Excited States of Carotenoids and Their Roles in Light Harvesting Systems
KEŞAN, Gürkan
2016 - English Carotenoids are an extensive group of natural pigments employed by a majority of organisms on earth. They are present in most organisms, including humans, but can be synthesized only by plants and microorganisms. They perform two major roles in photosynthesis, often in partnership with the more prevalent chlorophylls (Chls) / bacteriochlorophylls (BChls): light-harvesting and photoprotection. Carotenoids absorb radiation in a spectral region inaccessible to Chls and BChls and transfer the absorbed energy to (B)Chls which, in turn, funnel it into the photosynthetic reaction center (RC). It is determined that the structures and dynamics of excited states of carotenoids found in photosynthetic proteins provide an explanation of their roles as light-harvesting and photoprotective agents. The conjugation length and the type of carotenoids play a big part in understanding the energy transfer from carotenoids to Chls and BChls, because excited-state properties of carotenoids are affected by number of conjugated C=C bonds and their structures. An accurate description of these states is, therefore, the crucial first step in explaining carotenoid photochemistry and understanding the interactions between carotenoids and other molecules in photobiological processes. The research in this thesis, femtosecond ultrafast transient absorption spectroscopy was used to study the light-harvesting function of carotenoids both in solvent and protein environment. The findings were supported with computational methods. Based on spectroscopic indications, the light-harvesting function of carotenoids has a bearing on their structures, and specific light-harvesting strategies are explicitly dependent with the structure of the light-harvesting complexes. Karotenoidy tvoří velkou skupinu přírodních pigmentů. Ve vztahu k fotosyntéze mají zejména dvě role: světlosběrnou a fotoprotektivní. Struktura karotenoidů a dynamika jejich excitovaných stavů jsou vodítky k výše zmíněným rolím. Tato dizertační práce je proto zaměřena na experimentální i teoretické studium karotenoidů. Pro experimentální studium byla používána metoda femtosekundové tranzientní absorpční spektroskopie. Jako podpora a doplnění těchto výsledků sloužily různé výpočetní metody. V této práci se prokázalo, že světlosběrné funkce jsou zásadně závislé na struktuře karotenoidů, a naopak, že struktura světlosběrných komplexů ovlivňuje vlastnosti karotenoidů. Keywords: karotenoidy; světlosběrné komplexy; výpočetní metody pro studium karotenoidů Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Excited States of Carotenoids and Their Roles in Light Harvesting Systems

Carotenoids are an extensive group of natural pigments employed by a majority of organisms on earth. They are present in most organisms, including humans, but can be synthesized only by plants and ...

KEŞAN, Gürkan
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2016

Interdoménové a intradoménové interakce u motorové podjednotky EcoR124I: Výpočetní studie
SINHA, Dhiraj
2016 - English EcoR124I is a Type I restrictionmodification (RM) enzyme and as such forms multifunctional pentameric complexes with DNA cleavage and ATP-dependent DNA translocation activities located on the motor subunit HsdR. When non-methylated invading DNA is recognized by the complex, two HsdR endonuclease/motor subunits start to translocate dsDNA without strand separation activity up to thousands base pairs towards the stationary enzyme while consuming ~1 molecule of ATP per base pair advanced. Whenever translocation is stalled the HsdR subunits cleave the dsDNA nonspecifically far from recognition site. The X-ray crystal structure of HsdR of EcoR124I bound to ATP gave a first insight of structural/functional correlation in the HsdR subunit. The four domains within the subunit were found to be in a square planer arrangement. Computational modeling including molecular dynamics in combination with crystallography, point mutations, in vivo and in vitro assays reveals how interactions between these four domains contribute to ATP-dependent DNA translocation, DNA cleavage or inter-domain communication between the translocase and endonuclease activities. Keywords: Type I RM system; EcoR124I; Pentameric complex; Motor subunit; Helicases; Interactions; Domain motions; Molecular dynamics; Principal component analysis; Signal transfer; Translocase activity; Endonuclease activity Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Interdoménové a intradoménové interakce u motorové podjednotky EcoR124I: Výpočetní studie

EcoR124I is a Type I restrictionmodification (RM) enzyme and as such forms multifunctional pentameric complexes with DNA cleavage and ATP-dependent DNA translocation activities located on the motor ...

SINHA, Dhiraj
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2016

Underlying causes and stability of intraspecific variation in behaviour of microtine rodents
ŠÍCHOVÁ, Klára
2017 - English Two crucial issues related to personality in non-human animals have been identified: firstly, the underlying 'causes' of personality and,secondly, the stability of behavioural repertoires (essentially the defining feature of personality) have both been the subject of long-standing debate. This thesis is focused on investigating stable inter- and intra- individual differences in the behaviour of wildcaught bank voles, Myodes glareolus (that varied according to mtDNA type), and in common voles, Microtus arvalis. The first study, using wild voles, revealed empirical evidence about the effects of sex and mtDNA type on individual differences in basal metabolic rate and in behaviour in the open field which provides measures of approach and avoidance (here, generically termed 'proactivity') and which relate to several theoretical conceptualisations of animal personality. The second study demonstrated the presence of stable individual differences in reactions to exposure to open field test and radial maze in common voles, which were shaped by the social environment and in turn, related to cognitive efficiency. The same species was used in the third study documenting the distinct temporal patterns of behavioural plasticity that manifested over repeated exposures to the open field test. We suggest that this distinct temporal patterning in habituation, whilst it varied over time, was predictable in nature and therefore a reflection of a stable underlying personality. To conclude, this body of thesis work draws together a number of influencing factors, and considers their contribution to animal personality. Two crucial issues related to personality in non-human animals have been identified: firstly, the underlying 'causes' of personality and,secondly, the stability of behavioural repertoires (essentially the defining feature of personality) have both been the subject of long-standing debate. This thesis is focused on investigating stable inter- and intra- individual differences in the behaviour of wildcaught bank voles, Myodes glareolus (that varied according to mtDNA type), and in common voles, Microtus arvalis. The first study, using wild voles, revealed empirical evidence about the effects of sex and mtDNA type on individual differences in basal metabolic rate and in behaviour in the open field which provides measures of approach and avoidance (here, generically termed 'proactivity') and which relate to several theoretical conceptualisations of animal personality. The second study demonstrated the presence of stable individual differences in reactions to exposure to open field test and radial maze in common voles, which were shaped by the social environment and in turn, related to cognitive efficiency. The same species was used in the third study documenting the distinct temporal patterns of behavioural plasticity that manifested over repeated exposures to the open field test. We suggest that this distinct temporal patterning in habituation, whilst it varied over time, was predictable in nature and therefore a reflection of a stable underlying personality. To conclude, this body of thesis work draws together a number of influencing factors, and considers their contribution to animal personality. Keywords: animal personality; behavioural plasticity; Open Field test; common vole; repeated testing Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Underlying causes and stability of intraspecific variation in behaviour of microtine rodents

Two crucial issues related to personality in non-human animals have been identified: firstly, the underlying 'causes' of personality and,secondly, the stability of behavioural repertoires (essentially ...

ŠÍCHOVÁ, Klára
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2017

Obsah metabolitů ve spermiích ryb za různých fyziologických podmínek
FEDOROV, Pavlo
2017 - English Investigation of creatine- and adenylate phosphates involvement in fish spermatozoa metabolism is of high interest for fish spermatology. These compounds are necessary to support normal physiological state and motility of spermatozoa. The simultaneous changes in content of creatine- and adenylate phosphates in fish spermatozoa prior and during their motility are quite unclear. Therefore, studying and development of new methods for the quantification of creatine- and adenylate phosphates in spermatozoa of different fish species under such physiological conditions as maturation and in vitro manipulation are of high importance. One of the study outputs is the developed LC/HRPS (liquid chromatography coupled with high resolution product scan) method for the analysis of creatine- and adenylate phosphates content in fish spermatozoa (Chapter 2). Its main advantage is the possibility to detect and quantify several compounds (creatine, creatine phosphate (CP), AMP, ADP, ATP, and cAMP) simultaneously to obtain maximum information with minimum analytical effort. The method was validated taking into account such key parameters as limit of quantification, selectivity, recovery and repeatability. It represented an excellent performance allowing determination of target compounds in highly diluted fish sperm samples. Consequently, the method was applied for the quantification of aforementioned substances during sterlet (Acipenser ruthenus) spermatozoa maturation and in vitro manipulation with sperm of whitefish (Coregonus lavaretus maraena) and European eel (Anguilla Anguilla). The present study showed that immature sterlet spermatozoa are not able to initiate motility. Significant decrease of CP and stable levels of ATP and ADP content during their maturation were found. The critical importance of ATP regeneration system and oxidative phosphorilation for the maturation process of sterlet sperm as a prerequisite for successful fertilization was assumed (Chapter 3). Further experiments revealed that European eel spermatozoa were not able to initiate motility by activation medium (AM) at the start of the induced spermiation. They acquired the ability to be activated after the dilution with AM at the end of hormonal treatment. This accompanied by the increase of CP and cAMP levels in spermatozoa after activation. That allowed us to assume the involvement of ATP regenerating system and cAMP-dependent regulatory pathways in the process of hormonally induced spermiation (Chapter 4). Current study represents a first successful estimation of cAMP in fish spermatozoa during the motility period using the LC/HRPS. Important issues concerning the short-term storage of European eel sperm were rised. Storage at 4 °C was accompanied by higher marcoergic phosphates content and higher motility in comparison to the storage at 20 °C. It suggests the involvement of macroergic phosphates metabolism in short-term storage. (Chapter 4). Obtained results could contribute to the development of new effective methods for improving of spermiation and short-term sperm storage in European eel aquaculture. Various degrees of energy consumption in response to environment composition were found in whitefish spermatozoa. Energy consumption was significantly higher in motility activating conditions. No effect of osmolality was found on this process. The content of CP and ATP was significantly higher when cells were in motility inhibiting medium comparing to activation medium. No relationship between content of CP, ADP, and ATP and spermatozoa motility parameters in AM of different osmolality was found. Isotonic conditions favor the spermatozoa with longer motility period, higher linearity, and fast velocity without increase in ATP content (Chapter 5). This suggests that whitefish sperm energy management is more efficient after activation in isotonic conditions. Obtained results are of high interest for elaboration of new sperm motility activating media for fisheries practice. Výzkum zapojení kreatinfosfátu a adenosyl fosfátů do metabolismu rybích spermií je pro spermatologii ryb vemi důležitý. Tyto sloučeniny jsou nezbytné k navození normálního fyziologického stavu a motility spermií. Souběžně probíhající změny obsahu kreatinu a adenylovaných fosfátů v rybích spermiích před a během motility nejsou zcela objasněny. Proto je velmi důležité studovat a vyvíjet nové metody kvantifikace kreatinu a adenylovaných fosfátů ve spermiích různých druhů ryb za fyziologických podmínek, jako je zrání a manipulace in vitro. Jedním ze studijních výstupů je vyvinutá metoda LC/HRPS (kapalinová chromatografie spojená se skenem produktů ve vysokém rozlišení) pro analýzu obsahu kreatinu a adenylovaných fosfátů v rybních spermiích (kapitola 2). Její hlavní výhodou je možnost detekce a kvantifikace několika sloučenin (kreatin, kreatinfosfát (CP), AMP, ADP, ATP a cAMP) současně s cílem získat maximální informace s vynaložením minimálního úsilí. Metoda byla ověřena při zohlednění takových klíčových parametrů, jako je mez kvantifikace, selektivita, výtěžnost a opakovatelnost. Představuje vynikající nástroj umožňující stanovení cílových sloučenin ve vysoce ředěných vzorcích spermatu ryb. Proto byla tato metoda použita pro kvantifikaci výše uvedených látek během procesu zrání spermií jesetera malého (Acipenser ruthenus) a při in vitro manipulaci se spermatem síha severníno mareny (Coregonus lavaretus maraena) a úhoře říčního (Anguilla anguilla). Tato studie ukázala, že nezralé spermie jesetera malého nejsou schopné iniciovat motilitu. Během jejich dozrávání bylo zjištěno průkazné snížení CP a stabilní hladiny ATP a ADP. Proto se předpokládá kritická důležitost systémů ATP regenerace a oxidativní fosforylace pro proces dozrávání spermií jesetera malého jako nezbytnosti úspěšného oplodnění (kapitola 3). Další experimenty ukázaly, že spermie úhoře říčního na počátku hormonálně indukované spermiace nebyly schopné iniciace motility aktivačním médiem (AM). Tuto schopnost však získaly ke konci hormonální stimulace. Toto doprovázelo zvýšení hladin CP a cAMP ve spermiích po aktivaci. To nám umožňuje předpokládat zapojení ATP regeneračního systému a cAMP-dependentních regulačních cest v procesu spermiace vyvolané hormonální stimulací. (kapitola 4). Současná studie představuje první úspěšné stanovení obsahu cAMP ve spermiích ryb během motility pomocí LC/HRPS. Vyvstaly důležité otázky týkající se krátkodobého uchování spermatu úhoře říčního. Obsah kreatinu, CP, AMP, ADP a ATP během krátkodobého uchování spermatu úhoře byl ovlivněn teplotou. Zjistili jsme významné snížení CP, ADP a ATP během skladování při 20 °C po jednom dni skladování na rozdíl od uchování při 4 °C. Současně se parametry motility statisticky nelišily při skladování při teplotě 4 °C a 20 °C až do sedmého dne uchování (kapitola 4). Získané výsledky by mohly přispět k rozvoji nových účinných metod pro zlepšení spermiace a krátkodobého skladování spermií v akvakulturním chovu úhoře. Různé stupně spotřeby energie v reakci na složení prostředí byly zjištěny u spermií síha severního marény. Spotřeba energie byla výrazně vyšší v podmínkách aktivace motility. V tomto procesu nebyl nalezen žádný vliv osmolality. Obsah CP a ATP byl významně vyšší, když byly buňky v médiu inhibujícím motilitu ve srovnání s aktivačním médiem. Nebyl nalezen žádný vztah mezi obsahem CP, ADP a ATP a parametry motility spermií v AM s různou osmolalitou. Izotonické podmínky upřednostňují spermie s delší dobou motility, vyšší linearitou a vyšší rychlostí bez zvýšení obsahu ATP (kapitola 5). To naznačuje, že řízení energetické účinnosti spermií síha severního marény je účinnější po aktivaci v izotonických podmínkách. Získané výsledky jsou velmi zajímavé pro přípravu nových médií pro aktivaci motility spermií pro rybářskou praxi. Keywords: Spermatologie ryb; zrání spermií; bioenergetika spermií; makroergní fosfáty; Acipenser ruthenus; Anguilla anguilla; Coregonus lavaretus maraena; motilita spermií; shluková analýza; hmotnostní spektrometrie Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Obsah metabolitů ve spermiích ryb za různých fyziologických podmínek

Investigation of creatine- and adenylate phosphates involvement in fish spermatozoa metabolism is of high interest for fish spermatology. These compounds are necessary to support normal physiological ...

FEDOROV, Pavlo
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2017

Využití recirkulačních systémů při odchovu říčních druhů ryb
LEPIČ, Pavel
2017 - English Using of recirculation systems for rearing of fish is common practice in Western Europe countries. Benefits of this systems are utilized in recovering programs of endangered species of fish. In this work we had paid attention on suitability of RAS for rearing Nase, Vimba bream and Barbel. In the first part two six-month experiments were conducted. The five-month-old nase and vimba bream had been trained on pellet feed and acclimated to four different temperatures. The WT fluctuated in parallel with ambient outside conditions at an average of approximately 4 °C for the inflow system and approximately 15, 18 and 21°C in closed, recirculation systems. The total length and weight were measured at two-week intervals and SGRw, FCR and survival were monitored. We observed a positive effect of higher water temperatures on their growth rate of each species. Both groups (WT 21°C) had the most rapid growth and highest SGRw. Growth rate and SGRw were lowest for each species in group with the ambient temperature conditions. Lower temperature at the level of 18°C gave good results in comparison to rearing in cold water. Individual weight was 3.25 and 4.13 times higher for nase and vimba bream, respectively. The temperature 15°C was chosen with regard to the functioning of the biofilter and in this experiment, it proved to be a minimal temperature suitable for rearing of river fish species in RAS. The economic costs to maintain this temperature is low, but the effect of production considered this level of WT as very less effective in several aspects. To conclude this part, we found intensive winter rearing of nase and vimba bream is an effective way to prepare fish for spring restocking. In the second part we have tested suitability of Vimba bream as a trainer fish for adaptation of pikeperch for commercial pellet diet. One of the basic problems in pikeperch culture in RAS is adapting early life stages to pelleted feed (PF). Our work compares four different ways of adapting 6-week-old pikeperch fingerlings to feeding on a commercial diet. The methods were designated, A - use of trainer fish and direct application of PF; B - use of trainer fish and gradual addition of PF with natural food (NF, chironomid larvae); C - direct application of PF only; D - gradual addition of PF with NF. The growth trial experiment (including adaptation to PF) lasted 14 days by which time all experimental groups were accepting PF. Pikeperch fingerlings in group A grew significantly faster and PF was more readily accepted compared to other groups. Other characteristics observed (total weight increment, FCR) also support the use of trainer fish and direct application of PF for pikeperch in their adaptation to intensive culture. The aim of the final study were to compare the effect of anaesthetics MS 222, clove oil, 2- phenoxyethanol and Propiscin on haematological and blood biochemical profiles in vimba bream. The haematological and blood biochemical profiles of vimba bream anaesthetized with MS 222 (100 mg/l), clove oil (33 mg/l), 2- phenoxyethanol (0.4 ml/l), Propiscin (1.0 ml/l) and non-anaesthetized control group were tested. Each tested group was divided into two subgroups. The first subgroup was sampled immediately after 10-min anaesthesia. Second subgroup was sampled 24 h after 10-min anaesthesia. The 10-min of exposure to the anaesthetics had no effect on the haematological profile of vimba bream. The effect of anaesthetics on biochemical indices of blood plasma was demonstrated. The exposure of the anaesthetics 2-phenoxyethanol and Propiscin influenced levels of glucose, ammonia and the activity of aspartate aminotransferase compared with the control group. The level of triacylglycerols and the activity of lactate dehydrogenase was affected to exposure of MS 222. Based on the results only clove oil had no effect on the haematological and blood biochemical profiles. Other anaesthetics tested more or less affect value of blood biochemical profiles. Chov ryb v recirkulačních systémech je běžnou praxí v zemích západní Evropy. Výhody těchto systémů jsou využívány v záchranných chovech ohrožených druhů ryb. Tato práce je zaměřena na vhodnost recirkulačních systémů pro odchov ostroretky stěhovavé, podoustve říční a parmy obecné. Nejprve byly provedeny dva šestiměsíční experimenty. K testům byl použit plůdek ostroretky a podoustve, který byl adaptován na příjem peletovaného krmiva a aklimatizován na čtyři různé teploty vody. V průtočném systému teplota vody dosahovala průměrných hodnot 4°C. V recirkulačních systémech byly teploty udržovány na úrovni 15, 18 a 21°C. Pravidelně byla měřena individuální hmotnost a celková délka těla. Dále byly vyhodnoceny hodnoty SGRw, FCR a přežití. Vyšší teplota vody pozitivně ovlivnila rychlost růstu u obou testovaných druhů. Obě skupiny (při teplotě vody 21°C) dosáhly nejrychlejšího růstu a nejvyšších hodnot SGRw. Nejnižších rychlost růstu a SGRw bylo dosaženo při teplotách simulujících venkovní podmínky prostředí. Při teplotě 18°C bylo dosaženo velmi dobrých výsledků v porovnání se skupinami odchovávanými v chladné vodě. Individuální hmotnost byla 3,25 a 4,13 krát vyšší u ostroretky a podoustve. Teplota 15°C byla zvolena s ohledem na funkčnost biofiltru a v tomto experimentu se ukázala jako minimální teplota vhodná pro chov druhů říčních ryb v RAS. Pozitivem této teplotní úrovně jsou nízké náklady na její udržení. Naproti tomu, z hlediska horších výsledků chovu se tato teplotní úroveň jeví jako neefektivní. Závěrem je konstatování, že intenzivní odchov ostroretky a podoustve v kontrolovaných podmínkách je účinnou cestou jak zvýšit efektivitu vysazování ryb do volných vod. Druhá část práce byla zaměřena na využití podoustve říční jako vhodného "pomocníka" při adaptaci plůdku candáta na komerční granulované krmivo. Candát říční je ceněnou rybou s velkým potenciálem pro intenzivní akvakultury. Jedním z problémů odchovu candáta v RAS je adaptace plůdku na peletované krmivo (PK). V této práci jsou porovnány čtyři rozdílné způsoby adaptace šestitýdenního plůdku candáta (pocházejícího z rybničního chovu) na komerčně vyráběné krmivo. Každý způsob byl zastoupen jednou skupinou. A - využití podoustve a přímá aplikace PK; B - využití podoustve a postupný přechod k PK v kombinaci s přirozeným krmivem (NF, larva patentky); C - přímá aplikace PK; D - postupná adaptace na PK v kombinaci s patentkou. Délka experimentu byla 14 dní (adaptace na PK) a po této době byly všechny skupiny adaptovány na komerčně vyráběné krmivo. Plůdek candáta ve skupině A rostl podstatně rychleji a předkládané krmivo bylo přijímáno ochotněji v porovnání s ostatními skupinami. Také výsledky dalších hodnocených parametrů dokazují vhodnost používání "pomocných" ryb v kombinaci s přímým předkládáním PK jako vhodnou alternativu adaptace plůdku candáta na podmínky intenzivního chovu. Závěrečná část byla zaměřena na porovnání vlivu čtyř druhů anestetik (MS 222, hřebíčkový olej, 2-phenoxyethanol a Propiscin) na hematologické a biochemické parametry krve u podoustve říční. Tyto parametry byly testovány u skupin, které byly anestezovány v dávkách: MS 222 (100 mg/l), clove oil (33 mg/l), 2- phenoxyethanol (0.4 ml/l), Propiscin (1.0 ml/l) a u kontrolní skupiny, která anestezií neprošla. Každá skupina byla rozdělena do dvou podskupin, přičemž první z nich byla vzorkována bezprostředně po 10-minutové anestezii, druhá pak po 24. hodinách. Z výsledků vyplývá, že 10-minutová expozice anestetik (MS 222, hřebíčkový olej, 2-fenoxyethanol a propiscin) neovlivnila hematologický profil podoustve říční. Dále byl prokázán vliv anestetik na biochemické ukazatele krevní plazmy. Anestetika 2-fenoxyethanol a propiscin ovlivnily hladiny glukózy, amoniaku a aktivity aspartátaminotransferázy v porovnání s kontrolní skupinou. Úroveň triacylglycerolů a aktivita laktátdehydrogenázy byla ovlivněna MS 222. Závěrem lze konstatovat, že pouze hřebíčkový olej neovlivnil hematologické a biochemické profily v krvi Keywords: Recirkulační systém; říční druhy ryb; adaptace; anestetika Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Využití recirkulačních systémů při odchovu říčních druhů ryb

Using of recirculation systems for rearing of fish is common practice in Western Europe countries. Benefits of this systems are utilized in recovering programs of endangered species of fish. In this ...

LEPIČ, Pavel
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2017

Functional analysis of newly described 45S SSU* complex in \kur{Trypanosoma brucei}
RIDLON, Lucie
2014 - English This thesis addresses several hypothetical roles of a newly described and very unusual 45S SSU* complex in procyclics Trypanosoma brucei. RNAi interference of several 45S SSU* subunits revealed essentiality of this complex for its mitochondrial translation machinery. The effect of ablation of selected subunits on mitochondrial-encoded mRNAs is complex and not fully understood. This thesis addresses several hypothetical roles of a newly described and very unusual 45S SSU* complex in procyclics Trypanosoma brucei. RNAi interference of several 45S SSU* subunits revealed essentiality of this complex for its mitochondrial translation machinery. The effect of ablation of selected subunits on mitochondrial-encoded mRNAs is complex and not fully understood. Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Functional analysis of newly described 45S SSU* complex in \kur{Trypanosoma brucei}

This thesis addresses several hypothetical roles of a newly described and very unusual 45S SSU* complex in procyclics Trypanosoma brucei. RNAi interference of several 45S SSU* subunits revealed ...

RIDLON, Lucie
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2014

Využití raků jako bioindikátorů kvality vody
KUKLINA, Iryna
2014 - English In recent decades, the ecological status of the freshwater crayfish has changed drastically from a sensitive indicator of an aquatic environment to a tolerant species that can survive in a wide range of unfavourable conditions. Despite all controversies on being or not being proper bioindicators, crayfish are a key species that plays a crucial role in the freshwater ecosystem. Regardless of whether certain crayfish possess a particular environmental sensitivity or not, all species can be used in biomonitoring investigations. The main objectives of the present thesis were development and implementation of system for continuous monitoring of water quality using crayfish as the bioindicator. Being less complex than vertebrates (e.g., fish), but being sufficiently complex compared to some other hard-shell freshwater invertebrates (e.g., mussels), crayfish present a useful biomonitoring object, which is easy to manipulate with, and which provides experimental data which is easy to obtain, analyse and interpret. The first part of this thesis is devoted to an evaluation of crayfish as suitable bioindicators. We showed that, when conducting the biomonitoring of metals in aquatic biota, crayfish have sufficient tissues for a bioaccumulation survey. For this purpose, we examined the gills, muscles and hepatopancreas. We confirmed that the hepatopancreas was the primary target for accumulation of most of the examined elements (i.e., cadmium, chromium, copper, nickel, zinc). For higher relevance, crayfish surveys were compared to fish samples collected from the same locations. The second part of this work particularly focused on water quality biomonitoring based on the evaluation of crayfish ethophysiological characteristics. We examined crayfish reactions to both chemical (i.e. chloramine, chlorides, nitrites) and natural odours (i.e., food, heterosexual conspecifics, predator, etc). This approach was shown to be simple yet at the same time, complex and efficient. Such monitoring technique is easily implemented and does not demand long, complicated analyses, since monitored parameters, locomotor and cardiac activity, are evaluated immediately in real time. However, one complication is related to the unpredictability of an animal's reactions. Because studied characteristics may often affect each other, they need to be carefully traced and interaction between measured characteristics needs to be eliminated. The usefulness of such biomonitoring is conditioned by a reliable combination of behaviour and physiology, which enables detection of complex animal responses to environmental changes. As reported in the third part, we submitted an application for a patent of the developed system, and described in the patent sensor will be protected as utility model. Moreover, other crustaceans with sufficient carapace size (e.g., shrimps, crabs, molluscs) can be successfully investigated using presented system. The only challenge is that living organism can clearly indicate disruption of ambient conditions, but cannot detect what it has caused. However, there are powerful analytical techniques now, developed exactly for accurate determination of various compounds. The heart rate is species- and conditions-specific, so it cannot be applied as unified measure for all crayfish species, while visual analysis of heartbeat primary curves can be useful for establishment of referent crayfish heart rate values at their different functional states. The final part of the thesis is devoted to this issue. In conclusion, the developed biomonitoring system was shown to be highly practical unit using noninvasive technique for investigation of crayfish reactions under model conditions, with the potential of further application at broader research and industrial arenas. Ekologické postavení raků se během posledních desetiletí zásadně posunulo od vnímání raků jako senzitivních indikátorů vodního prostředí po dnešní rozšíření řady tolerantních druhů schopných přežívat v širokém rozpětí nepříznivých podmínek prostředí. I přes diskuze, zda je či není rak správný bioindikátor, jsou ale raci stále považováni za neodmyslitelnou a klíčovou součást vodního ekosystému. Bez ohledu na to, jak jsou jednotlivé druhy raků vnímavé ke kvalitě vodního prostředí, všechny druhy mohou být velmi dobře využity v různých studiích zaměřených na biomonitoring. Hlavním cílem disertační práce bylo vyvinutí a inovace systému pro kontinuální monitorování kvality vody s využitím raků jako bioindikátorů. Tím, že nejsou raci tak vývojově složití ve srovnání s obratlovci (např. rybami), ale dostatečně komplexní ve srovnání s ostatními bezobratlými s pevnou tělesnou schránkou (např. mlži), reprezentují užitečný objekt pro biomonitoring s dobrou možností manipulace s relativně snadným získáním, analýzou a interpretací dat. První část práce je věnována vyhodnocení raků jako vhodných bioindikátorů. Potvrdili jsme, že při zjišťování akumulace těžkých kovů ve vodním prostředí mohou raci poskytnout dostatečné množství vhodných tkání a orgánů. Pro tento účel jsme analyzovali žábra, svalovinu a hepatopancreas. Primárně se většina těžkých kovů akumuluje v hepatopankreatu (chrom, kadmium, měď, nikl, zinek). Pro větší relevanci výsledků biomonitoringu byla data porovnána se vzorky odebranými z ryb ze stejných nádrží. Zvláštní pozornost je v práci (druhá čast) věnována vyhodnocení etofyziologických charakteristik, pohybu a srdeční činnosti k vyhodnocení kvality vody. Testována byla reakce na chloramín, chloridy a dusitany a později i na různé přirozené podněty (pachy potravy, jedince jiného pohlaví, dravce atd.). Tento přístup se svým způsobem ukázal jako na jednu stranu jednoduchý, ale v zásadě komplexní a sofistikovaný. Jednoduchost tohoto přístupu spočívá v jeho rychlém využití a snadnějším vyhodnocení změn srdeční a pohybové aktivity přímo v reálném čase, oproti dlouhým a složitým analýzám. Jisté komplikace mohou souviset s nepředvídatelnou reakcí zvířat, protože se měřené parametry mohou často navzájem ovlivňovat, což musí být řádně sledováno a eliminováno. Jedinečnost našeho vyvinutého systému spočívá právě v kombinaci vyhodnocování chování a fyziologických parametrů, což poskytuje možnost relevantního vyhodnocení reakcí zvířat na změnu prostředí. Na vyvinutý systém byla podána patentová přihláška a senzor bude ochráněn jako užitný vzor. Tento systém je využitelný i pro ostatní korýše s dostatečnou velikostí krunýře, stejně tak jako pro vodní mlže. Jedinou slabinou systému může být to, že živý organismus je sice schopný přímé reakce na změnu prostředí, ale není schopný přesně specifikovat příčinu. Nicméně k tomuto účelu mohou být následně využity přesné chemické analytické metody schopné dnes detekovat široké spektrum látek. Ačkoli je srdeční tep druhově specifický a závislý na kondici jedince a nemůže být tudíž jednoduše aplikován na všechny druhy, může být vizuální analýza primárních křivek srdečního tepu využitelná pro stanovení referenčních hodnot pro určité fyziologické stavy raků. Tomuto problému je věnována závěrečná část práce. Závěrem lze říci, že vyvinutý systém pro biomonitoring je velmi dobře využitelná neinvazní metoda ke studiu reakcí raků na specifické podněty v kontrolovaných podmínkách, s možností další aplikace ve více vědních oborech i praxi. Keywords: bioindikátor; biomonitoring; dlouhodobé sledování; dýchací činnost; etologie; invazní postup; neinvazní postup; ochrana vod; on-line přístup; reální čas; referenční skupina; srdeční činnost Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Využití raků jako bioindikátorů kvality vody

In recent decades, the ecological status of the freshwater crayfish has changed drastically from a sensitive indicator of an aquatic environment to a tolerant species that can survive in a wide range ...

KUKLINA, Iryna
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2014

Farmaka ve vodním prostředí a jejich vliv na ryby
BURKINA, Viktoriia
2014 - English In this thesis, the impact of atenolol, verapamil, dexamethasone, clotrimazole, and PBSA on the physiological condition and health of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) were studied in vivo and in vitro. The sub-chronic test of atenolol, including at the environmentally relevant concentration, demonstrated that only the fish exposed to atenolol at a concentration of 1000 ?g?L-1 may be at a higher risk of oxidative stress. The second pharmaceutical compound studied was an L-type calcium channel blocker, verapamil. Despite the relatively high concentration of verapamil included in the experiments, the rates of seven hepatic CYP450-mediated reactions (EROD, MROD, PROD, BFCOD, COH, and PNPH) were unchanged in the exposed rainbow trout. This indicates that the activities of the selected CYP450 enzymes were not affected. Exposure to the highest concentration of PBSA (1000 ?g?L-1) led to significantly inhibited glutathione reductase activity. The activities of the EROD, MROD, and PROD enzymes gradually increased, beginning at the environmentally relevant concentrations. We suggest that long-term exposure to PBSA could cause oxidative stress in fish, as indicated by the decreased activity of GR. Moreover, PBSA could interact with intracellular receptors due to the elevated activities of CYP1A (EROD and MROD) and CYP2B (PROD). Rainbow trout showed multiple responses after exposure to clotrimazole. Changes in the haematological parameters in the exposed rainbow trout suggested that the immune system and haemoglobin synthesis were affected. The antioxidant defence enzymes that responded to the clotrimazole exposure influenced the oxidative stress status of the fish. Sub-chronic exposure to clotrimazole did not lead to oxidative stress in any of the fish tissues studied, as indicated by the unchanged TBARS levels. Hepatic energetic pathways were activated in the tested groups after 42 days of exposure to clotrimazole. High levels of glutathione S-transferase were seen in the liver and gill tissues, possibly associated with the detoxification of clotrimazole. The interaction of clotrimazole with intracellular receptors can be expected due to the changes in the catalytic activities of CYP1A1 and CYP3A. The BCF levels in the muscle tissue suggest a moderate bioaccumulation of CLO. The relatively long elimination period for CLO in the fish kidney (half-life = 29 days) may imply a greater potential for adverse effects in this organ. This finding is significant in view of the structural disturbances that appeared in the kidney and testis. The changes observed in the kidney were most prominent in the tubular epithelial cells. Changes in the gonads were only visible in the male specimens, and the pathological changes in the testis may indicate a disruption of steroidogenesis. The potential of clotrimazole and dexamethasone to inhibit CYP450 enzyme activity in rainbow trout hepatic microsomes was investigated in vitro. Clotrimazole non-competitively inhibited EROD activity in the hepatic microsomes, while BFCOD activity was competitively inhibited. PNPH activity was only slightly reduced in the presence of clotrimazole, indicating that it does not significantly interact with CYP2E1. The presence of dexamethasone in the incubations did not affect any of the CYP450 enzymes investigated. Everything considered, the results of the study confirmed that the presence of clotrimazole in the environment is of concern with respect to its impact on the health status of fish. In this thesis, the data of the actual effects of several PPCPs on fish were discussed. Based on the response of selected molecular endpoints, the cardiovascular and anti-inflammatory drugs studied do not present a significant risk for fish, while the antifungal drug and UV-screening agent that were tested may disrupt several physiological processes in fish. Tato práce se zabývá in vivo a in vitro studiem vlivu atenololu, verapamilu, dexamethasonu, clotrimazolu a PBSA na fyziologický stav a zdraví pstruha duhového (Oncorhynchus mykiss). Subchronický test zahrnující environmentálně relevantní koncentrace atenololu prokázal, že vyšší riziko vzniku oxidativního stresu je pouze u ryb vystavených působení atenololu v koncentraci minimálně 1000 ?g L-1. Druhým studovaným léčivem byl verapamil, blokátor kalciových kanálů typu L. Přes relativně vysoké koncentrace verapamilu zahrnuté do experimentu, nebyla u exponovaných pstruhů duhových zjištěna změna úrovně žádné ze sedmi jaterních reakcí zprostředkovaných enzymatickým systémem CYP450 (EROD , MROD , PROD, BFCOD , COH a PNPH). Tyto výsledky naznačují, že aktivita vybraných CYP450 nebyla verapamilem ovlivněna. Vliv PBSA ze skupiny UV filtrů byl na rybách testován v sub-chronickém testu. Expozice nejvyšší koncentraci PBSA (1000 ?g L-1) vedla k významné inhibici aktivity glutathionreduktasy (GR). Aktivita EROD, MROD, PROD se zvyšovala v závislosti na koncentraci PBSA postupně od environmentálně relevantních koncentrací. Snížená aktivita GR naznačuje, že dlouhodobé působení PBSA může u ryb zvýšit oxidativní stres. Na základě zjištění zvýšené aktivity CYP1A (EROD a MROD) a CYP2B (PROD) je možné předpokládat interakce PBSA s intracelulárními receptory. U pstruha duhového byla zjištěna po vystavení clotrimazolu řada fyziologických poruch. Změny hematologických parametrů exponovaných ryb naznačují, že u pstruha duhového došlo k ovlivnění imunitního systému a poruchám syntézy hemoglobinu. Antioxidační obranné enzymy také reagovaly na expozici clotrimazolu, a tím ovlivnily oxidativní stav exponovaných ryb. Nezměněná úroveň TBARS ve všech studovaných tkáních ryb sub-chronicky exponovaných clotrimazolu nepotvrdila oxidativní poškození lipidů. U ryb exponovaných 42 dnů clotrimazolu byla zjištěna aktivace jaterních energetických drah. Vysoká aktivita glutathion-S-transferasy byla zjištěna v játrech a žábrách, tedy v orgánech pravděpodobně spojených s detoxikačními procesy clotrimazolu. Na základě zjištěných změn v katalytické aktivitě CYP1A1 a CYP3A lze očekávat interakce clotrimazolu s intracelulárními receptory. Úroveň biokoncentračního faktoru (BCF) ve svalové tkáni naznačuje mírný bioakumulační potenciál clotrimazolu. Relativně vysoký poločas rozpadu clotrimazolu v rybích ledvinách, téměř 29 dnů, představuje větší potenciál pro nepříznivé působení na tento orgán. Toto zjištění je důležité s ohledem na strukturální změny zjištěné histologickým vyšetřením ledvin a varlat. Změny pozorované v ledvinách byly nejvýraznější u tubulárních epitelových buněk. Histologické změny gonád byly viditelné pouze u samců, přičemž patologické změny varlat mohou způsobit narušení steroidogeneze. Potenciál clotrimazolu a dexamethasonu inhibovat činnost enzymatické skupiny CYP450 v jaterních mikrozomech byl u pstruha duhového zkoumán také pomocí in vitro experimentu. Clotrimazol způsobil v jaterních mikrozomech pstruha duhového nekompetitivní inhibici aktivity EROD. BFCOD aktivita byla clotrimazolem inhibována kompetitivně. PNPH aktivita byla za přítomnosti clotrimazolu snížena jen mírně, což naznačuje fyziologicky nevýznamnou interakci clotrimazolu s CYP2E1. Přítomnost dexamethasonu neovlivnila žádné studované enzymy CYP450. V souhrnu výsledky této studie potvrdily, že přítomnost clotrimazolu v životním prostředí je znepokojující, pokud jde o jeho dopad na zdravotní stav ryb. Tato práce shrnuje aktuální údaje o účincích některých PPCP na ryby. Studovaná kardiovaskulární a protizánětlivá léčiva nepředstavují na základě odezvy vybraných molekulárních markerů významné riziko pro ryby, zatímco testované fungicidní léčivo a UV filtr mohou u ryb narušit řadu fyziologických procesů. Keywords: Biochemické markery; Jaterní mikrosomy; Cytochromy P450; Pstruh duhový; Biokoncentrace; Metabolismus; Farmaka. Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Farmaka ve vodním prostředí a jejich vliv na ryby

In this thesis, the impact of atenolol, verapamil, dexamethasone, clotrimazole, and PBSA on the physiological condition and health of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) were studied in vivo and in ...

BURKINA, Viktoriia
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2014

Vliv chovu na kvalitu tuku kapra obecného (Cyprinus carpio)
ZAJÍC, Tomáš
2013 - English It is the sad fact, that in the Czech Republic, consumption of fish is very low compared with the European Union average, but, at the same time, it belongs to the countries with the highest incidence of cardiovascular diseases. Sufficient intake of n-3 poly-unsaturated and highly-unsaturated fatty acids (n-3 PUFA and HUFA) is important in preventing and treating cardiovascular disease. Fish is the main source of these compounds in the human diet. This thesis examined factors influencing n-3 PUFA and HUFA levels in fish lipids and ways of increasing the n-3 fatty acid (FA) content in freshwater farmed fish.First, production of common carp (Cyprinus carpio L.) with defined flesh quality using a finishing feeding strategy and prediction of fillet FA by a dilution model were investigated, the effects of purging on lipid content and fillet quality of common carp in Central Europe were examined in fish kept for up to 70 days in clear water without feeding; and changes caused by frying on fat uptake, fatty acid composition and oxidation in the fillet of carp with increased n-3 fatty acid content were examined using four different fats to fry either plain or battered fillet. Je smutným faktem, že konzumace rybího masa v České republice je v porovnání se státy EU velice nízká. Zároveň patří k zemím s nejvyšším výskytem kardiovaskulárních onemocnění. Dostatečný příjem n-3 polynenasycených a vysocenenasycených mastných kyselin (PUFA a HUFA) je prokazatelně v prevenci a rehabilitaci těchto chorob a jejich nejvýznamnějším zdrojem jsou ryby. Je známo několik hlavních faktorů, které ovlivňují zastoupení těchto kyselin v rybích lipidech a zároveň existují způsoby, jak obsah n-3 mastných kyselin v rybách účinně zvyšovat. Tyto faktory a příklady technologických postupů pro zvýšení obsahu n-3 mastných kyselin v tuku sladkovodních ryb jsou sumarizovány v této disertační práci. Studován byl způsob chovu kapra s předem definovatelnou kvalitou masa s využitím strategie finishing feeding a propočtem obsahu mastných kyselin pomocí ředícího modelu, dále byl studován vliv procesu dlouhodobého sádkování na kvalitu masa tržního kapra a byly analyzovány změny v obsahu tuku, kompozici mastných kyselin a oxidaci, ke kterým dochází při smažení filetu kapra se zvýšeným obsahem n-3 mastných kyselin. Keywords: Kapr obecný; kardiovaskulární onemocnění; krmná technologie; lidské zdraví; metabolismus mastných kyselin. Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Vliv chovu na kvalitu tuku kapra obecného (Cyprinus carpio)

It is the sad fact, that in the Czech Republic, consumption of fish is very low compared with the European Union average, but, at the same time, it belongs to the countries with the highest incidence ...

ZAJÍC, Tomáš
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2013

Effect of the Cry3 toxins on beetles
MOSTAFA, Moataz Abdel Moneam
2013 - English Available in the Digital Repository of University of South Bohemia. Effect of the Cry3 toxins on beetles

MOSTAFA, Moataz Abdel Moneam
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 2013