Ministry of Education, Science and Technological Development
National Repository of Dissertations in Serbia (NaRDuS)Not a member yet
15259 research outputs found
Sort by
Synthesis, characterization and application of multifunctional biochars based on waste lignocellulosic biomass
No full textIstraživanje u okviru ove doktorske disertacije usmereno je na održivo korišćenje otpada iz prehrambene industrije u cilju razvoja multifunkcionalnih biočađi. Otpadne koštice voća: breskve (KB), višnje (KV) i šljive (KŠ), poreklom iz lokalne fabrike voća, pirolizovane su kako bi se proizvele biočađi KBB, KVB i KŠB, redom. Dobijene biočađi su prosejane na željene granulacije i detaljno okarakterisane različitim fizičko-hemijskim analizama kao i primenom: SEM-EDX, XRD, FTIR-ATR, BET i TGA/DTG tehnike. Zahvaljujući velikoj specifičnoj površini, razvijenoj poroznoj stukturi i prisustvu velikog broja funkcionalnih grupa, sintetisane biočađi su se pokazale kao efikasni adsorbenti za uklanjanje toksične boje brilijantno zelene (BZ) u šaržnom sistemu. U cilju optimizacije adsorpcionog procesa, ispitani su procesni parametri, pri čemu su optimalni uslovi postignuti primenom adsorbenta prečnika 0,5-1 mm, na pH vrednosti 6, dozi adsorbenta od 2 g/L, vremenu kontakta od 90 min, temperaturi od 35 °C i inicijalnoj koncentraciji boje od 50 mg/L.
Radi boljeg razumevanja mehanizma adsorpcije BZ primenom sintetisanih biočađi, eksperimentalni podaci su analizirani primenom različitih kinetičkih (pseudo-prvi red, pseudo-drugi red i Weber-Morrisov model) i izotermnih modela (Langmuirov, Freundlichov i Sipsov model). Primenjene adsorpcione izoterme, potvrdile su visoke adsorpcione kapacitete biočađi prema BZ, pri čemu su najviši kapaciteti ostvareni primenom Sipsovog modela: 114,46 mg/g za KVB, 101,11 mg/g za KBB i 100,38 mg/g za KŠB. Da bi se ispitao uticaj mešanja na kinetiku adsorpcije, eksperiment je dodatno izveden u air-lift reaktoru (ALR) pri dva različita protoka vazduha. Rezultati su pokazali da je primenom KVB u ALR-u postignuta približno ista efikasnost uklanjanja BZ kao u šaržnom sistemu, ali za dvostruko kraće vreme, što ukazuje na značajan potencijal air-lift sistema za efikasno uklanjanje boje uz značajno smanjenje trajanja procesa i energetskih troškova.
Na osnovu eksperimentalno dobijenih rezultata, primenom veštačkih neruonskih mreža, razvijen je model koji omogućava pouzdano predviđanje adsorpcionog kapaciteta sintetisanih biočađi prema drugim katjonskim bojama. Model je pokazao dobru tačnost predikcije, čime je potvrđen potencijal proizvedenih biočađi za širu primenu u tretmanu otpadnih voda.
Pored toga, proizvedene biočađi su hemijski aktivirane i ispitivane kao nosači za imobilizaciju lakaze iz Trametes versicolor. Uzorak KVB se pokazao kao najefikasniji nosač, a uspešna imobilizacija lakaze potvrđena je pomoću SEM-EDX i FTIR-ATR analiza. Imobilisana lakaza na KVB uspešno je primenjena za razgradnju BZ, pri čemu je u šaržnom sistemu postignuta efikasnost uklanjanja od 93% nakon 4 h, dok je u ALR-u ostvarena efikasnost od 98% za 2,5 puta kraće vreme. Imobilisana lakaza na KVB pokazala je efikasnost razgradnje boje veću od 80% nakon devet uzastopnih ciklusa u šaržnom sistemu, što ukazuje na dobru stabilnost imobilisanog enzima na biočađi.
Rezultati ove doktorske disertacije ukazuju da se otpad iz prehrambene industrije može prevesti u multifunkcionalne biočađi, koje su se pokazale kako ekološki prihvatljivi i ekonomski isplativi adsorbenti i nosači za imobilizaciju enzima. Pretvaranjem otpada iz prehrambene industrije u biočađ, ne samo da se smanjuje njegovo taloženje po deponijama, već se istovremeno doprinosi i ostvarivanju principa cirkularne ekonomije kroz razvoj novih proizvoda visoke upotrebne vrednosti sa širokom potencijalnom primenom u različitim oblastima.The research presented in this doctoral dissertation focuses on the sustainable utilization of food industry waste for the development of multifunctional biochars. Waste fruit stones from peach (KB), sour cherry (KV), and plum (KŠ), obtained from a local fruit processing factory, were pyrolysed to produce the biochars KBB, KVB, and KŠB, respectively. The obtained biochars were sieved to the desired particle sizes and thoroughly characterized through various physico-chemical analyses, as well as: SEM-EDX, XRD, FTIR-ATR, BET, and TGA/DTG techniques. Owing to their high specific surface area, highly developed porous structure and the presence of numerous surface functional groups, the synthesized biochars demonstrated high efficiency as adsorbents for the removal of the toxic dye Brilliant Green (BZ) in a batch system. In order to optimize the adsorption process, various operational parameters were investigated, and the optimal conditions were achieved using an adsorbent with a particle size of 0.5-1 mm, at pH value of 6, an adsorbent dose of 2 g/L, a contact time of 90 min, a temperature of 35 °C, and an initial dye concentration of 50 mg/L.
To gain a better understanding of the adsorption mechanism of BZ using the synthesized biochars, experimental data were analyzed using various kinetic (pseudo-first order, pseudo-second order and Weber–Morris model) and isotherm models (Langmuir, Freundlich, and Sips models). The applied adsorption isotherms confirmed the high adsorption capacities of the biochars for BZ, with the highest capacities obtained using the Sips model: 114.46 mg/g for KVB, 101.11 mg/g for KBB, and 100.38 mg/g for KŠB. To examine the influence of mixing on adsorption kinetics, the experiment was additionally conducted in an air-lift reactor (ALR) at two different air flow rates. The results showed that the use of KVB in the ALR achieved approximately the same BZ removal efficiency as in the batch system, but in half the time, indicating the significant potential of the air-lift system for efficient dye removal with substantial reductions in both process duration and energy consumption.
Based on the experimentally obtained results, the model was developed using artificial neural networks to enable reliable prediction of the adsorption capacity of the synthesized biochars for other cationic dyes. The model demonstrated good predictive accuracy, confirming the potential of the produced biochars for broader application in wastewater treatment.
In addition, the produced biochars were chemically activated and investigated as carriers for the immobilization of laccase from Trametes versicolor. The KVB proved to be the most efficient carrier, and successful laccase immobilization was confirmed using SEM-EDX and FTIR-ATR analyses. The immobilized laccase on KVB was successfully applied for the degradation of BZ, achieving a removal efficiency of 93% after 4 hours in the batch system, while in the ALR, an efficiency of 98% was achieved in 2.5 times shorter duration. The immobilized laccase on KVB retained more than 80% degradation efficiency after nine consecutive cycles in the batch system, indicating good stability of the immobilized enzyme on the biochar.
The results obtained in this doctoral dissertation indicate that food industry waste can be converted into multifunctional biochars, which have proven to be both environmentally friendly and economically viable as adsorbents and carriers for enzyme immobilization. Converting food processing waste into biochar, not only is landfill disposal reduced, but the principles of the circular economy are also supported through the development of new high-value products with broad potential applications across various fields
Application of Artificial Intelligence and IoT Systems in Monitoring and Optimizing Waste Management in the Automotive Industry
No full textОва дисертација истражује примену машинског учења у управљању отпадом у аутомобилској индустрији ради побољшања ефикасности и смањења еколошког утицаја производње. Експериментални део обухвата тестирање пет архитектура неуронских мрежа у софтверу NeuroSolutions 5.0, са циљем класификације количине индустријског отпада на основу технолошких параметара процеса обраде метала. Као улазне променљиве коришћени су подаци о хабању алата, температури, брзини резања, радном времену и типу материјала. Резултати показују да вишеслојни перцептрон и рекурентне архитектуре неуронских мрежа постижу највећу стабилност и тачност класификације количине отпада, док генерални регресиони модел као и модел функције радијалног бијаса показују већу осетљивост на неравнотежу података. Анализа указује да чак и минималан скуп сензорских података може обезбедити поуздану предикцију, што потврђује изводљивост примене ових система. Истраживање потврђује да интеграција машинског учења у праћење и контролу производних процеса може допринети бољем управљању ресурсима, смањењу трошкова и остварењу циљева одрживе производње
Holistic Human Resources Management in the Context of the Fourth Industrial Revolution
No full textУ савременом друштвено-економском окружењу обликованом Четвртом индустријском револуцијом, организације пролазе кроз дубоке промене које трансформишу начин рада, комуникације, организације и управљања људским ресурсима. Препознајући да традиционални модели људских ресурса (HR) нису довољно флексибилни за динамично и технолошки интензивно окружење, истраживање уводи холистички, еклектички оквир који комбинује различите теоријске приступе. Анкетирањем HR професионалаца из Србије развијен је инструмент који идентификује пет кључних димензија холистичког HRM 4.0: дигитална стратегија и аналитика, развој дигиталних вештина и подршка запосленима, флексибилност и одрживост рада, комуникације и ангажовање запослених и индивидуална дигитална спремност, уз испитивање њихове повезаности са перципираном успешношћу предузећа.
Квантитативна анализа показала је снажну и статистички значајну позитивну повезаност између примене холистичких HRM 4.0 пракси и успеха организације. Посебно су се истакле као кључни предиктори дигитална стратегија и аналитика, развој дигиталних вештина и подршка запосленима, као и флексибилни и одрживи облици рада. С друге стране, индивидуална дигитална спремност није показала предиктивну снагу када се посматра самостално, али је имала умерен, статистички значајан допринос у оквиру интегралног модела — што указује на њен синергијски ефекат у комбинацији са осталим димензијама. Додатно, најчешћи ставови о дигитализацији HRM-а значајно су се разликовали међу менаџерима и неменаџерима, као и између запослених у приватним, страним и јавним предузећима — при чему су прве две групе оцениле HRM 4.0 знатно позитивније. Иако примена HRM 4.0 још увек није довољно заступљена, посебно у погледу интеграције KPI-ја, употребе дигиталне аналитике, технологија за ангажовање запослених и стратегија за развој дигиталних компетенција, ово истраживање потврђује стратешку улогу холистичког и адаптивног HR-а у унапређењу организационе и државне конкурентности у ери Индустрије 4.0
The model of career development of the officers in the Ministry of defence and the Serbian armed forces
No full textЗначајан аспект реформе одбране је успостављање критеријума за развој каријере професионалаца у Министарству одбране и Војсци Србије. Анализом постојећег система и страних искустава, развијен је модел који ће примарно официрима, а потом и осталим кадровима омогућити јасан професионални развој, дефинисати њихову позицију унутар рода или службе и понудити им специфичне могућности напредовања. Овај приступ има за циљ стварање транспарентног и ефикасног система који подстиче професионални развој и оптимизује распоред људских ресурса у складу са потребама савремене војне организације. Циљ рада је да се, кроз спроведено истраживање и верификацију хипотеза, утврде карактеристика процеса развоја каријере професионалних официра у Министарству одбране и Војсци Србије, које су битне за развој Војске Србије, и могућност њиховог унапређења кроз модификацију или измену постојећег модела развоја каријере официра у Министарству одбране и Војсци Србије. У закључку рада су презентовани и сумирани резултати добијени предметним истраживањем, и презентовани су и кључни систематизовани ставови. Проблематика успешности развоја каријере официра је веома сложена и представља основу за мотивисање официра и развој њиховог задовољства послом, као и за подизање нивоа оперативних способниости војноорганизационих јединица којима руководе. У даљем току реформи система одбране, требало би интензивирати промене и побољшања у управљању људским ресурсима, што би могло довести до успешнијег развоја каријере његових припадника. Људи су носиоци реализације свих мисија и задатака и креатори свих промена које се дешавају у Министарству одбране и Војсци Србије, па је из тог ралога потребно сагледати све расположиве могућности за адекватно и савремено планирање људских ресурса и развој каријере свих категорије лица, првенствено официра у Министарству одбране и Војсци Србије
Examining the influence of selected substitutes for pollen and nectar in the diet of honey bee (Apis mellifera L.) on the profile of digestive enzymes, digestion, life span and worker weight
No full textовој дисертацији је испитана повезаност утицаја различите исхране медоносне пчеле (Apis mellifera L.), са производњом дигестивних ензима, здрављем, дужином живота и масом пчела радилица.
Утврђено је да различите замене за полен изазивају производњу различитих изоформи амилаза и протеаза у средњем цреву, а ензимска активност се мења у току времена. Различите замене за нектар утичу на различит начин на способност пчела да га прераде, при чему пчеле додају више амилазе у сахарозни него у инвертни сируп, а мед који прерадом ових сирупа произведу има различит шећерни састав.
Пчеле у кавезима где су услови слични као зими у кошници, дуже живе када се хране што гушћим сирупом, а храна садржи што мање несварљивих честица, које оптерећују црева и увећавају масу целе пчеле. Услед превеликог нагомилавања течности и нерастворних честица у цревима пчеле или угину или дефецирају унутар кавеза.
Нове предложене замене за полен, на бази јестивих инсеката су еколошки прихватљивије и одрживије. Пчеле храњене брашном од ларви великог брашнара (Tenebrio molitor L.) су одржавале упоредиву масу тела са пчелама храњеним другим хранама, имале су највећу масу абдомена (где се налази већина резервног масног ткива), нису дефецирале, нити имале повећану смртност као другачије храњене пчеле, а при томе су користиле најмању количину хране, што показује да је ова нова замена веома хранљива.
Употреба нових замена за полен може допринети и сузбијању пчелињих болести као што је вароза (узрочник: Varroa destructor Anderson & Trueman), а у будућности можда и кречног легла (узрочник: Ascosphaera apis (Maassen ex Claussen) Olive et Spiltoir). Показано је да ларве и мумије кречног легла имају једноличнији минерални састав у односу на здраве пчелиње ларве. Нове замене имају разноврстан елементарни састав, поготову трутовско брашно.This dissertation examines the relationship between different diets of honey bees (Apis mellifera L.), and the production of digestive enzymes, bee health, life span and mass of worker bees.
Different pollen substitutes were found to induce the production of different amylase and protease isoforms in the midgut, and enzyme activity changed over time. Different nectar substitutes affect bees' ability to process it differently, with bees adding more amylase to sucrose syrup than to invert syrup, and the honey produced by processing these syrups has different sugar compositions.
Bees in cages, where the conditions are similar to those in the hive in winter, live longer when they are fed with dense syrup, and the food contains as few indigestible particles as possible, which inflate the gut and increase the mass of the whole bee. Following high accumulation of liquid and insoluble particles in the guts, the bees die or defecate inside the cage.
The newly proposed substitutes for pollen, based on edible insects, are more environmentally friendly and sustainable. Bees fed with flour from the yellow mealworm (Tenebrio molitor L.) maintained a comparable body mass with the bees fed with other food, had the largest abdominal mass (location of main reserves of fat tissue), did not defecate, and did not show increased mortality as differently fed bees. Doing so they ate the least amount of food, which shows that this new substitute is highly nutritious.
Their use carries the possibility of serving not only as good substitutes for pollen, but also in the fight against bee diseases (caused by: Varroa destructor Anderson & Trueman), and maybe in the future also chalkbrood (caused by: Ascosphaera apis (Maassen ex Claussen) Olive et Spiltoir). It has been shown that the larvae and mummies of chalkbrood have a more uniform mineral composition compared to healthy bee larvae. New substitutes have a diverse elemental composition, especially drone flour
Synthesis, characterization, and cytotoxic activity of rhenium(V) complexes with N,O-ligands
No full textU ovom radu opisana je sinteza, karakterizacija i biološka aktivnost šest kompleksnih
jedinjenja oksorenijuma(V) sa derivatima 2-piridinkarboksilne kiseline.
Strukture oktaedarskih, neutralnih, bidentatnih kompleksnih jedinjenja utvrđene su standardnim
spektroskopskim metodama: infracrvenom spektroskopijom, NMR spektroskopijom, masenom
spektrometrijom dok je pretpostavljena molekulska formula potvrđena elementalnom analizom, dok
je za tri kompleksa urađena i rendgenska strukturna analiza. S obzirom na to da π–π interakcije
između dva aromatična prstena mogu imati značajnu ulogu u interakciji kompleksnih jedinjenja sa
DNK ispitivano je prisustvo nekovalentnih interakcija sintetisanih kompleksa. Kako dijagrami
izračunatih nekovalentnih interakcija ukazuju na postojanje π–π interakcija između aromatičnih
prstenova, možemo dovesti u vezu novosintetisane komplekse renijuma(V) sa njihovom biološkom
aktivnosti.
Biološki testovi rađeni su u in vitro uslovima pri čemu je citotoksični potencijal
novosintetisanih kompleksa utvrđen MTT metodom na panelu humanih tumorskih ćelijskih linija:
A549 (ćelije adenokarcinoma pluća), PANC-1 (ćelije adenokarcinoma pankreasa), MDA-MB-231i
MCF-7 (ćelije karcinoma dojke), LS-174 (ćelije adenokarcinoma debelog creva), EA. hy 926
(transformisane endotelne ćelije krvnih sudova), OVCAR-3 (ćelije adenokarcinoma jajnika) i zdravoj
(netumorskoj) ćelijskoj liniji MRC-5 (poreklom od fetalnih fibroblasta pluća), poređenjem sa
cisplatinom, kao referentnim kompleksnim jedinjenjem. U cilju poboljšanja citotoksične aktivnosti
proučen je sinergijski efekat šest kompleksa sa verapamil-hidrohloridom na PANC-1 ćelijskoj liniji.
Kompleks renijuma(V) sa pikolinskom kiselinom (K1) i kompleks renijuma(V) sa 2,6-dipikolinskom
kiselinom (K6) su ispoljili najjači citotoksični potencijal prema PANC-1 ćelijskoj liniji, pri čemu je
K1 izabran kao kandidat za dalja biološka ispitivanja.This study describes the synthesis, characterization, and biological activity of six
oxorhenium(V) complexes with derivatives of 2-pyridinecarboxylic acid.
The structures of octahedral, neutral, and bidentate complex compounds were determined
using standard spectroscopic methods, including infrared spectroscopy, NMR spectroscopy, and mass
spectrometry. The molecular formulas were confirmed through elemental analysis, and X-ray
structural analysis was performed for three complexes. Since π–π interactions between aromatic rings
can significantly influence the interaction of complex compounds with DNA, the non-covalent
interactions in the synthesized complexes were analyzed. As the calculated non-covalent interaction
diagrams confirm the presence of π–π interactions, a correlation can be drawn between the newly
synthesized rhenium(V) complexes and their biological activity.
Biological tests were conducted under in vitro conditions. The cytotoxic potential of the
novel synthesized complexes was assessed using the MTT assay on a panel of human tumor cell lines:
A549 (lung adenocarcinoma cells), PANC-1 (pancreatic adenocarcinoma cells), MDA-MB-231 and
MCF-7 (breast carcinoma cells), LS-174 (colon adenocarcinoma cells), EA. hy 926 (transformed
human vascular endothelial cells), OVCAR-3 (ovarian adenocarcinoma cells), and the healthy (nontumor)
cell line MRC-5 (derived from fetal lung fibroblasts). Cisplatin, as a standard
chemotherapeutic drug for solid tumors, was used as a reference complex. The synergistic effect of
the six complexes with verapamil chloride was investigated to enhance cytotoxic activity in the
PANC-1 cell line. Complex rhenium(V) with picolinic acid (K1) and complex rhenium(V) with 2,6-
dipicolinic acid (K6) exhibited the strongest cytotoxic potential against the PANC-1 cell line, with
K1 selected as a candidate for further biological studies
Application of novel recombinant pectinolytic enzymes in improving the fruit juices characteristics
No full textОва докторска дисертација се бави изолoвањем, карактеризацијом, рекомбинантном производњом и оптимизацијом синтезе пектинолитичких ензима у циљу њихове примене у индустрији воћних сокова, ради побољшања њихове текстуре, бистрине и квалитета. Истраживање обухвата развој нових стратегија за оптимизацију производње пектинолитичких ензима и коришћење савремених биотехнолошких метода, као што су хетерологна експресија у микроорганизмима, ради постизања економичније и ефикасније производње. Полигалактуроназе (ПГ) су међу најзначајнијим пектинолитичким ензимима и играју кључну улогу у деполимеризацији пектина. Ови ензими хидролизују α-1,4-гликозидне везе у молекулима полигалактуронске киселине, што резултује ослобађањем растворљивих галактуронских фрагмената. У дисертацији је посебно анализирана биохемијска карактеризација ПГ, укључујући одређивање њихове оптималне температуре, pH, молекулске масе и изоелектричне тачке. Показано је да ПГ имају критичну улогу у смањењу вискозности воћних сокова и унапређењу процеса отечњавања, што је од суштинске важности за повећање приноса и добијање бистрог и стабилног производа. Пектин лијазе су друга важна група пектинолитичких ензима која катализује нехидролитичку разградњу пектина путем β-елиминације, ослобађајући незасићене галактуронске фрагменте. За разлику од хидролазних ензима, пектин лијазе не производе метанол током реакције, што их чини посебно погодним за примену у преради воћних сокова и вина, где је важно избећи повећање концентрације метанола. У дисертацији су тестиране пектин лијазе из различитих бактеријских изолата, посебно рода Bacillus, и утврђено је да имају изузетну активност и стабилност при различитим pH и температурама. Ови ензими су значајни за уклањање замућености и побољшање транспарентности воћних сокова, као и за производњу безбедних и квалитетних напитака.
Клонирање гена за пектинолитичке ензиме у Escherichia coli је важан аспект истраживања. E. coli је широко коришћен систем за експресију због своје једноставности рада, великог броја експресионих вектора, брзог раста и високе продуктивности. У овом раду, гени који кодирају пектин хидролазе и пектин лијазе су изоловани из Bacillus velezensis 16B и Aspergillus tubingensis FAT 43, а затим клонирани у векторе pMALc5HisEk и pQE_Ek за експресију у E. coli. Производња ензима у овом систему омогућила је високе приносе, брзо добијање протеина и економичну производњу. Посебно је важно нагласити да ови експресиони вектори обезбеђују лако пречишћавање рекомбинантних ензима, јер протеинима додају 6His-ознаке за афинитетну хроматографију везивања за метал.
Квасац Pichia pastoris је коришћен као модел еукариотског система за експресију пектинолитичких ензима, са посебним фокусом на посттранслационе модификације које су од суштинске важности за стабилност и активност ензима. У овом систему је клониран ген за ендо-полигалактуроназу из A. tubingensis FAT 43, при чему је експресија индукована метанолом. Овај систем се показао веома погодним за производњу ензима еукариотског порекла. У експериментима ове дисертације је показано да интеграција пектинолитичких ензима у индустријске процесе може побољшати квалитет и количину произведених воћних сокова, уз истовремено смањење трошкова и повећање ефикасности. Примена савремених техника клонирања и хетерологне експресије у E. coli и P. pastoris обезбедила је производњу пречишћених ензима са побољшаним својствима, што доприноси њиховој широкој примени у прехрамбеној и другим индустријама.This doctoral dissertation focuses on isolation, characterization, recombinant production and optimization of the synthesis of pectinolytic enzymes for their application in the fruit juice industry to improve the texture, clarity, and quality of fruit juices. The research includes the development of new strategies for optimizing the production of pectinolytic enzymes and the use of modern biotechnological methods, such as heterologous expression in microorganisms, to achieve more economical and efficient production.
Polygalacturonases (PG) are among the most significant pectinolytic enzymes, playing a crucial role in pectin depolymerization. These enzymes hydrolyze α-1,4-glycosidic bonds in polygalacturonic acid molecules, resulting in the release of soluble galacturonic fragments. The dissertation specifically analyzed the biochemical characterization of PG, including the determination of its optimal temperature, pH, molecular weight, and isoelectric point. It was demonstrated that PG enzymes play a critical role in reducing the viscosity of fruit juices and enhancing the liquefaction process, which is essential for increasing yield and producing clear and stable products.
Pectin lyases represent another important group of pectinolytic enzymes that catalyze the non-hydrolytic degradation of pectin via β-elimination, releasing unsaturated galacturonic fragments. Unlike hydrolase enzymes, pectin lyases do not produce methanol during the reaction, making them particularly suitable for use in fruit juice and wine processing, where it is crucial to avoid increasing methanol concentrations. In the dissertation, pectin lyases from various bacterial isolates, particularly from the genus Bacillus, were tested, and it was found that they exhibit exceptional activity and stability under different pH and temperature conditions. These enzymes are significant for removing turbidity, enhancing fruit juice transparency, and producing safe and high-quality beverages.
Cloning of genes encoding pectinolytic enzymes in Escherichia coli was an important aspect of the research. E. coli is widely used as an expression system due to its simplicity for manipulation, large number of expression vectors, rapid growth, and high productivity. In this work, genes encoding pectin hydrolases and pectin lyases were isolated from Bacillus velezensis 16B and Aspergillus tubingensis FAT 43, and then cloned into the vectors pMALc5HisEk and pQE_Ek for expression in E. coli. Enzyme production in this system allowed high yields, rapid protein production, and cost-effective manufacturing. It is particularly important to emphasize that these expression vectors provide easy purification of recombinant enzymes because they add 6His-tags to the proteins for metal-binding affinity chromatography.
The yeast Pichia pastoris was used as a model eukaryotic system for the expression of pectinolytic enzymes, with a special focus on post-translational modifications essential for enzyme stability and activity. In this system, the gene encoding endo-polygalacturonase from A. tubingensis FAT 43 was cloned, and its expression was induced by the addition of methanol. This system proved highly suitable for producing enzymes of eukaryotic origin. In the experiments of this dissertation, it was demonstrated that the integration of pectinolytic enzymes into industrial processes significantly improves fruit juice yield and quality, while simultaneously reducing costs and increasing efficiency. The application of modern cloning techniques and heterologous expression in E. coli and P. pastoris has ensured the production of purified enzymes with enhanced properties, contributing to their widespread use/application in the food and other industries
Optimization of the process of obtaining highly porous carbon materials by thermochemical conversion of biomass for application in green technologies
No full textФокус ове докторске дисертације је на припреми и карактеризацији угљеничних материјала добијених из отпадне биомасе у функцији адсорбената за уклањање загађивача из водених раствора. Као сировине за синтезу коришћени су отпадне аутомобилске гуме на бази природног каучука, медвеђе грожђе као природни биљни материјал и кајсија као пољопривредни отпад. Угљенични материјали добијени су процесом пиролизе на температури од око 800 °C, а затим активирани употребом CO2 и H3PO4 у циљу побољшања порозне структуре и адсорпционих својстава. Испитиван је утицај параметара синтезе, на морфологију, специфичну површину и функционалне групе добијених материјала. Процеси адсорпције метала и органских боја из воде праћени су применом различитих аналитичких техника: инфрацрвена спектроскопија (FTIR) за идентификацију функционалних група, рендгенска дифракција (XRD) за одређивање кристалне структуре, Brunauer–Emmett–Teller анализа (BET) за мерење специфичне површине и порозности, и гасна хроматографија са масеном спектрометријом (GC-MS) за идентификацију и квантификацију органских загађивача.
Резултати су показали да структура и хемијски састав угљеничних адсорбената значајно утичу на ефикасност уклањања различитих врста загађивача. Материјали добијени из природног и индустријског отпада показали су високу адсорпциону способност и потенцијал за примену у третману отпадних вода. Додатно, анализа економске и еколошке исплативости производње указује на могућност комерцијалне примене ових материјала у систему циркуларне економије. Према доступној литератури, синтеза и примена оваквих материјала из наведених извора до сада нису биле предмет обимнијег истраживања.The focus of this doctoral dissertation is the preparation and characterization of carbon-based materials derived from waste biomass, intended for use as adsorbents for the removal of pollutants from aqueous solutions. The raw materials used for synthesis included waste automotive tires based on natural rubber, bearberry as a natural plant material, and apricot as agricultural waste. The carbon materials were obtained through pyrolysis at a temperature of approximately 800 °C, followed by activation using CO2 and H3PO4 to enhance their porous structure and adsorption properties. The influence of synthesis parameters on the morphology, specific surface area, and functional groups of the obtained materials was investigated. The adsorption processes of metals and organic dyes from water were monitored using various analytical techniques: Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) for the identification of functional groups, X-ray diffraction (XRD) for determining crystalline structure, Brunauer–Emmett–Teller (BET) analysis for measuring specific surface area and porosity, and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) for the identification and quantification of organic pollutants.
The results showed that the structure and chemical composition of the carbon adsorbents significantly influence the efficiency of removing various types of pollutants. Materials obtained from both natural and industrial waste exhibited high adsorption capacity and potential for application in wastewater treatment. Additionally, an analysis of the economic and environmental feasibility of production indicates the possibility of commercial application of these materials within a circular economy system. According to the available literature, the synthesis and application of such materials from the mentioned sources have not previously been the subject of extensive research
Determination of the pharmacophore structure, design, synthesis and in vitro evaluation of dual inhibitors of histone deacetylases (HDAC) and Rho-associated protein kinases (ROCK)
No full textDuktalni adenokarcinom pankreasa (pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC) i trostruko-negativni karcinom dojke (triple-negative breast cancer, TNBC) spadaju u tumore sa najlošijom prognozom što naglašava hitnu potrebu za novim terapijskim strategijama u cilju poboljšanja terapijskog ishoda. Epigenetički i kinazni signalni putevi imaju bitnu ulogu u tumorogenezi i progresiji ovih maligniteta. U tom kontekstu, histon-deacetilaze (histone deacetylases, HDAC) i Rho-vezane protein kinaze (Rho-associated coiled-coil kinases, ROCK) se ističu kao relevantni targeti u tretmanu različitih vrsta karcinoma, uključujući TNBC i PDAC. S obzirom na prednosti multitarget terapijskih pristupa, zabilježene sinergističke efekte između HDAC i ROCK inhibitora u in vitro i in silico studijama, kao i njihov značaj u patogenezi ovih tumora, dizajn i razvoj dualnih HDAC/ROCK inhibitora predstavlja inovativnu i obećavajuću strategiju za liječenje ovih agresivnih maligniteta.
U ovoj doktorskoj disertaciji istraživanje je sprovedeno u četiri faze. Prvo, primjenom kvantitativnih studija odnosa strukture i aktivnosti (Quantitative structure-activity relationship, QSAR) i molekulskog dokinga, razvijena je farmakofora ROCK1/ROCK2 inhibitora, na osnovu koje su dizajnirani novi ROCK inhibitori. Identifikovan je region fasudila, poznatog ROCK inhibitora, koji nije esencijalan za interakcije sa ROCK enzimima, što je omogućilo njegovu strukturnu modifikaciju i integraciju HDAC farmakofore. Na ovaj način su po prvi put dizajnirani dualni HDAC/ROCK inhibitori. U drugoj fazi istraživanja, dizajnirani ROCK i HDAC/ROCK inhibitori su sintetisani, nakon čega je u trećem segmentu istraživanja ispitana njihova enzimska aktivnost, kao i antitumorska svojstva u dvodimenzionalnim i trodimenzionalnim ćelijskim kulturama TNBC (MDA-MB-231, MDA-MB-468) i PDAC (MiaPaCa-2, Panc-1). Finalno, na osnovu svih prethodnih rezultata, u četvrtoj fazi je uspostavljen detaljan in silico protokol za budući dizajn i optimizaciju strukture dualnih HDAC/ROCK inhibitora. Dati protokol se zasniva na kombinaciji metoda dizajna zasnovanog na strukturi ciljnog mjesta dejstva (Structure-based drug desing, SBDD) i dizajna zasnovanog na strukturi liganda (Ligand-based drug design, LBDD) koje uključuju molekulski doking, 2D-QSAR modele formirane koriščenjem algoritama mašinskog učenja i računanje slobodne energije vezivanja MM-GBSA metodom.
Među dizajniranim ROCK inhibitorima, jedinjenje C-19 se izdvojilo po svojoj inhibitornoj aktivnosti na ROCK1 (IC50 = 4,22 μM) i ROCK2 (IC50= 6,13 μM), kao i po citotoksičnom efektu na MiaPaCa-2 i Panc-1 ćelijama (IC50= 19,10 μM i 35,03 μM). Takođe, C-19 je ispoljilo anti-migratorna i anti-invazivna svojstva, uporediva sa fasudilom.
Najperspektivnije među sintetisanim HDAC/ROCK dualnim inhibitorima je jedinjenje C-9, koje je pokazalo snažnu inhibiciju ROCK1 (IC50 = 800 nM), ROCK2 (IC50 = 700 nM) i HDAC6 (IC50 = 185 nM). U ispitivanjima citotoksičnosti, C-9 je pokazalo značajno bolju aktivnost od poznatih inhibitora fasudila i tubastatina A, sa IC50 vrijednostima od 5,81 μM za MDA-MB-231, 3,87 μM za MiaPaCa-2 i 19,57 μM za Panc-1. Pored toga, C-9 je demonstrirao visok stepen efikasnosti u 3D tumorskim sferoidnim modelima, inhibirajući formiranje i vijabilnost Panc-1 i MiaPaCa-2 sferoida. Takođe, C-9 je nadmašilo fasudil u smanjenju migracije i invazije MDA-MB-231 i MiaPaCa-2 ćelija, što ga definiše kao obećavajućeg kandidata za dalju prekliničku evaluaciju u tretmanu metastatskih karcinoma.
Na osnovu ovih rezultata, C-9 je identifikovan kao vodeći molekul (lead) i njegova struktura je dalje optimizovana u skladu sa prethodno definisanom ROCK farmakoforom, što je dovelo do dizajniranja i sinteze novih HDAC/ROCK dualnih inhibitora. Primjenom metoda SBDD razvijena je serija novih dualnih HDAC/ROCK inhibitora...Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) and triple-negative breast cancer (TNBC) are among the most aggressive malignancies with extremely poor prognoses, highlighting the urgent need for innovative therapeutic strategies to improve treatment outcomes. Epigenetic mechanisms and kinase signaling pathways play a crucial role in the tumorigenesis and progression of these cancers, with histone deacetylases (HDACs) and Rho-associated protein kinases (ROCKs) emerging as relevant therapeutic targets. Given the advantages of multi-target therapeutic approaches, the observed synergistic effects between HDAC and ROCK inhibitors in in vitro and in silico studies, and their critical roles in the pathogenesis of these tumors, the design and development of dual HDAC/ROCK inhibitors represent an innovative and promising strategy for treating these aggressive malignancies.
This research was conducted in four phases. Initially, using quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) studies and molecular docking, a pharmacophore model for ROCK1/ROCK2 inhibitors was developed, leading to the design of novel ROCK inhibitors. A non-essential region of fasudil, a known ROCK inhibitor, was identified by molecular docking study, enabling its structural modification and the incorporation of an HDAC pharmacophore while preserving ROCK inhibitory activity. This approach resulted in the first-ever designed dual HDAC/ROCK inhibitors. In the second phase, the designed ROCK and HDAC/ROCK inhibitors were synthesized, followed by the third phase, which involved evaluating their enzymatic activity and anticancer properties using two-dimensional and three-dimensional cell culture models of TNBC (MDA-MB-231) and PDAC (MiaPaCa-2, Panc-1). Finally, based on all previous findings, the fourth phase established a comprehensive in silico protocol for the future design and structural optimization of dual HDAC/ROCK inhibitors. This protocol integrates structure-based drug design (SBDD) and ligand-based drug design (LBDD) methodologies, incorporating molecular docking, 2D-QSAR models developed using machine learning algorithms, and binding free energy calculations performed using the MM-GBSA approach.
Among the designed ROCK inhibitors, compound C-19 demonstrated notable inhibitory activity against ROCK1 (IC50 = 4.22 μM) and ROCK2 (IC50 = 6.13 μM), as well as cytotoxic effects on MiaPaCa-2 and Panc-1 cells (IC50 = 19.10 μM and 35.03 μM). Additionally, C-19 exhibited significant anti-migratory and anti-invasive properties, comparable to fasudil.
The most promising of the synthesized HDAC/ROCK dual inhibitors was C-9, which showed potent inhibition of ROCK1 (IC50= 800 nM), ROCK2 (IC50= 700 nM), and HDAC6 (IC50 = 185 nM). In cytotoxicity assays, C-9 demonstrated significantly higher activity than the well-known inhibitors fasudil and tubastatin A, with IC50 values of 5.81 μM for MDA-MB-231, 3.87 μM for MiaPaCa-2, and 19.57 μM for Panc-1. Moreover, C-9 exhibited strong efficacy in 3D tumor spheroid models, effectively inhibiting the formation and viability of Panc-1 and MiaPaCa-2 spheroids. Additionally, C-9 outperformed fasudil in reducing the migration and invasion of MDA-MB-231 and MiaPaCa-2 cells, establishing itself as a promising candidate for further preclinical evaluation in the treatment of metastatic cancers.
Based on these results, C-9 was identified as the lead compound, and its structure was further optimized according to the previously defined ROCK pharmacophore model. Structure-based drug design (SBDD) was used to develop a series of novel HDAC/ROCK dual inhibitors..
Influence of magnetic field on the growth of sodium chlorate crystals
No full textРезултати истраживања утицаја слабог магнетног поља индукције (55 ± 3) mT на раст
малих кристала натријум хлората у правцу , из водених раствора, биће представљени и
дискутовани у овој докторској дисертацији. Главни фокус истраживања био је на
проучавању могућег утицаја магнетног поља на брзине раста кристала, њихове расподеле,
као и на механизме и параметре раста. Такође, проучавана је зависност највероватнијих
брзина раста кристала од њихових почетних величина. Добијени резултати су дискутовани у
контексту актуелних теоријских модела. Експериментални део истраживања реализован је у
Лабораторији за раст кристала Физичког факултета, Универзитета у Београду...The results of the research on the impact of a weak magnetic field induction (55 ± 3) mT on
the growth of small sodium chlorate crystals in the direction, from aqueous solutions, will be
presented and discussed in this doctoral dissertation. The main focus of the research was on
studying the potential impact of the magnetic field on the growth rates of crystals, their distributions,
as well as the mechanisms and parameters of growth. Additionally, the dependence of the most
probable growth rates of the crystals on their initial sizes was analyzed. The obtained results are
discussed in the context of current theoretical models. The experimental part of the research was
conducted in the Laboratory for crystal growth of the Faculty of Physics, University of Belgrade..