Projekti / Programi
Modeliranje kemijskih procesov in lastnosti spojin
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.09.00 |
Naravoslovje |
Farmacija |
|
| 1.01.00 |
Naravoslovje |
Matematika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Raziskovalci (18)
Organizacije (2)
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave v raziskovalnem programu »Modeliranje kemijskih procesov in lastnosti spojin«, so v skladu z usmeritvami razvoja znanosti (genomika, osebno zdravstvo PHC, kakovost in varnost živil, trajnostni razvoj), kar so tudi prioritete evropske raziskovalne politike. Del raziskav se navezuje na ocenjevanje vpliva kemikalij na okolje, zdravje ljudi in živali. Alternativne metode, ki jih razvijamo, prihranijo čas in denar v primerjavi z zahtevnimi biološkimi testi, poleg tega zmanjšujejo potrebo po žrtvovanju testnih živali. Predlagane QSAR metode v kombinaciji z molekulskim modeliranjem omogočajo pojasnjevanje mehanizma delovanja toksičnih kemikalij, kar ni pomembno le pri registraciji kemikalij, ampak predstavlja enega najzahtevnejših korakov pri načrtovanju novih zdravil, saj so stranski učinki nove učinkovine lahko razlog, da je zdravilo zavrnjeno v fazi biološkega testiranja. Kemo-informacijske metode, ki jih ne le uporabljamo, ampak tudi razvijamo v okviru predlaganega programa, imajo pomembno vlogo pri premagovanju informacijskih vrzeli, tako na področju registracije kemikalij (pomanjkanje informacij o bioloških lastnostih spojin na osnovi in vitro ter in vivo testov), kot tudi na področju ugotavljanja 3D strukture proteinov. V zadnjem času je število proteinov, katerih 3D struktura je pojasnjena s pomočjo kristalografije ali NMR spektroskopije, zelo naraslo, še vedno pa je velik problem pojasnjevanje strukture membranskih proteinov. Zato je del predlaganih raziskav namenjen proučevanju membranskih proteinov. Napredek pri razvoju metodologij za gradnjo računskih modelov 3D struktur membranskih proteinov bi predstavljal velik korak k reševanju struktur tistih proteinov, ki jih zaradi objektivnih težav (topnost, kristalizacija, ekspresija/sinteza) ne moremo eksperimentalno strukturno okarakterizirati. Predlagan kombiniran pristop molekulskega in kemometrijskega modeliranja na osnovi ligandov (substratov) ob prisotnosti ali odsotnosti informacij o strukturi proteina omogoča premostitev težav pri začetnem predlogu hipotetične 3D strukture, kar je zlasti pomembno pri proteinih, ki v podatkovni bazi PDB nimajo homolognih struktur. S pomočji in silico metod bomo poskušali zapolniti vrzeli v poznavanju 3D struktur transmembranskih proteinov. Membranski proteini, ki omogočajo prenos organskih molekul preko membrane v intra-celični prostor, so še posebej zanimivi zaradi povezave z nekaterimi vrstami rakavih tumorjev. Zato so ti proteini tarča številnih raziskav v razvoju in formulaciji zdravil med katere sodi bilitranslokaza, ki prenaša bilirubin iz krvi v jetrne celice. Da je bilitranslokaza potencialni transporter zdravilnih učinkovin, smo že ugotovili v preteklih raziskavah, v nadaljevanju pa želimo pokazati, kako bi v povezavi z rakavimi tumorji, v katerih se poveča izražanje (nivo) bilitranslokaze, lahko ustrezno zdravilo specifično usmerjali. S tem bi znižali potrebne doze in zato zmanjšali stranske učinke zdravil. Rezultat takih raziskav ima velik potencial za nadaljnje faze razvoja zdravil. Del raziskav sodi v področje znanosti o materialih, kjer je uporaba kemometrijskih metod ravno tako zelo učinkovita kot na področju ved o življenju. Med raziskave asfalta uvrščamo preiskovanje lastnosti bitumnov in asfaltnih plasti, pri čemer pogosto ugotovimo pomanjkljivosti pri nekaterih standardiziranih metodah. Svoje ugotovitve preko članstva v Evropski komisiji za standardizacijo CEN (CEN/TC 227 za gradbene materiale / WG1 - delovna skupina za asfaltne zmesi) širimo v mednarodni prostor. Na asfaltersko področje širimo uporabo kemometrijskih metod in s tem povezujemo raziskave dveh ločenih področij znanosti in tehnologije.
Pomen za razvoj Slovenije
Pristop programa predstavlja osnovo za uspešno optimizacijo želenih lastnosti načrtovanih in novo sintetiziranih zdravilnih učinkovin. Čeprav naša farmacevtska industrija temelji pred vsem na razvoju in proizvodnji generičnih zdravil in ne razvija novih učinkovin, se na področju raziskav kažejo novi trendi. Nekateri zdravstveni problemi, kot npr. pojav mikrobov, odpornih na antibiotike, ali povečan pojav nevrodegenerativnih bolezni preraščajo v splošen zdravstveni problem. Zato Evropska komisija v programu HORIZON 2020 vzpodbuja farmacevtsko industrijo k raziskovanju in razvoju novih učinkovin na omenjenih področjih. Slovenijo želimo vključiti v te raziskave, saj se vsaka dodana vrednost produktov na področju zdravil pridobi predvsem z inovativnostjo - z odkritjem povsem novih učinkovin. Raziskave, ki jih predlagamo, so kompleksnejše, vendar realne v sklopu interdisciplinarnega pristopa, ki ga sofinancira EU. Razvoj in uporaba QSAR modelov (in silico metod) za ocenjevanje toksikoloških in eko-toksikoloških lastnosti spojin predstavlja pomemben delež predlaganih raziskav, saj skrb za okolje in posledično za zdravje ljudi in živali narašča v vseh razvitih državah. Evropska zakonodaja REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) posveča posebno pozornost alternativnim metodam za ocenjevanje toksičnosti, ki zmanjšujejo potrebo po testih na živalih, med katere sodi tudi QSAR modeliranje. Raziskave metod in iskanje novih relacij med kemijsko strukturo in biološko lastnostjo omogočajo ocenjevanje kemikalij, ki lahko prihrani veliko časa in denarja ter pomagajo pojasniti mehanizme delovanja toksikantov. Raziskovalna skupina je trenutno vpeta v dva EU projekta, ki se ukvarjata s to tematiko, PROSIL in COSMOS. PROSIL (LIFE+ iniciativa) ima za cilj vpeljati uporabo alternativnih metod v industrijo barvil in rastlinskih zaščitnih sredstev za namen priprave dosjejev za kemikalije, ki jih proizvajajo, ter za iskanje novih, okoljsko bolje sprejemljivih nadomestnih kemikalij. COSMOS je projekt vključen v gručo projektov SEURAT, ki se ukvarjajo z razvojem alternativnih metod za testiranje kemikalij, ki se uporabljajo v kozmetični industriji. Polovico finančnih sredstev za projekt prispeva združenje evropske kozmetične industrije Cosmetics Europe. Širjenje znanja v slovensko industrijo preko delavnic skupaj z Gospodarsko zbornico in Uradom RS za kemikalije bo prispevalo k razvoju kadrov ter vključevanju gospodarstva v mednarodni razvojno raziskovalni prostor. V Sloveniji smo del neformalne skupine strokovnjakov o motilcih hormonskih sistemov, ki jo koordinira Nacionalni inštitut za javno zdravje, Ljubljana. Skupina se sestaja občasno in eventualno komentira poročila in dokumente o motilcih hormonskega sistema, ki jih dobimo od Evropske agencije za kemikalije (ECA), Organizacije za sodelovanje in razvoj (OECD) ali Skupnega raziskovalnega centra (JRC). Z delovanjem v Evropskih projektih smo vključeni v uveljavljanje evropske kemijske politike (REACH) in tem tudi v promocijo Slovenije. Naše izkušnje in znanje širimo tudi v slovenske strokovne kroge. Razvoj in uveljavanje metode mapiranja z uprabo nevronskih mrež (bottle-neck neural networks) za optimizacijo tehnoloških procesov v industriji prispeva k izboljšanju kvalitete izdelkov, povečanju produktivnosti, zmanjševanju stroškov v proizvodnji, zmanjševanju porabe elektroenergije in zmanjševanju količine odpadkov. Z uporabo teh metod (enostavne in časovno nezahtevne) lahko predlagamo proces, ki ima največjo produktivnost, najmanj stroškov ali porabe energije, izboljšanje kakovosti in podaljšanje roka porabe izdelkov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
