Projekti / Programi
Odkrivanje bakterijskih okužb z uporabo funkcionaliziranih koloidov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P400 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizikalna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
funkcionalizirani koloidi, detekcija patogenov, statistična termodinamika, antimiktobna resistenca, računalniške simulacije
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
50420 |
dr. Tine Curk |
Kemija |
Vodja |
2018 - 2020 |
41 |
Organizacije (1)
Povzetek
Predlagani projekt vključuje elemnte fizikalne kemije, fizike mehke snovi in molekularne biologije. Predlagam raziskavo novega načina odkrivanja bakterijskih okužb z uporabo majhnih koloidnih delcev obloženih z ligandi. V raziskavah bodo uporabili kombinacijo teorije, računalniških simulacij in poskusov (izvedenih v laboratoriju dr. Erike Eiser v laboratoriju Cavendish University of Cambridge).
Kadar oseba trpi zaradi okužbe, je znano, da je težko hitro in zanesljivo diagnosticirati, katera vrsta patogena povzroča okužbo. Pomanjkanje enostavnega poceni in hitrega diagnostičnega postopka je eden od dejavnikov, ki spodbujajo široko uporabo antibiotikov za okužbe, za katere morda niso primerni. Ta vsesplošna uporaba antibiotikov je privedla do nastanka protimikrobne odpornosti (anti microbial resistance - AMR) ali »superbugs« - bakterijskih okužb, ki so razvile odpornosti proti antibiotikom. Poročilo Jamesa O'Neill-a leta 2016, med drugimi poročili, to opredeljuje kot nujnega in vse večjega svetovnega problema in napoveduje, da bo AMR povzročil 10 milijonov smrtnih žrtev letno in da bo do leta 2050 svetovno gospodarstvo kumulativno stal 100 trilijonov dolarjev, če ne bo ustrezno obravnavan.
V tem projektu predlagam raziskati nov pristop odkrivanja okužb, ki ga navdihujejo koncepti fizike mehke snovi. Ta pristop, ki temelji na nanoldelcih, prevlečenih s ligandi, ima potencial za hitro, poceni in zanesljivo diagnostiko bakterijskih okužb. Koloidi so mikronske kroglice iz plastike ali kovine, katerih površina je cepljena z biološkimi ligandi ali enojnimi vijačnicami DNK.
Za vezavo koloidnih delcev na bakterije se pričakuje, da lokalno kondenzirajo koloide, kar povzroči sedimentacijo kolidov, ki bo optično zaznavna. Natančneje, načrtujem uporabo teorije in simulacij (na podlagi mojega strokovnega znanja iz doktorskega študija in po-doktorskega dela), da bi ugotovili, kako je ta vezava mogoče narediti specifično: tako da se koloidi vežejo samo na določene vrste bakterij v vzorcu in ne, primer za človeške celice ali druge bakterije.
Glavni cilj predlagane raziskave je raziskati hipotezo, da je mogoče bakterijske okužbe zanesljivo, hitro in poceni diagnosticirati z uporabo koloidov, ki so obloženi s ligandom.
Moje delo bo ugotovilo primernost metode kot novo diagnostično tehnologijo, ki bo podlaga za eksperimentalno in klinično preverjanje. Delal bom v tesnem sodelovanju s skupino Erike Eiser na Univerzi v Cambridgeu, ki bo izvedla eksperimentalni del projekta. V prvi vrsti si prizadevamo za robustno metodo, ki lahko na splošno ugotovi, ali je okužba bakterijska ali ne. V drugem koraku želimo izboljšati metodo, da bi lahko razlikovali različne vrste bakterij.
Pomen za razvoj znanosti
V tem projektu bomo razvili novo metodo za diagnosticiranje bakterijskih okužb na osnovi kooperativne vezave koloidnih delcev, obloženih z DNK ali ligandi, z bakterijsko genomsko DNA, ki bi jo lahko izvajali brez drage in občutljive opreme.
V projektu bomo pridobili serijo teoretičnih in simulacijskih rezultatov, s katerimi bomo okarakterizirali delovanja koloidov, obloženih s ligandi, za odkrivanje patogenov. Moje delo bo ugotovilo primernost metode kot novo diagnostično tehnologijo, ki bo podlaga za eksperimentalno validacijo. V prvi vrsti si prizadevamo za robustno metodo, ki lahko na splošno ugotovi, ali je okužba bakterijska ali ne.
V procesu pričakujemo nov vpogled v medsebojne vplive nanodelcev in genomskih DNK na mikro ravni. Uspešna uporaba koloidov, obloženih z ligandi pri odkrivanju bakterij, bi vzpostavila nov koncept diagnostike bakterijskih okužb, ki ima potencial, da je veliko hitrejši od obstoječih metod. To bi bil zelo pomemben in pravočasen razvoj, glede na globalni pomen problema protimikrobne odpornosti, ki je tudi eno izmed prednostnih področji sedanjega razpisa za financiranje raziskovalnih projektov.
Pomen za razvoj Slovenije
In this project we will develop a novel method for diagnosis of bacterial infections, based on the co-operative binding of DNA-coated or ligand-coated colloidal particles to bacterial genomic DNA, which could be implementated in resource-poor, point-of-care settings.
This project will produce a set of theoretical and simulation data characterizing the performance of the ligand-coated colloids for detection of pathogens. My work will establish the suitability of the method as a new diagnostic technology, providing a basis for experimental validation. In the first instance we shall aim for a robust method that can generally detect whether an infection is bacterial or not.
In the process we expect to obtain new insight into nanoparticle-genomic DNA interactions on the micro-scale, that is at play in the investigated states, leading to publications in high impact journals.
Successful application of ligand-coated colloids in detecting bacteria would establish a new concept for diagnosis of bacterial infections, which promises to be much faster than the existing methods. This would be a highly significant and timely development, given the global importance of the antimicrobial resistance problem, which also constitutes the societal priority field of the current research project call.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
