Application of microfluidics in enzyme research and engineering

Mgr. Tomáš Buryška, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tato dizertační práce se zabývá mikrofluidikou a jejím uplatněním k biochemické charakterizaci halogenalkandehalogenas. Úvodní kapitola poskytuje vhled do problematiky mikrofluidiky, která je relativně nová mezioborová oblast s velkým potenciálem pro budoucí aplikace. V minulosti vedla miniaturizace k revoluci při výrobě mikročipů a v budoucnu můžeme očekávat podobné výstupy od mikrofluidiky v biochemické oblasti. Reakce spotřebují výrazně menší množství chemikálií. Difúze, míchání a přenos tepla jsou mnohem rychlejší a dochází k nim téměř okamžitě. Miniaturizace již výrazně ovlivnila oblast sekvenování nové generace a v současnosti se uplatňuje ve vysokoprůchozích testovacích aplikacích. Nové a další aplikace v biologických a biotechnologických odvětvích se objevují téměř každý den. Proto jsme se rozhodli některé z těchto nových přístupů využít ke studiu halogenalkandehalogenas. Tato enzymatická rodina, která je důkladně zkoumána již od devadesátých let 20. století, je známá svou schopností rozkládat různé halogenované uhlovodíky. V práci je čtenář seznámen s jejich původem, strukturou a funkcí, zajímavými substráty a aplikacemi nejen v biotechnologické oblasti.

Abstract:

This Thesis focuses on microfluidics and its application to the biochemical characterisation of haloalkane dehalogenases. As summarized in the Introduction, microfluidics is a relatively novel interdisciplinary field with great potential for the future applications. In the past, miniaturization lead to a revolution in the fabrication of microchips and the same prospects promises microfluidics to the bio–chemical field. Performing reactions in smaller quantities require much fewer chemicals, diffusion times, mixing and heat transfer are almost instantaneous. The miniaturization technology has already affected next-generation sequencing and dramatically improves a high-throughput screening. More and more applications in the biotechnology field are emerging almost every day. In this work, we have applied some of these newly developed approaches to study the haloalkane dehalogenases. This enzyme family has been thoroughly studied since the early 1990s and is known for the ability to hydrolytically degrade various halogenated hydrocarbons. In the Introduction, I familiarize the reader with their origin, the structure and function, interesting substrates and interesting real-life applications.

Keywords

mikrofluidika, enzym, substrát, enzymová aktivita, halogenalkandehalogenasy, microfluidics, enzyme, substrate, enzymatic activity, screening, haloalkane dehalogenases

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 11. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2018
• Supervisor: prof. RNDr. Zbyněk Prokop, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc., Dr. Stavros Stavrakis

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Microbiology