Projekti / Programi
NAČRTOVANE POLIPEPTIDNE NANOSTRUKTURE ZA BIOTEHNOLOŠKE APLIKACIJE
| 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 |
bionanomateriali, samosestavljanje, polipeptidi, dizajnirane nanostrukture
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 |
968 |
| 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 |
210 |
| 7. |
06628 |
dr. Roman Jerala |
Biokemija in molekularna biologija |
Vodja |
2013 - 2016 |
1.189 |
| 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 |
4 |
| 13. |
26500 |
dr. Nina Pirher |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2013 - 2014 |
42 |
| 14. |
32874 |
Mojca Seručnik |
Biotehnologija |
Tehnični sodelavec |
2016 |
29 |
| 15. |
31967 |
dr. Simona Sitar |
Kemija |
Raziskovalec |
2014 |
56 |
| 16. |
12318 |
dr. Ema Žagar |
Materiali |
Raziskovalec |
2014 |
484 |
Organizacije (2)
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
