Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Biokemijska in biofizikalno-kemijska karakterizacija naravnih snovi

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.03.00  Biotehnika  Rastlinska produkcija in predelava   
1.05.00  Naravoslovje  Biokemija in molekularna biologija   
1.04.00  Naravoslovje  Kemija   

Koda Veda Področje
T430  Tehnološke vede  Tehnologija hrane in pijač 

Koda Veda Področje
4.01  Kmetijske vede in veterina  Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo 
Ključne besede
naravne snovi, fenolne spojine, transportne in volumenske lastnosti, koligativne lastnosti, arheje, halocini, encimi, aditivi, antimikrobna sredstva, antioksidanti
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (24)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  01522  dr. Veronika Abram  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2009 - 2011  313 
2.  07028  dr. Helena Abramovič  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2009 - 2013  250 
3.  15581  dr. Blaž Cigić  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2009 - 2013  345 
4.  18132  dr. Barbara Čeh  Biotehnika  Raziskovalec  2009 - 2013  667 
5.  25518  dr. Miha Črnigoj  Farmacija  Raziskovalec  2009  41 
6.  28507  dr. Dejan Gmajner  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2009 - 2011  16 
7.  17797  Andreja Habjan    Tehnični sodelavec  2009 - 2013 
8.  32607  dr. Katja Istenič  Interdisciplinarne raziskave  Mladi raziskovalec  2011 - 2013  35 
9.  24447  dr. Anita Jemec Kokalj  Biologija  Raziskovalec  2012  261 
10.  06986  dr. Milica Kač  Kemija  Raziskovalec  2009 - 2013  253 
11.  27526  dr. Maruša Lokar  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2013  37 
12.  17798  Jana Martinuč    Tehnični sodelavec  2009 
13.  30762  dr. Katja Pirc  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2009 - 2013  46 
14.  15650  dr. Lea Pogačnik  Kemija  Raziskovalec  2009 - 2013  273 
15.  10873  dr. Nataša Poklar Ulrih  Kemija  Vodja projekta/programa  2009 - 2013  784 
16.  33152  Tjaša Prevc  Biotehnologija  Mladi raziskovalec  2010 - 2013  12 
17.  20163  dr. Magda Rak Cizej  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2009 - 2013  535 
18.  09633  dr. Darja Rudan-Tasič  Kemija  Raziskovalec  2009  134 
19.  15466  dr. Mihaela Skrt  Biotehnologija  Raziskovalec  2009 - 2013  148 
20.  08384  dr. Nataša Šegatin  Kemija  Raziskovalec  2009 - 2013  132 
21.  30763  dr. Marko Šnajder  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2009 - 2013  39 
22.  29436  dr. Petra Terpinc  Rastlinska produkcija in predelava  Mladi raziskovalec  2009 - 2011  96 
23.  27543  dr. Janez Valant  Farmacija  Raziskovalec  2011 - 2012  55 
24.  19641  Mateja Vidmar    Tehnični sodelavec  2009 - 2013  16 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0416  Inštitut za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije  Žalec  5051762000  3.983 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  63.774 
Povzetek
Del raziskav bo usmerjen v fenolne spojine. Ta skupina sekundarnih metabolitov je zelo številčna in raznolika ter kot kaže značilna za posamezne vrste rastlin. Vsebnost fenolnih spojin v rastlinah se lahko poveča kot odgovor rastline na spremembe v okolici. Povečano biosintezo fenolnih spojin lahko spremljamo s povečanjem aktivnosti določenih encimov, ki so vključeni v njihov nastanek in/ali njihovo razgradnjo. V povezavi s fenolnimi spojinami sta pomembni dve vrsti encimov in sicer polifenol oksidaze in peroksidaze. V intaktni rastlinski celici so fenolne spojine prostorsko ločene od encimov in šele po poškodbi pridejo z njimi v kontakt. Tedaj potečejo določene reakcije. Obe vrsti encimov katalizirata oksidacijo fenolnih spojin v zelo reaktivne kinone in nadaljno polimerizacijo v rjavo obarvane produkte. Povečano biosintezo fenolnih spojin v rastlinah lahko tudi sprožimo z različnimi elicitorji in kot kaže lahko na ta način postanejo rastline bolj odporne proti različnim mikroorganizmom, saj so za nekatere fenolne spojine dokazali antimikrobni učinek. Za izolacijo in identifikacijo fenolnih spojin in raziskav o njihovi biološki vlogi bomo uporabili različne vrste rastlin. Nekatere od njih bi lahko postale tudi tržno zanimive kot rezidualni viri naravnih antimikrobnih snovi in antioksidantov. Pri drugih vrstah rastlin predvidevamo, da bi fenolne spojine in/ali njihovi oksidoredukcijski encimi služili kot biokemijski markerji kvalitete. To bi nam hkrati dalo tudi osnovo za razvoj biosenzorjev, v katere se v zadnjem času usmerja vse več raziskav in so zelo selektivni in hitri. Do sedaj razviti biosenzorji temeljijo na imobilizaciji polifenol oksidaze, ki katalizira oksidacijo polifenolov. Naš namen je razviti optični biosenzor, ki bi kot detektor uporabljal spektrofotometer v začetni fazi raziskav, v drugi fazi pa tudi spektrometrijo s termičnimi lečami, kar bi povečalo občutljivost biosenzorja. Opisani biosenzor bi uporabili za detekcijo fenolnih spojin v različnih vzorcih, metodo pa bi primerjali tudi z metodami, ki se v našem laboratoriju že rutinsko uporabljajo. Fenolne spojine se lahko uporabljajo tudi kot aditivi v živilski industriji. Uporaba aditivov predstavlja za proizvajalce hrane številne tehnološke in ekonomske prednosti, npr. razvoj novih izdelkov, izboljšanje kakovosti obstoječih izdelkov, sprememba roka trajanja, sprememba strukture, teksture, pa tudi okusa in videza. Poznavanje fizikalno kemijskih karakteristik teh tehnološko, pa tudi biološko pomembnih spojin, je važen parameter pri načrtovanju industrijskih procesov, povezanih s kvaliteto, kontrolo in skladiščenjem. Med številnimi aditivi, ki se razlikujejo glede na namembnost, se bomo opredelili na aditive za stabilizacijo (antioksidante, sinergiste in kompleksante, emulgatorje in zgoščevalce) in aditive za izboljšanje okusa, zlasti intenzivna nekalorična sladila. Dobljene termodinamske parametre bomo pri aditivih korelirali z osnovnimi okusi (sladkost, grenkost). Rezulati bodo uporabni tudi pri testiranju sistemov za elektronsko razpoznavanje osnovnih okusov (elektronski jezik). Drug del raziskav bo usmerjen v arheje in sicer v termofilne in halofilne predstavnike teh organizmov. Arheje so zanimive zato, ker so se prilagodile življenju v ekstremnih razmerah kot sta visoka temperatura in slan medij. Zato imajo drugačno zgradbo membran, celične stene, specifični rRNA motiv in še drugo. Prilagojenost ektremnim temperaturam bomo študirali na Aeropyrum pernix (striktno aerobna hipertermofilna arheja). Z uporabo diferencialne dinamične kalorimetrije nameravamo okarakterizirati organizem kot celoto in nekatere celične komponente. Iz te arheje nameravamo izolirati encime, ki so zanimivi zato, ker so toplotno izjemno stabilni in bi bili uporabni za biotehnološke procese. Predvidevamo, da bi s proteinazami, ki jih A. pernix izloča v okolico uspeli razgraditi agregate prionskega tipa.
Pomen za razvoj znanosti
Iz raznih sekundarnih virov pridobljeni ekstrakti z antioksidativnim ali antimikrobnim delovanjem predstavljajo vir biološko aktivnih komponent, kar je ekonomično tudi za proizvajalce in predelovalce. Ekstrakte iz sekundarnih virov in tudi iz vina pridobljene nehlapne preostanke z veliko vsebnostjo antioksidantov lahko uporabimo za pripravo različnih živil ali kot prehranski dodatek. Ugotovili smo, da bi nekateri ekstrakti in fenolne spojine lahko nadomestili umetne aditive v hrani, saj imajo tako antioksidacijsko kot protimikrobno delovanje. Rezultati naših raziskav tudi kažejo, da imajo nekatere fenolne spojine zaščitno vlogo pri induciranem oksidativnem stresu primarnih celičnih kultur nevronov, kar bi lahko pripeljalo do preprečevanja zgodnjega pojava nekaterih nevrodegenerativnih bolezni s pomočjo ustrezne prehrane ali prehranskih dodatkov. Z raziskavami na področju metodologije antioksidativnih testov smo dobili vpogled v mehanizem reakcij antioksidantov s prostimi radikali. Ugotovitve so pomembne tako na področju analitike antioksidatov, kakor tudi pri razlagi poteka reakcij v realnih bioloških sistemih. Z optimizacijo luminescentne metode za določanje antioksidativne učinkovitosti pa smo prispevali k uveljavljanju novih alternativnih pristopov pri določanju antioksidantov v različnih vzorcih. Interpretacija podatkovnih baz o kvalitativni in kvantitativni sestavi rastlinskih sekundarnih metabolitov nam lahko s smiselnimi prikazi in obdelavami le-teh pomaga določiti povezave med fizikalnimi lastnostmi in/ali kemijsko sestavo ter njihovimi biotičnimi lastnostmi (senzorične lastnosti, fiziološka učinkovitost, antimikrobna aktivnost, antioksidativni potencial). Razvoj hitrih, lahko tudi le presejalnih analiznih metod za določanje pristnosti in kvalitete živil je pomemben interes predvsem potrošnikov pa tudi živilske industrije. V to skupino analiznih metod sodi tudi določanje električnih lastnosti živil. Rastlinska olja so slabo polarni izolatorji z nizko dielektrično konstanto in prevodnostjo. Z dielektrična konstanto, ki se zaenkrat uporablja za določanje kvara olj pri cvrtju, lahko razlikujemo tudi med rastlinskimi olji z višjo vsebnostjo oleinske kisline od tistih, ki vsebujejo dvakrat in večkrat nenasičene maščobne kisline. Na osnovi začetnih poskusov tudi predvidevamo, da lahko za ugotavljanje pristnosti nerafiniranjih olj višjega cenovnega razreda in njihovih potvorb z rafiniranimi uporabljamo tudi električno prevodnost, saj smo ugotovili za več velikostnih razredov različno električno prevodnost med rafiniranimi in nekaterimi nerafiniranimi olji. Stabilizacija askorbinske kisline je velik izziv v živilsko predelovalni industriji in vključenost v liposome, ki smo jo opravili v okviru raziskovalnega dela, ji poveča stabilnost predvsem v živilih. Lipidi arhej so edinstveni in omogočajo pripravo arheosomov, ki so kemijsko in fizikalno izjemno stabilni in zdravju neškodljivi. Poleg tega njihova stabilnost in ustrezna porazdelitev v tkivih ter imunomodulatorno delovanje odpirajo nove možnosti uporabe arheosomov v medicini (prenašalci za vnos zdravil, proteinov, peptidov, genov in sredstev za odkrivanje karcinomnih obolenj), izkoristilo pa bi se jih lahko tudi v diagnostiki. V živilski industriji nimajo GRAS statusa, bi pa lahko zagotovili večjo kemijsko obstojnost aditivov, podaljšali čas sproščanja okusov, dišav in encimov ter zaščitili nestabilne vitamine, konzervanse in barvila pred oksidacijo. Razumevanje mehanizma toplotne stabilizacije encimov je trenutno eden od najbolj zanimivih problemov v biokemiji in biotehnologiji in lahko služi kot model za pripravo proteinov z novimi lastnostmi, zanimivimi za industrijo. S pomočjo termostabilnih proteaz smo uspešno razgradili proteinske agregate (plake). Termostabilne encime množično uporabljamo tudi v molekularni biologiji, primera sta termostabilna DNA polimeraza in restrikcijski encimi.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati raziskav v okviru programa so zanimivi z vidika izboljšanja kakovosti živil za ohranjanje in izboljšanje prehranske vrednosti in obstojnosti določenih izdelkov (sokovi, olja in medovi). Razvoj enostavnih in hitrih nedestruktivnih metod za analizo živil je pomemben z vidika zagotavljanja analiz čim večjega števila vzorcev, istočasno pa prispeva k znižanju stroškov, kar je za živilsko industrijo v trenutnih razmerah velikega pomena. Zanimive rastlinske vrste in sorte hmelja (Savinjski golding, Aurora) prispevajo k promociji slovenskih pridelkov in proizvodov tudi z vidika bio-pridelave prehranskih surovin, za kar ima Slovenija še vedno ugodno izhodiščno pozicijo. S poznavanjem spojin, ki odvračajo hmeljevo listno uš bi bistveno zmanjšali uporabo insekticidov in tako posledično zmanjšali obremenjevanje okolja in izpostavljenost človeka insekticidom. Vse to bi tudi povečalo ekonomičnost pridelave hmelja. Rastline, ki imajo antioksidativni in antimikrobni učinek, bi bile potencialno zanimive za pridelovanje na kmetijah z omejenimi razmerami. Predvsem zanimivi so hmeljevi poganjki in vršički, ki jih ni potrebno posebej sejati, saj predstavljajo odpadek, ki bi lahko pomenil dodaten dohodek. Ugotovili smo, da tudi drugi sekundarni viri, kot so olje pogače ali tržni presežki vina predstavljajo vir biološko aktivnih komponent , ki jih je mogoče uporabiti za obogatitev živil ali v obliki prehranskih dodatkov. Slovenija je znana tudi po proizvodnji visokokakovostnih oljčnih in bučnih olj. Razvoj metodologij za hitro oceno pristnosti nerafiniranih bučnih olj z merjenjem prevodnosti in vrednotenja vsebnosti antioksidantov v nerafiniranih rastlinskih oljih prispeva k ohranjanju kakovosti izdelkov z veliko dodano vrednostjo. V okviru programa smo opravili tudi prvo sistematični raziskavo fenolnih spojin v oljnici navadni riček (Camelina sativa), ki v Sloveniji uspeva na Koroškem, in pokazali, da je ta rastlina, ki jo je možno brez težav gojiti na ekološki način, dober vir fenolnih spojin z antioksidativnim učinkom. Proteaze iz A. pernix (rekombinantne – pripravljene v zadostnih količinah) je mogoče uporabiti pri različnih postopkih v zdravstvu in pri postopkih obdelave živil v prehrambeni industriji, kar je zanimivo za slovenske farmacevtske družbe in živilsko-predelovalno industrijo (odstranjevanje termično obstojnih toksinov in potencialnih alergenov). Izsledki opisanega raziskovalnega dela so že vključeni v program univerzitetnega in podiplomskega izobraževanja na Biotehniški fakulteti. V raziskave so bili vključeni študentje tudi v okviru izdelave nalog za Prešernove nagrade, diplomskih in magistrskih nalog ter kot podiplomsko raziskovalno delo ter študenti in raziskovalci v okviru mednarodnih izmenjav (Erasmus, bilateralni projekti). Člani programske skupine so sodelovali kot člani organizacijskih in programskih odborov znanstvenih in strokovnih srečanj. Aktivno smo sodelovali kot uredniki znanstvenih revij in recenzenti člankov v uglednih mednarodnih revijah. Člani programske skupine so sodelovali z raziskovalci na drugih raziskovalnih institucijah v Sloveniji (Kemijski inštitut, IJS, Kmetijski inštitut, Medicinska in kemijska fakulteta) ter nudili podporo domači industriji (Kras-mesnopredelovalna industrija, Kmetijsko gozdarski zavod, BSH Hišni aparati, d.o.o, Valens d.o.o) in sodelovali v večih industrijskih projektih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2009, 2010, 2011, 2012, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2009, 2010, 2011, 2012, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno