich nízká rizika pro všechny typy akvaponie (při aplikaci podle pokynů výrobce). Nakonec jsme zkoumali vliv biologické ochrany a fungicidů na běžící akvaponické systémy. Mikrobiální přípravky s T. virens, I. fumosorosea a L. attenuatum potlačovaly rozvoj padlí v průběhu čtyřtýdenní kultivace. Navíc aplikace T. virens zlepšila růst rostlin. Naproti tomu fungicidy (hřebíčkový olej, lecitin a tebukonazol) neovlivnily růst bazalky, ale byly detekovány v akvaponické vodě. This thesis has laid an essential foundation for developing aquaponics-safe approaches to address pest and disease outbreaks in aquaponics. Our review on adopting integrated pest and disease management in aquaponics not only customized pyramid-flow IPDMs for aquaponics but also inclusively initiated essential fish management pathways for aquaponics farmers who are primarily not fish farm experts. Furthermore, our review identified pathogen infestation challenges as priorities over macro-pests and diseases in fish culture units and the urgent need to establish safe phytopathogen management options. These conclusions were followed up by investigating safe biological control agents, where the efficacy of entomopathogenic and mycoparasitic fungi was investigated against powdery mildew, and their low-survival chance in RAS water was determined to affirm their suitability for different aquaponics designs (coupled and decoupled). With raving questions on the reliability of biological control, we explored potentially safe chemical control options that could be adopted for aquaponics systems, and investigated their possible negative impacts on aquaponics. The natural (azadirachtin, lecithin, and clove oi), microbial (spinosad) and synthetic (tebuconazole) pesticides investigated, runoff into nutrient solutions after foliar application, and were detected in significant concentrations at different time points post applications. Their percentage runoff in regard to spray solution varies significantly (0.1-2.3 %), owing to differences in the proportion of the active ingredients, recommended dosages and the properties of the compound. The percentage runoff of azadirachtin, eugenol, spinosad and tebuconazole ranged between 0.1 and 0.8 % of the sprayed active ingredients. On the other hand, 2.3 % of the sprayed lecithin were detected in the aquaponics water. Since eugenol and spinosad were detected at concentrations lower than their corresponding NOEC and LC50, they are considered safe for all aquaponics systems. Pyrethrum, on the other hand, was not detected in the nutrient solution, which could be due to its non-persistence and fast degradation in water. However, its active ingredient (pyrethrin) is highly toxic to fish and other aquatic organisms, and its usage should only be limited to decoupled aquaponics systems. Regarding their effects on fish and biofilter, tebuconazole had a significantly persistent effects on fish hematology, biochemical and antioxidative activities over a 28 day semi-static period, indicating its unsuitability for coupled aquaponics designs. However, tebuconazole did not have significant effects on nitrification processes in the biofilter at the maximum runoff concentration. Lecithin, on the other hand, altered and spiked ammonium and nitrite levels in biofilter at its maximum runoff concentration, making the compound unsuitable for coupled aquaponics. In contrast, only mild non-significant effects of azadirachtin and eugenol were seen in biofilter nitrification, fish hematology, and biochemical parameters, indicating their low risks for all aquaponics systems (when applied according to the manufacturer's instruction). Lastly, we explored the influence of biological control and fungicides on running aquaponics systems. T. virens, I. fumosorosea and L. attenuatum, controlled and suppressed powdery mildew over a period of four weeks. In addition, T. virens was able to improve the growth of the plant. The fungicides (clove oil, lecithin, and tebuconazole), on the other hand, did not show any influence on the basil growth. Klíčová slova: akvaponii; biologické kontroly; pesticidy; fungicidy; entomopatogenních hub; ryby Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Integrovaná ochrana proti škůdcům a chorobám v akvaponii

Tato práce přináší zásadní znalosti pro vývoj ověřených přístupů řešení problematiky škůdců a chorob v akvaponii. Naše hodnocení rizik spojených s využitím integrované ochrany proti škůdcům a chorobám ...

FOLORUNSO, Ewumi Azeez Olatunji
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Vnímavost plemen kapra obecného k onemocnění způsobenému kapřím edémovým virem
BALOCH, Ali Asghar
2023 - anglický Nemoci ryb se týkají jakéhokoli stavu, který ovlivňuje zdraví a pohodu ryb, ať už ve volné přírodě, nebo v zajetí. Ryby jsou náchylné k různým onemocněním způsobeným bakteriemi, viry, plísněmi, parazity a dalšími patogeny. Výskyt a závažnost těchto onemocnění se značně liší v závislosti na druhu ryb, podmínkách prostředí a způsobech chovu. Ryby mají složitý imunitní systém, který jim umožňuje reagovat na různé choroby. Jejich imunitní systém zahrnuje jak vrozené, tak adaptivní reakce, které spolupracují na jejich ochraně před infekcemi. Vrozená imunita je první linií obrany a zahrnuje fyzické bariéry, jako je kůže, šupiny a hlen, a také buněčné a humorální reakce, které dokáží rychle rozpoznat patogeny a reagovat na ně. Tyto reakce zahrnují aktivaci fagocytujících buněk, jako jsou makrofágy a neutrofily, uvolňování antimikrobiálních peptidů a produkci reaktivních forem kyslíku. Adaptivní imunita je naproti tomu specifičtější a cílenější odpověď, kterou zprostředkovávají T a B lymfocyty. Tyto buňky dokáží rozpoznat a reagovat na specifické patogeny a mohou si vytvořit imunologickou paměť, což umožňuje rychlejší a silnější reakci na následné infekce. Když se ryba setká s patogenem, aktivuje se její imunitní systém a spustí se řada reakcí. Přesná reakce závisí na patogenu a druhu ryby, ale obecně zahrnuje nábor imunitních buněk do místa infekce, aktivaci fagocytárních buněk, které pohltí a zničí patogen, a produkci cytokinů, které stimulují imunitní odpověď. Cytokiny speciálně pomáhají koordinovat imunitní odpověď a zajišťují aktivaci vhodných mechanismů pro boj s infekcí. Úvodní šetření této práce poskytuje komplexní přehled cytokinových reakcí u kapra obecného vystaveného infekcím CEV, CyHV-3, SVCV a Aeromonas hydrophila. Jeho cílem je shrnout dosavadní literaturu o imunitních reakcích, zejména o expresi cytokinů, a zdůraznit zásadní úlohu cytokinů jako mediátorů zánětu a jejich mechanismů v reakci na patogenní i nepatogenní imunostimulátory u kapra obecného. Produkce těchto cytokinů může vést k různým příznakům a projevům infekcí, což může vést k náboru zánětlivých buněk, které hrají důležitou roli při odstraňování různých infekcí. Kromě toho tato studie přináší poznatky o způsobech, jakými lze cytokiny využít k diagnostice a potírání nemocí u kapra obecného. Dále bylo provedeno zkoumání imunitní odpovědi kaprů na infekci CEV pomocí profilování genové exprese a qPCR. U čtyř různých kmenů kaprů byly sledovány expresní vzorce jedenácti genů souvisejících s imunitou. Bylo zjištěno, že expresní vzorce několika genů souvisejících s imunitou jsou podobné u všech kmenů a genových skupin kaprů, zatímco u kaprů koi infikovaných oběma genovými skupinami CEV byly pozorovány některé významné rozdíly. Kromě toho byla pozorována podobnost ve vzorci exprese několika genů mezi kmenem AS odolným vůči KSD a kmenem koi. Kromě toho pozorované zvýšení exprese mRNA několika genů souvisejících s imunitou naznačuje širší slizniční imunitní odpověď vyvolanou CEV. Celkově tyto výsledky poskytují zásadní poznatky o imunologické reakci kaprů na infekční onemocnění a mohou pomoci při vývoji účinných strategií řízení pro prevenci a kontrolu onemocnění CEV v akvakultuře. Fish diseases refer to any condition that affects the health and well-being of fish, whether in the wild or in captivity. Fish are vulnerable to a variety of diseases caused by bacteria, viruses, fungi, parasites, and other pathogens. The prevalence and severity of these diseases vary widely, depending on the species of fish, the environmental conditions, and the management practices. Fish have a complex immune system that allows them to respond to a variety of diseases. Their immune system includes both innate and adaptive responses, which work together to protect them from infections. Innate immunity is the first line of defense and includes physical barriers such as the skin, scales, and mucus, as well as cellular and humoral responses that can quickly recognize and respond to pathogens. These responses include the activation of phagocytic cells such as macrophages and neutrophils, the release of antimicrobial peptides, and the production of reactive oxygen species. Adaptive immunity, on the other hand, is a more specific and targeted response that is mediated by T and B lymphocytes. These cells can recognize and respond to specific pathogens, and can develop immunological memory, allowing for a faster and stronger response to subsequent infections. When a fish encounters a pathogen, its immune system is activated, and a series of responses are initiated. The exact response depends on the pathogen and the fish species, but generally involves the recruitment of immune cells to the site of infection, the activation of phagocytic cells to engulf and destroy the pathogen, and the production of cytokines to stimulate the immune response. Cytokines specially help to coordinate the immune response and ensure that the appropriate mechanisms are activated to fight the infection. The initial investigation of the thesis provides a comprehensive review of cytokine responses in common carp exposed to CEV, CyHV-3, SVCV and Aeromonas hydrophila infections. It aims to synthesize existing literature on immune responses, particularly cytokine expression, and highlights the essential role of cytokines as inflammatory mediators and their mechanisms in response to both pathogenic and non-pathogenic immunostimulants in common carp. The production of these cytokines may result in various symptoms and signs of infections, which can lead to the recruitment of inflammatory cells that play an important role in clearing up different infections. Furthermore, this study provides insights into the ways by which cytokines can be used to diagnose and combat disease in common carp. Further, the examination of the immune response of carp to CEV infection using gene expression profiling and qPCR was carried out. The expression patterns of eleven immune-related genes were monitored in four different carp strains. The expression patterns of several immune-related genes were found to be similar across all carp strains and genogroups, while some significant differences were observed in koi carp infected with both CEV genogroups. Additionally, a resemblance was observed in the expression pattern of several genes between KSD-resistant AS strain and koi. Furthermore, the observed increase in mRNA expression of several immune related genes indicates a broader mucosal immune response triggered by CEV. Overall, these results provide essential insights into the immunological response of carp to infectious diseases and may help to develop effective management strategies for preventing and controlling CEV disease in aquaculture. Klíčová slova: nemoci ryb; virus edému kapra; imunitní reakce; kapr obecný; cytokiny; genová exprese; geny související s imunitou Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Vnímavost plemen kapra obecného k onemocnění způsobenému kapřím edémovým virem

Nemoci ryb se týkají jakéhokoli stavu, který ovlivňuje zdraví a pohodu ryb, ať už ve volné přírodě, nebo v zajetí. Ryby jsou náchylné k různým onemocněním způsobeným bakteriemi, viry, plísněmi, ...

BALOCH, Ali Asghar
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Využívání dlouhodobého uvolňování léčiv v reprodukci ryb
KNOWLES, Jindřiška
2023 - anglický Cílem této disertační práce bylo vyvinout a ověřit inovativní metodu hormonální stimulace za použití mikročástic PLGA pro trvalé uvolňování syntetického analogu savčího hormonu uvolňujícího gonadotropin u několika hospodářsky významných druhů ryb. Vzhledem k tomu, že se jedná o první záznam o použití mikročástic PLGA u ryb, bylo cílem stanovit optimální dávku účinné látky, kvantifikovat steroidní odezvu na hormonální stimulaci a posoudit kvalitu a množství získaných pohlavních produktů. Teoretická část diplomové práce byla zaměřena na vypracování studie o metodách hormonální léčby u ryb a diskuzi zaměřenou na potenciál užití PLGA mikročástic v reprodukci ryb. Experimentální část práce byla zaměřena na hodnocení vlivu mikročástic PLGA u druhů ryb běžně chovaných v intenzivní a rybniční akvakultuře. Ryby obou pohlaví byly zahrnuty pro stanovení vlivu hormonální stimulace na produkci a kvalitu jiker a také na kvalitu a množství spermií. The PhD thesis was aimed to develop and validate an innovative method of hormone stimulation using PLGA microparticles for sustained release of a synthetic analogue of mammalian gonadotropin-releasing hormone in several economically important fish species. Since this is the first record of the use of PLGA microparticles in fish, the focus was to establish the optimal dose of the active substance, quantify the steroid response of the broodstock, and to assess the quality and quantity of obtained sex products. The theoretical part of the thesis was focused on elaborating a study reviewing methods of hormonal treatment in fish, and discuss the potential of PLGA microparticles in fish reproduction. While, the experimental part of the work was focused on evaluation of the effect of PLGA microparticles in those fish species commonly reared in intensive and pond aquaculture. Fish of both sexes were included to determine the effect of the treatment on the production and quality of eggs as well as on the quality and quantity of sperm. Klíčová slova: reprodukční dysfunkce; protrahované uvolňování; gamety; pohlavní steroidy; mikročástice Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Využívání dlouhodobého uvolňování léčiv v reprodukci ryb

Cílem této disertační práce bylo vyvinout a ověřit inovativní metodu hormonální stimulace za použití mikročástic PLGA pro trvalé uvolňování syntetického analogu savčího hormonu uvolňujícího ...

KNOWLES, Jindřiška
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Computational modeling of biomolecular interactions in proteins using MD simulations.
ZARA, Zeenat
2023 - anglický Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Computational modeling of biomolecular interactions in proteins using MD simulations.

ZARA, Zeenat
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Mechanisms behind diversity and ecosystem functioning relationships - the insights from observational and manipulative studies in grassland communities
LISNER, Aleš
2023 - anglický This thesis focuses on the relationship between diversity and two commonly used ecosystem functions - productivity and its stability. The thesis tries to assess the problematics from different perspectives using large-scale observational studies and small-scale manipulative experiments to better understand which mechanism create observed patterns. High emphasis is put on the methodological aspects and potential theoretical or practical issues arising from experimental setting and data collection. More specifically, the thesis starts with description and critical evaluation of patterns observed at bigger spatial scales and across multiple sites (Chapter I). Then continue with detailed small-scale experimental approaches and assessment of mechanism driving relationship between diversity, productivity and stability of communities (Chapter II and III). Further, the thesis digs into bigger detail focusing on which plant characteristics define abundance patterns of individual species, which translates into productivity (Chapter IV). Finally, it elaborates on common issues related to vegetation data collection and their subsequent analysis (Chapter V). Klíčová slova: diversity; productivity; ecosystem functioning; traits; stability; sampling error Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Mechanisms behind diversity and ecosystem functioning relationships - the insights from observational and manipulative studies in grassland communities

This thesis focuses on the relationship between diversity and two commonly used ecosystem functions - productivity and its stability. The thesis tries to assess the problematics from different ...

LISNER, Aleš
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Cell segmentation from wide-field light microscopy images using CNNs
GHAZNAVI, Ali
2023 - anglický Image object segmentation allows localising the region of interest in the image (ROI) and separating the foreground from the background. Cell detection and segmentation are the primary and critical steps in microscopy image analysis. Analysing microscopy images allows us to extract vital information about the cells, including their morphology, size, and life cycle. On the other hand, living cell segmentation is challenging due to the complexity of these datasets. This research focused on developing Artificial Intelligence/Machine Learning methods of single- and multi-class segmentation of living cells. For this study, the Negroid cervical epithelioid carcinoma HeLa line was chosen as the oldest, immortal, and most widely used model cell line. Several time-lapse image series of living HeLa cells were captured using a high-resolved wide-field transmitted/reflected light microscope (custom-made for the Institute of Complex System, Nové Hrady, Czech Republic) to observe micro-objects and cells. Employing a telecentric objective with a high-resolution camera with a large sensor size allows us to achieve a high level of detail and sharper borders in large microscopy images. The collected time-lapse images were calibrated and denoised in the pre-processing step. The data sets collected under the transmission microscope setup were analyzed using a simple U-Net, Attention U-Net, and Residual Attention U-Net to achieve the best single-class semantic segmentation result. The data sets collected under the reflection microscope setup were analyzed using hybrid U-Net methods, including Vgg19-Unet, Inception-Unet, and ResNet34-Unet, to achieve the most precise multi-class segmentation result. Image object segmentation allows localising the region of interest in the image (ROI) and separating the foreground from the background. Cell detection and segmentation are the primary and critical steps in microscopy image analysis. Analysing microscopy images allows us to extract vital information about the cells, including their morphology, size, and life cycle. On the other hand, living cell segmentation is challenging due to the complexity of these datasets. This research focused on developing Artificial Intelligence/Machine Learning methods of single- and multi-class segmentation of living cells. For this study, the Negroid cervical epithelioid carcinoma HeLa line was chosen as the oldest, immortal, and most widely used model cell line. Several time-lapse image series of living HeLa cells were captured using a high-resolved wide-field transmitted/reflected light microscope (custom-made for the Institute of Complex System, Nové Hrady, Czech Republic) to observe micro-objects and cells. Employing a telecentric objective with a high-resolution camera with a large sensor size allows us to achieve a high level of detail and sharper borders in large microscopy images. The collected time-lapse images were calibrated and denoised in the pre-processing step. The data sets collected under the transmission microscope setup were analyzed using a simple U-Net, Attention U-Net, and Residual Attention U-Net to achieve the best single-class semantic segmentation result. The data sets collected under the reflection microscope setup were analyzed using hybrid U-Net methods, including Vgg19-Unet, Inception-Unet, and ResNet34-Unet, to achieve the most precise multi-class segmentation result. Klíčová slova: Categorical segmentation; Neural network; Cell detection; Microscopy image segmentation; U-Net; Tissue segmentation; Semantic segmentation; Bright-Field Microscopy cell segmentation; Cell analysis Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Cell segmentation from wide-field light microscopy images using CNNs

Image object segmentation allows localising the region of interest in the image (ROI) and separating the foreground from the background. Cell detection and segmentation are the primary and critical ...

GHAZNAVI, Ali
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023

Characterisation of novel mitochondrial proteins in \kur{Trypanosoma brucei}
RAŠKOVÁ, Vendula
2023 - anglický This study analyses and characterises novel mitochondrial proteins in the parasitic protist Trypanosoma brucei. Applying phylogenetic analysis was described the evolutionary origin of ZapE protein in eukaryotes, using a newly developed proximity-dependent biotinylation approach (BioID2) we identified ZapE interaction partners like Oxa1. We also discovered a relationship when distribution of mitochondrial ZapE is restricted only to organisms with Oxa1, respiratory complexes, and a mitochondrial genome. TbPams were detected by phylogenetic analyses as orthologs of corresponding proteins in Opistokonts. We analyse the function of TbPam18 and TbPam16 in the replication of the mitochondrial DNA and determine, how the TMDs of TbPam18 and TbPam16 are essential for their functions. Finally, we evaluated a set of putative mitochondrial proteins of the heterolobosean N. gruberi defined by Localisation of Organelle Proteins by Isotope Tagging (LOPIT) and analyse the origin of mtFfh and mtFtsY. This study analyses and characterises novel mitochondrial proteins in the parasitic protist Trypanosoma brucei. Applying phylogenetic analysis was described the evolutionary origin of ZapE protein in eukaryotes, using a newly developed proximity-dependent biotinylation approach (BioID2) we identified ZapE interaction partners like Oxa1. We also discovered a relationship when distribution of mitochondrial ZapE is restricted only to organisms with Oxa1, respiratory complexes, and a mitochondrial genome. TbPams were detected by phylogenetic analyses as orthologs of corresponding proteins in Opistokonts. We analyse the function of TbPam18 and TbPam16 in the replication of the mitochondrial DNA and determine, how the TMDs of TbPam18 and TbPam16 are essential for their functions. Finally, we evaluated a set of putative mitochondrial proteins of the heterolobosean N. gruberi defined by Localisation of Organelle Proteins by Isotope Tagging (LOPIT) and analyse the origin of mtFfh and mtFtsY. Klíčová slova: Trypanosoma brucei; kDNA; mitochondrion; TbPam protein; ZapE; kinetoplast Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři JČU. Characterisation of novel mitochondrial proteins in \kur{Trypanosoma brucei}

This study analyses and characterises novel mitochondrial proteins in the parasitic protist Trypanosoma brucei. Applying phylogenetic analysis was described the evolutionary origin of ZapE protein in ...

RAŠKOVÁ, Vendula
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2023