Projekti / Programi
Bioinformatika in statistična mehanika molekulskih sistemov
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.05.00 |
Naravoslovje |
Biokemija in molekularna biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P400 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizikalna kemija |
| P410 |
Naravoslovno-matematične vede |
Teoretična kemija, kvantna kemija |
| P320 |
Naravoslovno-matematične vede |
Nukleinske kisline, sinteza beljakovin |
| P351 |
Naravoslovno-matematične vede |
Strukturna kemija |
| P190 |
Naravoslovno-matematične vede |
Matematična in splošna teoretična fizika, klasična mehanika, kvantna mehanika, relativnost, gravitacija, statistična fizika, termodinamika |
bioinformatika, nukleotidna zaporedja, molekulske osnove biološke evolucije,
statistično mehanski modeli, biološko aktivne spojine
Raziskovalci (6)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.968 |
Povzetek
Raziskovalni program obsega raziskave na mejnem področju med tremi znanstvenimi disciplinami: kemijo, molekularno biologijo in statistično fiziko. Bioinformatika, vzeta v ožjem pomenu besede, je relativno nova znanstvena disciplina, ki se ukvarja z analizo podatkov, ki se kopičijo pri določanju nukleotidnih zaporedij v genih živih organizmov. Odkar poteka projekt določitve nukleotidnih zaporedij v človeškem genomu, je to tudi osrednja točka raziskav na področju bio-informatike. Podatki, ki se rojevajo pri napredovanju projekta Človeski genom in pri določitvi novih nukleotidnih zaporedij drugih organizmov - predvsem v primerih, ko določijo nukleotidno zaporedje celotnega genoma, imajo velik pomen za biomedicinske vede in za splošno stanje bioloških znanosti, iz naslednjih razlogov: Odkritja novih genskih zaporedij so prvi korak k določitvi strukture in funkcije proteina, ali strukturne nukleinske kisilne, ki jih gen kodira. Pri tem imajo računalniško teoretični pristopi, kot so procesiranje nukleotidnih zaporedij in molekularno modeliranje, pomembno vlogo. Določitev neškodljivih in škodljivih genetskih polimorfizmov pa je izrednega pomena pri obravnavi genetsko pogojenih obolenj.Delo na programu bo potekalo v več smereh: Istočasno bomo delali na razvoju metod in na neposrednih obravnavah genetskih zaporedij in tridimenzionalnih struktur proteinov in nukleinskih kislin. Pri delu bomo uporabljali dve vrsti pristopov, od katerih bo ena vrsta temeljila na statistični fiziki in kemijski termodinamiki, druga pa na metodah računalniške simulacije in molekulskega modeliranja. V zadnjem času postaja namreč bolj in bolj jasno, da je mogoče kontrolirati velik del procesov v celici s poseganjem na nivoju DNA molekul. Raziskave bodo imele značaj osnovnih raziskav in bodo usmerjene predvsem v podporo načrtovanju novih zdravil in v študij molekularnih osnov biološke evolucije. Z računalniško obravnavo nukleotidnih zaporedij bomo preverjali prisotnost stohastične komponente pri točkovnih mutacijah, iskali bomo posebnosti v vsebnosti nekaterih oligonukleotidov in v sekvenčnih lastnostih določenih kategorij genetskega materiala. Od specifičnih vsebin raziskav, ki bodo usmerjene v načrtovanje novih zdravilnih učin-kovin naj omenimo študij strukture na aktivnem mestu encima v kompleksu z ligandom. Uporabljene bodo metode mole-kulske mehanike, molekulske dinamike in ab initio metode za določanje elektronske strukture. Raziskave bomo usmerili v načrtovanje novih inhibitorjev različnih encimskih sistemov (serinske proteaze, beta-laktamaze, DNA giraze, itd.).Vzporedno bomo razvijali tudi metodologijo analitičnih in numeričnih pristopov k reševanju statistično mehanskih problemov, katerih rešitve so relevantne tudi za področje bioinformatike. Raziskovali bomo enostavne modele s področja kemijske termodinamike, kot je na primer določanje porazdelitvenih funkcij, oblik faznih prehodov in kritič-nih lastnosti v sistemih delcev, ki interagirajo z enostavnimi meddelčnimi potenciali.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalno delo v okviru predloženega programa bo prispevalo k reševanju nekaterih odprtih vprašanj, ki jim danes svetovna znanost posveča veliko pozornosti. Gre za vprašanja o osnovah življenja, o verjetnosti za samoorganizacijo molekul pri nastanku življenja in o organiziranosti genetskega materiala. Napredovanje projekta sekvenciranja človeškega genoma je povzročilo, da so se začele v svetu v zadnjih letih formirati nove raziskovalne skupine ali celo inštituti (npr. European Bioinformatics Institute v Angliji in National Center for Biotechnology Information v ZDA), ki se ukvarjajo z vzdrževanjem podatkovnih baz in računalniške opreme in z raču-nalniškimi analizami podatkov, ki jih pridobivajo skupine izvajalke projekta Človeški genom. Pri našem delu bomo uporabljali usluge zgoraj omenjenih institucij, poleg tega pa bomo sodelovali tudi z raziskovalci nekaterih drugih evrop-skih in ameriških laboratorijev: Laboratorija za teorijsko biokemijo Inštituta za fizikalno kemijsko biologijo v Parizu,Inštituta za teoretično kemijo Tehnične univerze v Muenchenu in z Oddelkom za biokemijo Državne univerze New Yorka v Stony Brooku. Vpetost naših raziskav v mednarodni prostor potrjujejo rezultati dosedanjega dela, kot je razvidnoiz vnešenih podatkov pod 3.1 in 4.9.
Pomen za razvoj Slovenije
Izvajanje tega programa bo imelo pozitiven učinek na razvoj interdisciplinarnega področja na meji med kemijo, mole-kularno biologijo in statistično fiziko. Tisti del raziskav v okviru tega raziskovalnega programa, ki ima značaj čistih osnovnih raziskav, utemeljujemo z argumentom, da je potrebno prispevati v zakladnico osnovnega znanja, potrebno je pokriti čim več področij in pričujoči program razširja raziskave na nova področja. Rezultate raziskav bomo objavili v uglednih tujih znanstvenih časopisih. Delo v bolj uporabni smeri pa lahko razdelimo na dva podsklopa. Prvi se nanaša na raziskave, ki so neposredno relevantne za slovensko farmacevtsko industrijo. Sem sodijo raziskave na temo novih inhibi-torjev encimov, kjer je v sklopu ostalih raziskav potrebno sodelovati tudi z metodami molekulskega modeliranja. Drugi sklop pa se nanaša na delo na zdravilih, ki delujejo na osnovi prepoznavanja genskih segmentov (antisense in antigene strategije). Tukaj so raziskave v slovenskem prostoru na samem začetku in menimo, da je nujno, da je v raziskovalni dejavnosti, ki jo izvajajo slovenski inštituti, prisotna tematika tudi s tega področja. Sodelavci na tem programu so vključeni tudi v pedagoško dejavnost in lahko pričakujemo, da bo izvajanje tega razisko-valnega programa pripomoglo k razširitvi ponudbe znanja dodiplomskih in podiplomskim študentom nekaterih fakultetUniverze v Ljubljani.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
