Science and Technology - Bachelor's theses. Kuni 2024

Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/10062/63912

Browse

Now showing 1 - 20 of 164

L-Phenylalanine Biosensor in Saccharomyces cerevisiae
(Tartu Ülikool, 2019) Ivanovs, Dainis; Lahtvee, Petri-Jaan, supervisor; Bonturi, Nemailla, supervisor
In English: In vivo biosensors can be used for the detection of intracellular and extracellular stimuli leading to a reporter molecule response. Biosensors are becoming increasingly popular in synthetic biology and metabolic engineering for implementation in synthetic pathways to control the expression of reporter genes in response to specific metabolites or external tors. In vivo biosensors are generally divided into three categories: transcription-based, translation-based and post-translational biosensors. L-phenylalanine is one of the most demanded amino acids and it faces an increasing commercial interest since it is a precursor metabolite for flavonoids and other chemicals including the artificial sweetener aspartame, vanillin, aromadedrin, rutin and many others. Therefore, it is of interest in various tries such as pharmaceutical, cosmetic and biotechnology. L-phenylalanine is one of the aromatic amino acids yielded from the Shikimate pathway, also including tyrosine and tryptophan. In this paper the author constructed a transcription factor-based Lphenylalanine biosensor in the yeast Saccharomyces cerevisiae. The newly constructed strain has two genetic constructs integrated into its genome. First construct uses tional regulatory protein TyrR which forms a dimer only in the presence of Lphenylalanine. The dimer later binds to a TYR strong box sequence in the CYC1p_T1 promoter region of the second construct initiating green fluorescent protein production resulting in a fluorescent signal. Eesti keeles: In vivo biosensoreid võimaldavad detekteerida kindlaid rakusiseseid või -väliseid stiimuleid ning reageerida neile mõne soovitud molekulaarse vastusega. Biosensorite kasutamine on tänu sünteetilise bioloogia ning metaboolse inseneerimise metoodikate arengule pidevalt kasvanud, sest võimaldab kontrollida ning reguleerida soovitud valkude või metaboliitide tasemeid rakus. In vivo biosensorid jagatakse tavaliselt kolmeks: (i) transkriptsiooni-põhised, (ii) translatsiooni-põhised ning (iii) translatsiooni-järgsed biosensorid. L-fenüülalaniin on aminohape ning prekursor-molekul näiteks flavanoididele – keemiliste elementide grupile, kuhu kuuluvad ka kunstlik magusaine aspartaam, vaniliin, aromadedriin, rutiin ning paljud teised kemikaalid. Seetõttu on sel molekulile suur kommertsiaalne huvi nii farmaatsias, kosmeetika-tööstuses kui biotehnoloogias. Lfenüülalaniini biosünteesitakse Sikimaadi rajas, mis toodab ka teisi aromaatseid aminohappeid nagu türosiin ja trüptofaan. Käesolevas lõputöös kirjeldatakse transkriptsioonifaktori meetodil põhinevat L-fenüülalaniini biosensori konstrueerimist pärmis Saccharomyces cerevisiae. Uudset biosensorit sisaldava pärmi tüve genoomi on lisatud kaks uut kostrukti. Esimene konstrukt kasutab transkriptsiooni regulaator-valku TyrR, mis moodustab dimeerse kompleksi vaid L-fenüülalaniini juuresolekul. Dimeerne TyrR kompleks on aga võimaline seonduma TYR ‟strong box‟ järjestusega CYCp_T1 promootor-regioonis teise kontruktiga, mis seejärel initsieerib rohelise floresentsvalgu sünteesi, mis ongi disainitud biosensori väljund-signaal.
Software integration of autonomous robot system for mixing and serving drinks
(Tartu Ülikool, 2019) Mohamed, Ahmed Hassan Helmy; Kruusamäe, Karl, supervisor
In English: Robots are now breaking into all areas of society and they perform useful services for humans and their environment. With increasing sanitation standards and retail demands, food and beverage manufacturers are also relying on robotics systems to perform the necessary tasks. The objective of this thesis is to examine the ability of robots to be integrated in beverage industry to work as a bartender to do specific and precise task in short time in terms of mixing and serving a drink. A software integration was created for a prototype bar equipped with a Franka Emika Panda 7- degree-of-freedom robot manipulator, Kinova KG-3 gripper, and a setup to incorporate holders for 45 bottles, 3 soft drink dispensers, and ice-machine. ROS and C++ were used for the entire software integration. As a result, the functionality of the robotic bar was demonstrated by fully autonomous preparation of multi-component drinks. Eesti keeles: Robotite roll ja olulisus ühiskonnas on järk-järgult kasvamas. Toidu- ja joogitootjad on üha enam hakanud tootmis- ja teenindusprotsessidesse kaasama roboteid, mis aitavad täita rangeid sanitaarnõudeid ja võimaldavad toota vastavalt nõudlusele. Käesoleva bakalaureusetöö eesmärgiks on töötada välja tarkvaralahendus robotbaarile, mis integreeriks kogu riistvara, et see suudaks täpselt kokku segada ja serveerida erinevaid jooke. Töö tulemusena valmis tarkvara robotbaari prototüübile, mis integreeris Franka Emika Panda 7 vabadusastmega robotmanipulaatori, Kinova KG-3 haaratsi ja muud baari seadmed nagu 3 karastusjoogi kraani, jäämasin ja 45 joogidosaatorit. Kogu töö käigus valminud tarkvara teostati kasutades robootika tarkvararaamistikku ROS (Robot Operating System) ja programmeerimiskeelt C++. Valminud lahenduse võimekust demonstreeriti mitmekomponendilise joogi valmistamise näitel, kus robotbaar toimis täiestit autonoomselt.
Deep Eutectic Solvents as Electrolytes in Ionic Electromechanically Active Polymer Actuators
(Tartu Ülikool, 2019) Volobujeva, Jelena; Elhi, Fred, supervisor; Põhako-Esko, Kaija, supervisor
In English: In the twenty-first century, electroactive polymer actuators have found new application as artificial muscles. Previously, the bending efficiency was in the priority, that is why ionic liquids have been used as electrolytes for such type of actuators, though it was known that they are a hazard for living organisms. Since these artificial muscles are planned to be used in medical devices and human bodies, it is essential that actuators should be bio-friendly and prepared from low-toxic materials. That is why a new type of choline-based deep eutectic solvents has been tested in the current study as electrolytes for actuators. Such electrolytes could be prepared from inexpensive and low toxic materials. Additionally, in comparisons to ionic liquids, they show comparable results in displacement and exceed in capacitor like behavior. Eesti keeles: Elektroaktiivsed polümeerid on 21. sajandil leidnud laialdast tähelepanu tänu võimalusele kasutada neid tehislihastes. Varasemalt pöörati tähelepanu peamiselt nende materjalide liikumisamplituudi suurendamisele ning leiti, et ioonsete vedelike kasutamine elektrolüüdina aitab sellele kaasa. Elektroaktiivsete polümeersete täiturite üheks rakendusvaldkonnaks on mitmesugused meditsiiniseadmed, mistõttu on oluline välja töötada bioühilduvad materjalid. Traditsiooniliste ioonsete vedelike toksilisuse tõttu otsitakse neile käesolevas töös biosõbralikku alternatiivi. Testiti koliini baasil ioonseid vedelikke ja eutektilisi segusid kui madala toksilisusega elektrolüüte elektroaktiivsete polümeersete täiturite jaoks. Ioonsete vedelike ja eutektiliste segude võrdlusest selgus, et testitud süsteemides võib eutektilisi segusid kasutada asendamaks ioonseid vedelikke.
Classification of Alzheimer’s Disease From MRI Images
(Tartu Ülikool, 2019) Elshatoury, Heba Hesham Hamed; Avots, Egils, supervisor; Anbarjafari, Gholamreza, supersvisor
In English: In this thesis work machine learning techniques are used to classify MRI brain scans of people with Alzheimers Disease. This work deals with binary classification between Alzheimers Disease (AD) and Cognitively Normal (CN). Supervised learning algorithms were used to train a classifier using MATLAB Classification Learner App in which the accuracy is being compared. The dataset used is from The Alzheimers Disease Neuroimaging Initiative (ADNI). Histogram is used for all slices of all images. Based on the highest performance, specific slices were selected for further examination. Majority voting and weighted voting is applied in which the accuracy is calculated and the best result is 69.5% for majority voting. Eesti keeles: Käesolevas töös kasutatakse masinõppe meetodeid, et klassifitseerida Alzheimeri tõvega inimeste MRI aju skaneeringuid. Töös rakendatakse binaarset liigitust Alzheimeri tõve (AD) ja kognitiivse normaalsuse (CD) vahel. Kasutati juhendatud masinõppealgoritme, et treenida klassifikaatoreid MATLAB’i klassifikaatorite õpperakenduses (Classification Learner App), kus võrreldi algoritmi täpsust. Kasutatav andmestik pärineb ADNI andmebaasist (The Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative). Kõikidest piltidest võetud osadele arvutati histogrammid. Kõrgeima jõudluse põhjal valiti konkreetsed osad edasiseks uurimiseks. Võtteldi enamus ja kaalutud valikute täpsust ja parimaks tulemuseks saadi enamusvalikuid kasutades 69.5%.
Smart Traffic Control Using Optimised Convolutional Neural Network
(Tartu Ülikool, 2019) Surrage Reis, Mateus; Anbarjafari, Gholamreza
In English: The state-of-the-art in image object detection is in convolutional neural networks, which is a computationally expensive base to build on. To run accurate detection in an embedded device, additional optimization is required if there is a need to run it real-time on each frame of a video. This thesis details work done in the development of a smart pedestrian crosswalk: an Internet of Things enabled embedded platform for traffic control. By fine-tuning an individual neural network for each SPC post, it was possible to significantly boost accuracy in a fast, low-accuracy CNN. This was accomplished by taking advantage of the low variation in possible input images, being drawn from only 3 cameras per post. The improvement was from 33.1% mAP in general context images and 80 classes to 60.7% mAP on solely traffic images and seven traffic-relevant classes. Eesti keeles: Uusimad objekti tuvastus meetodid kasutavad oma töös konvuleerivaid närvivõrke, mis arvutuslikust küljest on ressursiahned. Täpsete tuvastusmudelite jooksutamine manussüsteemides vajab palju optimeerimist, eriti kui seade peab toimima reaalajas. Käesolev töö kirjeldab targa ülekäiguraja teemärgi loomist: nutiseade, mis on mõeldud liikluse juhtimiseks. Seadistades iga SPC posti eraldi närvivõrku, oli võimalik märkimisväärselt tõsta kiire ja ebatäpse närvivõrgu selgust. See saavutati kasutades ära kolmest kaamerast tulevate sisendpiltide minimaalset varieeruvust. Algoritmi täpsust parandati 80 klassilise üldnärvivõrgu 33.1% mAP pealt 60.7% mAP peale, rakendades ainult liiklusega seotud pilte koos seitsme erineva teemakohase klassiga.
Redundant salicylate 1-hydroxylase genes of the Pseudomonas pseudoalcaligenes C70
(Tartu Ülikool, 2019) Smirnova, Ksenija; Jõesaar, Merike, supervisor
In English: Naphthalene, salicylate and phenol-degrading Pseudomonas pseudoalcaligenes C70 has two redundant salicylate 1-hydroxylases genes, n ahG and n ahW. The comparison of the deduced amino acid sequence of n ahW and n ahG of C70 showed that they are almost identical (identity 99.8-100%) with those of the P. stutzeri strain AN10. NahWs of the C70 and AN10 formed separate group on phylogenetic tree and they were phylogenetically different from classical NahG sequences. In the mid-logarithmic growth phase the n ahW expression level was higher than n ahG, but both n ahW and n ahG were expressed at the similar level in the early stationary growth phase. The lag-phase length of C70 did not change significantly on used salicylate concentrations (1-3 mM). Strain C70 was able to tolerate salicylate concentrations up to 25 mM, although concentrations higher than 17 mM were stressful for cells. There is a strong possibility that the degradation of the salicylate is enhanced due to the presence of two salicylate hydroxylases. Eesti keeles: Naftaleeni, salitsülaati ja fenooli lagundav Pseudomonas pseudoalcaligenes tüvi C70 omab kahte redundantset salitsülaadi 1-hüdroksülaasi geeni, n ahG ja n ahW . Tüve C70 n ahW ja n ahG ennustatud aminohappeliste järjestuste võrdlus näitas, et need on väga sarnased P. stutzeri tüve AN10 vastavate järjestustega (identsusprotsent 99,8-100%). Tüvede C70 ja AN10 NahW järjestused moodustasid fülogeneetilisel puul eraldi rühma ja need olid fülogeneetiliselt erinevad klassikalistest NahG järjestustes. Logaritmilises kasvufaasis oli nahW ekspressioonitase kõrgem kui n ahG , samas kui nii n ahW kui n ahG on ekspresseeritud sarnasel tasemel varajases statsionaarses kasvufaasis. Tüve C70 lag-faasi pikkus ei muutunud oluliselt kasutatud salitsülaadi kontsentratsioonidel (1-3 mM). Tüvi C70 oli võimeline taluma kuni 25 mM salitsülaadi kontsentratsiooni kasvukeskkonnas, kuigi kontsentratsioonidel üle 17 mM oli rakkude kasv häiritud ning söötmesse tekkisid rakkude kogumikud. Tõenäoliselt aitab tüvel C70 kõrgeid salitsülaadi kontsentratsioone taluda kahe salitsülaadi 1-hüdroksülaasi olemasolu.
Description of the cyclin Clb5 docking motif in Far1
(Tartu Ülikool, 2019) Bulatović, Luka; Faustova, Ilona, supervisor; Örd, Mihkel, supervisor
In English: Cell cycle is a timely ordered, multistep event during which a cell’s chromosomal DNA is first replicated and later divided into two identical daughter cells. Cyclin-dependent kinases (Cdks) regulate the events of the cell cycle through phosphorylation of different substrates. Cdks are activated by binding to an activating partner – a cyclin. Cyclins are also substrate specific, i.e. they bind to a substrate and promote its phosphorylation by the Cdk complex. In this work, we mapped a newly discovered Clb5 cyclin docking motif present in the N – terminal region of a Cdk inhibitor protein, Far1. We found that mutations in the motif dras-tically delay phosphorylation-dependent degradation rates of Far1. In addition to this, we showed that Far1 docking region functions as an independent linear docking motif. Interest-ingly, our data also suggests that the motif does not bind to the hydrophobic patch of Clb5, suggesting that there might be some other, not yet discovered, binding pocket on the cyclin. Eesti keeles: Rakutsükkel on mitmeosaline järjestikkune protsess, mille käigus raku DNA esmalt paljun-datakse ja seejärel jagatakse kahe tütarraku vahel. Tsükliinist sõltuvad kinaasid (Cdk) reg-uleerivad rakutsükli sündmusi erinevate substraatide fosforüleerimise kaudu. Cdk on ak-tiivne ainult kompleksis tsükliiniga, kusjuures tsükliinid suunavad kinaasi kindlaid valke fosforüleerima. Käesolevas töös leiti, et Cdk inhibiitorvalgu Far1 N-terminaalses alas paikneb tsükliini Clb5 seondumismotiiv. Selle motiivi muteerimine põhjustab suure hiline-mise Far1 fosforüleerimisest sõltuvas lagundamises rakutsükli käigus. Lisaks näidati, et Far1 seondumismotiiv toimib iseseisva lineaarse motiivina, mis toimib tsükliini Clb5 hüdrofoob-sest taskust sõltumatult, vihjates, et tsükliini pinnal on teisigi substraatide sidumistaskuid.
Molecular characterization of microglial populations in CX3CR1-GFP mutant mouse line in an LPS induced inflammatory model
(Tartu Ülikool, 2019) Thoondee, Lakshmi; Lilleväli, Kersti, supervisor; Piirsalu, Maria, supervisor
In English: Microglia are the resident macrophages of the central nervous system (CNS). They constitute the first line of defence within the CNS. Microglia have a crucial role in the development of the central nervous system and also in the mature CNS. Microglia are often attributed a ‘resting’ state under homeostatic conditions. However, studies have shown that resting microglial cells are actively scanning their environment for detection of pathogens. Microglia have a typical ramified shape under homeostatic conditions. Upon detection of external stimuli, they become activated and undergo morphological changes. Activated microglia can produce trophic and anti-inflammatory factors, which serve the purpose of protecting the CNS. However, when microglia are over activated, they release pro inflammatory neurotoxic factors such as superoxide, nitric oxide (NO) and cytokines that contribute to the pathology of neurodegenerative conditions such as Parkinson’s disease (PD). Fractalkine (CX3CL1), a unique chemokine which is the only ligand for its receptor CX3CR1, is expressed by microglia. Several studies have shown that fractalkine acts to protect neurons in vitro in lipopolysaccharide (LPS)-activated microglia by limiting the release of inflammatory factors. The purpose of the thesis was to study the molecular signature of microglial cells of CX3CR1GFP/+ mice and how it is altered by lipopolysaccharide (LPS) administration in an LPS induced inflammatory model. Eesti keeles: Mikrogliia rakud on kesknärvisüsteemis (KNS) elavad makrofaagid ja on KNS-i esimene kaitseliin. Mikrogliial on oluline roll nii kesknärvisüsteemi arengus kui ka täiskasvanud KNS- is. Mikrogliiast rakkudest räägitakse sageli kui homeostaatilistes tingimustes "puhkeolekus" olevatest rakkudest. Tegelikult, uuringud on näidanud, et puhkavad mikrogliia rakud skaneerivad pidevalt KNS-i otsides patogeene. Mikrogliia on homeostaatilistes tingimustes tüüpilise harunenud kujuga, kuid väliste stiimulite avastamisel muutuvad rakud aktiveerituks ja läbivad morfoloogilisi muutusi. Aktiveeritud mikrogliia võib toota troofilisi ja palavikuvastaseid faktoreid, mis töötavad KNS-i kaitsmiseks. Seevastu , kui mikrogliia on üleaktiveeritud, eritavad need rakud neurotoksilisi faktoreid nagu superoksiid, lämmastikoksiid (NO) ja tsütokiinid, mis aitavad kaasa neurodegeneratiivsete seisundite patoloogiale, näiteks Prakinson'i tõbi (PD). Mitmed uuringud on näidanud, et neuronite poolt eskpresserritud fraktalkiin (CX3CL1) - kemokiin, mis on ligand mikrogliia poolt ekspresseeritud retseptorile CX3CR1, piirab põletikuvastaste faktorite vabastamist in vitro lipopolüsahhariid (LPS)- aktiveeritud mikrogliia rakkudes. Antud töö eesmärgiks oli uurida kuidas CX3CR1(GFP/+) hiirte mikrogliiarakkude molekulaarne muster on mõjutatud LPS manustamise poolt.
Image-based automated leaf area calculation using OpenCV
(Tartu Ülikool, 2019) Demišin, Kirill; Kollist, Hannes, supervisor; Anbarjafari, Gholamreza, supervisor; Pedor, Jenni Katri, supervisor
In English: Analyzing RGB images with the help of computer vision is an affordable and reliable tool to study plants. This approach is becoming widely used due to the low cost of high-resolution RGB cameras and the existence of open source software. The main purposes are phenotyping, development observation and detection of illnesses among different crop types for both scientific purposes and breeding. Nowadays, leaf area extraction, leaf segmentation and 3D reconstructions of plants are popular problems solved with image processing and machine learning. This thesis describes an algorithm for automated leaf area calculation in captured images. It explains the program’s features and compares the results with the calculations of specialists. Finally, a usable GUI application is designed to help Tartu University lab workers with automation of a manual task. Eesti keeles: RGB kujutiste analüüsimine arvutinägemise abil on taskukohane ja usaldusväärne vahend taimede tuvastamiseks ja nende omaduste hindamiseks. Seda lähenemist kasutatakse laialdaselt kõrge resolutsiooniga RGB-kaamerate madalate kulude ja avatud lähtekoodiga tarkvara olemasolu tõttu. Peamised eesmärgid on taimede fenotüpiseerimine, arengu jälgimine ja haiguste avastamine erinevate kultuuriliikide vahel nii teaduslikul eesmärgil kui ka aretamiseks. Tänapeval on lehtede ala ekstraheerimine, lehtede segmenteerimine ja taimede 3D rekonstrueerimine populaarsed probleemid, mis on lahendatud pilditöötluse ja masinõppega. Käesolevas töös loodi automaatselt toimiv lehtede pindala arvutuse algoritm, mis kasutab pildistatud piltide ja arvutab lehtede pindala. Töö selgitab programmi omadusi ja võrdleb tulemusi spetsialistide arvutustega. Lõpuks on kasutatav GUI rakendus mõeldud selleks, et aidata Tartu Ülikooli taimsete signaalide uurimisrühma töötajatel manuaalülesande automatiseerimist.
Characterization of antigen binding potential of a novel antibody HRP conjugate designed for antibody directed enzyme prodrug treatment of breast cancer cells
(Tartu Ülikool, 2019) Bohuslavska, Anastasiia; Gildemann, Kiira, supervisor
In English: The aim of this paper is to study the newly designed antibody-conjugate, Trastuzumab-HRP, for binding ability to ErbB2 protein on human breast and lung cancer cell lines using western blotting, immunoprecipitation and immunofluorescence methods. The first part of this bachelor thesis is theoretical and is processed on the basis of the background research. Breast cancer problem, risk factors, general treatment, ADEPT therapy, ErbB2 protein as tumor target antigen, trastuzumab antibody description are included in the first part. The second part of the thesis is specialized and is processed on the basis of the experiments with Trastuzumab-HRP involving breast and non-small cell lung cancer cell lines: AU565, MCF-7, A549, H1299 and H23. This part consists of results of western blotting method, in which trastuzumab was unable to sufficiently detect the ErbB2 protein and the results of alternative method, immunoprecipitation, which showed the capability of trastuzumab to bind to its specific antigen. The immunofluorescence method demonstrated the ability of the novel antibody to recognize and bind to the native form of protein. Eesti keeles: Selle töö eesmärgiks oli testida uudset disainitud antikehakonjugaati, Trastuzumab-HRP, ja selle võimekust seonduma ErbB2 valguga inimese rinnavähi ja kopsuvähi rakuliinides, kasutades selleks western bloti, immuunopretsipitatsiooni ja immufluorestsentsi meetodeid. Selle bakalaureusetöö esimene osa on teoreetiline ja kujutab endast ette taustauuringu tööga seotud teemadest – rinnavähk, selle riskifaktorid ja olemasolevad ravivõimalused, ADEPT teraapia põhimõtted, ErbB2 valk kasvaja antigeenina ja trastuzumab antikeha kirjeldus on käsitletud esimeses osas. Teine osa on pühendatud praktilisele tööle trastuzumab-HRP antikehaga ja inimese rinnavähi rakuliinidega - AU565 ja MCF-7 ja inimese kopsuvähi rakuliinidega - A-549, H1299 ja H23. Selles osas on kirjeldatud tulemused western bloti analüüsist, milles trastuzumab ei olnud võimeline detekteerima oma antigeeni – ErbB2 valku, ja tulemused alternatiivsest meetodist immuunopretsipitatsioonist, mis tõestasid, et trastuzumab-HRP on ikkagi suudab ikkagi detekteerida ja seonduda oma märklauale. Immunofluorestsents meetodi abil sai näidatud, et uus antikeha on võimeline seonduma ka ErbB2 valgu natiivse vormiga elusrakkudel
Design of Clb5-specific Cdk1 substrates for cell cycle independent signalling
(Tartu Ülikool, 2019) Agerova, Alissa; Örd, Mihkel, supervisor
In English: Cyclin-dependent kinases (Cdks) are master regulators of the cell cycle with Cdk1 driving most cell cycle events in budding yeast. Phosphorylation enables the regulation of protein stability, localization and interactions, thus, the ability to predictably program phosphorylation regulation could have a strong impact on the design of synthetic pathways. Cdk1 has a complex, but well-studied substrate targeting mechanisms, making it potentially suitable for such applications. In this work a minimal phosphodegron module was created to show, that phosphorylation efficiency can be manipulated. By inducing Clb5 it was possible to enhance phosphorylation, leading to degradation of the phospho-degron modules. Also it was found that the activity of Clb5 can be targeted specifically to the degron module by addition of a cyclin docking motif. Eesti keeles: Tsükliinist sõltuvad kinaasid (Cdk-d) on rakutsükli peamised regulaatorid, mille hulgast vastutab Cdk1 enamiku rakutsükli sündmuste läbi viimise eest. Fosforüleerimine reguleerib valkude stabiilsust, lokalisatsiooni ja interaktsioone, seega, võime programmeerida fosforüleerimist võib avaldada suurt mõju sünteetilisele bioloogiale. Kinaasil Cdk1 on mitmekesine ning hästi uuritud substraatide äratundmismehhanismid, võimaldades kasutamist sünteetilise bioloogia rakendustes. Antud töös loodi minimaalse fosfodegroni moodul ning näidati, kuidas on fosforüleerimise efektiivsusega võimalik manipuleerida. Tsükliini Clb5 indutseerides suurendati fosforüleerimist, millest tulenevalt suurenes ka fosfodegroni moodulite lagundamine. Lisaks leiti, et Clb5 aktiivsust saab suunata degroni mooduli juurde, lisades tsükliinspetsiifilise seondumismotiivi.
Flow cytometry analysis of fluorescently-labelled extracellular vesicles
(Tartu Ülikool, 2019) Rajabli, Naila; Reinsalu, Olavi, supervisor; Kurg, Reet, supervisor
In English: In the recent decade, there was a rise of interest in extracellular vesicles (EVs) due to their potential as biomarkers and drug delivery. However, for better understanding of extracellular vesicles standardized isolation and detection protocols that would take into account their heterogeneity and small size are needed. The present thesis studies the efficiency of studying fluorescently tagged extracellular vesicles by flow cytometry and the challenges of this method. Taken together, the findings in this thesis suggest that flow cytometry has the potential to be utilized as an EVs analysis method but after all, further studies are needed for enhancing small particles detection and reading noise decreasing. Eesti keeles:Viimase kümnendi jooksul on ekstratsellulaarsete vesiikulite (EV), kui potentsiaalselt heade biomarkerite ja ravimikandjate, vastu tõusnud suur teaduslik huvi. Kuigi standartsed EV-de puhastamise ning tuvastamise meetodid, mis võimaldaksid EV-sid paremini tundmaõppida, vajavad veel väljatöötamist. Käesolevas uurimustöös hinnatakse voolutsütomeetria sobivust fluorestsentselt märgistatud EV-de analüüsimiseks ning tuuakse välja selle puudused. Kokkuvõtvalt, uurimustöö tulemuste põhjal võib väita, et voolutsütomeetria on potentsiaali olla sobiv meetod EV-de uurmiseks, kuid on vaja teostada edasisi uuringuid väikseste partiklite tuvastamise parandamiseks ning taustamüra vähendmiseks.
Cln2-based phosphodegron tags for the regulation of protein stability
(Tartu Ülikool, 2019) Panfilova, Aleksandra; Shtaida, Nastassia, supervisor; Kivi, Rait, supervisor
In English: There are several levels of the regulation of protein expression. Protein phosphorylation is a common way of signal transduction in cell signaling pathways and it provides a fast response. Some proteins possess so-called phosphodegron sequences, which being phosphorylated send protein for destruction. In this study, phosphodegron from Saccharomyces cerevisiae cyclin Cln2 was used to generate a series of protein tags to affect EGFP fluorescence level. As it was shown by FACS, a fusion of EGFP with degron tags containing either 4 or 5 phosphorylation sites, resulted in 30% decrease in EGFP fluorescence, without significant difference between 4 and 5 phosphosites. Surprisingly, the addition of Cln2 docking motif from Sic1 protein to the degron led to increasing of EGFP fluorescence, in comparison to alanine mutant or non-tagged control. These results require further investigation. In comparison to the fast response from protein phosphorylation, regulation of protein expression at the promoter level is slow. Combination of an inducible promoter, which activity can be tightly regulated, with phosphodegron tag can provide additional control lever for fine-tuning of protein expression. To do that, yeast strains carrying EGFP under control of inducible pLexAt promoter was created using CRISPR/Cas9-mediated transformation. These strains will be further used in the laboratory for tagging with phosphodegrons. Eesti keeles: Rakus kontrollitakse valgutasemeid mitmel erineval moel. Signaaliülekandes on levinud meetod valkude fosforüülimine, mis võimaldab väga kiiret vastust keskkonnas toimunud muutustele. Mõnedes valkudes on olemas niiöelda fosfodegronid – valgujärjestused, mille fosforüülimise tagajärjel suunatakse valk lagundamisele. Antud töös kasutati S. cerevisiae Cln2 valgust pärineva fosfodegroni erinevaid mutante, mis seoti GFP külge ja jälgiti, kuidas GFP fluorestsents selle tagajärjel muutub. FACSiga mõõtmised demonstreerisid, et 4 või 5 fosfosaidiga degronid vähendasid GFP fluorestsentsi 30%. Üllatava tulemuseni viis Sic1 valgust pärineva Cln2 seondumissaidi lisamine degroni järjestusele, mille tagajärjel võis näha valgu degradatsiooniefektiivsuse vähenemist. Saadud tulemused väärivad edasist uurimistööd. Võrreldes valkude fosforüülimisega on promootori tasemel valguekspressiooni kontroll suhteliselt aeglane. Kombineerides aga valguekspressiooni indutseeritava promootori alt fosfodegronitega, saame tekitada lisakontrolli valguekpressiooni väga täpsel reguleerimisel. Sellise süsteemi loomiseks viidi CrispR/Cas9 meetodi abil pärmi genoomi eGFP koos indutseeritava pLexA promootoriga. Saadud tüve kasutatakse edasiste katsete käigus, kus plaanitakse GFP-d fosfodegronitega modifitseerida.
The Roles for Early Responsive to Dehydration 15 and Early Responsive to Dehydration 15-Like in Guard Cells Functioning
(Tartu Ülikool, 2019) Hossain, MD Sakhawat; Yarmolinsky, Dmitry, supervisor; Gerhold, Joachim Matthias, supervisor
In English: Availability of water is important for plants as it is frequently a limiting stress factor for plants. Drought is one of the most common environmental stresses that soil plants are exposed to and it distresses the growth and development of plants through interchanges in absorption and gene expression. Abscisic acid (ABA) regulates many aspects of plant adaptation to stress conditions, including closure of stomatal pores, located on leaf surfaces and regulating water loss and CO2 uptake for photosynthesis. It is known from previous studies that overexpression of ERD15 (EARLY RESPONSIVE TO DEHYDRATION 15) in Arabidopsis plants results in an impaired response to ABA and enhanced sensitivity to drought. Our previous studies also showed that one of the ERD15 overexpressor lines had a secondary mutation in TREHALOSE-6-PHOSPHATE PHOSPHATASE (TPP) B, resulting in reduced stomatal response to ABA and darkness. To verify this notion, we characterized stomatal behavior of the novel double mutants carrying ERD15 overexpression and knockout of TPPB and TPPG. We also used BiFC (Bimolecular fluorescence complementation) to study protein-protein interactions of potential partners for ERD15 and ERD15-like, showing high similarity to ERD15. Our results show that phenotype in the double mutants had unaffected stomatal responses to ABA and darkness, while PAB4 (Poly(A)-binding protein 4) strongly interact with both ERD15 and ED15-like. Eesti keeles: Vee kättesaadavus taimedele on oluline, kuna see on sageli limiteerivaks stressifaktoriks taimede kasvule ja arengule. Põud on üks sagedasemaid keskonnast tingitud stressistiimuleid taimedele, häirides nende kasvu ja arengut absorptsiooni ja geeniekspressiooni vaheliste muutuste kaudu. Abstsiishape (ABA) reguleerib taimede adapteerumist stressitingimustes, muuhulgas õhulõhede sulgumist, mis asuvad lehepindadel ning reguleerivad vee kadu ning CO2 neeldumist fotosünteesiprotsessis. Eelnevatest uuringutest on teada, et ERD15 üleekspressioon Arabidopsis’es põhjustab häirunud ABA vastust ning suurenenud tundulikkust põuale. Meie varasemad uuringud on näidanud, et üks ERD15 üleekspresseerivatest liinidest omas sekundaarset mutatsiooni trehaloos-6-fosfaat fosfataas (TPP) B geenis, põhjustades vähenenud õhulõhede vastust ABA-le ning pimedusele. Selle kinnitamiseks iseloomustasime uute topeltmutantide, mis ekspresseeruvad üle ERD15 geeni ning kannavad TPPB ja TPPG KO (knockout), õhulõhede käitumist. Oma töös kasutasin bimolekulaarse fluorestsentsi komplementatsiooni (BiFC - biomolecular fluorescence complementation) uurimaks ERD15 ja ERD15-sarnase (omab kõrget sarnasust ERD15-ga) geenide potentsiaalseid interaktsioonipartnereid. Meie tulemused näitasid, et topeltmutantide fenotüüpidel puudusid muutused õhulõhede vastustes ABA-le ja pimedusele, samal ajal kui PAB4 (poly(A)-seonduv valk 4) omas tugevat interaktsiooni ERD15 ja ERD15-sarnase valkudega.
RNA Granules in Human Neuroblastoma Cell Line SH-SY5Y
(2020) Astapenka, Artur; Pulk, Arto; Kipper, Kalle
We aimed to establish a protocol for the purification of neuronal RNA granules from all-trans retinoic acid differentiated human neuroblastoma cell line SH-SY5Y. Different bio-chemical purification methods were tested for obtaining a homogenous preparation of RNA granules for later structural analysis by cross-linking coupled mass-spectrometry or single-particle cryo-electron microscopy. The major problem encountered was a significant amount of copurifying cellular glycogen granules in the RNA granule preparations obtained by a combination of velocity sedimentation and size-exclusion chromatography. However, a ma-jority of the contaminating glycogen could be removed from the RNA granule preparations using a maltose-binding protein (MBP) or artificial FLX protein based Ni-Sepharose or Flag-resin affinity chromatography. Besides, changes in the expression levels of mRNAs im-portant for neuronal differentiation and synaptic function upon SH-SY5Y differentiation were analyzed. A western blot analysis revealed the presence of key RNA granule compo-nents previously identified in rat cortical RNA granules (e.g. CAPRIN-1, G3BP-1, and G3BP-2) in the SH-SY5Y derived RNA granules. In estonian: Käesoleva bakalaureusetöö eesmärgiks oli välja töötada meetodid inimese luuüdikasvajast pärit SH-SY5Y rakuliini kasutamiseks in vitro mudelsüsteemina neuronaalsete RNA graanulite ekspressiooniks ja puhastamiseks. Töö käigus testiti erinevaid biokeemilise puhastamise meetodeid võimalikult homogeense RNA graanulite preparatsiooni valmistamiseks retinoolhappe toimel differentseeritud SH-SY5Y rakkudest hilisemaks RNA graanulite struktuuri analüüsiks ristsidumise massispektromeetria või krüo- elektronmikroskoopia abil. Peamiseks raskuseks osutus töös glükogeeni graanulite kaasapuhastumine RNA graanulitega. RNA graanulite esialgse preparaadi täiendav puhastamine maltoosi siduva valgu või tehisvalgu FLX afiinsusresinil (Ni-sefaroos või Flag, vastavalt) võimaldas siiski kontamineerivat glükogeeni edukalt eemaldada. Töö käigus analüüsiti lisaks retinoolhappe poolt indutseeritud differentseerumisega kaasnevaid muutusi neuronaalsete mRNA-de ekspressioonitasemes SH-SY5Y rakkudes. Western blot analüüs tuvastas roti ajukoorest eraldatud RNA graanulitele omaste oluliste RNA graanuli funktsiooni regulerivate valkude nagu Caprin-1, G3BP-1 ja G3BP-2 olemasolu SH-SY5Y rakkudest eraldatud RNA graanulites.
Liquid Biopsy Approach in Precision Oncology
(2020) Ruiz Acosta, Alberto; Kurg, Ants
Liquid biopsy serves as a tool to analyse cell-free nucleic acids (cfNAs) and circulating tu-mour cells (CTCs) in blood or other body fluids in individuals with cancer. These are con-sidered promising diagnostic and prognostic biomarkers but new discoveries are still being made in regard to their heterogeneity, therefore it is critical to continue researching to demonstrate a clinical advantage in precision oncology. For now they promise to reveal mo-lecular characterisation of tumours which can change the prognosis, monitoring and post-therapy of cancer care. This is challenging because the technologies and methodologies are still not mature enough for capturing and isolating viable cells. Higher affinity and sensitive techniques including a combination of these may result in an efficient characterisation of CTCs and cfNAs. From pre-treatment of blood samples to post-analysis of isolated markers it is required to standardize and regulate methods in order to prove clinical utility, as of now this remains in the experimental phase. Microfluidic systems have become an influential tool in cancer studies for their capability to analyse single cells or molecules and its integration with other techniques, miniaturization and fast analysis which will help overcome challenges these biomarkers face to eventually replace traditional biopsy with liquid biopsy. In estonian: Bakalaureusetöö on kirjutatud inglise keeles, kirjanduse põhjal ning on klassikalise ülesehi-tusega koosnedes sissejuhatusest, kirjanduse ülevaatest, töö eesmärkidest, diskussioonist ja kokkuvõttest. Töö on esitatud 40-l leheküljel, sisaldades ka ühe joonise ja neli tabelit. Töö koostamisel on kasutatud 48 kirjanduse allikat. Töö põhisisuks on ülevaate andmine erinevatest vedelbiopsia meetoditest, mille abil saab vähi patsientidel analüüsida veres või muudes kehavedelikes ringlevaid rakuvabasid nuk-leiinhappeid (cfNAd) ja ringlevaid vähirakke (CTCd). Neid peetakse paljutõotavateks diag-nostilisteks ja prognostilisteks biomarkeriteks, mis võimaldavad senisest paremini ning mitte-invasiivselt iseloomustada kasvajaid molekulaarsel tasemel. See on väga oluline vähi patsientide personaalses ravis, võimaldades kasvajate tekke ja arengu paremat jälgimist ning ravi. Töös on kirjeldatud cfNA-de ja CTC-de olemust, päritolu, eraldamist ning analüüsiks kasutatavaid tehnoloogiaid. Samuti on võrreldud vedelbiopsia kasutatavust ja perspektiive tänapäeval traditsiooniliselt rakendatava klassikalise biopsia meetoditega. Arutelu osas on antud ülevaade meetodite hetkeseisust ja võimalikest arengutest tulevikus.
Shungite as a Catalyst Support for Highly Active Bifunctional Oxygen Electrocatalyst
(2020) Kazimova, Nargiz; Kongi, Nadezda; Tammeveski, Kaido
Metal-air batteries (MABs) and regenerative fuel cells (RFCs) are based on oxygen evolu-tion reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR). Creating efficient bifunctional oxygen electrocatalysts to promote both OER and ORR simultaneously is highly desirable but full of great challenges. The major limitation is that active ORR catalysts are often not efficient for OER, and vice versa. Therefore, the development of novel bifunctional oxygen electrocatalyst should ensure the exhibition of high activity for both reactions. In this work, electrochemically active and stable bifunctional catalyst materials were prepared from natu-rally occurred shungite-derived carbon material doped with nitrogen, iron, and cobalt. Prior doping, the purification of raw shungite powder was optimized and the surface morphology, structure and porosity of all samples were extensively investigated by SEM, HRTEM, XRD, Raman spectroscopy, and the BET method. Bifunctional electrocatalytic activity and stabil-ity of shungite-based materials were examined toward ORR and OER in 0.1 M KOH solution by the rotation disk electrode (RDE) method. Shungite-based catalyst doped with iron and cobalt had much lower OER overpotentials compared to commercial RuO2 benchmark and the overall oxygen electroactivity parameter (ΔE) was close to that obtained for noble metal-based commercial electrocatalysts (Pt/C + RuO2). Electrochemical stability of bimetallic shungite-based catalysts examined by the chronoamperometry technique was superior to that obtained with commercial electrocatalysts. In estonian: Metall-õhk akudes (MAB) ja regeneratiivsetes kütuseelementides (RFC) on olulised hapniku eraldumisreaktsioon (OER) ja hapniku redutseerumisreaktsioon (ORR). Tõhusate bifunktsionaalsete ORR/OER katalüsaatorite loomine on suur väljakutse. Peamine piirang on see, et aktiivsed ORR-katalüsaatorid ei ole OER-i jaoks sageli efektiivsed ja vastupidi. Seetõttu peaks uudsete bifunktsionaalsete hapniku elektrokatalüsaatorite väljatöötamine ta-gama kõrge aktiivsuse mõlemale reaktsioonile. Selles bakalaureusetöös valmistati elektro-keemiliselt aktiivsed ja stabiilsed katalüsaatorid kasutades looduslikult esinevast šungiidist saadud süsinikmaterjali dopeerimist lämmastiku, raua ja koobaltiga. Eelnevalt optimeeriti šungiidipulbri puhastamisprotseduuri ning seejärel uuriti materjalide pinna morfoloogiat, struktuuri ja poorsust kasutades SEM, HRTEM, XRD, Ramani spektroskoopia ja BET mee-todit. Šungiidipõhiste materjalide bifunktsionaalset elektrokatalüütilist aktiivsust ja stabiil-sust uuriti pöörleva ketaselektroodi (RDE) meetodil ORR ja OER suhtes 0,1 M KOH lahu-ses. Raua ja koobaltiga dopeeritud šungiidipõhistel katalüsaatoritel oli OER-i ülepinge palju madalam kui kommertsiaalsel RuO2 katalüsaatoril ja hapniku elektroaktiivsuse parameeter (ΔE) oli lähedane väärismetallidel põhinevate kommertsiaalsete elektrokatalüsaatorite (Pt/C + RuO2) omale. Kronoamperomeetria meetodil uuritud bimetalsete šungiidil põhinevate ka-talüsaatorite elektrokeemiline stabiilsus oli parem võrreldes kommertsiaalsete elektrokata-lüsaatorite stabiilsusega.
Characterisation of starter culture for yoghurt design
(2020) Salabeea, Tovidya Devi Pavina; Maruste, Regina; Lahtvee, Petri-Jaan
Yoghurt is produced by the fermentation of milk by two primary thermophilic lactic acid bacteria - Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. These two bacteria are the most essential components of the starter culture that makes up this dairy product. The thesis work represents part of a larger project, where a number of yoghurt strains are characterized as an input to a modeling approach for genotype-to-phenotype predictions for the selection of the best consortia. In the current study, batch experiments in anaerobic bottles were carried out for one strain of each microorganism and these two strains in a consortium. Growth curves were collected by measuring the optical density of samples over time and extracellular metabolites were analysed using High-Performance Liquid Chromatography. As results, the growth of the strains is compared as monoculture and co-culture and a qualitative analysis of metabolites is performed. The specific growth rate of the co-culture is higher than that of the mono cultures. Compounds contributing to the flavour of the yoghurt are detected amongst others. In estonian: Jogurtit toodetakse kääritamise meetodil, kus põhikomponendiks on kaks primaarset termofiilset piimhappebakterit - Streptococcus thermophilus ja Lactobacillus deldrueckii subsp. bulgaricus. Need kaks bakterit on antud piimatoote koostises oleva algkultuuri kõige olulisemad komponendid. Lõputöö on osa suuremast projektist, kus kirjeldatakse mitmeid jogurtitüvesid, kui sisendit genotüübi ja fenotüübi ennustamise modelleerimisele, parima konsortsiumi valimisel. Selles uuringus tehti anaeroobsetes pudelites partiikatseid, iga mikroorganismi ühe tüve ja nende kahe tüve kohta konsortsiumis. Kasvukõverad koguti, mõõtes proovide optilist tihedust aja jooksul ja rakuväliseid. Metaboliite analüüsiti kõrgtehnoloogilise vedelikkromatograafia abil. Tüvede kasvu võrreldakse monokultuuri ja ühiskultuurina ning viiakse läbi metaboliitide kvalitatiivne analüüs. Kopokultuuri erikasvumäär on kõrgem kui monokultuuridel. Muu hulgas tuvastatakse jogurti maitset soodustavad ühendid.
Quantitative evaluation of sodium and potassium salts stress in yeasts
(2020) Illarionov, Aleksandr; Kumar, Rahul; Lahtvee, Petri-Jaan
Saline stress is commonly encountered by microbial cell factories. The molecular mechanisms of saline stress are identified in the conventional budding yeast Saccharomyces cerevisiae that is used in biotechnology. However, for diversification of microbial cell factories, non-conventional yeasts provide an attractive opportunity but saline stress in these yeasts is not very well investigated. This thesis is focused on achieving foundational understanding of morphological and physiological response to saline stress of conventional and non-conventional yeasts by comparing Saccharomyces cerevisiae W303 and CEN.PK113-7D together with Kluyveromyces marxianus and Rhodotorula toruloides. The results showed that effects of Na+ stress could be ameliorated by potassium supplementation in S. cerevisiae CEN.PK113-7D increasing its specific growth rate by almost four-fold. In addition, combination of sodium and potassium salts resulted in impaired acetic acid and/or ethanol metabolism in S. cerevisiae. Further, in this thesis, a neural network-based image analysis software pipeline for a quantitative evaluation of saline stress response was developed that could be used to determine differences in cell volume among the strains. Quantitative image analysis found a high variability in cell volume dynamics implying distinct stress response mechanisms among different yeasts. The cell volume differences could be used to model saline stress responses in various bioprocesses in biotechnology. In estonian: Kõrgete soola kontsenteratsioonide poolt põhjustatud osmootne stress on levinud stressifaktor tööstuslikult kasutavatele mikroorganismidel põhinevatele rakuvabrikutele. Soola stressi molekulaarsed mehhanismid on tuvastatud tavapärases punguvas pärmis Saccharomyces cerevisiae, mida kasutatakse biotehnoloogias. Mittekonventsionaalsed pärmid kujundavad endast atraktiivset võimalust mikrobioloogiliste rakuvabrikute diversifitseerimiseks, kuid soola stress sellistes pärmides on tänini praktiliselt kirjeldamata. Käesoleva bakalaureusetöö eesmärk on fundamentaalse arusaama saavutamine konventsionaalsete ja mittekonventsionaalsete pärmide ja nende soola stressi morfoloogilise ja füsioloogilise vastuste suhtes. Võrdluseks on kasutatud Saccharomyces cerevisiae CEN.PK113-7D ja W303, Kluyveromyces marxianus ja Rhodotorula toruloides pärmide tüvesid. Tulemused näidavad, et naatriumi tingitud stressi effektid võib leevendada kaaliumi lisamisega pärmis S. cerevisiae CEN.PK113-7D, peaaegu neljakordistades tema erikasvukiirust. Lisaks, naatriumi ja naatriumi/kaaliumi kombinatsioonid põhjustasid nõrgenenud atsetaadi ja/või etanooli metabolismi pärmis S. cerevisiae. Peale selle, tehisnärvivõrgul põhinev pilditöötluse tarkvara oli välja töötatud soola stressist põhjustatud rakkude ruumala muutuste kvantitatiivseks analüüsiks. Kvantitatiivne piltide analüüs on leidnud suurt variatiivsust rakkude mahus, vihjates eristuvatele stressile vastuste mehhanismidele erinevates pärmides. Rakkude mahu erinevusi võib kasutada soola stressile vastuste modelleerimiseks mitmesugustes biotehnoloogia bioprotsessides.
Oxygen Reduction Catalysts Based on Iron and Cobalt Phthalocyanine Modified Shungite
(2020) Tkesheliadze, Tinatin; Mooste, Marek; Tammeveski, Kaido
Electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) activity was studied on natural shungite-based materials prepared by functionalisation with Fe- and Co-phthalocyanine (Pc) com-plexes via pyrolysis. Structural and elemental composition of the pristine and modified cat-alysts were studied using several physical characterisation methods. The ORR activity of the materials was assessed by the rotating disc electrode method in alkaline and acidic media, resulting in superior ORR performance of KOH-treated FePc modified shungite material in 0.1 M KOH solution. Stability testing performed on most active catalysts in alkaline media showed a high stability of the prepared shungite-based electrocatalysts. The testing in 0.5 M H2SO4 solution also revealed the superior ORR activity of KOH-treated FePc modified shungite material. In estonian: Käesolevas töös uuriti hapniku redutseerumist katalüsaatormaterjalidel, mis põhinesid püro-lüüsi teel valmistatud Fe- ja Co-ftalotsüaniiniga (Pc) modifitseeritud šungiidil. Valmistatud materjalide omadusi uuriti mitmete füüsikaliste karakteriseerimismeetoditega. Hapniku elektrokeemilist redutseerumist valmistatud materjalidel uuriti nii aluselises kui ka happeli-ses lahuses. Kõige aktiivsem hapniku redutseerumise katalüsaator aluselise keskkonna jaoks valmistati KOH lahuses töödeldud šungiidist, mis oli modifitseeritud FePc ühendiga. Sta-biilsustestid 0,1 M KOH lahuses näitasid valmistatud katalüsaatormaterjalide head stabiil-sust. Happelises keskkonnas tehtud eksperimendid näitasid samuti kõige paremat aktiivsust hapniku redutseerumiseks KOH lahuses töödeldud ja FePc ühendiga valmistatud materjalil.

Browse

Browsing Science and Technology - Bachelor's theses. Kuni 2024 by Issue Date