Témata budou schválena vědeckou radou

Evoluční procesy v rodu Ornithogalum
Školitel: RNDr. Michal Hroneš, Ph.D.
Hybridizace a polyploidie představují hlavní mechanismy evoluce krytosemenných rostlin. Jako modelové druhy pro studium obou těchto jevů se obecně používají rostliny s nižšími ploidními úrovněmi a malými velikostmi genomu. Naopak druhy s velkými genomy nebo vysokými ploidními úrovněmi, jako jsou například jednoděložné geofyty, jsou obvykle opomíjeny, přestože tvoří nezanedbatelnou část diverzity krytosemenných rostlin. Cílem projektu je prozkoumat vliv ploidního stupně a hybridizace na vybrané vlastnosti (morfologie, genetická diverzita, fenologie, ekologie ad.) několika druhů rodu snědek (Ornithogalum). Vybraný model zahrnuje diploidně-polyploidní komplexy s vysokými ploidními stupni (až 7x) a druhy se středními až velkými genomy. Řešení projektu bude zahrnovat spektrum biosystematických metod (morfometrická analýza, průtoková cytometrie, molekulární metody atd.), práci v terénu, na experimentální zahradě, v laboratoři a zpracování různých typů dat.

Populační genomika, taxonomie a fylogeografie vybraných zástupců rodu Lactuca
Školitel: RNDr. Miloslav Kitner, Ph.D.
Klasické nástroje populační genetiky (Sangerovo sekvenování, mikrosatelity) neposkytují dostatečně citlivé výstupy pro detekci jemné populačně genetické struktury planých locik (Lactuca spp.). Omezená variabilita je limitující i při řešení problémů spjatých s taxonomií blízce příbuzných taxonů rodu Lactuca. Celogenomového genotypování tyto nedostatky odstraňuje a představuje nové metodické nástroje studia planých locik. Těmito přístupy lze na jemné škále identifikovat kryptické linie uvnitř druhů a přispět k poznání pravděpodobného směru šíření těchto linií v minulosti. Předmětem Ph.D. projektu je bioinformatické zpracování výstupů tří dílčích projektů celogenomového genotypování populací výbraných taxonů planých locik realizovaných metodou DArTseq pro tyto účely:
- Populačně genomická studie lociky kompasové (L. serriola) zaměřená na identifikaci zdrojových populací L. serriola zavlečených z Evropy na severoamerický kontinent, jeho genetická variabilita a popis dalšího šíření druhu v Severní a Jižní Americe.
- Taxonomická studie druhů příbuzných L. virosa (L. virosa, L. georgica, L. livida etc. - „Lactuca virosa complex“).
- Taxonomická studie širšího okruhu zástupců rodu Lactuca.

EKO

Populační dynamika drobných hlodavců v dynamické krajině
Školitel: prof. MVDr. Emil Tkadlec, CSc.

Krajinná epidemiologie klíšťaty přenášených patogenů
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Václavík, Ph.D.

Velikost půdních bloků a biodiverzita v zemědělské krajině
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Václavík, Ph.D.

Reakce epigeonu na změny managementu zemědělské krajiny
Školitel: doc. RNDr. Mgr. Ivan Hadrián Tuf, Ph.D.

Suchozemští stejnonožci nejsou jen v půdě – vertikální aktivita na stromech a zdech
Školitel: doc. RNDr. Mgr. Ivan Hadrián Tuf, Ph.D.

Indikátory kvality půdy v souvislostí s její degradací, zejména erozními procesy
Školitel: prof. Dr. Ing. Bořivoj Šarapatka, CSc.

Optimalizace organizace půdního fondu z pohledu eroze a biodiverzity krajiny
Školitel: prof. Dr. Ing. Bořivoj Šarapatka, CSc.
Konzultant: Ing. Marek Bednář, Ph.D.

Vliv těžkých strojů na říční ekosystémy: obnova degradovaných biotopů reofilních ryb v pstruhových zónách
Školitel: doc. RNDr. Martin Rulík, Ph.D.

Význam vodních ploch v krajině pro výměnu metanu
Školitel: doc. RNDr. Martin Rulík, Ph.D.

Přírodní látky a jejich deriváty s anthelmintickou aktivitou
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Synergistické a antagonistické efekty malých organických látek přírodního původu na růst rostlin
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Přírodní látky: syntéza a studium jejich synergických interakcí s živými organismy
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Degradace cyklinu K a její dopad na proliferaci nádorových buněk
Školitel: prof. RNDr. Vladimír Kryštof, Ph.D.

Modulace aktivity proteinkinas jejich cílenou degradací
Školitel: prof. RNDr. Vladimír Kryštof, Ph.D.

Studium morfogeneze rostlin na (sub)buněčné úrovni
Školitel: prof. Mgr. Ondřej Novák, PhD.

Fytohormony v biostatistice
Školitel: prof. Mgr. Ondřej Novák, PhD.

Design a syntéza heterocyklických derivátů a jejich aplikace v ochraně rostlin před biotickým a abiotickým stresem
Školitel: doc. Mgr. Lucie Plíhalová Ph.D.

Inovativní nástroje chemické biologie: Vývoj fluorescenčně a izotopicky značených molekul pro studium rostlinných systémů
Školitel: doc. Mgr. Lucie Plíhalová Ph.D.

Molekulární mechanizmy interakce kryptochromových a fototropinových světelných signálních drah během vývoje a růstu rostlin
Školitel: prof. RNDr. Martin Fellner, PhD.

Role fytohormonů a externích faktorů při multiplikaci in vitro a následném zakořeňování obtížně množitelných druhů dřevin
Školitel: Mgr. Karel Doležal, Dr., DSc.

Studium sekundárních metabolitů u druhů významných jako rostlinné potraviny pro lidskou výživu
Školitel: doc. Mgr. Danuše Tarkowská, PhD.

Studium interakce primárního a sekundárního metabolismu rostlin
Školitel: doc. Mgr. Danuše Tarkowská, PhD.

Studium metabolismu methioninu a příbuzných sloučenin v rostlinách
Školitel: Mgr. Michal Karady, PhD.

Témata na navržení schválení vědeckou radou

Molekulárně-genetická a funkční analýza genů u sporadických a familiárních forem parkinsonismu
Školitel: RNDr. Ondřej Plíhal, PhD
Konzultant: prof. MUDr. Petr Kaňovský, CSc.

Unknown and underexplored auxin metabolites: synthesis, function, and occurrence in plants
Školitel: Asta Žukauskaite, PhD.

Uncovering subcellular pathways for phytohormone homeostasis in land plants
Školitel: Federica Brunoni Ph.D.

Identifikace a charakterizace neznámých metabolitů v rostlinách a houbách
Školitel: Mgr. Jiří Grúz, Ph.D.

Identifikace a studium glucosyltransfersy v mechu (Physcomitrella patens) zasahující do metabolismu cytokininů
Školitel: Mgr. David Kopečný, Ph.D.

Protein-proteinové interakce jako cíl farmakologické modulace AhR signální dráhy
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

Negativní alosterická modulace AhR receptoru v terapii zánětlivých a nádorových patologií
Školitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák DrSc., Ph.D.

Komplexní analýza genomů ovocných dřevin pomocí genomických přístupů
Školitel: Mgr. Jan Šafář, Ph.D.

Analýza rodičovského konfliktu ve vývoji semen ječmene setého
Školitel: doc. Mgr. Aleš Pečinka, Ph.D.

Genomová struktura a její vliv na fertilitu a stabilitu přirozených a syntetických rostlinných hybridů
Školitel: Mgr. Eva Hřibová, Ph.D.

Systematika a diverzita Elateridae (Coleoptera) a jejich příbuzných se zaměřením na fosilní záznam a nedospělá stádia
Systematics and diversity of Elateridae (Coleoptera) and their relatives with a focus on the fossil record and immature stages
Školitel: Doc. RNDr. Robin Kundrata, Ph.D.

Systematika a ekologie mravenců Melanésie
Systematics and Ecology of Ants of Melanesia
Školitel: Mgr. Milan Janda, Ph.D.

Systematika a fylogeneze vybraných skupin středoamerické herpetofauny
Systematics and phylogeny of selected groups of Central American herpetofauna
Školitel: Doc. RNDr. Mlan Veselý, Ph.D.

Optické detekční systémy kosmického záření – vybrané problémy
Školitel: prof. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Obsahem tématu je studium současných optických detektorů kosmického záření, zapojení se do některého z aktuálních mezinárodních vědeckých projektů výzkumu kosmického záření a účast na výzkumu nových konkrétních typů optických detektorů kosmického záření, včetně účasti na vědecké práci příslušné mezinárodní kolaborace.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.. / prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.

Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.

Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.

Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.

Poškozovaní materiálů způsobené nanosekundovými shluky částic
Školitel: prof. Jan Řídký, DrSc.
Experimenty zaměřené na laserem buzené urychlování částic jsou zdrojem vysoce intenzivních shluků částic o nanosekundových délkách. Tématem práce je studium mechanizmů poškození v materiálech při interakci s takto krátce trvajícími shluky částic.

Kvantové korelace ve vícemódových optických polích  generovaných procesem  spontánní sestupné frekveční konverze
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Budeme studovat kvantové korelace v počtech fotonů vícemódových optických polí, které mají původ v procesu spontánní sestupné frekvenční konverze generující fotonové páry a získaných dalšímí úpravami (např. postselekce). Budeme se zabývat kvantifikací kvantovosti těchto korelací, jejich význačnými vlastnostmi z pohledu fyzikálně zajímavých veličin a aplikačním potenciálem. Budeme rozvíjet teoretické modely pro popis takových polí a ten budeme srovnávat s experimentálními daty. To nám umožní stanovit praktický potenciál těchto polí v různých zejména metrologických aplikacích. Téma může být rozšířeno o experimentální část.

Neklasické vlastnosti jednoduchých PT-symetrických kvantových systémů popisovaných metodami kvantové statistické fyziky
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budeme studovat jednoduché kvantové PT-symetrické i zobecněné systémy jako jsou dvou a více-hladinové atomy a více-módové optické bosonové systémy z pohledu jejich neklasických vlastností. Systémy budeme popisovat pomocí odpovídajících Liouviliánů a velkou pozornost budeme věnovat jejich asymptotickému chování. Pro PT-symetrické systémy jsou zásadní výjimečné body, ve kterých dochází ke kvalitativní změně chování systému, která se dá využít, např. pro zvýšení citlivosti kvantového měření. Budeme identifikovat výjimečné body analyzovaných systémů včetně jejich degenerací a zabývat se chováním neklasičnostíi v okolí těchto bodů. Budeme hledat vhodné aplikace pro využití vlastností těchto systémů.

Exkluzivní procesy jako cesta k Nové Fyzice
Školitel: Mgr. Marek Taševský, PhD. DSc.
Konzultant: RNDr. Karel Černý, PhD.
Standardní model je nesmírně úspěšný v popisu interakcí elementárních částic, nicméně jsou oblasti, které vysvětlit nedokáže, což nazýváme Novou fyzikou. Signály Nové Fyziky se vyskytují i v tzv. exkluzivních procesech. Ty nastávají zřídka, nicméně pozadí k nim je dobře prozkoumáno. Student se seznámí s dopřednou a difrakční fyzikou ve velkých experimentech na velkých urychlovačích částic a s detekčními technikami a generací umělých (Monte Carlo) případů. Student se bude věnovat zpracování realných dat experimentu ATLAS v CERN a fenomenologickým studiím. Důraz na tu, či onu oblast se určí po dohodě se školitelem. Předpokládají se pobyty v CERN.

Studium procesů difrakční produkce na LHC
Školitel: RNDr. Karel Černý, PhD.
Difrakční procesy v proton-protonových či proton-jádrových srážkách, tak jak je pozorujeme nebo budeme pozorovat na LHC, představují svébytnou kinematickou oblast interakcí. Částice v počátečním stavu mohou přečkat interakci beze změny svých aditivních kvantových čísel, přičemž neelasticky předaná energie ve srážce vede ke vzniku systému sekundárních částic, podobně jako v nedifrakčních interakcích. Kinematika konečného stavu difrakčních procesů obsahuje původní částice rozptýlené pod malými úhly, které si uchovávají značnou frakci své původní hybnosti. Tato signatura umožňuje experimentálně oddělit a identifikovat difrakční procesy.  Experiment ATLAS na LHC nasbíral a bude sbírat data, která umožňují difrakční procesy studovat. Důležitým aspektem analýzy dat z LHC je také studium simulovaných dat získaných pomocí generátorů srážek založených na metodě Monte Carlo, které provádějí integraci teoretických účinných průřezů a zároveň náhodné generování událostí těchto srážek.  Práce na vývoji generátorů difrakčních procesů byla v posledních letech poměrně zanedbaná, což otevírá příležitost významně přispět a podpořit rozvoj této oblasti.

Kolektivní měření pro kvantovou komunikaci
Školitel: doc. Mgr. Karel Lemr, Ph.D.
Kolektivní měření jsou měření prováděná na více kopiích testovaného stavu současně. Ukazuje se, že umožňují velice efektivně určit klíčové vlastnosti kvantových stavů, jako jsou různé míry provázanosti nebo jiné silnější kvantové korelace. Zároveň mohou být kolektivní měření nasazena přimočaře v kvantových komunikačních sítích a mohou sloužit jako základ pro klíčové protokoly nezbytné k testování funkčnosti rozsáhlých kvantově-komunikačních sítí spojujících vícero uživatelů. Výzkum v této oblasti tak nabízí potenciál jak pro základní výzkum směřující k odhalení zajímavých vlastností přírody, tak k vývoji protokolů aplikovatelných v praktické kvantové komunikaci.

Fisherova informace v klasické a kvantové optice
Školitel: doc. RNDr. Pavel Pavlíček, Ph.D.
Fisherova informace je veličina, která umožňuje výpočet nejistoty, s jakou lze určit hodnotu určitého parametru. V klasické a kvantové optice je využívána k výpočtu nejistoty, s jakou lze určit hodnotu fáze v Machově – Zehnderově interferometru. Budou provedeny výpočty nejistoty měření pro různé druhy světla. Vzájemně budou srovnány výsledky dosažené pomocí klasických a kvantových metod.

Charakteristiky nízkofotonových detektorů pro neutrinové experimenty nové generace
Školitel: Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.
Experiment WCTE (Water Cherenkov Test Experiment) je běžícím experimentem na svazku sekundárních částic v laboratoři CERN. Jeho účelem je prověřit technologie pro budovaný neutrinový experiment Hyper-Kamiokande (Hyper-K) a změřit některé účinné průřezy částic jako jsou miony či piony při průchodu látkou. Test beam kampaně se zaměřovaly jak na monitoring složení svazku pomocí aerogelových Cherenkovských detektorů a time-of-flight scintilačních detektorů, a to s využitím fotonásobičů a digitálního vyčítání a následného zpracování dat, tak na test multi-PMT modulů pro detektory IWCD (Intermediate Water Cherenkov Experiment) a samotný experiment Hyper-K. Tento bude sestaven v roce 2028 a začne se sběrem kalibračních a fyzikálních dat.  Pro jeho fyzikální program budou důležité simulace a studie proveditelnosti, práce na rekonstrukci kinematiky částic produkujících čerenkovské signály, a separace signálu od pozadí. Student přispěje k testování fotonásobičů pro detektory IWCD a Hyper-K ve Společné laboratoři optiky a bude mít dále možnost zapojit se aktivně do analýzy stávajících dat z experimentu WCTE. Seznámí se s nástroji pro analýzu dat ve fyzice vysokých energií na malé verzi detektoru pro budoucí neutrinové observatoře a zapojí se do konstrukce, simulací a příp. též analýzy dostupných dat z experimentu Hyper-K.

Simulace a analýza dat pro experimenty WCTE a Hyper-Kamiokande
Školitel: Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.
Experiment WCTE (Water Cherenkov Test Experiment) je běžícím experimentem na svazku sekundárních částic v laboratoři CERN. Jeho účelem je prověřit technologie pro budovaný neutrinový experiment Hyper-Kamiokande (Hyper-K) a změřit některé účinné průřezy částic jako jsou miony či piony při průchodu látkou. Test beam kampaně se zaměřovaly jak na monitoring složení svazku pomocí aerogelových Cherenkovských detektorů a time-of-flight scintilačních detektorů, a to s využitím fotonásobičů a digitálního vyčítání a následného zpracování dat, tak na test multi-PMT modulů pro experimenty IWCD (Intermediate Water Cherenkov Experiment) a Hyper-K. Tento bude sestaven v roce 2028 a začne se sběrem kalibračních a fyzikálních dat.  Pro jeho fyzikální program budou důležité simulace a studie proveditelnosti, práce na rekonstrukci kinematiky částic produkujících čerenkovské signály, a separace signálu od pozadí.
Student bude mít možnost přispět do simulací experimentu WCTE a Hyper-Kamiokande v programu WCSim založeného na nástroji Geant4; a dále s pomocí dostupných rekonstrukčních nástrojů založených na věrohodnosti (fitQun) či metodách strojového učení  (WatChMaL) na analýze dat z experimentu WCTE z roku 2024.
Seznámí se s nástroji pro analýzu dat ve fyzice vysokých energií na malé verzi detektoru pro budoucí neutrinové observatoře a zapojí se do konstrukce, simulací a příp. též analýzy dostupných dat z experimentu Hyper-K.

Regulace primárních reakcí fotosyntézy u vybraných druhů rostlin
Školitel: Prof. RNDr. Petr Ilík, Ph.D.

Rozmanitost trávicích soustav u masožravých rostlin a jejich regulace
Školitel: Doc. Mgr. Andej Pavlovič, Ph.D.

Interakce cytokininové a fytochromové signální dráhy v regulaci listové senescence
Školitel: Doc. RNDr. Martina Špundová, Ph.D.

Světlem aktivovaná metalofarmaka pro cílenou protinádorovou terapi
Školitel: Prof. RNDr. Viktor Brabec, PhDr.

Ovlivnění rezistence nádorových buněk k chemoterapii s cílem obnovit jejich citlivost k novým, existujícím a dosud neúspěšným metalofarmakům
Školitel: Prof. RNDr. Viktor Brabec, PhDr.

Oxidativní modifikace proteinů a lipidů v nádorových buňkách
Školitel: Prof. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Ultra-slabá emise fotonů v živočišných buňkách
Školitel: Prof. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Detekce poruch kmitání hlasivek z klinických vysokorychlostních videokymografických a elektroglotografických záznamů pomocí strojového učení
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.

Studium tvorby hlasu pomocí biologických modelů
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.

Studium tvorby hlasu pomocí matematicko-fyzikálních modelů
Školitel: prof. RNDr. Jan Švec, Ph.D. et Ph.D.

Nová metalofarmaka pro fotoaktivovatelnou terapii
Školitel: Mgr. Jitka Prachařová, Ph.D..

Strukturní změny fotosyntetického aparátu při optimalizaci konverze světelné energie u rostlin a řas
Školitel: RNDr. Roman Kouřil, Ph.D.

Analýza vlastností parametrické sestupné konverze
Školitel: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.. / prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Modelování a experiment procesu spontánní parametrické sestupné konverze, měření korelací technikami čítání fotonů i na klasické úrovni.

Fotopulzní statistiky v nelineárních optických procesech a jejich měření
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budou studovány teoretické modely fotopulzních statistik v různých nelineárních optických procesech. Důraz bude kladen na optické parametrické procesy. Vlastnosti polí budou diskutovány s ohledem na experiment.

Charakterizace parametrických procesů v nelineárních periodicky pólovaných prostředích
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Prostorové vlastnosti svazků. Studium účinnosti různých procesů. Optimalizace generace sestupné frekvenční konverze.

Studium moderních materiálů pomocí optických spektroskopických metod
Školitel: doc. RNDr. Jan Soubusta, Ph.D.
Měření absorpčních, fluorescenčních a časově-rozlišených fluorescenčních spekter uhlíkových, kovových a oxidokovových nanostruktur. Vývoj příslušných metod.

Kvantové korelace ve vícemódových optických polích  generovaných procesem  spontánní sestupné frekveční konverze
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Konzultant: prof. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D.
Budeme studovat kvantové korelace v počtech fotonů vícemódových optických polí, které mají původ v procesu spontánní sestupné frekvenční konverze generující fotonové páry a získaných dalšímí úpravami (např. postselekce). Budeme se zabývat kvantifikací kvantovosti těchto korelací, jejich význačnými vlastnostmi z pohledu fyzikálně zajímavých veličin a aplikačním potenciálem. Budeme rozvíjet teoretické modely pro popis takových polí a ten budeme srovnávat s experimentálními daty. To nám umožní stanovit praktický potenciál těchto polí v různých zejména metrologických aplikacích. Téma může být rozšířeno o experimentální část.

Neklasické vlastnosti jednoduchých PT-symetrických kvantových systémů popisovaných metodami kvantové statistické fyziky
Školitel: prof. RNDr. Jan Peřina Ph.D.
Budeme studovat jednoduché kvantové PT-symetrické i zobecněné systémy jako jsou dvou a více-hladinové atomy a více-módové optické bosonové systémy z pohledu jejich neklasických vlastností. Systémy budeme popisovat pomocí odpovídajících Liouviliánů a velkou pozornost budeme věnovat jejich asymptotickému chování. Pro PT-symetrické systémy jsou zásadní výjimečné body, ve kterých dochází ke kvalitativní změně chování systému, která se dá využít, např. pro zvýšení citlivosti kvantového měření. Budeme identifikovat výjimečné body analyzovaných systémů včetně jejich degenerací a zabývat se chováním neklasičnostíi v okolí těchto bodů. Budeme hledat vhodné aplikace pro využití vlastností těchto systémů.

Kolektivní měření pro kvantovou komunikaci
Školitel: doc. Mgr. Karel Lemr, Ph.D.
Kolektivní měření jsou měření prováděná na více kopiích testovaného stavu současně. Ukazuje se, že umožňují velice efektivně určit klíčové vlastnosti kvantových stavů, jako jsou různé míry provázanosti nebo jiné silnější kvantové korelace. Zároveň mohou být kolektivní měření nasazena přimočaře v kvantových komunikačních sítích a mohou sloužit jako základ pro klíčové protokoly nezbytné k testování funkčnosti rozsáhlých kvantově-komunikačních sítí spojujících vícero uživatelů. Výzkum v této oblasti tak nabízí potenciál jak pro základní výzkum směřující k odhalení zajímavých vlastností přírody, tak k vývoji protokolů aplikovatelných v praktické kvantové komunikaci.

Fisherova informace v klasické a kvantové optice
Školitel: doc. RNDr. Pavel Pavlíček, Ph.D.
Fisherova informace je veličina, která umožňuje výpočet nejistoty, s jakou lze určit hodnotu určitého parametru. V klasické a kvantové optice je využívána k výpočtu nejistoty, s jakou lze určit hodnotu fáze v Machově – Zehnderově interferometru. Budou provedeny výpočty nejistoty měření pro různé druhy světla. Vzájemně budou srovnány výsledky dosažené pomocí klasických a kvantových metod.

Optimalizace UV Ramanova spektrometru s excitační vlnovou délkou v oblasti 207 - 250 nm
Školitel: RNDr. Josef Kapitán, Ph. D.
Zesílení rezonance je jedním ze způsobů, jak zvýšit citlivost Ramanovy spektroskopie jako analytické techniky používané v mnoha aplikacích, z nichž jednou je studium struktury peptidů a proteinů. Velmi aktivním a otevřeným tématem posledních let je také studium vlastností chirálních molekul pomocí rezonanční Ramanovy optické aktivity. Disertační práce bude zaměřena na optimalizaci Ramanova spektrometru s excitačními vlnovými délkami v rozsahu 207-250 nm, zejména s ohledem na rozšíření spektrometru pro přesná polarizační měření. Vyvinuté zařízení se stane základem pro experimenty v oblasti Ramanovy spektroskopie a Ramanovy optické aktivity, a to jak v aplikovaném (studium konformačního a dynamického chování biomolekul v roztoku), tak i základním výzkumu (studium elektronové a vibrační struktury molekul).

Experimentální realizace optického rozhraní mezi ionty v Paulových pastích a levitujícími nanočásticemi
Školitel: Mgr. Lukáš Slodička, Ph.D.

Kvantově termodynamické procesy v nelineárních optických systémech
Školitel: prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.
Nalezení systémů transformujících základní termodynamické veličiny jako práce, teplo a vnitřní energie na úrovni malého množství vzájemně interagujících optických módů, prozkoumání role informace v těchto procesech. Možné aplikace v kvantové informatice a metrologii.

Nelineární interakce mezi mikrovlnnými módy
Školitel: Mgr. Ondřej Černotík, Ph.D.
Supravodivá kvantová zařízení vykazují silnou nelinearitu způsobenou Josephsonovým efektem, což umožňuje řadu aplikací v kvantových technologiích. Zvláště zajímavá je možnost plného kvantové kontroly lineárního mikrovlnného módu řízeného pomocí nelineárního supravodivého obvodu. Současné techniky fungují pouze pro jeden takový mikrovlnný mód, ale pokročilejší kvantové technologie budou vyžadovat nelineární operace na více módech, aby se plně využil jejich potenciál. Cílem této disertační práce je vyvinout takové protokoly pro nelineární řízení a interakce mezi více lineárními mikrovlnnými módy. Nejprve bude student zkoumat možnosti kvantové kontroly pomocí nelineárních jednomódových interakcí a lineární interakce mezi módy jako nejjednodušší strategii pro plnou kvantovou kontrolu více módů. Následně bude studovat nelineární interakce mezi módy jako cestu k urychlení přípravy multimodových negaussovských stavů a ​​kvantových dvoumódových bran. Nakonec bude analyzováno zobecnění těchto schémat na více mikrovlnných módů (tři a více). Práce budou probíhat ve spolupráci s prof. Stevenem M. Girvinem (Yale University) s možností experimentálního ověření v tamějších laboratořích.

Experimentální hybridní kvantová optika kombinující spojité a diskrétní vlastnosti světla
Školitel: RNDr. Miroslav Ježek, Ph.D.
Práce se bude věnovat kvantově fyzikálním aspektům světla a jejich využití pro kvantové technologie. Student se zaměří na experimentální výzkum v oblasti kvantové optiky a kvantového zpracování informace, přičemž plně využije vlnově-částicovou dualitu optických signálů. Naváže na předchozí výsledky koherentní adice a subtrakce fotonů dosažené na pracovišti a rozšíří tuto technologii o generaci stlačeného světla a diskrétní fotonové operace nad tímto typem neklasického světla. Po technologické stránce se bude věnovat generaci optických signálů pomocí parametrických nelineárních procesů, jejich manipulaci a detekci s využitím pulzní homodynní detekce a čítání fotonů.

Třídění módů pro optické super-rozlišení a metrologii
Školitel: prof. Mgr. Jaroslav Řeháček, Ph.D.
Disertační práce se zaměří na pokročilé techniky detekce a manipulace klasických optických signálů. Budou navrženy a analyzovány nové protokoly snímání realistických optických signálů založené na multiportové detekci. Rozklad signálu do optimalizované sady módů povede k maximalizaci informačního obsahu výstupu měření, prolomení známých limitů rozlišení a vylepšení stávajících technik optické metrologie. Bude uvažována i možnost kombinace módových rozkladů s korelačními optickými měřeními. Experimentální implementace navržených metrologických protokolů bude založena na moderních digitálních technologiích využívajících výkonné optoelektronické prvky pro detekci a modulaci světla.

Kritické kvantově ne-Gaussovské jevy v bosonovských systémech
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
V rámci disertační práce bude zkoumané principiální využití dosažitelných hybridních interakcí v současných experimentech s chycenými chladnými ionty a molekulami, supravodivými a elektromechanickými systémy a levitujícími nanočásticemi pro přípravu, kontrolu, detekci a identifikaci kritických kvantově ne-Gaussovských jevů, kvantových fázových přechodů a jejich aplikací v kvantové senzorice a kvantových simulacích. Cílem práce bude navrhnout nové teoretické metody, koncepty prvních vhodných experimentálních testů a následně přispět k analýze dat z experimentů.

Kvantově ne-Gaussovská opto-spin-eletro-mechanika
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
V rámci disertační práce bude zkoumané principiální využití vysoce nelineárních hybridních kvantových interakcí dosažitelných v současné době v zachycených chladných iontech a kvantové elektrodynamice s atomy a pevnolátkovými emitory, a take v podobných mikrovlných supravodivých systémech, jak ve volném prostoru, tak v optických a mikrovlných rezonátorech a vlnovodech. Cílem práce bude navrhnout metodologii generace kvantově ne-Gaussovských stavů a jejich prvních vhodných experimentálních testů v takových komplexních hybridních systémech směrem k aplikacím v kvantové senzorice, kvantových komunikacích a potentiláně distribuovanému kvantovému počítání.

Kvantová kontrola rozsáhlých stavů kvantových bitů a oscilátorů
Školitel: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
V rámci disertační práce bude zkoumaná principiální kontrola a využití hybridních kvantových interakcí dosažitelných v současné době při propojení atomových, molekulárních, nanoskopických a supravodivých systémů pro vhodných pro generaci nových rozsáhlých stavů kvantových bitů a oscilátorů a jejich aplikaci v kvantové senzorice, simulacích a kvantovém počítání s využitím moderních optimalizačních metod. Cílem práce bude zlepšit experimentální dosažitelnost a škálovatelnost takových stavů a provést návrhy jejich prvních vhodných experimentálních testů s chycenými a chladnými ionty a molekulami, supravodivými a elektromechanickými systémy a levitujícími nanočásticemi.

Základy kvantových technologií s tuhými tělesy
Školitel: doc. Mgr. Ladislav Mišta, Ph.D.
Cílem disertační práce je vytvořit teoretickou základnu pro rozvoj kvantových technologií využívajících tuhému tělesu podobných kvantových systémů. To mezi jinými zahrnuje určení správných komplementárních proměnných a jim příslušejících relací neurčitosti, vybudování odpovídajícího fázově-prostorového popisu, analýzu metod měření stavů a pozorovatelných a identifikaci fyzikálních platforem vhodných pro experimentální testování vytvořených pojmů.

Změny vnitřní energie iontů v průběhu iontově mobilitní separace
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Identifikace složek uměleckých maleb desorpční ionizací a hmotnostní spektrometrií s iontovou mobilitou
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Mechanismus desorpce a ionizace v desorpčním nanoelektrospreji
Školitel: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Nové aplikace iontové chromatografie
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Mikroanalytické postupy v metabolomice
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Nové postupy pro chemickou analýzu v archeologii a výzkumu kulturního dědictví
Školitel: doc. RNDr. Petr Bednář, Ph.D.

Metabolismus sekundárních metabolitů intracelulárních patogenů
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Diagnostika infekčních nemocí centrální nervové soustavy
Školitel: prof. Ing. Vladimír Havlíček, Dr.

Charakterizace nanoobjektů pomocí kapilární elektroforézy
Školitel: doc. RNDr. Jan Petr, Ph.D.

Metrologické aspekty analýzy mikroplastů
Školitel: doc. Ing. David Milde, Ph.D.

Využití ICP-MS při prvkové analýze biologických a klinických materiálů
Školitel: doc. Ing. David Milde, Ph.D.

Analytická derivatizace látek
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Analýza markerů pro charakterizaci potravin
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Mikroanalýza v plynové chromatografii
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Využití GC/MS při analýze aktivních látek a produktů jejich přeměn
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

Specifické extrakce aktivních látek a produktů jejich přeměn
Školitel: doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

"Svätožiara" v kapilárnej elektroforeze
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.

Analýza opticky aktívnych látok kapilárnou elektroforézou
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.

Glycerol formal v kapilárnej elektroforéze
Školitel: prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D.

Efektivnější jednomolekulové magnety založené na komplexních sloučeninách lanthanoidů s makrocyklickými ligandy
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Koordinační sloučeniny makrocyklických ligandů využitelné v oblasti teranostiky
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Kontinuální průtočná chemie - nástroj pro efektivní syntézu makrocyklických ligandů a komplexů kovů s využitím v molekulárním magnetismu
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.

Kontinuální přeměna biomasy na produkty s přidanou hodnotou využívající průtočný reaktor: návrh procesu a scale up
Školitel: RNDr. Bohuslav Drahoš, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Koordinační sloučeniny f-prvků s radikálovými ligandy
Školitel: doc. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.

Chiralní molekulové nanomagnety pro magneto-optické jevy
Školitel: doc. Ing. Radovan Herchel, Ph.D.
Konzultant: Mgr. Kamil Kotrle, Ph.D.

Příprava biologicky aktivních komplexů s benzimidazoly a benzazoly
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Antibakteriální a protizánětlivé vlastnosti komplexů a nanočástic zlata a stříbra
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Nanotransportéry potenciálních léčiv na bázi koordinačních sloučenin
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.

Vývoj hybridních fotokatalyzátorů pro konverzi oxidu uhličitého na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Design a syntéza nanokatalyzátorů pro transformaci biomasy na chemikálie s přidanou hodnotou
Školitel: prof. RNDr. Pavel Kopel, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Pasivace černého fosforu jedno-molekulovými magnety
Školitel: doc. Ing. Ivan Nemec, Ph.D.

Semi-koordinace v jedno-molekulových magnetech
Školitel: doc. Ing. Ivan Nemec, Ph.D.

Multikomponentní koordinační sloučeniny platinových kovů pro biologické aplikace
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Liposomální formulace bioaktivních koordinačních sloučenin pro polyfarmakologii
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Fotoaktivovatelné multikomponentní koordinační sloučeniny pro biologické aplikace
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Komplexy platinových kovů pro medicinální chemii a katalýzu
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
konzultant: Mgr. Ondřej Bárta, Ph.D.

Protinádorově aktivní heterometalické koordinační sloučeniny
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Heterogenizace komplexů přechodných kovů pro konverzi CO2 na průmyslově významné chemikálie
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.
Konzultant: Subodh Kumar, Ph.D.

Role chemosenzorických molekul v regulaci fyziologických pochodů a imunitních odpovědí včely medonosné
Role of chemosensory molecules in the regulation of physiological processes and immune responses of honey bees
Školitel: Prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Konzultant: Mgr. Jiří Danihlík, Ph.D.
Téma disertační práce se zabývá molekulárními mechanismy chemosenzorické detekce a odpovědí včely medonosné na podněty z prostředí. Chemosenzorické signály jsou včelou detekovány pomocí chemosenzorických vazebných proteinů (odorant binding proteins, OBP). Interakce OBP s buněčnými receptory je součástí signálních mechanismů regulujících fyziologickým pochody v reakci na vnější podněty. Aktuální poznatky ukazují, že OBP jsou zapojeny do mechanismů regulace individuální a sociální imunity včel, současně významné včelí patogeny mohou funkci OBP v chemosenzorické komunikaci narušovat. Cílem práce bude zavedení metod analýzy genové exprese a detekce OBP imunochemickými a proteomickými metodami. V práci budou studovány interakce OBP s dalšími složkami chemosenzorické signální soustavy a zkoumána jejich funkce v regulaci fyziologických mechanismů během vývoje a stresové odpovědí včel se zaměřením na infekci významnými patogeny a parazity.

Téma bude schváleno vědeckou radou

Funkce signálních drah reaktivních forem kyslíku a oxidu dusnatého ve vývoji kořenové soustavy plodin ve stresových podmínkách
Functions of signalling pathways of reactive oxygen species and nitric oxide in development of crop roots under stress conditions
Školitel: Mgr. Tereza Jedelská, Ph.D.
Konzultant: Prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Zdárný vývoj kořenové soustavy v podmínkách častého vodního a osmotického stresu v půdě je podmínkou zajištění výživy, vitality a produktivity zemědělských plodin. Reaktivní formy kyslíku (ROS) a oxid dusnatý (NO) jsou součástí signální drah fytohormonů a procesů regulující růst a vývoj kořenů rostlin. K významným mechanismům v signálních drahách ROS a NO patří posttranslační modifikace proteinů, zahrnující zejména oxidativní a nitrosativní modifikace cysteinů. Za klíčový regulační prvek S-nitrosace proteinů je považován enzym S-nitrosoglutathionreduktasa (GSNOR), která katalyzuje NADH-dependentní degradaci S-nitrosoglutathionu a nepřímo snižuje hladina proteinových S-nitrosothiolů. Proteomické studie mutantů Arabidopsis thaliana odhalily zapojení specifických izoenzymů rodiny aldoketoreduktas (AKR) v NADPH-dependentní regulaci hladiny S-nitrosothiolů a homestázy NO v rostlinách. Cílem práce je studiu funkce GSNOR a AKR ve vývoji a stresových odpovědích rostlin se zaměřením na ječmen a rajče jako hospodářsky významné plodiny. Součástí práce bude vývoj nových metod kvantifikace genové exprese, stanovení enzymové aktivit a mikroskopické lokalizace jednotlivých izoenzymů AKR. V rámci práce budou také připraveny rekombinantní proteiny vybraných isoforem AKR z ječmene (Hordeum vulgare) a rajčete (Solanum spp.) a provedena jejich detailní molekulární charakterizace in vitro.

Mechanismy oxidačního stresu, antioxidační ochrany a mitochondriální dysfunkce během maturace a vitrifikace oocytů
Mechanisms of oxidative stress, antioxidant defense and mitochondrial dysfunction during oocyte maturation and vitrification
Školitel: Doc. Ing. Jiří Bezdíček, PhD
Konzultant: Prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.
Kryokonzervace oocytů je široce využívána v technologiích asistované reprodukce u člověka i zvířat. Kryokonzervační a vitrifikační postupy vedou k akumulaci reaktivních forem kyslíku (ROS) v oocytech a k následnému narušení funkce mitochondrií a endoplazmatického retikula. Oxidační stres způsobuje poškození DNA, proteinů a lipidů a snižuje vývojový potenciál oocytů in vitro i in vivo. Téma práce bude zaměřeno na studium signálních drah regulujících mitofágii jako proces odstranění poškozených mitochondriích v živočišných oocytech in vitro. V práci budou studovány mechanismy produkce a odbourávání reaktivních forem kyslíku a dusíku, složky antioxidační ochrany a signální dráhy regulačních proteinů PIN1-PARKIN účastnících se mitofágie. V experimentální části budou využity kombinovány biochemické a molekulárně-biologické přístupy pro analýzy hladiny, aktivity a genové exprese cílových proteinů a enzymů, s imunochemickými a imunohistochemickými přístupy a navazujícími zobrazovacími metodami včetně konfokální a elektronové mikroskopie. Součástí práce bude také testování možného využití exogenních antioxidantů a farmakologické inhibice signálních drah mitofágie pro zvýšení úspěšnosti uchování a kvality oocytů.

Regulace transkripčního faktoru Speechless a průduchů pomocí SIMK u vojtěšky
Regulation of the transcription factor Speechless and stomata by SIMK in alfalfa
Školitel: prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.
Náplní disertační práce bude studium regulace vytváření průduchů u vojtěšky (Medicago sativa L.) závislé na funkční interakci mezi SIMK (stresem-indukovaná mitogenem-aktivovaná proteinkinasa) a transkripčním faktorem Speechless, především za stresových podmínek jako sucho, chlad a zasolení. V průběhu PhD studia budou využity různé genetické (mutace, CRISPR/Cas9 technologie, nadexprese, genotypizace a fenotypizace), molekulárně biologické (příprava konstruktů a vektorů pro studium Speechless a SIMK, PCR, qRT-PCR, sekvenování, rekombinantní GFP technologie), biochemické (imunoblot, proteomika, in vitro kinase assay, split-YFP, yeast two hybrid), buněčně biologické (subcelulární a pletivově specifická lokalizace a kolokalizace Speechless a SIMK), biotechnologické (transientní transformace Nicotiana benthamiana a stabilní transformace 2 druhů Medicago) a mikroskopické (pokročilá mikroskopie) metody dostupné na katedře biotechnologií. Pro transformační a genetické experimenty bude také využita modelová rostlina Medicago truncatula. PhD studium bude finančně podpořeno schváleným projektem z MŠMT.

Funkční vývojové a stresové interakce mezi Rop-GEF1 a SIMK u vojtěšky
Functional developmental and stress interactions between Rop-GEF and SIMK in alfalfa
Školitel: prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.
Disertační práce bude zaměřená na studium funkčních interakcí mezi SIMK (stresem-indukovaná mitogenem-aktivovaná proteinkinasa) a Rop GEF1 při vývoji kořenů a pokožkových buněk listů u vojtěšky v normálních a stresových podmínkách. Důraz bude kladen na stres ze sucha, chladu a zasolení. V rámci řešení disertační práce budou použity různé genetické (mutace, CRISPR/Cas9, nadexprese, genotypizace a  fenotypizace), molekulárně biologické (příprava konstruktů a vektorů pro studium funkce a lokalizace Rop-GEF1 a SIMK, PCR, qRT-PCR, sekvenování, rekombinantní GFP technologie), biochemické (imunoblot, proteomika), buněčně biologické (subcelulární a pletivově specifická lokalizace a kolokalizace SIMK a Rop GEF1), biotechnologické (transientní transformace Nicotiana benthamiana a stabilní transformace 2 druhů Medicago) a mikroskopické (pokročilá mikroskopie) metody zavedené a rutinně používané na katedře biotechnologií. Pro transformační a genetické experimenty bude také využita modelová rostlina Medicago truncatula. PhD studium bude finančně podpořeno schváleným projektem z MŠMT.

Studium SIMK-dependentního molekulárního a metabolického principu přitahování, rozpoznávání a adheze Sinorhizobium meliloti ke kořenovým vláskům vojtěšky
Study of SIMK-dependent molecular and metabolic principle of attraction, recognition, and adhesion of Sinorhizobium meliloti to alfalfa root hairs
Školitel: prof. Mgr. Miroslav Ovečka, Ph.D.
Vojtěška je schopna získávat dusík prostřednictvím symbiózy se Sinorhizobium meliloti. Nastolení symbiózy začíná složitým signálním procesem, který vede k přichycení rhizobií ke špičkám kořenových vlásků. SIMK (stresem-indukovaná MAP kinasa) reguluje růst kořenových vlásků, internalizaci rhizobií a vývoj hlízek. Překvapivě, rostliny vojtěšky konstitutivně nadměrně exprimující aktivovanou SIMK vykazují zvýšenou adhezi S. meliloti na kořenové vlásky. Molekulární a buněčné mechanismy tohoto fenotypu však zůstávají nevyřešeny. Identifikovali jsme chalkon 2'-O-methyltransferázu a germinu-podobný protein 1, které jsou nepostradatelné pro rozpoznání mezi vojtěškou a S. meliloti a pro rhizobiální adhezi na kořenové vlásky. V průběhu řešení disertační práce budou použity různé genetické (mutace, CRISPR/Cas9, nadexprese, genotypizace a fenotypizace), molekulárně biologické (příprava konstruktů a vektorů pro studium funkce a lokalizace chalkon 2'-O-methyltransferázy, germinu-podobného proteinu 1 a SIMK, PCR, qRT-PCR, sekvenování, rekombinantní GFP technologie), biochemické (imunoblot, proteomika), buněčně biologické (subcelulární a pletivově specifická lokalizace a kolokalizace SIMK a Rop GEF1), biotechnologické (transientní transformace Nicotiana benthamiana a stabilní transformace 2 druhů Medicago) a mikroskopické (pokročilá mikroskopie) metody zavedené a rutinně používané na katedře biotechnologií. Pro transformační a genetické experimenty bude také využita modelová rostlina Medicago truncatula.

Téma bude schváleno vědeckou radou

Biochemická, molekulární a buněčně biologická charakterizace jmelí
Biochemical, molecular and cell biological characterization of mistletoes
Školitelka: Yuliya Krasylenko, Ph.D.
Jmelí (Viscum spp.) představuje skupinu povinných poloparazitických angiospermů s jedinečnými adaptacemi umožňujícími parazitování na dřevinách prostřednictvím specializovaných struktur zvaných haustoria. Haustoria jsou klíčová pro pasivní příjem živin a vodu z hostitelských stromů, zatímco nadzemní část jmelí (exofyt) je fotosynteticky aktivní. Ačkoli je jmelí významné v tradiční medicíně, ekosystémech i zemědělství, některé druhy, jako evropské jmelí (Viscum album L.), představují významnou hrozbu pro zdraví a vitalitu hostitelských dřevin. Projekt se zaměřuje na analýzu molekulárních, buněčných a biochemických procesů spojených s parazitismem jmelí, včetně strukturálních adaptací haustorií, obranných reakcí hostitelských rostlin a faktorů podporujících šíření jmelí. Budou využity metody pokročilé mikroskopie, hmotnostní spektrometrie, metagenomiky a dronové technologie ke studiu biologie a managementu jmelí, včetně testování integrovaných strategií ochrany založených na mechanických, chemických a biologických přístupech. Výsledky mohou přispět k ochraně lesních porostů a dřevin v Evropě.

Propojení formálního, zájmového a neformálního vzdělávání a jeho reflexe pro rozvoj kompetencí
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.
Konzultant: Mgr. Iveta Bártová, Ph.D.

Integrace přírodovědného vzdělávání
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Chemický průmysl v rámci STEM přístupu
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Návrh a ověření analytických úloh pro střední odborné školy inspirovaných chemickým průmyslem
Školitel: doc. Mgr. Pavel Štarha, Ph.D.

Vybrané pokročilé experimentální metody využitelné ve středoškolském vzdělávání
Školitel: Doc. RNDr. Bohuslav Drahoš Ph.D.

Modulace fyzikálně-chemických vlastností vícenásobných nanoemulzí pro řízené dávkování aktivních substancí
Školitel: prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D.
Anotace: Cílem práce je detailní pochopení a kvantifikace procesů samo organizace vícenásobných nanoemulzí O/V/O a V/O/V na bázi micelárních soustav polysacharidů stabilizovaných fosfolipidy. Práce bude zaměřena na vlastní přípravu těchto systémů, mechanismus jejich stabilizace, depozice a solidifikace v polymerním filmu vzhledem k jejich konečné funkční aplikaci v obalovém průmyslu, studium možnosti jejich přípravy a zpracování v technické praxi. Bude provedena charakterizace jejich mikrostruktury a makro strukturního uspořádání, vliv technologie přípravy a zpracování na výsledné fyzikálně-chemické a materiálové vlastnosti těchto soustav.
Přínos:
V teoretické oblasti získání poznatků mezi nano/mikro strukturou a 3D hierarchií koloidních soustav vzhledem k jejich vybraným funkčním vlastnostem.
V praktické oblasti – prohloubení zkušeností pracovníků ústavu a studentů s procesy ovlivňujícími tvorbu a uspořádání vícedimenzionálních nanostrukturovaných soustav. Experimentální zabezpečení: stávající zabezpečení je dostačující.
Požadavky na uchazeče: Absolvent vysokoškolského studia přírodovědného nebo technického směru se zaměřením na fyzikální chemii, materiálové vědy a inženýrství, polymerní technologie a inženýrství, fyziku polymer, makromolekulární chemii. Vynikající znalost anglického jazyka.

Teoretické studium biomembránových systémů
Školitel: doc. RNDr. Karel Berka, Ph.D.
Cílem tohoto výzkumného tématu je porozumět chování a povaze interakce malých molekul i biomakromolekul s biologickými membránami. K pochopení a kvantifikaci interakcí molekul s biologickými membránami bude použita kombinace simulačních technik (např. molekulově dynamické simulace nebo kvantově chemické výpočty) a bioinformatických a cheminformatických přístupů – např. identifikace látek vhodných pro enkapsulaci do liposomů (např. bioRxiv, 05(11), 087742, 2020.) a uložení těchto informací do veřejně dostupné databáze (např. molmedb.upol.cz Database, 2019, baz078, 2019); způsob působení membránově vázaných proteinů společně s vývojem nezbytných strukturálních bioinformatických nástrojů (např. mole.upol.cz – Nucleic Acids Res, 46(W1), W368–W373, 2018., či SecStrAnnotator – bioRxiv, 04(15), 042531, 2020.). Očekáváme úzkou spolupráci s kolegy z evropské bioinformatické infrastruktury ELIXIR, Masarykovy univerzity v Brně, ČR a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, ČR v PARC spolupráci s firmou Zentiva, z.s. – dr. Martin Balouch.

Mezimolekulové interakce v biomolekulách
Školitel: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Struktura ribozomální RNA je sice známa relativně dobře, ale interakce, které ji určují a stabilizují jsou prozkoumány méně. S rychlým rozvojem počítačů se kvantově chemické a molekulově dynamické výpočty stávají stále populárnějšími metodami pro analýzu mezimolekulových interakcí v biomolekulách. V naší práci se soustředíme na interakce v takových biomolekulách, jako jsou ribozomální RNA nebo protein-DNA komplexy a snažíme se nalézat důležité strukturní stabilizační prvky těchto unikátních molekulových architektur.

Vývoj empirických potenciálů pro modelování biomolekul
Školitel: doc. RNDr. Petr Jurečka, Ph.D.
Vývoj empirických potenciálů pro molekulovou dynamiku je nezbytnou podmínkou rozvoje celého oboru molekulového modelování. Na katedře fyzikální chemie UP Olomouc jsme před několika lety vyvinuli slibnou metodu pro získávání vysoce kvalitních empirických parametrů. Nově vyvinuté parametry jsou určeny hlavně pro modelování biomolekul, jako jsou RNA a DNA a pod zkratkou „OL“ (Olomouc) jsou dnes celosvětově používány v nejpopulárnějším simulačním balíku AMBER. Naši metodu budeme aplikovat a testovat na desítkách biologicky zajímavých systémů, jako jsou struktury DNA, protein-DNA komplexy a fragmenty ribozomální RNA.

Nanomateriály pro biologické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanostrukturní materiály jsou unikátní díky specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem, které se odráží i ve specifické interakci s živými organismy, díky čemuž nanomateriály vykazují ojedinělé biologické vlastnosti. Užitné vlastnosti nanomateriálů s biologickými vlastnostmi jsou široké a lze je využít např. v medicíně k léčbě či diagnostice onemocnění, biologicky aktivní nanomateriály mohou být uplatněny v průmyslových odvětvích či v environmentálních aplikacích pro odstranění nežádoucích biologických, především mikrobiálních, kontaminací. Typickým příkladem jsou nanočástice stříbra, které vykazují vysokou antimikrobiální aktivitu, které lze využít v léčbě mikrobiálních infekcí včetně těch, které jsou způsobeny vysoce rezistentními bakteriálními kmeny, u nichž selhává léčba pomocí klasických antibiotik. Na druhou stranu je potřeba brát zřetel na případné nežádoucí biologické účinky nanomateriálů při interakci s biologickými systémy, které se mohou vyskytovat právě díky jejich unikátním a neobvyklým biologickým vlastnostem. Studium mechanismu interakce nanomateriálů s biologickými systémy na různé buněčné úrovni a jejich využití pro biologické a medicínské aplikace tak představuje velice zajímavou a pestrou vědecko-výzkumnou oblast.

Nanomateriály pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanočástice ušlechtilých kovů vykazují díky svým specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem vysokou chemickou aktivitu, konkrétně vysokou katalytickou aktivitu. Katalytické účinky jsou dány jednak samotnou chemickou povahu uvedených kovů, a navíc mohou být zvýšeny nanorozměry a morfologií částic těchto kovů, které vedou k obrovskému nárůstu plochy povrchu daného kovu nutnému pro efektivní průběh heterogenní katalýzy. Nanočástice kovů skupiny I. B vykazují vysokou katalytickou aktivitu zejména v redox reakcích, kovy skupiny platiny a kovy příbuzné jsou pak vysoce efektivní v reakcích za účasti vodíku, což se týká zejména syntézy jednoduchých uhlovodíků a jejich derivátů (např. Fischer-Tropschova syntéza). V oblasti katalytických aplikací lze výzkum a vývoj zaměřit zejména na syntézu a vývoj vysoce katalyticky efektivních nanomateriálů na bázi kovů a jejich sloučenin aplikovatelných např. pro environmentální technologie (např. redoxní reakce a likvidace polutantů ve vodách), nebo v oblasti průmyslové chemie v řadě chemických procesů (výroba ethylenoxidu, Fisher-Tropschova syntéza) či v oblasti technologií pro energetiku (reformace CO2 na metanol, vysoce aktivní elektrody pro palivové články). Praktické aplikace nanomateriálů jsou však často doprovázeny agregátní nestabilitou nanočástic kovů či omezenou možností separace po provedení reakce v reálných aplikačních systémech. Jednou z možností, jak předcházet těmto nežádoucím jevům, je ukotvení nanočástic kovů na zvolené inertní substráty. Jako příklad lze uvést přírodní hlinitokřemičitanové materiály, oxidy kovů či magnetické materiály, jako jsou oxidy železa, které dále usnadňují magnetickou separaci katalyzátoru po provedení reakce.

Témata pro schválení vědeckou radou

Interakce guaninových kvadruplexů s bílkovinami
Školitel: Mgr. Petr Stadlbauer, Ph.D. (BFÚ AV ČR)
G-kvadruplexy představují unikátní čtyřřetězcový konformační motiv nukleových kyselin, který se tvoří v sekvencích bohatých na guanin. Tyto struktury byly identifikovány nejen v DNA, ale také v RNA, a jsou spojovány s důležitými biologickými procesy, jako je regulace genové exprese, replikace DNA či udržování telomer.
Bílkoviny schopné rozpoznávat a vázat se na G-kvadruplexy jsou zapojeny do širokého spektra buněčných procesů, a jejich dysfunkce může vést k rozvoji různých onemocnění, včetně rakoviny a neurodegenerativních chorob. Studium těchto interakcí nabízí příležitost k pochopení molekulárních mechanismů, které regulují biologické funkce G-kvadruplexů. Získané poznatky mohou přispět k vývoji nových terapeutických strategií, například cílených léčiv.
Téma této disertační práce se zaměřuje na detailní zkoumání interakcí mezi G-kvadruplexy a bílkovinami, přičemž bude využito teoretických přístupů, jako molekulového modelování a zejména simulací molekulové dynamiky. Tyto metody umožní detailní analýzu struktury a dynamiky komplexů, což přispěje k hlubšímu porozumění jejich biologických funkcí a roli v buněčných procesech.

Studium balení nekanonických motivů nukleových kyselin
Školitel: Mgr. Petr Stadlbauer, Ph.D. (BFÚ AV ČR)
Nekanonické struktury nukleových kyselin, jako jsou guaninové kvadruplexy, i-motivy a další méně běžné konformační motivy, hrají zásadní roli v mnoha biologických procesech. Tyto struktury se vyznačují jedinečnou stabilitou a dynamikou, která je klíčová pro jejich funkci. Balení těchto nekanonických struktur zahrnuje složité přechodné stavy a intermediáty, jejichž existence je důležitá pro pochopení mechanismu vzniku nativní struktury.
Cílem této práce je detailní analýza mechanismů balení vybraných nekanonických struktur nukleových kyselin prostřednictvím metod počítačového modelování, zejména standardních a pokročilých simulací molekulové dynamiky. Výzkum se zaměří na identifikaci a charakterizaci klíčových kroků při formování těchto struktur. Získané výsledky přispějí k lepšímu pochopení dynamiky balení těchto struktur a jejich role v biologických procesech.
In-silico drug design pomocí AI
Školitel: Mgr. Ing. Václav Bazgier, Ph.D.
In-silico drug design je soubor moderních výpočetních metod, pomocí kterých lze navrhovat a validovat nové chemické látky ve vztahu k vwybraným receptorům. Molekulární dokování, jako jedna z těchto metod nabízí rychlé možnosti screeningu rozsáhlých databází předpřipravených ligandů a ve spolupráci s experimentálními metodami tak efektivně usnadňuje proces přípravy kandidátů látek. Molekulární dokování je neustále se vyvíjející oblast, ve které se dnes uplatňuji postupy a metody umělé inteligence (AI). Cílem tak této disertační práce je aplikace konvenčních metod molekulárního dokování, tak metod, které jsou založeny na modelech AI. Velmi zajímavým tématem se v této oblasti jeví problematika metodiky postupu použití vybraných AI algoritmů a jejich srovnání s běžnými metodami. Dalším cílem této práce je optimalizace workflow procesu dokování s akcentem k vybraným AI metodám a následné interpretace, validace a analýzy výsledků. Možnosti uplatnění výše uvedených metod se nabízí v cele řadě aktuálně poptávaných témat, jako jsou například rodiny Cyklin-Dependentních Kináz, Kanabinoidních receptorů člověka anebo proteinům Mycobacterium Tuberculosis a dalších.

Studium reakcí na površích pevných látek
Školitel: Mgr. Adam Matěj, Ph.D.
Toto téma disertační práce se zaměří na teoretické studium chemických reakcí, které probíhají na površích pevných látek. Zejména zajímavým a mladým odvětvím je využití prostředí ultravysokého vakua (UHV) a monokrystalů jako substrátu. Oproti konvenční syntéze v roztoku nabízí tato metoda například katalytické vlastnosti čistě dvoudimenzionálních rozhraní (planarizace a omezení reakčního prostoru do roviny), reaktivní adatomy kovů, absenci kontaminace a obchází problémy s rozpustností jak reaktantů, tak produktů. Ve spojení s dostupnými experimentálními daty bude student(ka) navrhovat možné reakční cesty a ověřovat jejich správnost a schůdnost pomocí kvantově mechanických simulací reakčních bariér za podmínek experimentu. Pro samotné výpočty bude používat převážně metody založené na teorii funkcionálu hustoty (DFT) v kombinaci s molekulovou mechanikou a molekulovou dynamikou. V případě silně korelovaných systémů budou použity pokročilé multikonfigurační a multireferenční metody pro přesný popis elektronové struktury studovaných molekul. Dále se bude student(ka) podílet na vývoji a validaci výpočetních protokolů pro pozorované reakce. Během doktorského studia si tak osvojí rozsáhlý arzenál výpočetních metod, naučí se konstruktivní diskuze s experimentátory z řad syntetiků a operátorů UHV-STM (skenovací tunelovací mikroskopie v UHV) a důraz bude také kladen na kvalitní prezentaci dosažených výsledků na zahraničních konferencích.

Teoretické studium přenosu náboje v nanostrukturách
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Možnost aktivně kontrolovat přenos náboje na atomární úrovni v nanostruktur otevírá nové možnosti v oblasti nanoelektroniky. Hlubší pochopení procesů spojených s přenosem náboje na atomární úrovni vyžaduje nové postupy v oblasti teoretických simulací. Cílem práce je osvojení si teorie funkcionálu hustoty a její aplikaci na vybrané problémy přenosu náboje v nanostrukturách. Teoretické výpočty budou prováděny v úzké spolupráci s experimentálními měřeními. V rámci doktorského studia je předpokládán další vývoj počítačových simulací.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek, popř. kvantové chemie; znalost programovacího jazyku (Fortran, C, atd.) vítána.

Chemické a fyzikální vlastnosti molekulárních nanostruktur na površích studované pomocí rastrovacích mikroskopů
Školitel: doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Současný rozvoj rastrovacích mikroskopů pracujících v ultra-vysokém vakuu umožňuje provádět měření s vysokým rozlišením atomárních sil a tunelovacích proudů na jednotlivých atomech či molekulách na povrchu pevné látky. Možnost současného měření atomárních sil a tunelovacího proudu otvírá zcela nové možnosti pro charakterizaci jednotlivých molekul nebo molekulárních nanostruktur na povrchu pevné látky. Cílem této práce je osvojení si práce s mikroskopem atomárních sil a rastrovacím tunelovacím mikroskopem pracujícím ve vysokém vakuu. V rámci studia bude provádět měření atomární a elektronové struktury vybraných molekulárních komplexů na povrchu pevných látek s vysokým rozlišení. Hlavním cílem práce je studium vybraných chemických a fyzikálních vlastností molekulárních systémů.
Předpokládané znalosti: základní znalost kvantové mechaniky a teorie pevných látek; znalost základních principů rastrovacích mikroskopů vítána.

Nanomateriály pro biologické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanostrukturní materiály jsou unikátní díky specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem, které se odráží i ve specifické interakci s živými organismy, díky čemuž nanomateriály vykazují ojedinělé biologické vlastnosti. Užitné vlastnosti nanomateriálů s biologickými vlastnostmi jsou široké a lze je využít např. v medicíně k léčbě či diagnostice onemocnění, biologicky aktivní nanomateriály mohou být uplatněny v průmyslových odvětvích či v environmentálních aplikacích pro odstranění nežádoucích biologických, především mikrobiálních, kontaminací. Typickým příkladem jsou nanočástice stříbra, které vykazují vysokou antimikrobiální aktivitu, které lze využít v léčbě mikrobiálních infekcí včetně těch, které jsou způsobeny vysoce rezistentními bakteriálními kmeny, u nichž selhává léčba pomocí klasických antibiotik. Na druhou stranu je potřeba brát zřetel na případné nežádoucí biologické účinky nanomateriálů při interakci s biologickými systémy, které se mohou vyskytovat právě díky jejich unikátním a neobvyklým biologickým vlastnostem. Studium mechanismu interakce nanomateriálů s biologickými systémy na různé buněčné úrovni a jejich využití pro biologické a medicínské aplikace tak představuje velice zajímavou a pestrou vědecko-výzkumnou oblast.

Nanomateriály pro katalytické aplikace
Školitel: doc. RNDr. Aleš Panáček, Ph.D.
Nanočástice ušlechtilých kovů vykazují díky svým specifickým fyzikálně chemickým vlastnostem vysokou chemickou aktivitu, konkrétně vysokou katalytickou aktivitu. Katalytické účinky jsou dány jednak samotnou chemickou povahu uvedených kovů, a navíc mohou být zvýšeny nanorozměry a morfologií částic těchto kovů, které vedou k obrovskému nárůstu plochy povrchu daného kovu nutnému pro efektivní průběh heterogenní katalýzy. Nanočástice kovů skupiny I. B vykazují vysokou katalytickou aktivitu zejména v redox reakcích, kovy skupiny platiny a kovy příbuzné jsou pak vysoce efektivní v reakcích za účasti vodíku, což se týká zejména syntézy jednoduchých uhlovodíků a jejich derivátů (např. Fischer-Tropschova syntéza). V oblasti katalytických aplikací lze výzkum a vývoj zaměřit zejména na syntézu a vývoj vysoce katalyticky efektivních nanomateriálů na bázi kovů a jejich sloučenin aplikovatelných např. pro environmentální technologie (např. redoxní reakce a likvidace polutantů ve vodách), nebo v oblasti průmyslové chemie v řadě chemických procesů (výroba ethylenoxidu, Fisher-Tropschova syntéza) či v oblasti technologií pro energetiku (reformace CO2 na metanol, vysoce aktivní elektrody pro palivové články). Praktické aplikace nanomateriálů jsou však často doprovázeny agregátní nestabilitou nanočástic kovů či omezenou možností separace po provedení reakce v reálných aplikačních systémech. Jednou z možností, jak předcházet těmto nežádoucím jevům, je ukotvení nanočástic kovů na zvolené inertní substráty. Jako příklad lze uvést přírodní hlinitokřemičitanové materiály, oxidy kovů či magnetické materiály, jako jsou oxidy železa, které dále usnadňují magnetickou separaci katalyzátoru po provedení reakce.

Katalytická aktivita nanočástic kovů a jejich kompozitů pro aplikace v energetice
Školitel: prof. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Nanomateriály na bázi kovů a jejich sloučenin oplývají řadou unikátních vlastností z pohledu řady přírodovědných oborů. Z hlediska chemie se jedná zejména o jejich katalytickou aktivitu, která je v prvé řadě spojena s vysokým poměrem mezi atomy či molekulami na povrchu částice oproti jejímu objemu. Současný vývoj v oblasti nanotechnologií pro energetické aplikace souvisí právě s touto vysokou katalytickou aktivitou nanomateriálů. Mimo výzkum směřující k vývoji nových systémů získávání energie ať již chemickou cestou (elektrochemické články) či cestou konverze sluneční energie je pozornost řady výzkumných týmů zaměřena i do oblasti uchování energie v energeticky bohatých sloučeninách. Jednu z takových reakcí, která umožňuje uchování získané energie pro pozdější použití a současně eliminuje i část nepříznivých emisí oxidu uhličitého je redukce tohoto produktu spalování fosilních paliv za vzniku řady organických sloučenin pro zpětné použití v energetice, ale i s další využitelností pro chemický průmysl či dopravu. Jedná se o reakci redukce oxidu uhličitého vodíkem za vzniku řady uhlovodíků a dalších organických sloučenin, typicky methanolu. Tato reakce, obdobná Fischer-Tropschově syntéze uhlovodíků z oxidu uhelnatého, probíhá efektivně jen s pomocí katalytických systémů na bázi kovů či jejich sloučenin (nejčastěji oxidů). Dlouhodobé zkušenosti z oblasti výzkumu katalytické aktivity kovových nanomateriálů na půdě PřF UPOL vedly v poslední době k vývoji řady efektivních katalyzátorů pro tuto reakci na bázi oxidů kovů ze skupiny triády železa a rovněž tak katalyzátor na bázi oxidu inditého, kde je hlavním produktem metanol. Výzkum je realizován za pomoci mikroreaktoru PID EFFI pro studium heterogenní katalýzy v plynných reakčních systémech s propojením s analytickým systémem na bázi GC/MS. Hlavním cílem tohoto tematického zaměření doktorské práce tak bude výzkum a vývoj katalytického systému na bázi nanočástic ušlechtilých kovů kombinovaných s nanočásticemi oxidů kovů triády železa i dalších méně ušlechtilých kovů s vysokou katalytickou aktivitou pro nízkoteplotní (do cca 350 °C) hydrogenaci oxidu uhličitého za vzniku dále využitelných sloučenin nejen pro energetiku, ale i další průmyslová odvětví. Vedle této oblasti heterogenní katalýzy je další výzkum katalytické aktivity zaměřen do oblasti elektrochemického ukládání energie do energeticky bohatých sloučenin za využití elektrokatalytických vlastností méně ušlechtilých kovů. Ty jsou vhodné pro reálné aplikace díky ekonomické výhodnosti oproti elektrodám na bázi ušlechtilých kovů jako jsou typicky kovy skupiny platiny. Energeticky bohaté sloučeniny vznikají elektrochemickou redukcí oxidu uhličitého, přičemž existuje několik stupňů této redukce, počínaje kyselinou mravenčí a konče metanolem či vyššími alkoholy, Potenciál této metody ukládání energie je ještě vyšší než v případě heterogenní katalýzy v plynné fázi, ovšem problematika elektrokatalytické redukce je výrazně komplikovanější a dosahované účinnosti v současnosti studovaných systémů jsou daleko za potřebami reálných aplikací.

Hydrogenační reakce katalyzované velikostně selektovanými multimetalickými klastry
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Globální oteplování je kritickým problémem, který je z velké části způsoben emisemi CO2. Účinné řešení této výzvy vyžaduje inovativní řešení, jako je například katalytická hydrogenace CO2. Tento proces nejen odstraňuje CO2 z atmosféry, ale také jej přeměňuje na hodnotné produkty související s energií. Mezi nejslibnější metody patří katalyzátory na bázi velikostně selektovaných metalických klastrů, které v této reakci prokázaly pozoruhodnou efektivitu. Klastry jsou agregáty hmoty skládající se pouze z několika atomů, s chemickými a fyzikálními vlastnostmi, které se nelineárně mění s jejich velikostí a složením. Přesným řízením počtu atomů v těchto klastrech je možné optimalizovat jejich aktivitu a selektivitu směrem k požadovaným produktům. Kromě toho kombinace různých kovů v klastrech a využití interakcí mezi klastry a jejich substrátem odemyká další stupně volnosti, což umožňuje návrh vysoce účinných multimetalických subnanometrových katalyzátorů. Tento doktorandský výzkum se zaměří na zkoumání katalytického výkonu těchto pokročilých materiálů, primárně, ale ne výhradně, při hydrogenaci CO2. Výzkum se může rozšířit i na další průmyslově významné hydrogenační reakce. Práce budou prováděny v nejmodernějších laboratořích Oddělení nanokatalýzy, ÚFCh J. Heyrovského AV ČR, kde jsou syntetizovány velikostně vybrané klastry a ukládány na technologicky relevantní nosiče a testovány v reaktorových systémech vyrobených na míru. Rozsáhlá síť mezinárodních spoluprací oddělení navíc poskytuje přístup ke špičkovým zařízením po celém světě pro další charakterizaci těchto katalyzátorů.

Vliv velikosti a složení trimetalických nanokatalyzátorů na bázi klastrů na jejich katalytické účinky
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Velikostně vybrané klastry, tedy útvary složené pouze z několika atomů, vykazují pozoruhodné vlastnosti, které se výrazně liší od vlastností objemových materiálů, nanočástic nebo jednotlivých atomů. Zajímavé je, že přidání nebo odstranění jediného atomu může drasticky změnit jejich fyzikální a chemické chování. Tato jedinečná vlastnost je zvláště cenná při katalýze, kde přesná kontrola velikosti klastru umožňuje jemné doladění katalytické aktivity a selektivity. Nedávný technologický pokrok nejen usnadnil kontrolu nad velikostí těchto klastrů, ale také umožnil manipulaci s jejich chemickým složením. Například bimetalové shluky vybrané podle velikosti prokázaly synergické účinky mezi dvěma kovy. Tato synergie umožňuje nahradit drahé kovy, jako je platina, cenově dostupnějšími alternativami, jako je stříbro, při zachování nebo dokonce zvýšení katalytického výkonu. Primárním cílem této doktorské práce je učinit další krok ve studiu katalyzátorů na bázi trimetalických klastrů s definovanou velikostí. Tyto pokročilé systémy nabízejí ještě větší potenciál pro katalytické inovace než přístupy založené na nanočásticích či jednotlivých atomech. Syntéza těchto klastrů je dosažitelná pomocí nejmodernějších klastrových zdrojů na Oddělení nanokatalýzy, ÚFCh J. Heyrovského AV ČR. Tyto zdroje umožňují nanášení klastrů na podpůrné oxidy, po nichž následuje testování v rozmanité škále reakcí – od modelových reakcí, jako je oxidace CO, až po náročnější a kritičtější procesy, jako je reformování metanu nebo syntéza amoniaku. Výzkum bude zahrnovat komplexní přístup, který zahrnuje syntézu, charakterizaci a testování katalyzátorů na bázi trimetalických klastrů. Kromě toho bude projekt využívat robustní mezinárodní síť spolupracovníků, která poskytne přístup ke špičkovým laboratořím, pokročilým zařízením a výpočetním metodám pro modelování a pochopení těchto systémů.

Nanokatalyzátory na bázi atomárních klastrů pro hydrogenační a dehydrogenační reakce
Školitel: RNDr. Štefan Vajda, CSc., Dr.habil.
Nanokatalyzátory na bázi kovových klastrů si získaly značnou pozornost díky své vysoké aktivitě a selektivitě v různých chemických reakcích, a to díky jedinečným vlastnostem vykazovanými materiály v nanoměřítku. Kovové klastry, které se obvykle skládají pouze z několika atomů, mají charakteristické katalytické chování, které vyplývá z jejich malé velikosti a velkého povrchu. Tyto klastry jsou často aktivnější a selektivnější ve srovnání s objemovými kovy, a to kvůli zvýšenému počtu nenasycených koordinačních míst, která lze přizpůsobit pro specifické reakce. Všestrannost kovových klastrů se dále zvyšuje, když jsou kombinovány do bimetalových systémů, kde interakce mezi dvěma odlišnými kovy může vést k synergickým efektům, které zvyšují katalytický výkon. Interakce mezi klastry a jejich substráty je také kritickým faktorem ovlivňujícím katalytickou účinnost, stabilitu a reaktivitu systému. Využití takto podporovaných klastrů, zejména v souvislosti s hydrogenačními a dehydrogenačními reakcemi, je zvláště slibné pro energetické aplikace, jako je skladování vodíku, vývoj udržitelných paliv a chemický průmysl, kde nanokatalyzátory mohou usnadnit aktivaci reaktantů nebo transformaci složitých molekul s vysokou účinností. Cílem tohoto doktorského výzkumu je vyvinout a studovat klastry přechodných kovů se zvláštním zaměřením na velikostně vybrané klastry, které zajišťují přesnou kontrolu nad počtem atomů v každém klastru. Monometalické i bimetalické klastry budou syntetizovány s důrazem na nahrazení vzácných kovů nákladově efektivnějšími alternativami, což by mohlo tyto katalyzátory učinit ekonomicky životaschopnějšími. Bude zkoumána interakce těchto klastrů s různými oxidovými nosiči, jako je ZrO2, Al2O3 a CeO2 tak, aby se pochopila role nosiče při stabilizaci klastrů a modulaci jejich katalytické aktivity. Tento výzkum bude zahrnovat zkoumání různých konfigurací klastrů, zkoumání role interakcí s nosiči kovů a hodnocení výkonnosti mono- i bimetalických nanokatalyzátorů. Rozsáhlý výzkum využívající teplotně programované reakce bude prováděn v souvislosti s klíčovými reakcemi pro energetické aplikace, včetně hydrogenace (např. CO2 na metanol) a dehydrogenace (např. cyklohexan na benzen), kde by tyto katalyzátory mohly potenciálně poskytnout účinnější, udržitelnější a nákladově efektivnější řešení. Kromě toho bude v rámci stávající mezinárodní spolupráce provedena komplexní charakterizace morfologie katalyzátorů, vývoje chemického složení a dalších faktorů pomocí technik in-situ a operando, aby bylo možné plně porozumět reakčním mechanismům.

Katalytická transformace C1 sloučenin na chemikálie s přidanou hodnotou
Supervisor: Dr. Joanna E. Olszówka (ÚFCHJH AV ČR)
C1 sloučeniny, jako je oxid uhličitý nebo metan, jsou považovány za hlavní skleníkové plyny a proto představují největší problém v rámci diskusí o změně klimatu. Obě zmíněné sloučeniny jsou také velmi stabilní, což ztěžuje jejich aktivaci a je důvodem, proč studie zaměřené na účinné katalytické systémy pro jejich transformaci v poslední době přitahují značnou pozornost. Nalezení vztahů mezi strukturou a funkcí má zásadní význam pro vývoj katalyzátorů. Základní pochopení vlivu velikosti a složení katalyzátoru včetně substrátu na efektivitu katalytického procesu však zůstává náročné u práškových katalyzátorů, které jsou mnohdy silně heterogenní. Primárním cílem této doktorské práce je paralelní studium práškových i modelovými katalyzátorů za totožných reakčních podmínek umožňující zodpovězení základních otázek týkajících se důležitých katalytických reakcí zaměřených na transformaci C1. Výzkum bude zahrnovat komplexní přístup, včetně syntézy, charakterizace a testování práškových a modelových katalyzátorů. Projekt bude dále využívat robustní mezinárodní síť spolupracovníků, která poskytne přístup ke špičkovým laboratořím, pokročilým zařízením a výpočetním metodám, které navíc nabízejí nové příležitosti pro kariérní rozvoj vybraného kandidáta.

Design a syntéza nových heterocyklických sloučenin s potenciální antimikrobiální aktivitou
Školitel: Doc. RNDr. Lucie Brulíková, Ph.D.
Zvyšující se prevalence mikrobiálních infekcí spolu se strmě stoupající rezistencí na současná antimikrobiální léčiva vyžaduje neustálý vývoj nových látek, které by působily zcela jiným mechanismem než doposud používaná léčiva. Hlavním cílem této disertační práce bude design, syntéza a studium biologické aktivity nových antibakteriálních a antiparazitárních látek. Zadané téma bude pokrývat návrh nových látek na základě molekulárního dokování, jejich syntézu a optimalizaci jednotlivých syntetických kroků. Připravené látky budou testovány na jejich biologickou aktivitu, zvláště pak na aktivitu antibakteriální a antiparazitární. Biologické experimenty budou u nejzajímavějších látek doplněny enzymatickými esejemi. Dle výsledků biologického testování budou struktury dále upravovány, případně hledán zcela nový farmakofor.

Axiálně chirální heterocyklické sloučeniny s potenciální aplikací v oblasti organokatalýzy, chirálních derivatizačních činidel a inhibice proteinkinas
Školitel: doc. RNDr. Petr Cankař, Ph.D.
Axiální chiralita organických sloučenin je nejčastěji popsána na ortho-substituovaných biarylových sloučeninách, kde dochází k omezení volné otáčivosti kolem jednoduché vazby spojující oba aryly. Vazbou s omezenou otáčivostí prochází osa chirality. Pokud je energetická bariéra volné otáčivosti dostatečně velká, je možné připravit a izolovat atropoizomery, které mohou mít značné praktické využití. Z počátku nebyla atropoizomerii věnována dostatečná pozornost, protože první izolované atropoizomery nebyly dostatečně stabilní pro praktické použití. V posledních 20 letech však dochází k velké renesanci ve využití axiální chirality u organických sloučenin, a to zejména v oblasti organokatalýzy a v poslední dekádě také v medicinální chemii. Hlavním důvodem jsou nové možnosti v prostorovém uspořádání molekul.
Cílem disertační práce bude syntéza a studium axiálně chirálních heterocyklických sloučenin, které umožňují nové prostorové interakce různé povahy dle přítomných funkčních skupin a heterocyklických systémů při stereoselektivní organokatalýze či inhibici proteinkinas. Další oblastí výzkumu může být využití axiálně chirálních sloučenin v roli derivatizačních činidel pro analýzu stereoizomerů a jejich směsí.

Laditelné organokatalyzátory založené na nekovalentních interakcí pro stereoselektivní reakce iminiových a oxoniových intermediátů
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Iontově specifická katalýza patří k rychle se rozvíjejícím oblastem organické asymetrické syntézy. Princip takové transformace je poměrně jednoduchý: chirální katalyzátor vychytává/rozpoznává aniont (obvykle chloridový aniont) a poté vykonává přesnou geometrickou kontrolu nad prochirálním reakčním místem avšak bez toho aby selektivita přeměny nezávisela na interakcích s proměnnými substituenty na substrátu. Kritéria se zdají být jednoduchá, ale jsou obtížně splnitelná, a tak není divu, že je splňuje jen několik takzvaných "privilegovaných" struktur. V našem návrhu představujeme nový typ struktury, jež v kontextu asymetrické katalýzy prozatím nebyla testována, 1,3-diazetidin-2-on (DAZDO), a předpokládáme, že se z ní stane další privilegovaná struktura pro asymetrickou katalýzu. Abychom prokázali náš koncept, vyvineme DAZDO katalyzátory tak, aby byly schopny generovat oxoniové a iminiové intermediáty in situ a za daných podmínek jim umožnili reagovat s různými C-nukleofily s vysokou stereoselektivitou. Vyvinuté metody pak budou aplikovány při syntéze vybraných přírodních látek. Cíl projektu: (1) vyvinout novou generaci aniont-selektivních organokatalyzátorů na bázi diazetidinonového molekulárního skeletu (DAZDO); (2) demonstrovat použití katalyzátorů DAZDO v kontextu syntézy přírodních produktů (stereoselektivní adice C-nukleofilů na iminiové a oxoniové cyklické intermediáty).

Název rámcového tématu česky: Laditelné organokatalyzátory založené na nekovalentních interakcích posílených pomocí Lewisových kyselin
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Organokatalyzátory založené na aktivaci pomocí vodíkových vazeb (HBD) si v poslední době získaly výsadní postavení v oblasti asymetrické syntézy. Aktivace substrátů HBD katalyzátory je založena na vícenásobných slabých interakcích, a proto se uplatňuje koncept "více, lépe". Obvyklou cestou k překonání této nevýhody je vývoj katalyzátorů, které mohou vytvářet silnější HBD interakce, nebo znásobení jejich počtu. Nedávné pokroky v popisu aktivace substrátu katalyzátorem, které zavedly koncept snížení Pauliho odpuzování, však přinesly možnost nových způsobů překonání těchto omezení. V tomto projektu představujeme nový typ doposud nepopsaných katalyzátorů, které jsou založeny na využití tohoto konceptu. Struktura námi vyvinutého TCRP katalyzátoru je postavena na bidentátním HBD donoru, thiomočovině, ale díky přilehlým arylovým skupinám a koordinaci hlavních ligandů na kov (Lewisova kyselina) umožňuje modulaci HBD schopností. TCRP katalyzátory jsou modulární a využívají snadno dostupný zdroj chirality. Očekáváme, že TCRP katalyzátor se stane novým privilegovaným motivem při konstrukci katalyzátorů. Cíle projektu: (1) vyvinout organokatalyzátory využívajících nekovalentních interakcí zesílených pomocí Lewisovy kyseliny  a principu snížení interakcí Pauliho odpuzování (TCRP). (2) demonstrovat použití katalyzátorů TCRP v kontextu organické syntézy (cykloadice, otevření epoxide, spirocyklizace).

Synergické účinky polyketidových přírodních produktů a peptidů - celková syntéza polyketidových přírodních látek a jejich biologická evaluace
Školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Synergický farmakologický účinek různých léčiv a/nebo přírodních produktů je dnes velmi důležitým tématem farmakologie. V mnoha případech lékaři pozorují synergické účinky při použití směsi předepsaných léčiv s různým způsobem účinku a/nebo určených k léčbě různých, často nesouvisejících onemocnění. Taková pozorování jsou ve většině případů založena na empirických základech a není provedeno žádné relevantní vědecké sledování, které by určilo, co se děje v lidském těle. Nicméně od nedávné doby bylo několik přírodních léčiv s očekávanou/pozorovanou biologickou aktivitou, např. proti bakteriím nebo plísním, použito v přítomnosti certifikovaných léčiv se známým způsobem účinku a synergický efekt byl podrobně zkoumán. Cíle projekru: 1) Totální syntéza vybraných přírodních produktů polyketidového typu; 2) Studium možného synergického efektu mezi vybranými polyketidy (přírodního nebo nepřírodního původu) a známými léčivy na bázi polyaminokyselin (např. antibiotiky).

Syntéza a studium dusíkatých heterocyklů jako ligandů pro různé biologické cíle
Školitel: doc. RNDr. Miroslav Soural Ph.D.
Dusíkaté heterocykly představují velmi důležitou skupinu organických sloučenin. Tvoří běžný strukturní motiv v řadě přírodních či syntetických, biologicky aktivních látek. Přibližně 60% léčiv, která byla do dnešního dne schválena pro klinické použití, obsahuje ve své struktuře dusíkatý heterocyklus. Z tohoto důvodu jsou dusíkaté heterocykly atraktivním chemotypem v oblasti medicinální chemie. K dnešnímu dni bylo připraveno množství derivátů vykazujících rozmanité biologické účinky, např. antibiotické, antibakteriální, antifungální, protinádorové, antivirové, analgetické atd. V literatuře dostupné informace o vztazích mezi strukturou a aktivitou konkrétních derivátů proto umožňují (s pomocí molekulárního modelování, je-li znám molekulární cíl) racionální návrh struktury nových analogů s potenciálně výhodnějšími farmakologickými vlastnostmi, např. vyšší aktivitou, selektivitou a metabolickou stabilitou. Cílem disertační práce spadající do této oblasti je hledání nových heterocyklických léčiv na bázi standardního postupu: 1) výběr biologického cíle a strukturní design potenciálního ligandu (typicky s použitím metody scaffold hopping nebo molekulárního modelování), 2) vývoj a optimalizace syntetické metody umožňující přípravu cílové struktury, 3) příprava série substituovaných derivátů za účelem studia mezi strukturou a aktivitou (SAR) látek, 4) primární testování a vyhodnocení SAR, 5) další racionální modifikace struktury s použitím dosažených informací vedoucí k pokročilým derivátů a jejich farmakologické hodnocení. Konkrétní strukturní motiv bude určen na bázi aktuálních výsledků výzkumné skupiny. V současné době je pozornost věnována zejména cytotoxickým sloučeninám působícím proti nádorovým buňkám a derivátům orientovaným na biologické cíle nacházející se v centrální nervové soustavě. Biologické hodnocení probíhá ve spolupráci s Katedrou experimentální biologie, Ústavem molekulární a translační medicíny a Jagellonskou Univerzitou v Krakowě.

Modifikace molekul pentacyklických triterpenů v oblasti kruhu E a A a studium jejich protinádorové a neuroprotektivní aktivity
Školitel: doc. RNDr. Milan Urban, Ph.D.
Triterpeny jsou přírodní sloučeniny disponující řadou biologických aktivit na našem pracovišti se zabýváme zejména sloučeninami s aktivitou cytotoxickou a s tím související protinádorovou. Nejaktivnější deriváty mají IC50 v hodnotách nízko mikromolárních až submikromolárních což v souvislosti s nízkou toxicitou by tyto molekuly předurčovalo k tomu stát se protinádorovými terapeutiky. Vysokou cytotoxickou aktivitou disponují zejména deriváty lupanu a proto jim je věnována zvláště vysoká pozornost. Druhou oblastí zájmu jsou triterpeny s neuroprotektivní aktivitou, které vykazují významné ochranné účinky na buněčných modelech Parkinsonovy a Alzheimerovy nemoci Hlavním problémem aktivních triterpenů je vysoká lipofilita, nízká rozpustnost ve vodě a s tím spojená nedostatečná biodostupnost při perorálním podání. U některých neuroprotektivních sloučenin je pak negativem jejich přílišná cytotoxicita. Jednou z možností, jak tyto nevhodné vlastnosti upravit, je příprava prodrugs. Přes velké úsilí o nalezení optimálních prodrug jsou výsledky tohoto výzkumu dosud spíše dílčí.
V rámci této práce budou připravovány nové sloučeniny zejména sledem různých oxidačních reakcí, halogenací, cross-couplingů, cykloadičních reakcí apod. s hlavním cílem nalézt molekuly s lepší selektivní cytotoxickou aktivitou nebo neuroprotektivní aktivitou než dříve připravené deriváty.  U všech nových derivátů proběhne změření hodnot obou sledovaných biologických aktivit a na základě výsledků dojde k selekci vhodných kandidátů pro další vývoj v jedné či druhé kategorii aktivit, ze kterých budou syntetizovány další deriváty s ohledem na farmakologické parametry, zejména rozpustnost, toxicitu a biodostupnost. Za tímto účelem budou využity dříve vyvinuté postupy přípravy prodrugs, ale budou hledány i nové alternativy. Předpokládá se, že v rámci práce bude připraveno několik sérií derivátů, které budou plně charakterizovány a testovány na jejich biologické aktivity. Z výsledků by mělo být patrné, jaký vliv mají jednotlivé modifikace a prodrug skupiny na aktivitu a farmakologické vlastnosti, zejména biodostupnost a metabolismus. Práce by měla vést k formulaci vztahů mezi strukturou a biologickou aktivitou. Všechny syntézy půjdou ruku v ruce s biologickým skríningem a zpětná vazba z tohoto testování bude určovat směr syntéz k optimalizovaným molekulám vhodným pro vývoj protinádorového léčiva.

Analýza relačních dat
Relational data analysis
Školitel: prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.
Cílem práce je vyvinout nové metody a algoritmy pro analýzu relačních dat, zejména pro hledání shluků a pojmů v datech, závislostí v datech, faktorizace a snižování dimenzionality dat. Součástí práce bude zkoumání časové složitosti vybraných problémů a navrhovaných algoritmů a testování metod a algoritmů na datech.

Kognitivní psychologie v analýze dat
Cognitive psychology in data analysis
Školitel: prof. RNDr. Radim Bělohlávek, DSc.
Cílem práce je vyvinout nové metody analýzy dat, zejména relačních dat, které zohledňují výsledky kognitivní psychologie. Součástí práce bude formalizace relevantních pojmů z kognitivní psychologie a studium těchto formalizovaných pojmů, a to jak teoretické, tak experimentální s využitím psychologických dat.

Verifikační problémy: algoritmy, složitost, experimenty
Verification problems: algorithms, complexity, experiments
Školitel: prof. RNDr. Petr Jančar, CSc.
V oblasti automatizované verifikace žádoucích vlastností softwarových a hardwarových systémů se objevují mnohé problémy, jejichž výpočetní složitost dosud nebyla uspokojivě objasněna. Cílem návrhu této práce je přitáhnout k tomuto tématu studenta, jehož výzkumné úsilí může být zaměřeno na teoretické a/nebo experimentální výsledky.

Aplikace fuzzy relačních rovnic
Applications of fuzzy relational equations
Školitel: doc. RNDr. Eduard Bartl, Ph.D.
Fuzzy relační rovnice mají řadu praktických aplikací. Některé z nich, například v lékařské diagnostice, jsou jednoduché a dobře teoreticky podložené. Oproti tomu v jiných oblastech, jako je analýza a zpracování digitálního obrazu nebo komprese dat, se tyto aplikace opírají pouze o standardní metody a postrádají hlubší teoretický vhled. Cílem práce je získat ucelený přehled o aplikacích fuzzy relačních rovnic, zejména těch, které skutečně našly uplatnění v praxi. Dalším cílem je výběr jedné z aplikací podle zájmu studenta, která bude teoreticky rozpracována. Součástí bude také vývoj a softwarová implementace nových metod založených na tomto teoretickém rozpracování.

Zjednodušování axiomatických systémů
Simplification of axiomatic systems
Školitel: doc. RNDr. Miroslav Kolařík, Ph.D.
Hlavním cílem je vyřešit některé konkrétní otevřené problémy z oblasti zjednodušování axiomatických systémů. Očekává se, že se student seznámí s nejnovějšími poznatky v oblasti, včetně souvisejících softwarových nástrojů, a poté navrhne vlastní algoritmy a implementuje vlastní softwarový nástroj. Aplikace by měla být schopna odvodit nové identity z daného axiomatického systému (pokud to čas a paměť dovolí). Aplikace bude dále umět ověřovat nezávislost daných axiomů hledáním modelů splňujících všechny axiomy daného axiomatického systému kromě jednoho.

Relační systémy v umělé inteligenci
Relational Systems in Artificial Intelligence
Školitel: doc. RNDr. Jan Konečný Ph.D.
Cílem práce je prozkoumat a vyvinout nové metody využití relačních systémů v oblasti umělé inteligence. Zaměření bude na aplikaci relačních modelů při reprezentaci znalostí, učení a inferenci. Součástí práce bude návrh a implementace algoritmů pro zpracování relačních dat v AI, analýza jejich výpočetní složitosti a experimentální ověření na reálných datech. Výzkum může zahrnovat využití relačních neuronových sítí, logických modelů nebo metod kombinujících symbolickou a subsymbolickou AI.

Překladače dotazů pro podobnostní databáze
Query compilers for similarity databases
Školitel: Mgr. Petr Krajča, Ph.D.
Podobnostní databáze představují zobecnění tradičních relačních databází, které umožňuje formulovat přibližné dotazy (např. "výrobek stojí přibližně 100 Kč") a každý řádek tabulky má přiřazený tzv. rank, hodnotu udávájící do jaké míry daný řádek splňuje podmínky zadaného dotazu. Cílem práce bude navrhnout algoritmy, které umožní implementaci prakticky použitelné podobnostní databáze. Práce se zaměří zejména na problém překladu a optimalizace dotazů v podobnostních databázích. Dále se práce bude věnovat zpracování dotazů, které se používájí v tradičních databázích, ale dosud pro ně neexistuje ekvivalent v podobnostních databázích.

Řízení modulárních systémů s částečným pozorováním
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Masopust, DSc.
Cílem práce je navrhnout nové distribuované/paralelní metody a algoritmy pro syntézu optimálních supervizorů, zajišťujících požadované bezpečnostní (safety) specifikace, pro modulární systémy s částečným pozorováním. Uvažovanými modely systémů budou konečné automaty a jejich varianty. Práce se bude věnovat návrhu algoritmů, studiu podmínek zajišťujících optimalitu řešení a otázkám výpočetní a algoritmické složitosti.

Využití dekompozic binárních matic v analýze relačních dat
Utilization of Binary Matrix Decompositions in Relational Data Analysis
Školitel: RNDr. Martin Trnečka, Ph.D.
Cílem této práce je prozkoumat možnosti propojení metod, zejména metod založených na formální konceptuální analýze, pro dekompozici binárních matic se standardními metodami strojového učení. Práce bude zahrnovat návrh nových metod, jejich testování a aplikace na reálných datech.

Agregační teorie na svazech a uspořádaných množinách
Školitel: Prof. Mgr. Radomír Halaš Dr.
Obsahem práce bude studium některých specifických vlastností agregačních funkcí na svazech a uspořádaných množinách.

Variační úlohy v diferenciální geometrii
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.
Obsahem práce bude studium některých variačních úloh na diferencovatelných  varietách s geometrickými strukturami.

Geodetická zobrazení a jejich zobecnění
Školitel: Prof. RNDr. Josef Mikeš DrSc.
Obsahem práce bude studium vlastností geodetických zobrazení a jejich zobecnění diferencovatelných  variet s geometrickými strukturami.

F-planární zobrazení a fyzikální aplikace
Školitel: RNDr. Patrik Peška, PhD.
Obsahem práce bude studium vlastností geodetických zobrazení a jejich zobecnění diferencovatelných  variet s geometrickými strukturami

Reprezentace reziduovaných struktur
Školitel: Doc. Mgr. Michal Botur Ph.D.
Cílem práce bude charakterizace některých významných tříd reziduovaných svazů (nebo odvozených struktur) pomocí nových konstrukcí, jakými mohou být nové typy strukturálních součinů, či nové konstrukce inspirované takzvnými "Kites" konstrukcemi a formulace odpovídajících reprezentačních teorií.

Subredukty některých reziduovaných struktur
Školitel:prof. RNDr. Jan Kühr, Ph.D.
Práce se bude věnovat (primárně implikačním) subreduktům některých reziduovaných struktur.

Statistické metody pro analýzu vícefaktorových kompozičních dat
Školitel: Mgr. Kamila Fačevicová Ph.D.
Cílem dizertační práce bude rozšířit portfolium metod pro statistické zpracování vícerozměrných dat relativní povahy, známých v literatuře pod názvem kompoziční tabulky.  Vzhledem k tomu, že je analýza těchto objektů tradičně založena na logaritmování, bude pozornost zaměřena zejména na imputaci nul, jakožto problém, který pro vícerozměrná kompoziční data není dosud vyřešen. Téma bude také zaměřeno na práci s odlehlými hodnotami a redukci dimenze.

Funkcionální regresní modely se složitou strukturou
Školitel: doc. RNDr. Eva Fišerová Ph.D.
Funkcionální analýza dat je soubor metodologií vhodných pro analýzu vysoce dimenzionálních měření, jako jsou křivky nebo povrchy, které data neuvažují jako posloupnost jednotlivých měření za sebou, ale jako celé funkce. Regresní modely jsou považovány za funkcionální, pokud lze s vysvětlující proměnnou, závislou proměnnou nebo s vysvětlující i závislou proměnnou zacházet jako s funkcemi. Cílem disertační práce je rozvoj vhodných statistických metod a algoritmů zaměřených na statistické modelování zejména v situacích, kdy náhodné chyby mají složitou varianční a korelační strukturu, existují restrikce na regresní parametry nebo pozorování jsou neúplná. Důraz bude kladen jak na teoretické aspekty týkající se odhadů, nejistoty a statistické indukce, tak i na praktickou implementaci a výpočetní proveditelnost.

Bayeovská statistika užitím Bayesových prostorů
Školitel: Prof. RNDr. Karel Hron, Ph.D.
Bayesovská statistika má ohromný aplikační potenciál prakticky ve všech vědních oblastech. Přitom se často setkáváme s tím, že jsou pomocí ní zpracovávána data relativní povahy, ať již v diskrétní podobě (kompoziční data) nebo ve spojité podobě (hustoty rozdělení pravděpodobností), což je zapotřebí zohlednit jejich vhodnou logpodílovou reprezentací. Nadto i v rámci samotných bayesovských odhadů je třeba reflektovat specifickou geometrickou strukturu klíčových komponent Bayesovy věty: apriorního rozdělení, věrohodnostní funkce a aposteriorního rozdělení. V rámci disertační práce se budeme věnovat všem těmto tématům užitím metodiky Bayesových prostorů, která umožňuje elegentní přístup k relevantnímu zpracování dat pomocí bayesovských metod jakož i k rozvoji samotné bayesovské statistiky.

Hloubka dat na simplexu
Školitel: doc. Mgr. Ondřej Vencálek Ph.D.
Koncept hloubky dat je základem pro neparametrickou statistiku ve vícerozměrném prostoru. Narozdíl od prostoru R1, kde existuje přirozené uspořádání hodnot od nejmenší po největší, v prostorech R^d, kde d>1 již hodnoty nejsou takto snadno uspořádatelné. Můžeme však hodnoty (body) uspořádat alespoň částečně, a to právě pomocí hloubky dat, která určuje míru centrality jednotlivých bodů vůči nějakému rozdělení pravděpodobnosti. V poslední době je koncept hloubky studován v dalších prostorech, např. v prostoru funkcí či na sféře. Cílem práce je navrhnout rozšíření pojmu hloubka pro prostor simplexu, tedy prostor, se kterým se pracuje při analýze kompozičních dat. Studovány budou možnosti rozšíření různých funkcí hloubky, jejich teoretické vlastnosti a výpočetní náročnost.

Fyzikálně informované strojové učení a matematické rovnice
Školitel: RNDr. Rostislav Vodák Ph.D.
Cílem práce je aplikace nástrojů fyzikálně informovaného strojového učení na analýzu, modelování a odvozování matematických rovnic, které popisují různé fyzikální jevy.

Využití formální analýzy konceptů ve školské matematice
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na vybrané inovativní postupy v pregraduální přípravě učitelů matematiky.

Analýza učebnic pro výuku analytické geometrie na středních školách
Školitel: Doc. RNDr. Marek Jukl Ph.D.
Obsahem práce bude výzkum zaměřený na analýzu vybraných partií učiva geometrie ve středoškolských učebnicích matematiky.

Zdůvodňování a dokazování v matematickém vzdělávání
Školitel: Doc. RNDr. Petr Emanovský Ph.D.
Cílem práce bude zjistit postavení geometrie v současné školské matematice. Metody výzkumu: analýza, komparace, dotazník, případně experiment.

Analýza rovnovážných stavů
Analysis of equilibria
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
Nonlinear and multivalued analysis of equilibria will be considered to dynamical systems and differential inclusions. Standard well known equilibria are, for instance those of Nash in the frame of the game theory. Using the fractional and topological methods (degree arguments, or so), the existence, localization, multiplicity and stability results will be of an interest.

Mnohoznačné okrajové úlohy
Multivalued boundary value problems
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
Boundary value problems for the second-order differential inclusions with Neumann boundary conditions will be under consideration. The applied technique will be based on a combination of topological (e.g. degree) arguments and Lyapunov-type bounding functions. The existence, localization and multiplicity results will be of an interest.

Skoroperiodické posloupnosti
Almost-periodic sequences
Školitel: Prof. RNDr. dr hab. Jan Andres CSC.,DSc.
The hierarchy of almost-periodic sequences will be investigated in various metrics. The existence of almost-periodic solutions will be then considered. In the particular case of limit-periodic solutions, the difference equations will be preferably explored in the absence of global lipschitzianity imposed on the right-hand sides.

Prostorová gramotnost založená na užívání map
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Cílem práce je ověřit propojení metod map use a sociologických metod pro zjištění prostoroové gramotnosti vybraných skupin obyvatel. Student(ka) připraví, realizuje a vyhodnotí uživatelské experimenty na dostatečně široké skupině respondentů. Zaměří se na více druhů map, řešení prostových úloh (vč. orientace v prostoru) i rozlišné skupiny respondentů. Data pořízená různými metodami sběru budou statisticky vyhodnocena a analyzována v prostředí geoinformačních technologií. Interpretace dosažených výsledků napomůže k podpoře úprav vzdělávacích a informačních prostředků a aktivit.

Interactivní atlas v reálném čase v dashboard konceptu pro online geovizualizaci dynamických jevů
Školitel: Prof. RNDr. Vít Voženílek, CSc.
Cílem práce je navrhnout, realizovat, implementovat a ověřit koncept dashboard pro tvorbu interaktivních atlasů. Student(ka) se zaměří na geovizualizaci vybrané skupiny dynamických jevů a zpracuje teoretické základy i praktické návody na efektivní tvorbu a využívání nového typu webových tematických atlasů. K tomu nutně rozvine spolupráci s vybranými subjekty generující časové řady geodat. Zaměří se na vizualizační i analytické nástroje atlasů.

Prostorové vyhodnocování obyvatelnosti měst
Školitel: Doc. Ing. Zdena Dobešová, Ph.D.
Cílem práce je vyzkoumat možnosti přístupu hodnocení obyvatelnosti měst pomocí GIS. Struktura, uspořádání a vybavenost městského prostředí výrazně ovlivňuje úroveň obyvatelnost (livability) jejich obyvatel. Jedním z parametrů je výpočet chodeckosti (jako podpora pěšího dopravy) ve městech. Automatické zpracování prostorových dat v GIS umožňuje navrhnout různé vyhodnocení míry obyvatelnosti měst obyvatel. Různé pohledy a možnosti automatického zpracování prostorových dat bude cílem disertačního výzkumu.

Pokročilé generování 3D objektů na základě fotogrammetrických a lidarových dat
Školitel: prof. RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D.
Cílem výzkumu je testovat, optimalizovat a integrovat nové metody a algoritmy pro generování 3D objektů, a to vystavěného i přírodního prostředí, v různých stupních LOD na základě automatizovaného zpracování fotogrammetrických a lidarových dat.

Predikční modelování vývoje landcover/landuse v prostředí GIS
Školitel: prof. RNDr. Vilém Pechanec, Ph.D.
Cílem výzkumu je rozvoj algoritmů a postupů pro predikční modelování krajiny. Predikce krajiny, či vybraných složek mohou být založeny na uživatelských scénářích, stejně jako na scénářích typu BaU či What-If. Významnou částí výzkumu by měl být rozvoj metod pro vytváření logicky  správných integrovaných datasetů.

Témata budou průběžně doplňována.

Implementace konceptu 15minutového města jako nástroje udržitelné městské mobility a rozvoje
Školitel: doc. Mgr. Jiří Pánek, Ph.D.
Disertační práce se zaměřuje na rešerši různých pojení a definicí termínu 15 minutové město a zkoumání možností implementace konceptu 15minutového města v kontextu udržitelné městské mobility a rozvoje. Cílem je analyzovat, jak lze prostřednictvím tohoto konceptu zlepšit kvalitu života obyvatel měst, podpořit environmentálně šetrnou mobilitu a přispět k dosažení cílů udržitelného rozvoje (SDG).
Práce kombinuje teoretický výzkum s empirickou analýzou vybraného města. Zaměřuje se na aspekty, jako je přístupnost klíčových služeb a infrastruktury, redukce dopravní zátěže, dekarbonizace dopravy, podpora aktivní mobility (chůze a cyklistika) a prostorová spravedlnost. Součástí výzkumu bude také identifikace bariér a příležitostí pro aplikaci konceptu v českém prostředí.
Na základě výsledků práce budou navržena doporučení pro městské plánovače a politiky, která zahrnou konkrétní opatření pro zlepšení městské mobility, tvorbu inkluzivního veřejného prostoru a podporu participace občanů na rozhodovacích procesech. Tento výzkum přispěje k diskusi o tom, jak efektivně transformovat současná města v udržitelnější a obyvatelnější prostředí.

Mezinárodní partnerská spolupráce měst v kontextu střední a východní Evropy
Školitel: doc. Mgr. Zdeněk Opršal, Ph.D.
Disertační práce se zaměřuje na mezinárodní spolupráci měst se zaměřením na situaci ve střední a východní Evropě. Transnacionální vztahy měst je fenomén, který nebyl v kontextu střední a východní Evropy dostatečně zkoumán. Cílem je analyzovat i) typy zahraničních partnerství měst, ii) časovou dynamiku a prostorové vzorce partnerské spolupráce vybrané skupiny měst, iii) motivace a cíle zahraničních partnerství měst, iv) faktory úspěchu/ funkčnosti zahraničních partnerství.
Práce předpokládá využití kvantitativních i kvalitativních výzkumných metod. Teoretická část zahrnuje důkladnou rešerši zdrojů a studium vývoje konceptu partnerské spolupráce v celosvětovém i středoevropském kontextu. Analytická část zahrnuje dotazníkové šetření vybrané skupiny měst a jejich následné vyhodnocení doplněné o kvalitativní výzkum zahrnující rozhovory s decisionmakery z vybraných městských samospráv.
Pozornost bude věnována partnerstvím propojující města v ČR s městy v transformujících se a ekonomicky méně vyspělých regionech světa (včetně reakce měst na konflikt na Ukrajině a související příchod uprchlíků). V rámci výzkumu se předpokládá spolupráce se Svazem měst a obcí ČR a Národní sítí zdravých měst ČR. Výsledky výzkumu budou publikovány v relevantních vědeckých žurnálech, např.  Eurasian Geography and Economics a Cities.

Analyzing the Relationships between Social Progress, Economic Growth, and the Environment as Key Dimensions of Sustainable Development
Supervisor: doc. Ing. Mgr. Jaromír Harmáček Ph.D.
The doctoral subject embarks on a comprehensive exploration of the dynamic relationships and interactions among social progress, economic and income growth, and the environment as key dimensions of sustainable development. The thesis can be delved into the complexities, challenges, and opportunities that arise when striving to align these dimensions and navigate the delicate balance required for achieving sustainability.
Using a methodology that incorporate quantitative analyses and draws upon available data sources such as the Global Carbon Atlas for CO2 emissions, Social Progress Imperative for social progress index (SPI), and the World Inequality Database for income distribution data, this research aims to enrich the ongoing dialogue on sustainable development.
At least three papers in academic journals are assumed. The first paper will analyze the relationship between social progress, and economic and income growth, the second will focus on the interactions between social progress and environmental impacts, while the third will examine the association between income growth and environmental impacts. A potential fourth paper (or the dissertation thesis) will try to reconcile the three aspects of sustainable development, possibly in a new composite measure of this concept. The aforementioned papers could be published in journals such as Social Indicators Research, Ecological Indicators, Applied Geography, Population and Environment, etc.

Beyond GDP: Metrics for Well-being, Sustainability, and Equity
Supervisor: doc. Mgr. Miroslav Syrovátka, Ph.D.
The dissertation will analyze and evaluate selected aspects of “Beyond GDP” metrics, focusing on their development, critique, and institutionalization (Barrington-Leigh and Escande, 2018; van den Bergh, 2022). Candidates are encouraged to explore themes within the dual framework of current well-being (Frijters et al., 2024; Syrovátka and Schlossarek, 2019) and future well-being, i.e., sustainability (McLaughlin et al., 2024; Syrovátka, 2020). The latter also offers opportunities to examine cross-cutting issues like environmental inequality and global justice (Chancel, 2022; Gupta et al., 2023). In addition, candidates may engage with integrative frameworks that address both dimensions, such as the Sustainable Development Goals (van Vuuren et al., 2022; Hametner, 2022; Usubiaga-Liaño et al., 2024) or the Safe and Just Space (Fanning et al., 2022; Alleisa & Bakshi, 2023).
Candidates will prepare a research draft in consultation with the supervisor. The draft will outline the overall framework and propose three research questions, with one of them developed in detail. An interdisciplinary approach, combining quantitative analyses of metrics with other appropriate methods, is encouraged. The dissertation will consist of at least three academic papers linked by a commentary, targeting reputable journals such as Ecological Economics, Social Indicators Research, and Global Sustainability.

Dopady hazardního hraní na místní a regionální rozvoj území
Školitel: doc. Mgr. David Fiedor, Ph.D.

Specifická úmrtnost a její faktory v geografické perspektivě
Školitel: doc. Mgr. David Fiedor, Ph.D.

Geografické aspekty úspěšnosti sportovních klubů
Školitel: doc. Mgr. Jindřich Frajer, Ph.D.

Historické malé vodní nádrže v současné krajině
Školitel: doc. Mgr. Jindřich Frajer, Ph.D.

Mobilita obyvatelstva České republiky: vývoj, trendy, struktury
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Scientometrie a publikační strategie v geografii
Školitel: prof. RNDr. Marián Halás, Ph.D.

Dynamika prostorových struktur a sítí funkčních urbánních regionů
Školitel: doc. Mgr. Pavel Klapka, Ph.D.

Tepelná expozice zranitelných skupin obyvatel v reálném prostředí města
Školitel: doc. Mgr. Michal Lehnert, Ph.D.

Role zelených stěn a zelených střech v sídlech
Školitel: doc. Mgr. Michal Lehnert, Ph.D.

Antropogenní ovlivnění přírodních geomorfologických procesů
Školitel: doc. RNDr. Irena Smolová Ph.D.

Změny v prostorovém uspořádání maloobchodu v Česku a Polsku během uplynulých dekád
Školitel: doc. RNDr. Zdeněk Szczyrba, Ph.D.

Energetické chování českých domácností v kontextu energetické transformace
Školitel: RNDr. Bohumil Frantál, Ph.D.