Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Strukturna biologija

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.05.00  Naravoslovje  Biokemija in molekularna biologija   

Koda Veda Področje
B000  Biomedicinske vede   

Koda Veda Področje
1.06  Naravoslovne vede  Biologija 
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (17)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  38853  Marjeta Arnolj    Tehnični sodelavec  2016 - 2017 
2.  15970  Andreja Doberšek  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2014  25 
3.  06416  dr. Marko Dolinar  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 - 2017  346 
4.  32503  dr. Katarina Karničar  Biotehnologija  Raziskovalec  2017  29 
5.  31952  dr. Nataša Lindič  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2017  34 
6.  39146  dr. Jure Loboda  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2016 - 2017  54 
7.  36346  dr. Sara Pintar  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2014 - 2017  20 
8.  19422  Polonca Pirš    Tehnični sodelavec  2014 - 2017 
9.  24270  dr. Jure Pražnikar  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2014 - 2017  40 
10.  34315  Gregor Pretnar    Tehnični sodelavec  2015 - 2016  13 
11.  25629  dr. Miha Renko  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014  87 
12.  17096  Andreja Sekirnik  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2017  32 
13.  35125  dr. Abelardo Manuel Silva  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 
14.  29544  dr. Ajda Taler Verčič  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 - 2017  83 
15.  04988  dr. Dušan Turk  Biokemija in molekularna biologija  Vodja  2014 - 2017  636 
16.  08773  dr. Livija Tušar  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 - 2017  143 
17.  26515  dr. Aleksandra Usenik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2014 - 2017  58 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0103  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo  Ljubljana  1626990  24.244 
2.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.888 
Povzetek
Predlagani program “Strukturna biologija” uporablja strukturno informacijo pridobljeno iz struktur makromolekul in njihovih kompleksov v kristalu kot izhodišče za vpogled v molekularne dogodke na atomarnem nivoju. 3-dimenzionalne atomarne strukture povezujejo informacijo iz zaporedij preostankov iz bioloških makromolekul z vlogo posameznih preostankov v kemijskih mehanizmih, na katerih slonijo fiziološki procesi in njihova kontrola. Pri raziskavah strukture še neokarakteriziranih zaporedij z nedoločenimi ali neprepoznanimi zaporednimi motivi in vzorci, njihovo razkritje lahko pokaže na funkcijo proteinov ali njihovih domen. Glavna biološka tema predlaganega raziskovalnega programa so raziskave procesov pridobljenega imunskega odziva, s katerimi organizem pridobi sposobnost razlikovanja med telesu lastnimi in tujimi proteini. S tem je omogočena obramba organizma v primeru mikrobnih okužb. V tem procesu igrajo ključno vlogo lizosomske cisteinske proteze in ostali hidrolitični encimi, ki z razgradnjo mikrobnih proteinov tvorijo peptidne kandidate za antigeno prezentacijo. Izbor antigenih peptidov se vrši na dveh nivojih: na vezavi peptidov na molekule MHC razreda II ter z njihovo selektivno prezentacijo celicam T. Ker so ti fiziološki in patološki procesi kompleksni, pri svojem delu povezujemo pristope strukturne biologije z ostalimi visoko pretočnimi pristopi, kot so genomika in proteomika, v sodelavi z domačimi in tujimi raziskovalnimi skupinami. Program “Strukturna biologija” nadaljuje dobro desetletje trajajoče raziskave. Pred kratkim so vzpostavili platformo za visoko prepustne, paralelne in delno robotizirane pristope za izražanje proteinov, njihovo izolacijo, kristalizacijo in določevanje strukture, kar nam omogoča, da sočasno izvajamo študije na večjem številu posameznih proteinov in da lahko analiziramo njihovo medsebojno odvisnost v vedno bolj kompleksnih sistemih. Nadaljevali bomo z raziskavami endosomalnih proteinov s poudarkom na hidrolazah, ki so vključene v procesiranje antigenov, antigenimi proteini iz bakterijske površine, molekulami MHC razreda II in mehanizmom tvorbe in selekcije peptidov primernih za njihovo nadaljnjo antigensko predstavitev. Analiza substratne specifičnosti encimov predstavlja trenutni izziv. V sodelavi združujemo proteomske analize, testiranje peptidilnih knjižnic in strukturne pristope, da bi razumeli substratne specifičnosti cisteinskih katepsinov in legumaina. Ob uporabi tako pridobljenih podatkov bomo poskusili določiti strukture z mutiranim katalitskim preostankom v kompleksu z značilnimi predstavniki peptidilnih substratov. Proteine s površine bakterijskih patogenov S. aureus, C. difficile in E. fecali bomo proučevali z namenom, da pridobimo vpogled v njihovo strukturo, biokemijske lastnosti in njihov učinek na celično steno. Naš posebni interes je pridobiti vpogled v modularno strukturo S-plasti bakterije C. difficile. Podobno bomo proučevali MHC molekule II. razreda. Z vsemi temi proteini na voljo, bomo poskušali simulirati proces selekcije antigenskih peptidov.
Pomen za razvoj znanosti
Izjemen napredek na področjih biokemije, molekularne biologije, celične biologije, fiziologije in biofizike v svetu, v zadnjem času z zamudo tudi pri nas, omogoča boljše razumevanje vrste procesov v živih organizmih različnih izvorov, vključno s človekom. To je odprlo nove možnosti za boljše razumevanje mehanizmov delovanja bioloških molekul v normalnih in patoloških procesih, kar rešuje veda strukturna biologija. Program Strukturne biologije zajema pripravo rekombinantnih proteinov oz. njihovih mutant v primernih količinah. Proteini bodo uporabljeni za študije molekularnih struktur bioloških makromolekul z pomočjo metodo rentgenske kristalografije, s poudarkom na proteinih in razumevanju njihovih mehanizmov delovanja na molekularnem ter na atomskem nivoju. V to se vključujejo raziskave vpliva zamenjave posameznih aminokislin na funkcijo proteina. Vse to omogoča načrtovano poseganje v biološke sisteme s predvidljivimi učinki in s tem uporabo znanja za moderne proizvode, kot so npr. zdravila, v dobrobit človeštva. Razumevanje imunskega odziva na molekularni ravni je ključnega pomena za obrambo pred mnogimi nalezljivimi boleznimi in tistimi, ki so posledica avtoimunskega odziva ter bolezni, kot je na primer rak, ki se odzivu obrambnega sistema izogne. Karakterizacija in razumevanje interakcij med molekulami, ki pri tem sodelujejo, nam lahko pomaga pri razvoju učinkovin za zdravljenje in preprečevanje teh bolezni. Zato raziskave, ki se ukvarjajo s področjem imunskega sistema, spadajo v sam vrh biomedicinskih raziskav. Tako tovrstne raziskave vodijo do racionalnega načrtovanja proteaznih inhibitorjev kot zdravil pri raku ter drugih boleznih. Iz raziskovalnega programa je razvidno, da so preiskovani proteini tesno povezani z problematiko v medicini in posledično zdravljenjem različnih bolezni. Dodatno pa moramo omeniti, da za boljše razumevanje bioloških procesov vključuje program Strukturne biologije tudi sodelovanje z skupinami doma in v tujini, ki zajemajo raziskave proteinskega zvitja, elektronsko mikroskopijo ter različne spektroskopske metode. Za izvajanje kompleksnih nalog makromolekularne kristalografije skupina nadaljuje z razvojem parametrov, tehnik in konceptov strukturnega “refinementa”. Prav tako pa je pomembna interaktivna programska računalniška oprema MAIN, ki jo je razvil vodja programa in je bila objavljena v odlični reviji Acta crystallogr. D, ki je prva v področju. Dosedanje raziskovalno delo na področju strukturne biologije te skupine, ki je predvsem raziskovala strukturo cisteinskih proteaz in njihovih inhibitorjev stefinov in cistatinov, je doprineslo k boljšemu razumevanju biološkega procesa proteolize v širšem smislu in s tem afirmacije slovenske v znanosti v svetu, kar je razvidno, tako iz kvalitetnih objav ter njihove citiranosti, kot tudi vabljenih predavanj na uglednih univerzah ter kongresih.
Pomen za razvoj Slovenije
Čeprav v svetu doživlja strukturna biologija razvoj vsaj zadnjih 40 let, pa smo v Sloveniji na tem področju zaostajali, saj smo jo pričeli razvijati šele v zadnjih 20-ih letih. Zasluge za ta razvoj pa ima ravno ta skupina, ki je pričela z določevanjem prvih proteinskih struktur pri nas. Znanje na tem področju je pridobil vodja tega programa pri Nobelovem nagrajencu Robertu Huberju na Max-Planckovem Institutu v Martinsriedu pri Munchenu. Določene so bile prve kristalne strukture cisteinskih katepsinov, njihovih proteinskih inhibitorjev stefinov in cistatinov ter mehanizmi njihove interakcije. S tem so se slovenski raziskovalci uveljavili ne le doma, pač pa tudi v tujini. Objavili so nove strukture v uglednih publikacijah z visoko citiranostjo, vključno s kristalno strukturo kompleksa katepsin L-Ii p41 (EMBO J., 1999). Postali so mednarodno ugledna skupina, na tem področju edina v Sloveniji, ter s tem afirmirali ugled slovenske znanosti v svetu. Kasneje so se vključili tudi v Okvirne Programe EU. Tovrstne raziskave so pomembne tudi za gospodarstvo, saj kažejo svoj potencial v farmacevtski industriji ter biotehnoloških SMEs. V preteklosti je bilo precej sodelovanja s farmacevtsko industrijo, ki je tudi sofinancirala nabavo opreme. S tem so bili postavljeni temelji strukturne biologije na Institutu Jožef Stefan, Univerzi v Ljubljani in Mednarodni podiplomski šoli IJS. Rezultat tega so opravljena doktorska dela, magisteriji ter diplome. Nekdanji diplomanti in doktorandi so se zaposlili v industriji, institutih, dveh slovenskih univerzah, administraciji (npr. EU) in tujini. Pomanjkanje investicij v preteklosti je resno vplivalo na naše raziskave. Razvoj na tem področju je povezan z ogromnimi vlaganji v raziskave same, kot tudi drago infrastrukturo za proizvodnjo,  kristalizacijo proteinov in določanje strukture. Z nedavnimi investicijami v opremo in tistimi še v teku v okviru Centra odličnosti CIPKeBiP ter zadostnim financiranjem materialnih stroškov raziskav v letih 2010 in 2011 smo ta zaostanek delno nadoknadili (kar kaže na primer vabilo na predavanje na ugledni Keystone konferenci “High throughput Structural Biology” leta 2012, poleg tega publikacije - ena prva v področju v letu 2013). Vendar velikost skupine pod kritično maso (4.7 FTE) in upadajoči stroški za materialne izdatke (30% zmanjšanje v zadnjih dveh letih, 1 FTE je sedaj vreden cca. 65 000 EUR za plače, materialne stroške, režijo itd.) so postali resna omejitev pri izvedbi raziskav na mednarodno kompetitivnem nivoju. Ne glede na navedeno, pa je razvoj področja strukturne biologije pri nas pokazal, da je to področje znanosti izjemno pomembno in da ima ta kvalitetna skupina mednarodni ugled.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2014, 2015, 2016, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2014, 2015, 2016, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno