Projekti / Programi
Modeliranje relacij med kemijsko strukturo in lastnostjo snovi - QSAR - QSPR
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.09.00 |
Naravoslovje |
Farmacija |
|
| 1.01.00 |
Naravoslovje |
Matematika |
|
QSAR, kemometrija, kemijska struktura, strukturni deskriptorji, linearni in nelinearni modeli, nevronske mreže, teorija grafov, načrtovanje zdravil, toksičnost, baze podatkov, spektroskopske metode, kombinirane analizne tehnike, metrologija, nukleozidi, oligonukleotidi, trojna vijačnica G-kvadropleksiPt(II)-protirakasta zdravila antivirusna zdravila, ionofori, nanocevke, kaliks(4)aren, beta ciklodekstrin
Raziskovalci (18)
Organizacije (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.996 |
| 2. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.724 |
Povzetek
Osrednji objekt raziskovalnega programa je kemijska struktura, na katero se navezujejo tako raziskave relacij med strukturo in lastnostjo snovi kot tudi sam študij strukture molekul ter kemijska analiza snovi. Med teoretične metode za karakterizacijo kemijske strukture sodijo izračuni molekulskih deskriptorjev, to so numerični parametri, ki odražajo različne informacije o molekulski strukturi. Mednje sodijo konstitucijski, geometrijski, elektrostatski, kvantno-mehanski in topološki deskriptorji. Na področju iskanja najprimernejših predstavitev kemijske strukture potrebujemo razne kemometrijske metode kot so transformacije, preslikave, grupiranje in izbor spremenljivk. Poleg kemijske strukture nas zanimajo tudi lastnosti snovi med njimi posebej farmakološke lastnosti (za področje raziskav zdravilnih učinkovin) in toksične lastnosti za rastline, živali in ljudi (področje ocenjevanja tveganosti kemikalij za okolje in področje varne prehrane). S pomočjo iskanja linearnih in nelinearnih modelov želimo čimbolje pojasniti relacije med strukturo in določeno lastnostjo snovi. Teoretični študij povezav med kemijsko strukturo in lastnostjo (aktivnostjo) snovi (QSAR-QSPR) ima namen pojasnjevati mehanizme reakcij med receptorji in ligandi (v primeru zdravilnih kot tudi toksičnih lastnosti) ter v končni fazi omogočiti teoretično oceno neke lastnosti na osnovi kemijske strukture snovi. Teoretične metode se v okviru raziskovalnega programa povezujejo z eksperimentalnimi pri določanju strukture organskih molekul, sintetiziranih v laboratoriju. Pri the raziskavah so najpomembnejše metode NMR spektroskopija, sklopljene analizne tehnike, LC-MS, GC-MS.
V okvir raziskovalnega programa sodi tudi razvoj in izpopolnjevanje kemometrijskih metod, ki so uporabne na veliko širšem raziskovalnem področju ki sega od metrologije in procesnega inženirstva do arheologije.
Pomen za razvoj znanosti
Zaradi vse večje skrbi za okolje je potreba po oceni škodljivega vpliva kemikalij vedno večja. Evropska zakonodaja predpisuje, da se oceni tveganje za vsako novo kemikalijo, ki prihaja na tržišče. Urad za kemikalije naredi oceno na osnovi obstoječih podatkov ali zahteva dodatne biološke teste. QSAR modeli so alternativna metoda, ki prihrani veliko časa in denarja. Raziskave metod in iskanje novih relacij med kemijsko strukturo in biološko lastnostjo tudi pomagajo pojasniti mehanizme delovanja toksičnih kemikalij. Raziskave, ki smo jih zaključili v raziskovalnem programu "Modeliranje kemijskih procesov in lastnosti spojin" v zadnjem petletnem obdobju, so relevantne za širšo raziskovalno sfero in v skladu z usmeritvami razvoja znanosti (raziskovanje genomike in biotehnologije za zdravje, kakovosti in varnosti živil, trajnostnega razvoja ter informacijske tehnologije, kar so tudi prioritete EU). Raziskave v prioritetnih smereh utemeljujemo z vpetostjo v več evropskih projektov v preteklem obdobju, kot so bili projekti Tempus in Copernicus, Virtual Institute VICIM, Training networks – IMAGETOX, in Marie Curie Training Site (tako v L03 kot tudi v L08). Sodelovanje v še potekajočih EU projektih (IBAAC - MCTN, TRACE - IP, CAESAR - STREP) dokazuje, da so naše raziskave zanimive in relevantne v daljšem časovnem obdobju in da smo se izkazali kot kredibilni partnerji. Nadaljnje sodelovanje v EU projektih nam omogoča stik z vrhunskimi znanstveniki, kar je odlično izhodišče za nadaljevanje razvoja znanosti na področju kemometrije. Program se je preko projekta TRACE vključil v reziskave sledljivosti hrane. Ugotavljanje izvora hrane in sledljivost prehrambenih izdelkov zanima proizvajalce in predelovalce hrane, trgovce in uporabnike, ki so pogosto združeni v nevladnih potrošniških organizacijah. Sledenje izvora hrane je osnovano tudi na metodah, ki smo jih razvili v programu in jih v laboratoriju uporabljamo na konkretnih podatkih kemijskih analiz različnih prehrambenih izdelkov. Tudi številni bilateralni projekti (med drugimi tudi z ZDA, Indijo, Rusijo, Makedonijo) kažejo na aktualnost raziskav. Tematika projekta CAESAR, to so raziskave modelov za oceno in napovedovanje toksičnosti spojin z namenom uporabe v regulatornih organih, je zanimiva in rezultati zelo potrebni za ves razviti svet, ki skrbi za svoje okolje. OECD (Organization for Economic Co-operation and Development) priporoča svojim članicam, da podpirajo QSAR raziskave pri ocenjevanjku toksičnosti spojin. Na osnovi preteklega sodelovanja smo s partnerji iz Italije in drugih držav EU ustvarili raziskovalni klaster, ki vključuje raziskovalne tematike študije proteinov, delovanja membran in kemoinformacijska podpora obravnavanih biokemijskih sistemov, ki je ena od prioritet programa »Centralna Evropa«, pa tudi inter-regionalne sheme razvoja, ki promovira inovacije, konkurenčnost, dostopnost, in trajnostni razvoj v skrbi za okolje.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskave predstavljajo osnovo za uspešno optimizacijo želenih lastnosti načrtovanih in na novo sintetiziranih potencialnih učinkovin. Strategija razvoja mora temeljiti na spodbujanju raziskav in razvoja novih učinkovin v slovenski farmacevtski industriji, ki sedaj raziskovalno stagnira z enostranskim iskanjem dobička preko razvoja generičnih zdravil. Sledenje izvora hrane, osnovano na kemometrijskih metodah za obdelavo rezultatov kemijskih analiz vzorcev hrane, je aktualno in potrebno tudi za slovensko prehrambeno industrijo. Program se vključuje v visokošolske in inštitutske programe, prav tako zajema tudi razvojne in kontrolne industrijske probleme. Skupaj s podjetjem IMS Invest d.o.o. vpeljujemo nove materiale in nove tehnologije v asfaltersko industrijo. Z vpeljavo nizkotemperaturnih dodatkov na osnovi sintetičnih parafinov bomo prispevali k zmanjšanju porabe energije pri proizvodnji asfaltov ter tudi k zmanjšanju emisije toplogrednih plinov. Pri sami vgradnji asfaltov nizkotemperaturni dodatki prispevajo tudi k zmanjšanju emisij kancerogenih bitumenskih hlapov in aerosolov. Na visokošolskem področju v Sloveniji sodelujemo z Univerzo v Ljubljani. Predavamo kemikom v okviru predmetov »Kemometrija in Umetna inteligenca« na dodiplomskem, diplomskem in podiplomskem študiju na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, na Univerzi v Ljubljani. Prav tako sodelujemo s Fakulteto za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru na področju modeliranja in obdelave analiznih rezultatov, kodiranja kemijskih struktur in spektralne analize. Na FKKT Univerze v Mariboru tudi pripravljamo več predmetov (Kemometrija in Statistika) za novi študijski program »vseživljensko učenje«. Na Kmetijski fakulteti Univerze v Mariboru sodelujemo kot predavatelji predmeta »Metode umetne inteligence v kmetijstvu«. Na Fakulteti za gradbeništvo Univerze v Mariboru sodelujemo kot predavatelji v okviru predmeta »Inženirski materiali« (področje asfaltov). Na nivoju prenosa znanja v prakso predavamo tudi v okviru programa za pridobitev poklicne kvalifikacije asfalter/asfalterka, ki ga organizirajo Slovenska cestna podjetja, d.o.o. Raziskovalni program je tudi sicer izobraževalno orientiran v taki meri, da omogoča opravljanje diplomskih, magistrskih ter doktorskih študij in raziskav. V programu je odprtih več smeri, ki so prilagodljive konkretnim industrijskim problemom. V preteklem sodelovanju s slovensko industrijo smo izpeljali več uspešnih projektov. Med novejše projekte s slovensko industrijo sodi študija »Granulocyte Colony-Stimulating Factor«, ki je potencialno generično zdravilo, za katerega smo naredili kemometrijsko primerjavo z originalnim zdravilom in predlagali postopek, ki bi lahko potrdil identičnost in s tem odobritev novega zdravila. Rezultati programa so vidni tudi na področju statističnih obdelav in raziskav ter načina laboratorijske prakse, ki so aktualni predvsem v času, ko industrijski laboratoriji potrebujejo akreditacije, da bi bili sposobni opravljati analize in kontrole izdelkov, potrebnih za zahtevno evropsko tržišče. Za Slovenijo je bistvenega pomena hiter prenos znanja v prakso, zato načrtovane delavnice in seminarji s področij kemometrije, QSAR, QSPR, strukturne kemije in spektroskopije omogočajo hitro prilagajanje svetovnim trendom. Laboratorij za kemometrijo L03 na KI je v preteklih letih izpeljal trinajst Kemometrijskih delavnic (pretežno predavatelji iz EU – NL, E, IT, DE, BE) za slovenske udeležence iz industrije in raziskovalne sfere. S predavanji na številnih tujih univerzah, na inštitucijah kot so UNIDO, ter na številnih mednarodnih konferencah smo širili znanje, pridobljeno v dosedanjem obdobju financiranja, kar je pomembno za uveljavitev Slovenije v Evropi in svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
