Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Nove nanopore za aplikacije senzorike

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.06.00  Biotehnika  Biotehnologija   

Koda Veda Področje
P310  Naravoslovno-matematične vede  Beljakovine, encimologija 
Ključne besede
Nanopore, proteini, umetni modelni membranski sistemi, senzorika
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (26)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  15686  dr. Gregor Anderluh  Biokemija in molekularna biologija  Vodja projekta/programa  2017 - 2020  930 
2.  16104  dr. Apolonija Bedina Zavec  Biotehnologija  Raziskovalec  2017 - 2020  133 
3.  24290  dr. Matej Butala  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2020  217 
4.  36374  dr. Jerneja Čremožnik Zupančič  Mikrobiologija in imunologija  Raziskovalec  2019  56 
5.  31814  Urška Dečko    Tehnični sodelavec  2019 - 2020 
6.  29235  dr. Vesna Hodnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2018  161 
7.  53283  Maja Hostnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2019 - 2020  11 
8.  52386  Eva Kočar  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2019 - 2020  16 
9.  34603  dr. Mirijam Kozorog  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2020  31 
10.  00385  dr. Nada Kraševec  Biotehnologija  Raziskovalec  2017 - 2020  201 
11.  53699  Amela Kujović  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2019 - 2020  15 
12.  36425  dr. Tea Lenarčič  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2018 - 2020  43 
13.  06994  dr. Peter Maček  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2018  524 
14.  35371  dr. Maruša Novak  Biotehnologija  Raziskovalec  2017 - 2018  34 
15.  35544  dr. Neža Omersa  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2020  27 
16.  33683  Nina Orehar    Tehnični sodelavec  2017 - 2018 
17.  29336  dr. Ilja Gasan Osojnik Črnivec  Kemija  Raziskovalec  2018 - 2020  207 
18.  32474  dr. Ajda Ota  Živalska produkcija in predelava  Raziskovalec  2017  79 
19.  29613  dr. David Pahovnik  Materiali  Raziskovalec  2017 - 2020  165 
20.  30762  dr. Katja Pirc  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2018 - 2019  45 
21.  12048  dr. Marjetka Podobnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2020  286 
22.  10873  dr. Nataša Poklar Ulrih  Kemija  Raziskovalec  2017 - 2019  783 
23.  15328  dr. Kristina Sepčić  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2020  691 
24.  32008  dr. Saša Vrhovec Hartman  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2018 - 2020  23 
25.  12318  dr. Ema Žagar  Materiali  Raziskovalec  2017 - 2020  453 
26.  34459  dr. Simon Žurga  Farmacija  Raziskovalec  2017  25 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  20.093 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  63.648 
Povzetek
Senzorika na osnovi nanopor predstavlja eno od najbolj pomembnih visoko zmogljivih tehnologij za direktno detekcijo analitov kot so majhne molekule in večje molekule biološkega izvora kot so npr. DNA, RNA ali proteini. Biološke nanopore predstavljajo pomembno skupino molekul, ki omogočajo pristope senzorike in so vzbudile precej pozornosti v zadnjih letih kot posledica uspešne uporabe pri določanju zaporedja DNA. V tem projektu bomo raziskovali nove nanopore in membranske sisteme, ki jih bomo lahko uporabljali v pristopih senzorike za detekcijo majhnih molekul in večjih polimernih molekul kot so DNA, RNA ali proteini. Osredotočili se bomo na proteinske družine por, ki imajo določene koristne lastnosti v aplikacijah senzorike. Naš glavni cilj bo razvoj novih nanopor na osnovi družin proteinov, ki tvorijo pore (ang. Pore Forming Proteins, PFPs) in novih membranskih sistemov. Uporaba novih biomimetskih materialov na področju senzorike bo omogočilo nadaljnji razvoj senzorike in razvoj senzorjev, ki bodo optimalno delovali tudi v prisotnosti kompleksnih vzorcev kot so npr. serum ali okoljski vzorci. Raziskovalne usmeritve tega projekta bodo sledile naslednjim ciljem: i) Opis strukturnih in funkcijskih lastnosti nanopor na osnovi aerolizinske družine PFPs in aktinoporinske družine PFPs; ii) Razvoj modelnih membranskih sistemov za uporabo senzorike in modelnih membranskih sistemov kot so npr. liposomi ali nanodiski; iii) Senzorika analitov z nekaterimi novimi nanoporami in membranskimi sistemi. Novi podatki o lastnostih nanopor v različnih membranskih podpornih sistemih in podatki o detekciji različnih analitov bodo predstavljali dobro osnovo za nadaljnji razvoj senzorike z uporabo nanopor z mnogimi implikacijami v biomedicini in v okoljskem monitoringu.
Pomen za razvoj znanosti
Cilj tega predloga projekta je opredeliti nove biološke pore, ki se lahko uporabljajo za zaznavanje majhnih molekul ali velikih polimernih struktur, kot so DNA ali proteini. Takšno zaznavanje lahko uporabimo v različnih aplikacijah, od medicine, biotehnologije, materialov ali v inženirstvu. V tej študiji se bomo osredotočili na dve družini naravnih por, ki imata odlične lastnosti za zaznavanje z nanoporami, že v svoji naravni obliki. Poleg tega bomo te pore dodatno oblikovali na različnih ravneh, da bodo postale primerne za zaznavanje peptidov, proteinov in nukleinskih kislin. Preučili bomo tudi nove membranske sisteme, ki so primerni za vsidranje omenjenih pore in zaznavanje. Raziskali bomo pore iz obeh razredov proteinov ki tvorijo pore (PFPs), torej tiste, ki tvorijo stabilne beta-sodčke v lipidnem dvosloju (tj beta-PFPs), kakor tudi tiste, ki so bolj prilagodljive narave, torej pore, ki vsebujejo alfa-vijačnice (tj alfa-PFPs). Uporaba novih nanopor, kot tudi membranskih materialov bo omogočila razširitev zaznavnih zmogljivosti in razvoj senzorjev, ki lahko nudijo vrhunsko delovanje tudi pri manj optimalnih pogojih v kompleksnih vzorcih (npr. serumu ali vzorcih iz okolja).   Pričakujemo, da bodo naše raziskave ponudile izvirne rezultate na ravni osnovne znanosti, kot tudi praktične uporabe. Nove naravne pore, njihove biokemijske in biofizikalne lastnosti, kot tudi strukture na atomskem nivoju, nam bodo omogočile vpogled v mehanizem tvorbe por in biološko vlogo teh proteinov, od katerih so mnogi toksini. To znanje bo zelo pomembna odskočna deska za nadaljnje raziskave v biološki, kot tudi medicinski smeri. Po drugi strani pa poznavanje sposobnosti zmogljivosti kot tudi selektivnost teh por, ki  prenašajo ali vežejo posamezne molekule, lahko uporabimo različne namene uporabe, kot je navedeno na različnih točkah v tem predlogu projekta. Miniaturizacija naprav za zaznavanje diagnostičnih pristopov, zahteva nove molekularne sisteme. Aerolizinom podobnim PFPs in aktinoporini, ki jih bomo proučili v tem predlogu, predstavljajo novo alternativo obstoječim biološkim nanoporam. Poleg vsega imajo biološke nanopore veliko prednosti pred umetno sestavljenimi nanoporami. Biološke pore imajo dobro definirane lastnosti, kot je prevodnost, ki jih je mogoče zlahka modificirati z mestno specifično mutagenezo ali z vstavljanjem majhnih organskih molekul, ki služijo kot adaptoji. Verjamemo, da bo njihova uporaba, skupaj z bolj stabilnimi lipidnimi membranami posnemala razširjen spekter molekul, ki jih lahko vključimo v zaznavanje z nanoporami v prihodnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlog projekta je usklajen s slovenskimi in EU znanstveno razvojnimi cilji ter je visoko medsektorski. Predlagani projekt sledi raziskovalnim prioritetam Obzorja 2020: Prihodnje tehnologije, industrijske tehnologije in zdravje. Projekt je usklajen tudi z dejavnostmi v okviru ARRS programske skupine Molekulske interakcije (P1-0391), kjer bomo opravili večino aktivnosti.   Projekt bo zagotovil bistvene informacije o pomembnih družinah proteinov, ki tvorijo pore (PFPs), saj so mnogi člani teh družine toksini, ki običajno delujejo na evkariontske organizme, vključno z živalmi, rastlinami in ljudmi. Na primer, člani aerolizinom podobnim PFPs so prisotni v različnih patogenih bakterijah, kot so Aeromonas, Clostridium ali Bacillus, kjer služijo kot ključni virulenčni dejavniki pri okužbah in zastrupitvah s hrano. V istem času, bodo pomembne informacije, ki izhajajo iz tega projekta, odprle vrata v bodoče izkoriščanje teh proteinov v medicinskih in senzorskih aplikacijah. Kot že rečeno, smo že sodelovali z Oxford Nanopore Technologies, VB, ki že uporablja biološke nanopore v svojih uspešnih platformah za DNA sekvenciranje in tako koristi novo znanje, ki prihaja iz naših raziskav. Poleg tega, je takšne nanopore mogoče uporabiti tudi na drugih področjih zaznavanja, kot tudi pri razvoju drugih sistemov, ki temeljijo na prevodnosti ali transdukciji ionov ter molekul (tj baterije). Tudi nove tehnološke platforme lahko nastanejo iz rezultatov omenjenega predloga.   Ta projekt bo omogočil tudi nadaljnji razvoj in uporabo metod ter protokolov za preučevanje molekularnih interakcij z uporabo najbolj moderne biofizikalne opreme. To bo še dodatno okrepilo vlogo raziskovalnega oddelka v regiji in tudi v Evropi ter na splošno ter omogočilo razvoj pristopov, ki bodo dostopnim raziskovalcem Sloveniji in v tujini. Zlasti lokalna farmacevtska industrija, s katero ima nosilec projekta že vzpostavljeno dobro sodelovanje, je izrazila zanimanje za njihovo uporabo. Zagotovila bo tudi dobre možnosti za usposabljanje za mlade znanstvenike, ki bodo vključeni v vseh fazah projekta.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno