Projekti / Programi
Biofizika polimerov, membran, gelov, koloidov in celic
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B2 |
Biomedicinske vede |
B2 |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
polimeri, lipidni dvosloj, biološke membrane, proteini, geli, koloidi, DLVO interakcije, celice, tekoči kristali, kiralnost, biofizika
Raziskovalci (54)
Organizacije (6)
Povzetek
Makromolekule in makromolekularni agregati, kot DNK in fosfolipidne membrane, dobljeni z izolacijo oziroma rekonstitucijo temeljnih gradnikov žive snovi, določajo njene osnovne načine delovanja in odzivanja na spremembe v molekularnem okolju. Analiza različnih makromolekularnih tekočekristalnih faz, bodisi bioloških makromolekul samih bodisi njihovih zapletenih anorganskih analogov, ter njihovih bazičnih simetrij in fundamentalnih biokoloidnih interakcij zato tvori prvo stopnico predlaganega programa. Integracija teh fundamentalnih znanj o naravi struktur in interakcij med osnovnimi makromolekulami v razumevanje fizikalnih lastnosti in kar je še pomembnejše, možnosti predvidljivega vplivanja na vrsto in odziv celičnih sestavin oziroma celic in večjih celičnih agregatov na spremembe v njihovem okolju, vodi k drugi stopnici našega raziskovalnega programa. Njegovo napredovanje smo si zamislili kot fizikalno rekonstitucijo različnih živih sistemov od spodaj navzgor, torej od preprostih, včasih tudi modelnih makromolekul pa vse do zapletenejših vrst makromolekularnih skupkov, celic, organov in tkiv.
Pomen za razvoj znanosti
Program P1-0055 Biofizika polimerov, membran, gelov, koloidov in celic je raziskovalni program s področja biofizike, ki je kot del znanosti o življenju in znanosti o novih materialih ena izmed najhitreje razvijajočih se ved. Obsežna bibliografija in močna vpetost v različne formalne in neformalne mednarodne povezave pričata o aktivni udeležbi članov programske skupine pri razvoju znanosti na svojih področjih. O kvalitetnem delu programske skupine v obdobju 2009-2014 priča 248 objavljenih izvirnih znanstvenih člankov, več kot 150 vabljenih predavanj na mednarodnih konferencah in univerzah, organizacija 3 mednarodnih znanstvenih srečanj ter več kot 500 recenzij člankov, poslanih v mednarodne znanstvene revije. Najvišja kvaliteta znanstvenega dela programa P1-0055 se zrcali v 2 preglednih člankih v ugledni znanstveni reviji Reviews of Modern Physics in v članku v reviji Nature. Ena od značilnosti programa je njegova širina in sodelovanje raziskovalcev z različnih področji, kar omogoča aplikacijo kvantitativnih fizikalnih metod na širokem spektru kompleksnih bioloških sistemov in novih materialov. Aktivnosti članov programske skupine tako potekajo na več področjih. Na področju medmolekulskih interakcij smo med drugim raziskovali elektrodinamične in elektrostatične interakcije predvsem za valjasto in planarno geometrijo, ki sta npr. pomembni za interakcije nanocevk, proteinov in DNK, in ki obvladujejo organizacijo majhnih objektov na oddaljenostih, večjih od dolžine medatomskih vezi. S stališča teh osnovnih sil smo opisali sisteme, na katerih lahko te sile preučujemo in moduliramo. Podali smo pregled sistemov, za katere so te sile z nanometrske skale pomembne v praksi. Pregled je razkril možnosti za nove naprave in materiale in hkrati nakazal, kako bi lahko izboljšali njihovo izdelavo. Na področju tekočih kristalov in koloidov smo raziskovali različne vidike tekočih kristalov, npr. kristale s kompleksnimi modulacijami kot so antiferoelektrični tekoči kristali. To so snovi, v katerih se v relativno ozkem temperaturnem območju lahko pojavi do 5 različnih faz, v katerih so podolgovate molekule urejene v plasti in nagnjene glede na normalo na plast. Faze se razlikujejo po načinih modulacije nagibov, kar določa njihove makroskopske lastnosti. Obnašanje tekočih kristalov dandanes teoretično razumemo že do te stopnje, da lahko iz fenomenološko opisanih interakcij razložimo pojavnost različnih struktur. Eksperimentalne in teoretične raziskave superparamagnetnih koloidnih delcev v magnetnem polju so privedle do odkritja njihovega samourejanja v robustno koloidno membrano. Na področju teoretične biofizike membran, virusov, celic in tkiv smo raziskovali stabilnost in pakiranje v virusnih kapsidah ter analizirali poligonalna pokritja ravnine, ki so relevantna za biološka tkiva. Modelirali smo mehanizme krčenja gladkih mišičnih celic dihalnih poti in njimi pojasnjevali pojav več patoloških stanj. Z metodami kompleksnih mrež smo raziskovali medcelične komunikacije v trebušni slinavki. Na področju eksperimentalne biofizike membran, celic in biosenzorjev smo raziskovali več vidikov organskih sončnih celic in dokazali vlogo nanografenskih delcev, kot pospeševalcev transporta naboja v polimerih. Razvili smo mikropretočno komoro in naredili prvi korak h gojenju celic trebušne slinavke. Analizirali smo vpliv amfitropičnih proteinov na fosfolipidno membrano. Razvili smo nove pristope k biofizikalni obravnavi živalskih celic ter prispevali k razumevanju vloge citoskeleta in organizacije membrane pri mehanskih lastnostih celic in podali kritično analizo standardnih metod odlepljanja celic v celični biologiji.
Pomen za razvoj Slovenije
Program P1-0055 Biofizika polimerov, membran, gelov, koloidov in celic je največji nacionalni raziskovalni program s področja biofizike. Člani programske skupine s svojim delom in močno mednarodno vpetostjo zagotavljamo, da je Slovenija v stalnem stiku z znanstvenim napredkom na tem področju, kar je za razvoj Slovenije kot družbe znanja vitalnega pomena. Program ima vsedržavni značaj, saj združuje raziskovalce z Instituta Jožef Stefan, Univerze v Ljubljani, Univerze v Mariboru in Univerze v Novi Gorici. Taka struktura programa omogoča širok pretok idej in hkrati prispeva k hitrejšemu policentričnemu napredku znanosti in visokega šolstva v Sloveniji, kar je del skladnega regionalnega razvoja države. Čeprav je program pretežno temeljne narave, prenaša preko formalnih in neformalnih sodelovanj znanje in najnovejše metode tudi neposredno v industrijo in zdravstvo. Tako smo v raziskavah po eni strani sodelovali z vodjo raziskav in razvoja v enem izmed najprodornejših slovenskih visokotehnoloških podjetji Pipistrel d.o.o. in s farmacevtsko družbo Lek d.o.o., po drugi strani pa imamo tudi redna sodelovanja z zdravniki kliniki, s čimer prispevamo k razvoju slovenskega zdravstvenega sistema. Kvalitetno delo programa se kaže tudi v takojšnji zaposljivosti bivših sodelavcev programa. Pomemben in neločljiv vidik delovanja programa P1-0055 je sodelovanje v vodenju in v pedagoškem procesu na univerzah v Ljubljani, Mariboru in Novi Gorici. S kvalitetnim raziskovalnim delom predstavljamo trdni temelj več visokošolskih študijev povezanih z biofiziko. Člani programa so nosilci 50 študijskih predmetov na vseh stopnjah univerzitetnega izobraževanja. V obdobju 2009-2014 je več članov programa opravljalo pomembne vodstvene naloge na univerzah: Marko Marhl je bil prorektor Univerze v Mariboru za mednarodno in meduniverzitetno sodelovanje, Gvido Bratina je prorektor za znanost Univerze v Novi Gorici in vodja Laboratorija za Fiziko organskih snovi. Nataša Vaupotič je dekanica Fakultete za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru. Na Univerzi v Ljubljani je Bojan Božič predstojnik Inštituta za biofiziko Medicinske fakultete, Mojca Čepič pa predstojnica oddelka za fiziko in tehniko na Pedagoški fakulteti. Na Univerzi v Mariboru je Milan Brumen predstojnik Katedre za biofiziko na Medicinski fakulteti in Katedre za bioinformatiko na Fakulteti za zdravstvene vede, Aleš Fajmut pa je bil do 2014 predstojnik Oddelka za fiziko na Fakulteti za naravoslovje in matematiko. Pedagoško delo članov programske skupine ne obsega le predavanj na sodelujočih univerzah, temveč tudi delo z mladimi raziskovalci. Program nudi vrhunsko okolje za njihovo izobraževanje in osebni strokovni razvoj, pri čemer igra zelo pomembno vlogo vsestranskost raziskovalnih interesov članov skupine in njihova komplementarnost. V obdobju 2009-2014 je izobraževanje z doktorati znanosti pod mentorstvom članov programa zaključilo 10 mladih raziskovalcev in 7 doktorskih študentov. To dokazuje, da je raziskovalni program pomembno, nemara celo ključno okolje za vzgojo strokovnjakov s področja biofizike in fizike mehke snovi v Sloveniji. Člani programske skupine odgovorno sodelujemo v vseh družbenih sferah. Zavedamo se pomena predstavljanja najnovejših znanstvenih dosežkov širši javnosti. Podali smo številne intervjuje za tiskane medije ter radio in televizijo, pripravili več kot 50 poljudnih prispevkov za različne tiskane medije in trikrat sodelovali pri oddaji Ugriznimo znanost na nacionalni televiziji. Naposled je pomen programa P1-0055 za razvoj Slovenije tudi v našem prispevku k mednarodnemu ugledu države na znanstvenem področju. Ta se kaže skozi članke, vabljena predavanja na konferencah in univerzah po svetu, formalno in neformalno sodelovanje z raziskovalci iz tujine, preko sodelovanja pri urejanju mednarodnih znanstvenih revij in recenziranju rokopisov ter na mnoge druge načine.
Avdiovizualni viri (1)
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
