;
🚀 Kudos to our colleague Saurabh Pandey for his insightful talk at Cytoskeletal Brew! 🎤 He discussed how hydration impacts #vibrational modes & #absorption spectra—a lively session with great questions! 👏
#Cytoskeleton #Microtubules #MDSimulations #CAS
Last night’s #BioEM2025 finale: @mcer33 showed how pulsed E-fields reshape protein dynamics—melding models + bench work. Huge thanks to everyone who powered BioEM in Rennes!
#Electrobiology #PulsedElectricFields
⚡️@mcer just presented at #BioEM2025, Rennes: yeast’s faint glow gives an instant, label-free readout of permeabilization → cleaner electroporation 🔬⚡️
Big thanks to Martin, Michal, Tomáš, Hoang, Djamel & our 🇸🇰🇨🇿🇯🇵 institutes.
#Biophotonics #Autoluminescence #Electroporation
Výpočetní modelování: elektromagnetické vlastnosti biologických systémů
Jak biologické systémy reagují na a generují elektromagnetické pole? Používáme molekulární i hrubozrnné modelování a simulace k směrování a interpretaci našich experimentů odpovídající na tuto otázku. V současné době se zaměřujeme na modelování účinků intenzivních elektrických pulzů na struktury cytoskeletu. Dále používáme klasickou molekulární dynamiku pro simulaci dielektrických vlastností biologické hmoty. Naše práce zahrnuje i modelování procesů, které vytvářejí endogenní biologické elektromagnetické pole v mikrovlnném a viditelném pásmu.
Publikace:
- Průša and Cifra, “Electro-detachment of kinesin motor domain from microtubule in silico,” Comput Struct Biotechnol J, vol. 21, 1349–1361, 2023.
- Vahalová and Cifra, “Biological autoluminescence as a perturbance-free method for monitoring oxidation in biosystems,” Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol. 177, pp. 80–108, 2023.
- Průša et al. “Electro-Opening of a Microtubule Lattice in Silico.” Computational and Structural Biotechnology Journal 19 (2021): 1488–96.
- Marracino et al. “Tubulin Response to Intense Nanosecond-Scale Electric Field in Molecular Dynamics Simulation.” Scientific Reports 9, no. 1 (2019): 10477.
- Průša and Cifra. “Dependence of Amino-Acid Dielectric Relaxation on Solute-Water Interaction: Molecular Dynamics Study.” Journal of Molecular Liquids 303 (2020): 112613.
- Cifra and Pospišil. “Ultra-Weak Photon Emission from Biological Samples: Definition, Mechanisms, Properties, Detection and Applications.” Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 139 (2014): 2–10.
- Cifra et al. “Biophotons, Coherence and Photocount Statistics: A Critical Review.” Journal of Luminescence 164 (2015): 38–51.
- Kucera et al. “Spectral Perspective on the Electromagnetic Activity of Cells.” Current Topics in Medicinal Chemistry 15, no. 6 (2015): 513–522.
- Havelka et al. “Multi-Mode Electro-Mechanical Vibrations of a Microtubule: In Silico Demonstration of Electric Pulse Moving along a Microtubule.” Applied Physics Letters 104, no. 24 (2014): 243702.
- Havelka et al. “Electro-Acoustic Behavior of the Mitotic Spindle: A Semi-Classical Coarse-Grained Model.” PLoS ONE 9, no. 1 (2014): e86501.
- Havelka et al “High-Frequency Electric Field and Radiation Characteristics of Cellular Microtubule Network.” Journal of Theoretical Biology 286 (2011): 31–40.
- Cifra et al. “Electric Field Generated by Axial Longitudinal Vibration Modes of Microtubule.” Biosystems 100, no. 2 (2010): 122–31.
Elektromagnetické čipy: návrh a technologie
Jaké nástroje používáme k ověření našich teorií a modelů? Vyvíjíme jedinečné radiofrekvenční/mikrovlnné čipy a planární struktury včetně mikrofluidiky pro ověření skrze experimenty. Čipy jsou navrženy pomocí moderních výpočetních nástrojů a jsou vyráběny pomocí technik mikro- a nanofabrikace. Naše čipy jsou navrženy tak, aby byly kompatibilní s pokročilými mikroskopickými systémy pro pozorování biomolekulárních struktur a buněk ve chvíli, kdy jsou vystaveny elektromagnetickému poli.
Publikace:
- Havelka et al., “Lab-on-chip microscope platform for electro-manipulation of a dense microtubules network,” Sci Rep, vol. 12, no. 1, p. 2462, 2022.
- Krivosudský et al. “Microfluidic On-Chip Microwave Sensing of the Self-Assembly State of Tubulin.” Sensors and Actuators B: Chemical 328 (2021): 129068.
- Havelka et al. “Nanosecond Pulsed Electric Field Lab-on-Chip Integrated in Super-Resolution Microscope for Cytoskeleton Imaging.” Advanced Materials Technologies 5, no. 3 (2020): 1900669.
- Havelka et al. “Rational Design of Sensor for Broadband Dielectric Spectroscopy of Biomolecules.” Sensors and Actuators B: Chemical 273C (2018): 62–69.
Biofyzikální experimenty: elektromagnetické vlastnosti proteinů a buněk
Teoretické modely a simulace ověřujeme skrze experimenty: v současné době se zaměřujeme na experimenty na nanostrukturách cytoskeletálních proteinů, konkrétně na mikrotubulech a s nimi souvisejících proteinech. Mikrotubuly jsou klíčové struktury nacházející se v každé buňce a umožňující dělení buněk a intracelulární transport. Naše současné projekty se zaměřují na měření elektromagnetických/dielektrických vlastností mikrotubulárních systémů a jejich řízení pomocí ultrakrátkých elektrických a elektromagnetických pulzů. Naše experimentální práce také zahrnuje měření a analýzu endogenního světla (luminiscence) buněk, v současné době pro monitorování oxidativních biologických vlivů elektromagnetického pole.
Publikace:
- Vahalová et al. “Biochemiluminescence Sensing of Protein Oxidation by Reactive Oxygen Species Generated by Pulsed Electric Field,” Sens Actuators B Chem, vol. 385, p. 133676, 2023.
- Poplová et al. “Biological Auto(chemi)luminescence Imaging of Oxidative Processes in Human Skin,” Analytical Chemistry, vol. 95, no. 40, pp. 14853–14860, 2023.
- Havelka et al. “Nanosecond Pulsed Electric Field Lab-on-Chip Integrated in Super-Resolution Microscope for Cytoskeleton Imaging.” Advanced Materials Technologies 5, no. 3 (2020): 1900669.
- Chafai et al. “Reversible and Irreversible Modulation of Tubulin Self‐Assembly by Intense Nanosecond Pulsed Electric Fields.” Advanced Materials 31, no. 39 (2019): 1903636.
- Krivosudský et al “Resolving Controversy of Unusually High Refractive Index of a Tubulin.” EPL (Europhysics Letters) 117, no. 3 (2017): 38003.
- Burgos et al. “Ultra-Weak Photon Emission as a Dynamic Tool for Monitoring Oxidative Stress Metabolism.” Scientific Reports 7, no. 1 (2017): 1229.
- Poplová et al. “Poisson Pre-Processing of Nonstationary Photonic Signals: Signals with Equality between Mean and Variance.” PLOS ONE 12, no. 12 (2017): e0188622.
- Saeidfirozeh et al. “Endogenous Chemiluminescence from Germinating Arabidopsis Thaliana Seeds.” Scientific Reports 8, no. 1 (2018): 16231.
- Sardarabadi et al. “Enhancement of the Biological Autoluminescence by Mito-Liposomal Gold Nanoparticle Nanocarriers.” Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 204 (2020): 111812.