Isotope Laboratory

Contacts
Group head: 
Jaroslav Nisler
Centre: 
Krč
Address: 
Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4
Email: 
nisleratueb [dot] cas [dot] cz
Phone: 
+420 241 062 485

Fields of work:

  1. Synthesis and investigation of urea derivatives with activity on suppressing plant stress
  1. Synthesis of cytokinins, including labeling with 3H in specific carbon centers
  1. Custom synthesis of compounds labeled with 3H and/or 14C
  1. Synthesis and investigation of derivatives of purine, pyrimidine and other heterocycles with cytotoxic and anti-tumor activity
  1. Investigation of root system of selected plants in water purification
  1. Analysis and transformations of compounds by radiotracer methods in plants and animals
  1. Analysis and investigation of effect of heavy metals and/or metaloids on plant hyperaccumulators
  1. Chemical biology and supramolecular chemistry of triterpenoid derivatives

Description of individual fields of work:

1. Synthesis and investigation of urea derivatives with activity on suppressing plant stress

Schopnost kontrolovat obsah rostlinného hormonu cytokininu je metodou jak zlepšit rostlinnou produkci. Cytokinin oxidáza / dehydrogenáza (CKX) je v procesu hlavním faktorem metabolizujícím cytokinin. Zde je popsána série difenylmočovinových derivátů jako inhibitorů CKX. Výsledky výzkumu ukazují, že kontrolou obsahu cytokininu pomocí CKX inhibitorů pozitivně ovlivňuje růst rostlin.

Látka MTU ze skupiny difenylmočovinových derivátů bude firmou Intracop využívána jako biostimulant, který zvyšuje využití dusíku rostlinami a zvyšuje odolnost vůči stresům a výnos.

Publication: DOI, IF: 6,992

Patents: in the years 2020, 2019, 2016.

2. Synthesis of cytokinins, including labeling with 3H in specific carbon centers

3. Custom synthesis of compounds labeled with 3H and/or 14C

4. Synthesis and investigation of derivatives of purine, pyrimidine and other heterocycles with cytotoxic and anti-tumor activity

This research program of the laboratory is aimed primarily at small molecules that regulate the cell division cycle, proliferation, and growth of both plant and animal cells. Namely cytokinins and cytokinin-derived purine inhibitors of cyclin-dependent kinases belongs to the most intensively studied compounds. The representative of the latter, roscovitine (CYC202, seliciclib), already undergoes phase II clinical trials in patients as a novel anticancer drug held by Cyclacel Ltd.

Publications: DOI, IF: 6,992

Patents: in the years 2019, 2018.

5. Investigation of root system of selected plants in water purification

Odpadní voda (OV) je voda, jejíž kvalita byla zhoršena lidskou činností. V rámci čištění směsi OV z domácností a dešťových srážek lze použít alternativní čistírny OV s modifikovaným sekundárním stupněm čištění. V sekundárním stupni jsou využity kořenové filtry, které daly jméno celému procesu a dnes tzv. kořenové čistírny (kČOV) nalezneme v různých technologických provedeních. Konkrétně kvůli způsobu přivádění OV na filtry rozlišujeme horizontální a vertikální modifikaci. Během čištění probíhají procesy, při nichž se z OV odstraňují organické látky a chemická znečištění dusíkatými a fosfor-obsahujícími látkami (N, P). Dříve byly rozšířené kČOV pouze s horizontálními filtry, samostatně vykazující poměrně nízkou účinnost odstranění zátěžových látek. Na horizontálních filtrech vznikají anoxické až anaerobní podmínky a proto probíhají procesy denitrifikace a mineralizace dusíkatých látek, zprostředkované zejména bakteriemi a houbami. Na novějších, vertikálních poli, kde kvůli odlišnému směru průtoku OV vzniká aerobní prostředí, probíhá i nitrifikace a tím zvýšení odstranění dusíkatých sloučenin. Takto kombinované systémy kČOV vykazují lepší čistící vlastnosti pro dusíkaté látky a nezhoršují úroveň odstranění P. V tomto projektu se snažíme především o zvýšení účinnosti odstranění P tak, aby z čistírny odcházející OV obsahovalo co nejméně P a nezvyšovala tak eutrofizaci povrchových vod.

Některé faktory, např. klimatické pochody způsobí výkyvy teplot, nebo vysoké srážky, které změní poměry látek N a P v OV, proto mohou působit značně rozdílně na rostliny. Rostliny, které mají funkční detoxikační procesy, lépe odolají stresu, lépe prospívají a přijímají tak více živin z OV. Proto je třeba všechny tyto faktory komplexně studovat pro lepší pochopení biochemických dějů a možnosti cílené manipulace biologického systému alternativních ČOV.

Cílem tohoto projektu je ověření literárních údajů, které v mnoha případech neudávají data o vegetačních fázích rostlin, způsobu hospodaření s rostlinnou biomasou na filtračních polích, data o přitékajících koncentracích jednotlivých živin a speciálně P. Dalším cílem je ověření využití ekologického materiálu, tzv. biouhlu, k podpoře dalšího snížení koncentrace P v odtékající vodě z alternativních ČOV.

Výzkum probíhá s podporou AV ČR a Pardubického kraje v rámci regionální spolupráce. Dále spolupracujeme se Střední průmyslovou školou elektrotechnickou, Pardubice, kde bylo vypracováno studentský projekt na vylepšení automatizace řízení tohoto systému.

Řešitelé: Mgr. Sándor Forczek, PhD. (ÚEB AV ČR), dr. Josef Holík (ÚEB AV ČR)

Pracovníky: Mgr. Karel Bartoš (ÚEB AV ČR, Univerzita Karlova v Praze - Katedra analytické chemie), Klára Veselá (Univerzita Karlova v Praze - Katedra analytické chemie)

Na projektu spolupracuje: Ing. Martin Vlasák (Odbor životního prostředí a zemědělství Pardubického kraje), Miroslav Krčil, DIS. (člen Rady Pardubického kraje zodpovědný za venkov, životní prostředí a zemědělství), Ing. Miroslav Jirka (Střední průmyslová škola elektrotechnická a Vyšší odborná škola Pardubice), Ing. Vladimír Kašpar (Střední průmyslová škola elektrotechnická a Vyšší odborná škola Pardubice)

6. Analysis and transformations of compounds by radiotracer methods in plants and animals

7. Analysis and investigation of effect of heavy metals and/or metaloids on plant hyperaccumulators

Existují kapradiny, které tolerují vysoké koncentrace As v půdě a hyperakumulují tento metaloid v listech. Kromě Pteris vittata, u kterého byly podrobně studovány vlastnosti související s As a molekulární determinanty, byla hyperakumulace As zjištěna také u Pteris cretica. V souvislosti s tím jsme zkoumali hyperakumulační znaky As u dvou kultivarů P. cretica, Parkerii a Albo-lineata. Kultivary byly pěstovány v půdách s přídavkem anorganického arzeničnanu (iAsV) v dávkách 20, 100 a 250 mg·kg-1. Na rozdíl od Parkerii bylo potvrzeno, že Albo-lineata je As tolerantní a hyperakumuluje As. Tento kultivar na půdě s dávkou 250 mg iAsV kg-1 akumuloval až 1,3 g As kg-1 DW kořenů a 6,4 g As kg-1 DW listů. U obou kultivarů, speciační analýzy ukázaly, že organoarsenové formy a vazba s fytochelatiny a jinými proteinovými ligandy, nehrály tak významnou roli v biologii As. U kultivaru Parkerii byla iAsV dominantní formou As, zejména v kořenech. Naopak u kultivaru Albo-lineata byla většina As v kořenech a listech převedena na iAsIII. Tato forma byla výrazně akumulována v listech kultivaru Parkerii rostoucího na As kontaminované půdě. Vzhledem k roli, kterou mohou mít iAsV reduktáza ACR2 a iAsIII transportér ACR3 při manipulaci s iAs, jsme izolovali u kultivaru Albo-lineata geny PcACR2 a PcACR3, které úzce souvisejí s P. vittata geny PvACR2 a PvACR3. Analýza genové exprese v listech Albo-lineata odhalila, že transkripce PcACR2 a PcACR3 významně reagovala na dávky As (až 6,5- a 45-násobné zvýšení hladin transkriptu ve srovnání s kontrolními půdními podmínkami, v tomto pořadí). Testy tolerance a absorpce v kvasinkách ukázaly, že PcACR mohou doplňovat odpovídající As citlivé mutace, což ukazuje, že PcACR2 a PcACR3 kódují funkční proteiny, které mohou mít roli v iAsV redukci (PcACR2) a iAsIII membránovém transportu (PcACR3) v As-hyperakumulujícím kultivaru Albo-lineata.
Publications: DOI, DOI,

8. Chemical biology and supramolecular chemistry of triterpenoid derivatives

Cancer stem cells represent a sub-population of cancer cells showing increasing activity of factors resulting in appearance of cancer. They represent mostly a key reason of unsuccessful treatment of this disease. Cancer stem cells show important molecular and functional differences based on their phenotypes. Cancer stem cells are capable of spreading the cancer in the organism. These findings clearly indicate an increasing need for designing novel types of compounds with a potential against rapid metabolism in the organism caused by cancer stem cells. Because targeting the cancer stem cells directly is difficult, the studied compounds are subjected to the cytotoxicity screening tests, and antimicrobial and antiviral activity tests. The only compounds with exceptional effectiveness are subjected to more detailed investigation.

A number of convenient triterpenoid derivatives, namely their amides and other types of derivatives with polyamines, heterocyclic nitrogen-containing compounds or amino acids often show potential to become convenient candidates for cancer cell treatment, including cancer stem cell treatment. Because number of triterpenoid derivatives display supramolecular characteristics under different environmental conditions, we have focused attention on these systems during investigation of potentially cytotoxic compounds. Supramolecular systems may often be seen on a macroscopic level as organogels, hydrogels or xerogels affecting the cytotoxicity of the studied compounds. The main objective of the investigation is designing novel triterpenoid-based biologically active compounds, potentially applicable in treatment of important ailments, with sufficient selectivity of their effects. Those studies include targeted transportation of the biologically active compounds to the target sites. The studies also include convenient radioisotope labeling or coordination of convenient metal salts, e.g. 64Cu(II).


Özdemir et al. (2021) Dyes and Pigments 190, 109307.


Bildziukevich et al. (2018) Eur. J. Med. Chem. 145, 41-50.

Özdemir et al. (2021) Langmuir 37, 2693-2706.

Özdemir et al. (2022) ACS Appl Nano Mater 5, 3799-3810.

Shared research:
University of Chemistry and Technology in Prague (www.vscht.cz)
Collaboration:
Professor Erkki T. Kolehmainen, University of Jyväskylä, Jyväskylä, Finland (www.jyu.fi)
Professor Nonappa, Aalto University, Espoo, Finland (www.aalto.fi)
Professor Juyoung Yoon, Ewha Womans University, Seoul, Republic of Korea (http://of2m.ewha.ac.kr/)
Dr. David Šaman, Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Czech Academy of Sciences (www.uochb.cz)
Prof. Miroslav Strnad, Palacký University, Olomouc, Czech Republic (www.upol.cz)
Prof. Miroslav Šlouf, Institute of Macromolecular Chemistry, Czech Academy of Sciences (www.much.cas.cz)
Dr. Marie Sajfrtová, Institute of Chemical Process Fundamentals, Czech Academy of Sciences (www.pdf.cas.cz)

Equipments of the IL

  • Radiosynthetic apparatuses
  • Radioanalytical equipments
  • HPLC
  • GC
  • Plant cultivation chamber, algae cultivation equipment
  • Testing of chemical compounds on plants

Workers: 

head of the laboratory
scientific assistant

senior scientist

graduated technical assistant

postgraduate student

Publications: 
Number of publications: 189

2022

2021

2020