Master dissertation proposals

On this page you can find a short overview of the master dissertation topics our lab offers to students for the academic year 2019-2020. More information on the master dissertation is available at the Ghent University master thesis website.


Master dissertation topics:

 

Monitoring marine environmental stress using gene expression technology (transcriptomics)

Our oceans and seas are being influenced by climate change and chemical pollution. Understanding the impacts on zooplankton communities is crucial because they are a key component of marine ecosystems and a very good indicator of the effects of environmental stressors on the functioning of the marine environment.

Since responses to environmental stress are initially gene-driven, a genetic understanding on the physiological responses to stress can help predict responses to a changing environment in the future.  Therefore, in this thesis, we will set up a novel technology for monitoring environmental stress in the Belgian part of the North Sea:

1) we will investigate gene expression differences in marine plankton as a response to environmental fluctuations.

2) we will quantify the relative contribution of various environmental stressors to the zooplankton community dynamics.

3) zooplankton community dynamics and gene expression data will be integrated and analysed in a seasonal and spatial framework.

Using the generated data sets, we will assess the health of the zooplankton communities and thus of marine environmental stress levels. This thesis is a combination of field work (a few sampling campaigns on the North Sea), some laboratory work (e.g. RNA extraction and sample preparation), and data analysis/bioinformatics.  

Trefwoorden: Global change, North Sea, Monitoring, transcriptomics, bioinformatics, zooplankton

Promotor(s):
dr. Jana Asselman (LA22)
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s):
Ilias Semmouri (LA22)

Back to top

 

Exploring the possibilities of direct RNA nanopore sequencing 

Molecular studies on the physiological responses to stressors are an efficient method to study and predict responses to stressors, since responses to environmental stress are ultimately first being coordinated by changes in gene networks. The MinION, a nanopore-based DNA/RNA sequencing platform (Oxford Nanopore Technologies), offers big potential advantages in the context of biodiversity research, i.e. portability and low costs of instrument and reagents. It weighs less than 100 g, is therefore easily transportable and is powered to sequence RNA using the USB port on a standard computer. Currently, nanopore technology is the only available sequencing technology which can sequence RNA directly, without introducing reverse transcription or PCR amplification-related biases (Garalde et al., 2018). This revolutionary technology improves the ease and speed of RNA analysis, while yielding richer biological information. Since RNA does not need to be converted to complementary DNA (cDNA) any longer, we are now able to identify RNA modifications and methylation patterns. In this project, we want to explore these new possible analyses. This thesis is suitable for students with a strong interest in bioinformatics. 

Trefwoorden: Bioinformatics, Transcriptomics, Nanopore sequencing, MinIOn, zooplankton

Promotor(s):
dr. Jana Asselman (LA22)
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s):
Ilias Semmouri (LA22)

Back to top

 

Gezonde zeelucht: volkswijsheid of realiteit?.

Beschrijving:

Bijna iedereen heeft wel eens van “de gezonde zeelucht” horen spreken, en eigenlijk is dat niet vreemd. Het idee dat zeewater en zeelucht gezond zijn en bruikbaar zijn in (pseudo-) medische behandelingen (i.e. thalassotherapie), dateert reeds uit de Oudheid. In het laatste decennium tonen verschillende epidemiologische studies ook aan dat kustpopulaties effectief gezonder zijn. De recent voorgestelde biogene hypothese stelt dan ook dat regelmatige blootstelling aan (lage) concentraties van natuurlijke stoffen aanwezig in het zeewater, en verspreidt via (zee-spray) aerosolen, positieve gezondheidseffecten veroorzaakt.

In dit onderzoek zullen (zee-spray) aerosol extracten, gecollecteerd aan de Belgische Noordzee en geëxtraheerd in het labo, in verschillende concentraties gedoseerd worden aan humaan longweefsel. In deze in vitro experimenten zullen vervolgens meerdere eindpunten, op verschillende niveau’s van biologische organisatie, worden geanalyseerd. Zo zullen we kijken naar de effecten op moleculair niveau (i.e. gen expressie), naar de effecten op proteïne niveau (i.e. kinase pathways), en naar de effecten op cellulair niveau (i.e. geïnduceerde celdood). Om een idee te hebben aan welke biogene stoffen de longcellen worden blootgesteld, zullen de extracten chemisch worden geanalyseerd, m.b.v. vloeistof chromatografie en massa spectrometrie.

Deze masterproef - die deel uitmaakt van de nieuwe onderzoeksdiscipline in ons lab “Linking Oceans and Human Health” - zal zowel veld- als labowerk omvatten.

Trefwoorden: Biogene hypothese, Zee-spray aerosolen, Noordzee, Menselijke gezondheid

Promotor(s):
prof. dr. Colin Janssen (LA22)
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s):
Emmanuel Van Acker (LA22)

Back to top

 

Microplastics in de waterkolom van het marien milieu

Beschrijving:

In ons laboratorium (GhEnToxLab) wordt al meer dan 10 jaar onderzoek verricht naar de aanwezigheid en mogelijke effecten van (micro)plastics in de Noordzee en op het strand. De aanwezigheid van marien zwerfvuil is een mondiaal probleem dat blijft toenemen; jaarlijks wordt er zo’n 4.7 à 12.7 miljoen ton plastic in zee gedumpt. Op de zeebodem van het Belgisch deel van de Noordzee bijvoorbeeld kunnen tot 20 000 items zwerfvuil per km² aangetroffen worden; 90 tot 96% daarvan is plastic afval. Het microscopisch plastic afval (microplastics) is eveneens abundant aanwezig. Ook op het strand bestaat 95,5% van het afval uit plastic.

Plastic afval kan, o.a. door verstikking, verstrikking en of ingestie leiden tot de dood van talrijke zeedieren zoals walvissen en zeehonden. Microplastics worden opgenomen door een zeer brede waaier aan organismen en kunnen ook bij deze dieren leiden tot ongewenste negatieve effecten. De aanwezigheid van microplastics in zeevoedsel kan een bedreiging vormen voor onze voedselveiligheid.

De aanwezigheid en de effecten van microplastics in het (Belgisch) marine milieu zijn de laatste 10 jaar goed bestudeerd door ons laboratorium. Met deze Masterproef willen we nu – op basis van de hierboven beschreven fundamenteel kennis – experimenteel (op lab- en eventueel pilootschaal) nagaan hoe microplastics uit het water (pelagiaal) kunnen verwijderd worden. 

Trefwoorden:microplastics, marien milieu, remediatie

Promotor(s):
prof. dr. Colin Janssen  (LA22)
 

Tutor(s): prof. dr. Colin Janssen  (LA22)

Back to top

Zeelucht: een natuurlijke bron van antioxidantia?

Beschrijving:

Zeewater en zeelucht worden sinds jaar en dag geassocieerd met positieve gezondheidseffecten. De oude Romeinen, Grieken en Egyptenaren verwezen reeds naar de heilzame werking van zeewater. In dit verband stelt de biogene hypothese dat regelmatige blootstelling aan (lage) concentraties natuurlijke stoffen aanwezig in het zeewater, en verspreidt via (zee-spray) aerosolen, positieve gezondheidseffecten veroorzaakt. Veel van de mariene stoffen, die verantwoordelijk kunnen zijn voor deze effecten, hebben een antioxidant werking. Antioxidanten zijn gekend om vrije radicalen te neutraliseren. Op deze manier kunnen ze een inhiberend effect hebben op aandoeningen die mede het gevolg zijn van oxidatieve stress (e.g. Alzheimer, Parkinson, diabetes, kanker). Vandaag worden antioxidanten voornamelijk onderzocht in de context van de levensmiddelentechnologie. Een passieve respiratorische blootstelling aan dergelijke stoffen via de lucht is echter een blootstellingsroute die nog nooit onderzocht is.

De onderzoeksvraag voor deze thesis is dan ook: Kan de dosis antioxidantia waaraan kustpopulaties worden blootgesteld via zee spray een positief gezondheidseffect veroorzaken?

In dit onderzoek zullen op diverse plaatsen en tijdstippen water en aerosol stalen gecollecteerd worden aan de Belgische kust. Dit zal gebeuren in samenwerking met het Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ). Door de antioxidant capaciteit van deze stalen te analyseren, met spectrometrische of elektrochemische technieken, zal een grondige screening (naar zowel blootstelling als effecten) worden uitgevoerd. Door dit zowel op zeewater als op zeelucht te doen kunnen specifieke eigenschappen van het aerosolisatie proces achterhaald worden. Indien mogelijk, zal verder getracht worden de concentraties te bepalen van diverse antioxidanten (e.g. vitaminen, polyfenolen).

Deze masterproef - die deel uitmaakt van de onderzoeksdiscipline “Linking Oceans and Human Health” - zal zowel veld- als labowerk omvatten.

Trefwoorden: Antioxidantia, Zee-spray aerosolen, Noordzee, Menselijke gezondheid

Promotor(s):
prof. dr. Colin Janssen (LA22)
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s):
Emmanuel Van Acker (LA22)

Back to top

 

2 + 2 = 5 or 3? Modelling interactions of toxicants in binary mixtures.

Beschrijving:

 

The risk of chemicals in our environment is usually assessed by testing potentially harmful substances one-by-one in standardized ecotoxicity tests at constant exposure levels. In nature, however, chemicals always occur in mixtures and may increase (synergistic effects) or decrease (antagonistic effects) each other’s toxic potential. In this study, the student will mechanistically model the toxicity of binary chemical mixtures in a brackish water copepod. Time-integrated mortality data will be used to model uptake- and elimination processes by means of a toxicokinetic (TK) model. A toxicodynamic (TD) model will be used to dynamically compute the hazard rate depending on internal concentrations.

Trefwoorden:
ecotoxicology, mixture toxicity, copepod, modeling

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)
 

Tutor(s):
Josef Koch (LA22)

Back to top

 

Predicting ecological effects of chemical pollutant mixtures in real life

Beschrijving:

The ultimate goal of this thesis is to advance the implementation of mixture toxicity in chemical safety policies and frameworks. Currently, risk assessment is still mostly based on the effects of single substances on individual animals. In contrast, in reality multiple interacting individuals (populations) are usually exposed to mixtures of chemical pollutants. To better protect the environment from harmful substances, it is in our interest to know how populations react to exposure of chemical substances and their mixtures. We know that individual-based models (IBM) with a foundation in the dynamic energy budget (DEB) theory are capable of predicting effects of individual chemicals on populations, but this is not sufficient.

In this thesis we will use the potential of DEB-IBMs to predict effects of chemical pollutant mixtures in real life. Focus will be on the so-called priority pollutants, substances registered by the European Commission that are considered a threat for aquatic life in European waters. With a population experiment with Daphnia magna, mixture toxicity effects of these pollutants will be determined.

The student can either choose to perform lab-work only, or to combine lab work with mechanistic modelling (DEB-IBM models). Eventually, the results of the population experiments will be used to evaluate accuracy and predictive capacity of DEB-IBMs.

A part of this master thesis will be performed in close collaboration with Arche Consulting (www.arche-consulting.be).

Trefwoorden: ecological risk assessment, priority pollutants, population effects, mechanistic modelling

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)
 

Tutor(s):Karel Vlaeminck (LA22)

Back to top

 

Something from nothing? Metal Mixture Toxicity in Aquatic Ecosystems

Beschrijving:

Contamination with cocktails of chemical substances is a likely reason for many European waterbodies to not reach a “good ecological status”, as requested in the European Union Water Framework Directive. Toxic trace metals such as zinc, nickel and copper frequently occur together and close to their legally allowed environmental limits. Ecotoxicity studies in our lab have shown significant mixture effects in various aquatic species. Even in cases where each individual metal was harmless on its own, the metals caused significant harm when dosed in combination. This is called the “something from nothing” phenomenon and this is currently overlooked in water quality assessment.

Indirect evidence and standard risk modeling suggest that this phenomenon could be more pronounced in certain multi-species communities, for instance because synergies could emerge via the food-web, but there is hardly any systematic experimental data available to evaluate this. The general objective of this project is therefore to quantify and increase our understanding of metal mixture effects on freshwater ecosystem structure and function.

In the project, we will combine experimental approaches with ecological modelling to identify conditions leading to “something from nothing” effects on ecosystems, but depending on the student's interest, the focus can be more on the experimental or on the modeling part. The thesis will singificantly contribute to improving water quality assessment.

Trefwoorden: water quality, zware metalen, ecosystems, ecological modeling, ecotoxicology, risk assessment

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)
 

Tutor(s): Simon Hansul (LA22)

Back to top

 

The role of mitotoxicants in organismal fitness and survival: an in vitro to in vivo case study

Beschrijving:

Mitochondria are cellular powerhouses, as well as metabolic and signalling hubs, regulating diverse cellular functions, varying from basic physiology to phenotypic fate determination. As such, understanding the role of anthropogenic contaminants in mitochondrial dysfunction, and its consequences in organismal fitness and survival, are of upmost importance.

In this thesis we will assess the effect of several contaminants, at environmentally relevant concentrations, detected in the North Sea, in mitochondrial processes and structure. To do so, the student will expose rainbow trout gill cells (Oncorhynchus mykiss), RTgill-W1 cell line, to a wide range of chemicals and measure its effects in mitochondrial processes, with the aid of the so-called Seahorse Analyser. In parallel, the molecular pathways leading to observed dysfunctions will also be addressed by means of mitochondrial gene expression.

Ultimately, obtained results will be interpreted and the in vitro generated data will be compared with the already existent in vivo studies, contributing for the establishment of a quantitative in vitro-to-in vivo extrapolation (QIVIVE).

Trefwoorden: Mitochondrial, Seahorse Analyser, gene expression, QIVIVE, North Sea

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)
prof. dr. Andreja Rajkovic

Tutor(s): Joao Barbosa (LA22)

Back to top