Doktorské studium

Studijní obor Biofyzika

Stručná charakteristika oboru

Doktorské studium v oboru Biofyzika je určeno absolventům odborného studia fyzikálních a biofyzikálních oborů matematicko-fyzikálních a přírodovědeckých fakult univerzit a absolventům biomedicínsko-technicky zaměřených studijních oborů vysokých škol technického směru. Pokrývá široké spektrum problémů obecné i aplikované biofyziky, kde lze zdůraznit tyto disciplíny: biofyzika biomakromolekul, biofyzika membrán a bioelektrické jevy, studium struktury buněk (buněčná biofyzika), fotosyntéza, aplikace moderních mikroskopických metod, biologické účinky ionizujícího i neionizujícího záření, působení magnetických polí aj. Zasahuje i do problematiky interdisciplinárního charakteru: nanotechnologie v biomedicínském výzkumu, principy zobrazovacích metod v lékařství, analýza obrazové informace či modelování biologických procesů na molekulární, buněčné i systémové úrovni. Studium těchto tematických celků může být v případě zájmu uchazeče zaměřeno i na výstup získaných výsledků do aplikační praxe, tj. zahrnovat spolupráci s firmami, které se zabývají výrobou vědeckých zařízení nebo jsou etablovány v oblasti biotechnologii aj. Těžiště jak studia samotného, tak disertační práce může být více či méně fyzikálně či biologicky orientováno, ale vždy musí zahrnovat syntézu biologického a fyzikálního myšlení, tedy nosné biofyzikální téma. V tomto oboru jsou vyloučeny práce s historickým nebo popularizačním charakterem. Práce bez experimentální komponenty (teoretické) budou přijímány jen po posouzení tématu oborovou komisí.

Spolupracující instituce

Při zajištění oboru, jeho kvalitativní úrovně, naplnění požadavků profilu absolventů a odborné kvality disertačních prací spolupracuje Přírodovědecká fakulta MU s Lékařskou fakultou MU, CEITEC, dále pak s dalšími institucemi, a to zejména prostřednictvím externích členů oborové komise a externích školitelů:

  1. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně
  2. Veterinární a farmaceutická univerzita v Brně,
  3. Biofyzikální ústav AV ČR, 
  4. Ústav přístrojové techniky AV ČR v Brně,

 

Profil absolventa oboru

Absolvent má hluboké znalosti problematiky zejména v oblasti obecné a molekulární biofyziky. Je schopen samostatně a tvůrčím způsobem přistupovat zejména k experimentálnímu řešení biofyzikálních problémů. Umí formulovat hypotézy, které mohou být matematicky (statisticky) hodnoceny a zejména biofyzikálně interpretovány. Je kvalifikovaným tvůrčím pracovníkem se schopností stát se odbornou individualitou. Uplatní se jako samostatný vědecký pracovník v ústavech AVČR, na vysokých školách univerzitního i profesního typu a v dalších institucích zabývajících se řešením komplexně pojatých biofyzikálních problémů zakotvených v obecné a molekulární biofyzice s možnými přesahy do aplikační oblasti medicíny a zemědělských věd.

Vstupní požadavky na uchazeče o přijetí ke studiu

 (A) Odborné požadavky: 

  1. Bezpečná orientace v problematice základního univerzitního kurzu obecné fyziky a biofyzikálních předmětů.
  2. Zvládnutí matematického aparátu přiměřeného formulaci problémů v rámci základního kurzu obecné fyziky a biofyziky. 

Tematické okruhy pro přijímací řízení (konkrétní témata pro přijímací řízení jsou blíže formulována podle plánovaného zaměření disertační práce, včetně možnosti zahrnutí základní problematiky v oblasti molekulární biologie, buněčné biologie, fyziologie aj.): 

  1. Fyzikální systém a jeho popis. 
  2. Fyzikální pole a jejich popis. 
  3. Periodické děje. 
  4. Úloha experimentu v biofyzice, klíčové experimenty. 
  5. Struktura atomu a elektronového obalu
  6. Struktura biopolymerů
  7. Biologická membrána a její základní vlastnosti, membránový potenciál
  8. Struktura buňky
  9. Základní charakteristika energetického metabolismu

(B) Jazykové požadavky:

  • Čtení a překlad odborného textu z biofyzikální disciplíny vztahující se k zaměření disertační práce v angličtině, porozumění textu a rozprava o jeho obsahu v angličtině. 

(C) Další požadavky:

  •  Motivační rozprava o tématu disertační práce.

Hodnocení přijímací zkoušky a nutné podmínky pro přijetí:

  • Část (A) … dosažení 40 bodů z 60 možných
  • Část (B) … dosažení 20 bodů ze 40 možných
  • Část (C) … nebodována

 

Studijní povinnosti a podmínky ukončení studia

Standardní doba studia je 4 roky, minimální kreditová hodnota studia je 240 kreditů. Forma studia je buď prezenční, nebo kombinovaná. Studium se ukončuje (§47 odst. 4 zákona o VŠ a pravidel Studijního a zkušebního řádu Masarykovy univerzity – SaZŘ) (1) státní doktorskou zkouškou (2) obhajobou disertační práce.

Průběh studia se řídí individuálním studijním plánem (viz níže) a relevantními ustanoveními SaZŘ (zejm. Část čtvrtá). Účast ve výuce podléhá ustanovením čl. 9 SaZŘ s těmito výjimkami: 

  • účast na odborných seminářích pracoviště, jehož pracovníkem je školitel či konzultant, popřípadě odborných seminářů jiných ústavů, jejichž tematika se vztahuje k tématu disertační práce (určuje školitel) je po celou dobu studia povinná v prezenční i kombinované formě, 
  • účast při výuce předmětu Pomoc při výuce je povinná v prezenční i kombinované formě v rozsahu stanoveném školitelem,
  • účast na jednorázových seminářích a prezentacích sloužících k hodnocení studentů (jsou-li předepsány) je povinná v prezenční i kombinované formě,
  • účast ve výuce dalších, zejména experimentálních předmětů důležitých z hlediska zaměření disertační práce, popřípadě jednorázových přednáškách hostujících odborníků, bezprostředně se týkajících tématu disertační práce; výčet těchto předmětů stanoví školitel.

Individuální studijní plán (ISP)

Individuální studijní plán sestavuje školitel zejména s ohledem na téma disertační práce. V rámci studijního plánu absolvuje doktorand jednak předměty přímo související s tématem disertační práce, jednak předměty vytvářející jeho odborný profil jako skutečnou nadstavbu magisterského studia (modelový ISP viz níže): 

  1. Profilující předměty typu A: přednášky a semináře s fyzikální, biofyzikální, fyzikálně chemickou a biologickou tématikou, jejichž cílem je rozšíření biofyzikálního vzdělání, umožňující kvalifikovaný přístup k řešení biofyzikální problematiky, včetně odborných seminářů ústavů dle příslušnosti školitele a ve vztahu k disertační práci.
  2. Profilující předměty typu B: specializované semináře a konzultace vztahující se k tématu disertační práce a semináře jiných než školicích pracovišť.
  3. Stáž na zahraniční či tuzemské instituci, vyžaduje-li to zpracování tématu disertační práce.
  4. Vlastní pedagogickou činnost v kurzech pregraduálního studia, jejímž cílem je získání praktických zkušeností při formulaci a řešení biofyzikálních problémů na adekvátní úrovni použitých postupů (předmět Pomoc při výuce).
  5. Předměty související s jazykovou kompetencí, resp. tuto kompetenci prokazující, s kompetencemi statistického zpracování výsledků, etikou biomedicínských experimentů aj. dle specifik disertační práce.
  6. Přípravu disertační práce, studium relevantní literatury a přípravu publikací a konferenčních či seminárních prezentací.

 

Státní doktorská zkouška – obsah a rozsah, požadované znalosti

Podmínky pro podání přihlášky ke státní doktorské zkoušce:

  1. Získání nejméně poloviny minimální kreditové hodnoty studia.
  2. Absolvování všech povinných a povinně volitelných předmětů individuálního studijního plánu prvních čtyř semestrů studia (včetně těch, které bezprostředně související s disertační prací (tyto předměty označí v ISP školitel).
  3. Úspěšné splnění jazykových požadavků dle čl. 30 odst. 4, písm. c) SaZŘ: angličtina.
  4. Předložení tezí disertační práce a případného seznamu publikací a konferenčních prezentací jako příloh přihlášky ke státní doktorské zkoušce. 

Státní doktorská zkouška prověřuje rozsah a hloubku uchazečových znalostí problematiky obecné (respektive molekulární, buněčné či biomedicínsky orientované) biofyziky související s tématem disertační práce a jeho schopnost přistupovat tvůrčím způsobem k řešení problémů zejména experimentálního charakteru, od jejich biofyzikální formulace až k interpretačním závěrům. V souladu s tím jsou okruhy zkoušky, spadající tematicky do studované oblasti v rámci individuálních plánů, formulovány pro jednotlivého uchazeče tak, aby tvořily skutečnou nadstavbu magisterského studia. 

Základní okruhy zkoušky: 

  1. Molekulární struktura živé hmoty a metody jejího studia na úrovni jednotlivých molekul.
  2. Konformační změny biomakromolekul a metody jejich studia. 
  3. Biofyzika procesů na biologických membránách. 
  4. Struktura buňky a přehled mikroskopických metod vhodných pro její studium. 
  5. Interakce neionizujícího záření s živou hmotou. 
  6. Interakce ionizujícího záření s živou hmotou.
  7. Biofyzika biologických systémů a subsystémů dle zaměření disertační práce.

Součástí státní doktorské zkoušky je rovněž prezentace studenta o problematice a stavu zpracování jeho disertační práce obsažená v tezích disertační práce, přednesená v úvodní části státní doktorské zkoušky v časovém rozsahu cca 20 minut a následná rozprava. Konkrétně formulované otázky spadající do okruhů 1. až 7. obdrží uchazeč nejméně 4 týdny dní před termínem zkoušky, dle ustanovení čl. 32 odst. 4 SaZŘ.

Požadavky na doktorskou disertační práci 

Práce je zaměřena na vymezení dosud neřešených nebo neuspokojivě řešených problémů v oblasti biofyziky. Předpokládá se, že obsahuje důslednou biofyzikální (tj. fyzikální a biologickou) formulaci těchto problémů a jejich řešení, včetně aplikace v praxi nebo prakticky orientovaném výzkumu. Těžištěm práce je řešení biofyzikální problematiky tématu s původními výsledky na fyzických systémech nebo matematických modelech.  Přihláška k obhajobě disertační práce musí být doložena publikačními výstupy odpovídajícími specifikům a standardům oboru a publikačním zvyklostem v dané oblasti. Nepodkročitelnou podmínkou je přiznaný impaktní faktor prvoautorské publikace již vydané nebo přijaté k tisku (s potvrzením od redakce). Je doporučeno, aby časopis, v němž je publikace vydávána, byl řazen do prvního či druhého kvartilu impaktové úrovně v daném oboru. Přílohami přihlášky k obhajobě disertační práce jsou

  1. tři tištěné exempláře disertační práce,
  2. seznam publikací disertanta a prezentací na konferencích,
  3. publikace, resp. rukopis publikace přijaté do tisku, která nejlépe charakterizuje původní výsledky disertační práce.

Ukázky témat disertačních prací

Následující ukázky charakterizují typy témat disertačních prací z oblasti biofyziky. Prezentovány jsou návrhy zkušených badatelů a školitelů doktorandů:  

Název: Citlivost proteinů na membránové složení

Zadání: Kontrola složení a tvaru biologických membrán je životně důležitá pro nejen eukaryotické buňky. Organely udržují přesné rozložení lipidů i přes neustálou výměnu materiálu. To je potřebné pro správnou organizaci a funkci membránových proteinů, které tak může buňka řídit v prostoru a čase. Složení membrán je také specifické pro rakovinné buňky, bakterie a obalené viry, čehož může být využito k cílenému a specifickému léčení. Cílem tohoto projektu je zkoumat vliv složení membrány na interakci vybraných proteinů. 
Student získá znalosti v oblasti Linuxu, počítačových simulací a molekulového modelování. K výzkumu boudou použity počítačové simulace metodou Molekulové Dynamiky a využitím pokročilých metod analýzy fosfolipidových membrán. 
Postup: Vypracování literární rešerše, nastudování uvedené odborné literatury a metodiky simulací, provedení simulací a analýza získaných dat, vyhodnocení a diskuze výsledků, vypracování disertační práce.
Literatura:
[1] Amaro, M.; Sachl, R.; Aydogan, G.; Mikhalyov, I.I.; Vácha, R.; Hof, M.: Angewandte Chemie International Edition 2016, 55, 1-6
[2] van Meer, G.; Voelker ,D.R.; Feigenson ,G. W. :Nature Reviews Molecular Cell Biology 2008, 9, 112–124
[3] Bigay, J.; Antonny, B: Developmental Cell 2012, 23
[4] Doucet, C.M.; Esmery, N.; de Saint-Jean, M.; Antonny, B.: PLoS ONE 2015, 10(9): e0137965
[5] Antonny, B.: Annual Reviews Biochemistry 2011, 80, 101–23
[6] Drin, G.; Casella, J.-F.; Gautier, R.; Boehmer, T.; Schwartz, T. U.; Antonny, B.: Nature Structural and Molecular Biology 2007, 14, 138–146
Školitel: Doc. RNDr. Robert Vácha, PhD

Název: Studium strukturních a elastických vlastností DNA mutačních motivů pomocí výpočetních metod

Mutační motivy jsou krátké specifické DNA sekvence, které se vyznačují buď vysokou mutabilitou (tzv. hot spoty) nebo nízkou mutabilitou (tzv. cold spoty). Znalost těchto motivů a jejich vlastností je důležitá pro pochopení opravných mechanismů DNA v buňce. Cílem práce bude studium strukturních a elastických vlastností vybraných DNA mutačních motivů identifikovaných v genech asociovaných s dědičnými chorobami. Pro vybrané motivy a různé kombinace mismatchů budou in silicopostaveny 3D modely dvoušroubovice DNA. Pomocí různých mechanistických přístupů bude prošetřena jejich deformabilita (flexibilita), která je pravděpodobně hlavním faktorem uplatňujícím se při opravných mechanismech chybného párování (mismatch repair).

Literatura:

  • Cooper et al., Human Genomics, 2010, 4, 406–410. Methylation-mediated deamination of 5-methylcytosine appears to give rise to mutations causing human inherited disease in CpNpG trinucleotides, as well as in CpG dinucleotides.
  • Cooper et al., Human Mutation, 2011, 32, 1075–1099. On the Sequence-Directed Nature of Human Gene Mutation: The Role of Genomic Architecture and the Local DNA Sequence Environment in Mediating Gene Mutations Underlying Human Inherited Disease
  • Warren et al., Molecular Cell, 2007, 26, 579-592. Structure of the Human MutSa DNA Lesion Recognition Complex
  • Arnheim and Calabrese, Nature Reviews, 2009, 10, 478-488, Understanding what determines the frequency and pattern of human germline mutations
  • Molecular Modelling: Principles and Applications (2nd Edition), Andrew Leach.

Školitelka: Mgr. Kamila Réblová, PhD

Název: Kovové nanočástice jako rizikový faktor ultrazvukové terapie a diagnostiky – in vitro studie.

Zvyšující se frekvence používání a rostoucí variabilita nanočástic, které mají mechanické vlastnosti velmi odlišné od jiných nanostruktur může vést k riziku při aplikacích diagnostického i terapeutického ultrazvuku v medicíně. Stříbrné nanočástice například mohou pronikat do tkání těla z krycích materiálů používaných v chirurgii a postižená tkáň pak může být vyšetřována ultrazvukem. Ultrazvuk rozkmitává tkáně i nanočástice s jinou amplitudou, což může vést ke zvýšenému pronikání nanočástic do nitra buněk a takto i ke zvyšování jejich cytotoxicity. Podobné efekty lze očekávat i u jiných nanočástic vystavených různým kmitočtům terapeutického ultrazvuku, včetně aplikací ultrazvukového skalpelu. Další ohroženou tkání je například dáseň vystavená ultrazvuku při ošetřování chrupu, kde nelze rovněž vyloučit přítomnost velmi malých kovových částic např. z rozpadajícího se amalgámu. V práci bude studován průnik kovových nanočástic do buněk tkáňových kultur nenádorového původu pod vlivem vysokofrekvenčního i nízkofrekvenčního ultrazvuku z běžných zdrojů využívaných v medicíně. Pro vyhodnocení budou využity zejména mikroskopické techniky, ale i chemická analýza vzorků buněk po ozvučení.

Literatura:

Školitel: Prof. RNDr. Vojtěch Mornstein, CSc.

Informace o individuálním studijním plánu

Individuální plán vypracovává student společně se svým školitelem. Předkládá ho při zápisu do dalšího ročníku studia. Individuální studijní plán obsahuje tyto povinné položky:

- Příprava disertační práce: 

Kreditová hodnota předmětu Příprava disertační práce je nejméně 130 kreditů (standardní rozmezí činí polovinu až dvě třetiny minimální kreditové hodnoty studia, tj. 120 až 160 kreditů).

- Studium literatury: Student zapisuje během prvních čtyř semestrů studia nejvýše 15 kreditů. Předmět se ukončuje kolokviem (zkoušejícím je školitel, popřípadě učitel stanovený předsedou oborové komise/rady), nebo zápočtem. Zápis předmětu je možný i v dalších semestrech studia.                                                                                                          

- Pomoc při výuce: Student zapisuje během prvých čtyř semestrů nejméně 6 a nejvýše 18 kreditů, zápis předmětu je možný i v dalších semestrech studia. Pomoc při výuce v rozsahu 2 kontaktní hodiny týdně má hodnotu 3 kredity. Předmět se ukončuje se zápočtem, který uděluje školitel, popřípadě učitel, jehož výuky se plnění požadavků předmětu týká.                                                                                                               - Příprava publikace: Student zapisuje během studia 15 až 20 kreditů. Publikace zaslaná po rozhodnutí školitele do národního recenzovaného časopisu nebo sborníku – 2 až 5 kreditů, do mezinárodního časopisu nebo sborníku i IF – 10 kreditů. V každém případě musí jít o recenzovaný časopis nebo sborník.                                                                                                        - Jazyková kompetence: Student zapisuje během studia (doporučeno v průběhu prvních čtyř semestrů) buď výuku příslušného předmětu ve dvou semestrech (například předmět ukončený zápočtem 2 kredity, předmětu ukončený zkouškou 4 kredity, celkem 6 kreditů (hodnotí vyučující jazyků); popřípadě může jít pouze o prokázání jazykové kompetence písemnou a ústní zkouškou bez absolvování výuky, 6 kreditů (hodnotí vyučující jazyků), nebo alternativně prokázání jazykové kompetence sepsáním cizojazyčné publikace v angličtině, nebo jiném světovém jazyce (3 kredity) a přednesením cizojazyčné přednášky (3 kredity), hodnocení v tomto alternativním případě uděluje školitel.

- Stáž: Student zapisuje stáž, stanoví-li tak školitel (1 měsíc … 10 kreditů). O výsledku stáže předloží zprávu potvrzenou pověřenou osobou instituce, na níž byla stáž absolvována.                                                      - Profilující předměty typu A: Student zapisuje v průběhu celého studia 10 až 15 kreditů. 

- Profilující předměty typu B: Student zapisuje v průběhu celého studia 25 až 30 kreditů.

Souhrnná tabulka a rozpis podle jednotlivých semestrů (příklad)

Studijní povinnost

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

130

z

Studium literatury

15

z, k

Pomoc při výuce

12

z

Příprava publikace

20

z

Jazykové kompetence*

6

z, zk

Profilující předměty A

15

k, zk, z

Profilující předměty B

30

 

Volitelné předměty, stáž

12

k, zk, z

Celkem

240

 

 *Viz též bod 5. odstavce o individuálním studijním plánu

1. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

5

z

Studium literatury

6

z, k

Pomoc při výuce

3

z

Příprava publikace

-

 

Jazykové kompetence

-

 

Profilující předměty A

6

k, zk, z

Profilující předměty B – semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B– ostatní

6

k, zk, z

Volitelné předměty, stáž

2

k, zk, z

Celkem

30

 

 

2. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

10

z

Studium literatury

4

z, k

Pomoc při výuce

3

z

Příprava publikace

-

 

Jazykové kompetence

-

 

Profilující předměty A

5

k, zk, z

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B– ostatní

4

k, zk, z

Volitelné předměty, stáž

2

k, zk, z

Celkem

30

 

 

3. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

10

z

Studium literatury

3

z, k

Pomoc při výuce

3

z

Příprava publikace

-

 

Jazykové kompetence

2

z, zk

Profilující předměty A

4

k, zk, z

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B– ostatní

4

k, zk, z

Volitelné předměty, stáž

2

k, zk, z

Celkem

30

 

 

4. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

13

z

Studium literatury

2

z, k

Pomoc při výuce

3

z

Příprava publikace

4

z

Jazykové kompetence

4

z, zk

Profilující předměty A

-

 

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B– ostatní

-

 

Volitelné předměty, stáž

2

k, zk, z

Celkem

30

 

 

5. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

20

z

Studium literatury

-

 

Pomoc při výuce

-

 

Příprava publikace

6

z

Jazykové kompetence

-

 

Profilující předměty A

-

 

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B – ostatní

-

 

Volitelné předměty, stáž

2

k, zk, z

Celkem

30

 

 

6. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

26

z

Studium literatury

-

 

Pomoc při výuce

-

 

Příprava publikace

-

 

Jazykové kompetence

-

 

Profilující předměty A

-

 

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B – ostatní

-

 

Volitelné předměty, stáž

2

k, zk, z

Celkem

30

 

 

7. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

24

z

Studium literatury

-

 

Pomoc při výuce

-

 

Příprava publikace

4

z

Jazykové kompetence

-

 

Profilující předměty A

-

 

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B – ostatní

-

 

Volitelné předměty, stáž

-

 

Celkem

30

 

 

8. semestr studia

kredity

ukončení

Příprava disertační práce

22

z

Studium literatury

-

 

Pomoc při výuce

-

 

Příprava publikace

6

z

Jazykové kompetence

-

 

Profilující předměty A

-

 

Profilující předměty B– semináře pracovišť

2

z

Profilující předměty B – ostatní

-

 

Volitelné předměty, stáž

-

 

Celkem

30

 

Seznam členů oborové komise

Seznam školitelů

Komise pro státní doktorské zkoušky a obhajoby

Seznam aktuálních témat doktorských prací

Odkaz na vlastní stránky oboru


login
© 2011 Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity. tel: +420 549 49 1111, e-mail:
Všechna práva vyhrazena.
Webmaster: Alan Kuběna,
Grafický design: © 2011 Mgr. Pavel Brabec,
Obsahová struktura: © 2011 Mgr. Zuzana Kobíková
Počet přístupů: 911667 od 2.8.2011