KŘÁPKOVÁ, M. Dynamický model produkce polyhydroxyalkonoátů termofilní bakterií S. thermodepolymerans [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2021.
Studentka Monika Křápková se ve své práci zabývá velmi podrobnou a mezioborovou analýzou genomu termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans a způsoby, kterými bakterie produkuje bioplasty. V teoretické části práce pojednává o biologických sítích, výpočetních aparátech použitelných pro konstrukci takových sítí, možnostech jejich dynamické analýzy a také laboratorními technikami nutnými pro akvizici potřebných dat. Celkově je literární rešerše na vysoké úrovni a je podložena kvalitními referencemi. V praktické části práce studentka posbírala všechny dostupné informace o produkci polyhydroxyalkanoátů (PHA) termofilními bakteriemi a tyto informace využila pro sestavení dynamického modelu produkce PHA. Tento model následně upravila tak, aby odpovídal chování bakterie S. thermodepolymerans, která se vyznačuje například tím, že jako substrát preferuje xylózu. Podrobnou analýzou genomu bakterie a jeho funkční anotace zjistila, že bakterii chybí geny pro jinak velmi časté enzymy pentózového cyklu. Analýzou toku substancí skrz síť pak predikovala možné dráhy, které bakterie využívá místo drah chybějících a všechny výsledky řádně diskutovala. Zadání tedy považuji za bezezbytku splněné. K práci přistupovala studentka velmi svědomitě a jednotlivé kroky pravidelně konzultovala. Po formální stránce je práce na výborné úrovni, je psaná anglicky, srozumitelným jazykem a je prosta překlepů. Výtku mám pouze k tomu, že dílčí výsledky nebyly publikovány na studentské konferenci. Protože však práce přináší zásadní původní výsledky, hodnotím ji jako výbornou.
Diplomová práce Bc. Moniky Křápkové se věnuje otevřenému výzkumnému tématu rekonstrukce metabolických procesů gram-negativní bakterie Schlegelella. thermodepolymerans se specifickým zaměřením na optimální produkci polyhydroxyalkanoátu (PHA). Cílový přínos práce spočívá ve dvou aspektech: 1) kompilace existujících znalostí o metabolismu Schlegelella, 2) vytvoření abstraktních modelů postavených na těchto znalostech, 3) analýzu modelů s ohledem na hypotézu o optimálním módu produkce PHA při kultivaci populace na xylóze. Text práce je rozdělen do sedmi nosných kapitol. Prvních pět kapitol je věnováno přehledu souvisejících technik. metodologie používané v další části, a zavedení výchozí biologické znalosti. Přehled je poměrně obsáhlý (tvoří skoro polovinu práce). Nemám zde zásadních výhrad, byť některé aspekty jsou uchopeny poměrně svérázně (např. výběr konkrétních softwarových nástrojů — bylo by vhodné diskutovat proč se z těch “mnoha existujících” zmiňují zrovna zde vybrané, apod.). Osobně bych doporučoval větší soustředění na metody a techniky opravdu relevantní k nosné části. Rešerše byla jedním z požadovaných výstupů, proto by bylo vhodné ji uzavřít adekvátním shrnutím. Určité nesrovnalosti jsou patrné u formalismů a metod. Např. Petriho sítě svým způsobem umožňují asociaci jak tradičních kvalitativních sémantik tak diferenciální sémantiky (ODE) a jsou tedy z tohoto pohledu spíše jedním z ucelených formalismů s širokou škálou možností. Naopak ODE jsou přímým matematickým popisem a představují tedy jednu ze sémantik dynamických systémů. Rule-based metody nejsou primárně stochastické. Opět se jedná o formalismus na vysoké úrovni (jazyk), kterému lze přiřadit libovolný typ sémantiky. Podobná situace převládá u Booleovských sítí, v poslední době jsou vyvíjeny nové sémantiky, které lépe vystihují biologickou situaci např. genové regulace (např. obecná asynchronní sémantika, most-permissive sémantika). Z podstaty správné aplikace výpočetní systémové biologie je tedy nutné dobře odlišit popisnou složku (syntax) a významovou složku (sémantika). Pro utvoření obecnějšího pohledu doporučuji prostudovat některé práce prof. Cardelliho (Univ. of Oxford). Chybí zmínit standardní koncepty SB (SBML, SBGN, apod.) Kapitoly 5-7 předkládají vlastní přínos studentky. Ten je organizován ve formě postupné rekonstrukce abstraktního dynamického modelu ve formě Booleovské sítě. Model je postupně dopracováván na základě doplňování znalostí. Tato část práce je velmi vydařená, ukazuje schopnost studenty postupovat tvůrčí cestou paradigmatem výpočetní systémové biologie. Zahrnutí FBA analýzy k zjištění otázek o influencích v abstraktním modelu je v tomto kontextu originálním krokem, který ukazuje důležitost kombinace různých metod. Vyvrcholením je závěrečná kapitola 7, v níž je analyzována hypotéza utilizace xylózy. Argumentaci (vzhledem k úrovni abstrakce modelu), považuji za velmi zdařilou. Využití analýzy atraktorů k určité crossvalidaci je velmi dobré. Zde se otevírá prostor k ucelenějšímu model-based výzkumu, který nebyl cílem této práce. Text práce je relativně dobře členěn, drobné výtky k přehledové části jsou uvedeny výše. V nosné části se poměrně zbytečně objevuje “inline” představení dalších technik (např. parametrizované sítě, AEON). Toto mělo být součástí přehledové práce (např. místo prostoru věnovaného Petriho sítím). Po jazykové stránce je práce v angličtině na velmi dobré úrovni. Reference jsou velmi obsáhlé a pokrývají adekvátně související zdroje. Práce splňuje všechny body zadání. Celkově se jedná o poměrně rozsáhlý a netriviální projekt využívající paradigma systémové biologie. Metodologicky studentka kombinuje nové techniky, které posilují křížovou validaci diskutovaných úvah. Dle předkládaných výsledků se studentka zajímavého a náročného tématu chopila velmi aktivně a zjištěné výsledky jsou velmi dobrým vkladem do dalšího výzkumu. Závěrem, práce splňuje všechny předpoklady, aby byla uznána jako diplomová. Práci doporučuji k obhajobě a s ohledem na výše zmíněné drobné nedostatky navrhuji ohodnotit 85 body a udělit stupeň B.
eVSKP id 134424