Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

NAČRTOVANE POLIPEPTIDNE NANOSTRUKTURE ZA BIOTEHNOLOŠKE APLIKACIJE

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.06.02  Biotehnika  Biotehnologija  Bioinženirstvo 

Koda Veda Področje
T490  Tehnološke vede  Biotehnologija 

Koda Veda Področje
2.09  Tehniške in tehnološke vede  Industrijska biotehnologija 
Ključne besede
bionanomateriali, samosestavljanje, polipeptidi, dizajnirane nanostrukture
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (16)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  15686  dr. Gregor Anderluh  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 - 2016  969 
2.  14360  dr. Mojca Benčina  Biotehnologija  Raziskovalec  2013 - 2016  392 
3.  33301  Tibor Doles  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2013 - 2014  41 
4.  32254  dr. Rok Gaber  Biotehnologija  Raziskovalec  2013 - 2015  52 
5.  17915  dr. Helena Gradišar  Biotehnologija  Raziskovalec  2013 - 2016  130 
6.  23563  dr. Iva Hafner Bratkovič  Nevrobiologija  Raziskovalec  2014 - 2016  212 
7.  06628  dr. Roman Jerala  Biokemija in molekularna biologija  Vodja  2013 - 2016  1.192 
8.  34520  dr. Vid Kočar  Farmacija  Mladi raziskovalec  2013 - 2015  35 
9.  34252  Tina Lebar  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2013 - 2016  67 
10.  32984  dr. Jan Lonzarić  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2014 - 2016  46 
11.  17917  dr. Andreja Majerle  Biotehnologija  Raziskovalec  2013 - 2016  92 
12.  17280  Darija Oven    Tehnični sodelavec  2014 - 2015 
13.  26500  dr. Nina Pirher  Biotehnologija  Raziskovalec  2013 - 2014  42 
14.  32874  Mojca Seručnik  Biotehnologija  Tehnični sodelavec  2016  31 
15.  31967  dr. Simona Sitar  Kemija  Raziskovalec  2014  56 
16.  12318  dr. Ema Žagar  Materiali  Raziskovalec  2014  485 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  21.282 
2.  2992  EN-FIST CENTER ODLIČNOSTI  Ljubljana  3664830  2.842 
Povzetek
Proteini so vsestranske naravne nanonaprave, ki izvajajo večino funkcij v živih organizmih. Za razliko od nanostruktur na osnovi DNK, kjer lahko gradimo različne nanostrukture na temeljih parjenja komplementarnih baz, predstavljajo umetne proteinske strukture veliko večji izziv za de novo načrtovanje. Zato so bili do sedaj umetno načrtovani proteini v glavnem omejeni na homologijo z znanimi proteinskimi zvitji. Inženirski pristop omogoča gradnjo proteinskih ogrodij iz modularnih polipeptidnih gradnikov kot so npr. ovite vijačnice, ki so pogost strukturni element naravnih proteinov in katerih zvitja in specifičnosti so dobro raziskani. Nedavno smo izumili strategijo za načrtovanje samosestavljivih polipeptidnih nanostruktur, ki temeljijo na modularnih gradbenih elementih, sestavljenih iz ortogonalnih peptidnih segmentov, ki tvorijo dimerno ovito vijačnico. Načrtali smo votel nanometrski tetraeder, ki se samosestavi iz ene polipeptidne verige, ki vsebuje 12 peptidov, ki tvorijo dimerne ovite vijačnice, povezanih z gibljivimi peptidnimi zglobi. Ti segmenti so bili izbrani tako izmed naravnih kot načrtovanih ovitih vijačnic iz našega seta. Samosestavljanje rekombinantne polipeptidne verige, ki povezuje oglišča tetraedra, je usmerjeno s točno določenim vrstnim redom segmentov in njihovimi interakcijami. Pri tem nastale ovite vijačnice tvorijo 6 togih robov tetraedra, vsaka meri približno 5 nm. Nastanek novega proteinskega zvitja je pomemben dosežek, bo pa imel nadaljnji razvoj takšnega pristopa gradnje nanostruktur zelo pomemben vpliv na napredek biotehnologije. V okviru projekta načrtujemo razvoj in razširitev omenjene tehnološke platforme z 1) načrtovanjem bolj zapleteno oblikovanih polipeptidnih poliedrov, kot sta tetragonalna piramida in trigonalna bipiramida, ki sta sestavljeni iz 8 oz. 9 robov, 2) podaljšanjem dolžine robov iz ovitih vijačnic, pri čemer se spremenita velikost in oblika polipeptidnih poliedrov, 3) študiranjem hierarhičnega samosestavljanja polipeptidnih nanostruktur iz več polipeptid verig, 4) razširitvijo nabora ortogonalnih ovitih vijačnic, gradbenih elementov, ki bodo podpirali oblikovanje bolj zahtevnih umetnih nanostruktur, ki jih lahko pripravimo s tem inovativnim pristopom, in s 5) funkcionalizacijo imenovanih bionanostruktur z uvedbo cisteinskih aminokislinskih ostankov na izbranih mestih, pri čemer povečamo stabilnost strukture ter omogočimo specifično sestavljanje nanopoliedrov in specifično vezavo tovora na nanostrukturo za različne biotehnološke aplikacije. Polipeptidi bodo načrtovani na podlagi topoloških in računskih analiz in bodo pridobljeni v bakteriji E.coli, transformirani z ustreznimi sintetičnimi geni. Samosestavljanje polipeptidnih nanostruktur in njihove lastnosti bomo analizirali z metodami merjenja cirkularnega dikroizma, dinamičnega sipanja svetlobe, določitvijo zeta potenciala, z merjenjem fluorescence deljenih fluorescirajočih proteinov, z uporabo mikroskopije na atomsko silo in transmisijske elektronske mikroskopije. Namen projekta je načrtovanje novih polipeptidnih zvitij, ki ne obstajajo v naravi. Pričakujemo, da bodo rezultati tega projekta vzpostaviti trdne temelje za omenjeno tehnološko platformo in nakazali potenciale za biotehnološke aplikacije.
Pomen za razvoj znanosti
Modularne proteinske nanostrukture na osnovi modulov, ki tvorijo obvite vijačnice predstavljajo enega najbolj zanimivih in izvirnih principov sestavljanja novih proteinskih struktur. V okviru projekta smo razvili nove gradnike pa tudi nove principe sestavljanja modularnih biomimetskih struktur, ki bodo omogočili tvorbo večjih načrtovanih struktur. S tvorbo več novih proteinskih vzorcev zvitja smo premaknili mejo dosega naše dizajnerske platforme, ki bo omogočila raziskovalcem pripravo bolj kompleksnih struktur, ki imajo nove zanimive lastnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskava je pomembna za uveljavitev slovenske znanosti v svetu, izgradnjo nacionalne interdisciplinarne ekspertize na področju bioinspiriranih nanomaterialov in sintezne biologije. Vodja projekta je bil od leta 2013 kar trikrat povabljen kot vabljen predavatelj na različne Gordonske konference in sicer iz področij peptidov (Ventura, CA, 2014), biomimetskih materialov (Sunday River, VT, 2014) in fizikalne virologije (Il Ciocco, IT, 2017). Pomemben rezultat projekta je usposabljanje raziskovalcev na različnih nivojih usposabljanja, od študentov do zrelih raziskovalcev. Nekateri uspehi projekta so bili predstavljeni v širši javnosti, kar je izboljšalo javno podobo slovenske znanosti in je motiviralo mlajše generacije za delov znanosti. Platforma razvita v okviru tega projekta se že začenja uporabljati za biotehnološke aplikacije, kot so cepiva.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2013, 2014, 2015, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno