Studium dynamiky biomolekulárních komplexů pomocí nanoskopické optické anizotropie

• Název práce v češtině: Studium dynamiky biomolekulárních komplexů pomocí nanoskopické optické anizotropie
• Název v anglickém jazyce: Study of the dynamics of the biomolecular complexes using nanoscopic optical anisotropy
• Klíčová slova: optická mikroskopie|dynamika biomolekul|trasování jednotlivých molekul|trasování rotace|konformační změny
• Klíčová slova anglicky: optical microscopy|dynamics of biomolecules|single-molecule tracking|rotation tracking|conformational changes
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i. (32-UFEAV)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Milan Vala, Ph.D.
• Konzultanti: Mgr. Marek Piliarik, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Bude upřesněno, podrobnější informace ([e-mail] , tel: [phone])

Seznam odborné literatury

(1) Piliarik, M.; Sandoghdar, V. Direct Optical Sensing of Single Unlabelled Proteins and Super-Resolution Imaging of Their Binding Sites. Nature Communications 2014, 5, 4495.
(2) Taylor, R. W.; Mahmoodabadi, R. G.; Rauschenberger, V.; Giessl, A.; Schambony, A.; Sandoghdar, V. Interferometric Scattering Microscopy Reveals Microsecond Nanoscopic Protein Motion on a Live Cell Membrane. Nature Photonics 2019, 13 (7), 480.
(3) Kosuri, P.; Altheimer, B. D.; Dai, M.; Yin, P.; Zhuang, X. Rotation Tracking of Genome-Processing Enzymes Using DNA Origami Rotors. Nature 2019, 572 (7767), 136–140.
(4) Vala, M.; Bujak, Ł.; Marín, A. G.; Holanová, K.; Henrichs, V.; Braun, M.; Lánský, Z.; Piliarik, M. Nanoscopic Structural Fluctuations of Disassembling Microtubules Revealed by Label-Free Super-Resolution Microscopy. Small Methods 2021, 5 (4), 2000985.

Předběžná náplň práce

Tématem práce bude studium dynamiky molekulárních biofyzikálních systémů pomocí pokročilých metod optické mikroskopie, primárně mikroskopie s interferometrickou detekcí rozptýleného světla (iSCAT). Uchazeč se bude podílet na vývoji a aplikacích metod pro rychlé a neinvazivní trasování biomolekul a jejich komplexů s důrazem na zlepšení přesnosti určení jejich tvaru (konformace) a orientace v prostoru (otočení). Cílem bude zvýšit citlivost až na úroveň jednotlivých biomolekul a demonstrovat možnosti tohoto informačně bohatého trasování na vybraných biofyzikálních systémech jako např. rotace enzymaticky rozplétané dvoušroubovice DNA nebo dynamika makromolekulárních komplexů a jejich interakcí na pevných površích nebo lipidových membránách. Součástí práce bude i optimalizace značení sledovaných biomolekul anizotropními rozptylovými značkami jako jsou plazmonické nanočástice nebo strukturovaná DNA (DNA origami). Předpokládá se, že uchazeč bude absolventem magisterského oboru biofyzika a chemická fyzika (nebo bude mít znalosti na srovnatelné úrovni) a bude vysoce motivován ke studiu a kreativnímu zvládnutí mezioborové problematiky na pomezí nano-optiky a biofyziky.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

This work will be focused on the study of the dynamics of molecular biophysical systems using advanced optical microscopy methods, primarily microscopy based on interferometric detection of scattering (iSCAT). The candidate will be involved in the development and application of methods for rapid and non-invasive tracking of the biomolecules and biomolecular complexes with an emphasis on improving the precision of the detection of their shape (conformation) and orientation in space (rotation). The objective will be to increase the sensitivity down to the single-molecule level and to demonstrate the potential of such information-rich tracking on a selected biophysical system such as the rotation of an enzymatically unwound DNA double helix, or the dynamics of macromolecular complexes and their interactions on solid surfaces or lipid membranes. The work will also include the optimization of labeling of biomolecules with anisotropic scattering labels such as plasmonic nanoparticles or structured DNA (DNA origami).
The applicant is expected to be a graduate of the biophysics and chemical physics master program (or have knowledge of a similar level) and should be highly motivated and capable to learn and creatively contribute to the interdisciplinary experimental research spanning from nano-optics to biophysics.