Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Receptorji za toksine rastlinskih patogenov

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.05.00  Naravoslovje  Biokemija in molekularna biologija   

Koda Veda Področje
P004  Naravoslovno-matematične vede  Biokemija, presnova 

Koda Veda Področje
1.06  Naravoslovne vede  Biologija 
Ključne besede
rastlinski patogeni, NLP proteini, aktinoporini, rastlinski sfingolipidi
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  Vodja  2016 - 2018  965 
2.  16104  dr. Apolonija Bedina Zavec  Biotehnologija  Raziskovalec  2016 - 2018  152 
3.  24290  dr. Matej Butala  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  236 
4.  15284  dr. Stanislav Gobec  Farmacija  Raziskovalec  2016 - 2018  827 
5.  32587  dr. Marko Jukič  Farmacija  Raziskovalec  2016  170 
6.  33908  dr. Urban Košak  Farmacija  Raziskovalec  2017 - 2018  57 
7.  00385  dr. Nada Kraševec  Biotehnologija  Raziskovalec  2016 - 2018  210 
8.  17276  Jelka Lenarčič    Tehnični sodelavec  2016 - 2018 
9.  36425  dr. Tea Lenarčič  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2016 - 2018  43 
10.  06994  dr. Peter Maček  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  523 
11.  33683  Nina Orehar    Tehnični sodelavec  2016 - 2018 
12.  30762  dr. Katja Pirc  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  46 
13.  12048  dr. Marjetka Podobnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  315 
14.  15328  dr. Kristina Sepčić  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  723 
15.  21684  Tea Tomšič    Tehnični sodelavec  2016 - 2018 
16.  06905  dr. Tom Turk  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  618 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  20.838 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  66.588 
3.  0787  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo  Ljubljana  1626973  17.530 
Povzetek
Izgube pri pridelavi poljščin zaradi rastlinskih bolezni znašajo v svetovnem merilu v povprečju 20 % in tako močno zmanjšujejo proizvodnjo, kakovost in varnost hrane. Glavne krivce lahko, poleg virusov, najdemo med glivami, bakterijami in oomicetami. Praksa zaščite pridelka se postopoma preusmerja k zmanjšanju števila aktivnih sestavin v pesticidih in na tiste pesticide, ki so bolj selektivni in manj toksični. Glavna tema tega predloga so proteini iz družine NLP (ang. Nep1-like proteins), ki so pogosti v taksonomsko nepovezanih mikroorganizmih, kot so glive, bakterije in oomicete. Ti mikroorganizmi so zelo razširjeni in lahko okužijo celo paleto različnih pridelkov, kot so krompir, paradižnik, soja in tobak ter povzročajo ogromno gospodarsko škodo po vsem svetu. Kljub svoji raznoliki filogenetski razporeditvi je proteinom NLP skupna visoka stopnja podobnosti zaporedij, ki je značilna le za mikroorganizme in so zaradi tega odlična tarča protimikrobnih učinkovin. Predlagali so, da proteini NLP delujejo kot citolitični toksini, ki povzročijo puščanje plazemske membrane, kar deluje citotoksično. Na podlagi znanih kristalnih struktur lahko proteine NLP prištevamo med daljne sorodnike dobro proučevanih aktinoporinov, toksinov, ki tvorijo pore. Značilnost aktinoporinov je, da je njihova aktivnost, ki vodi k večji propustnosti membrane, močno povečana v prisotnosti sfingomielina. Glede na podobnost kristalnih struktur med temi proteini lahko tudi pri proteinih NLP pričakujemo obstoj specifičnih receptorskih molekul sfingolipidnega porekla iz rastlin, zato bodo naše raziskave osredotočene na opredelitev teh molekul. Poleg tega načrtujemo podrobno proučitev molekularnih mehanizmov poškodb membrane, ki jih povzročijo proteini NLP v interakciji z rastlinskimi plazemskimi membranami. To bo omogočilo oblikovanje specifičnih inhibitorjev proteinov NLP, zanimivih za nadaljnjo pripravo komercialnih izdelkov za varstvo pridelkov. Glavna cilja naše raziskave so tako poiskati specifične rastlinske lipide, receptorske molekule za proteine NLP in ugotoviti molekularni mehanizem delovanja proteinov NLP. Za dosego teh ciljev bomo izrazili rekombinantne proteine NLP, s katerimi bomo lahko opredelili interakcijo z rastlinskimi lipidi. Poleg tega bomo podrobno proučevali interakcije proteinov NLP z receptorskimi molekulami s pomočjo molekul, ki posnemajo strukturne značilnosti rastlinskih lipidov in ocenili toksični učinek teh molekul na proteine NLP in vitro in in vivo. Interakcije bomo merili in ovrednotili z uporabo številnih sodobnih metod, kot so površinska plazmonska resonanca, tekočinska kromatografija z masno spektrometrijo, termoforeza, diferenčna dinamična fluorimetrija, kristalografsko določanje strukture ter virtualno rešetanje in sidranje vezavnih molekul na tridimenzionalno strukturo proteinov NLP. Ta projekt predstavlja sodelovanje med različnimi raziskovalnimi skupinami iz Slovenije, kot tudi raziskovalne skupine iz Nemčije in Japonske. Projekt bo razkril pomembne podrobnosti o mehanizmu toksičnosti, ki jo povzročajo proteini NLP in bo predstavljal trdno podlago za nadaljnji razvoj fitofarmacevtskih sredstev, katerih tarča bodo nekateri najbolj pereči rastlinski patogeni.
Pomen za razvoj znanosti
V tem raziskovalnem predlogu želimo pojasniti citotoksični mehanizem proteinov NLP, ki so zelo pomembni v patogenezi različnih mikroorganizmov na kmetijsko pomembnih poljščinah. Rezultati te študije bodo imeli velik prispevek k razumevanju interakcij med proteini NLP in gostiteljskimi rastlinami, ker predstavljajo odločilno fazo v indukciji nekroze in drugih simptomov bolezni. Pričakujemo, da bomo našli specifičen receptor rastlinskih lipidov za proteine NLP in opisali interakcije z različnimi sladkorji, ki predstavljajo glave teh lipidov na molekularni ravni. Ni nam poznana nobena raziskava, ki bi že opisovala takšne interakcije med patogenimi elicitorji in rastlinskimi sfingolipidi, zato bo molekularni opis teh medsebojnih interakcij predstavljal temeljno podlago za delovanje drugih podobnih elicitorskih proteinov. Identifikacijska membranskih sfingolipidov plazemske membrane bo omogočila tudi postavitev modela lipidnih sistemov za preučevanje mehanizma tvorjenja por proteinov NLP. Pričakujemo, da bomo lahko pripravili sfingolipide v količinah, ki bi omogočile uspešen in podroben molekularni študij citotoksičnega mehanizma proteinov NLP. Gledano iz širše perspektive bodo molekularne podrobnosti o prepoznavanju sfingolipidov pomembne pri razumevanju razvoja strukture in funkcije sfingolipidnega vezavnega modula, ki izhaja iz skupnega prednika proteinskih družin NLP in aktinoporinov. Takšne vezavne module lahko evolucijsko oddaljeni organizmi uporabljajo za napad na gostiteljske rastlinske ali živalske celice. Molekularne podrobnosti prepoznavanja sfingolipidov bodo omogočile tudi oblikovanje vezavnih modulov za različne lipide v pristopih sintetične biologije. Nenazadnje bo projekt zagotovil tudi trdno osnovo za razvoj specifičnih inhibitorjev te družine proteinov, s ciljem, da se prepreči interakcija patogenov z rastlinami. Zaradi široke distribucije in strukturne ohranjenosti je ta družina proteinov še posebej primerna za take pristope. Seveda je to dolgoročni rezultat, ki zahteva osnovno znanje o dogodkih, povezanih s toksičnostjo proteinov NLP na molekularnem nivoju.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlog projekta je skladen s slovenskimi in EU znanstveno razvojnimi cilji in je zelo interdisciplinaren. Predlagani projekt sledi prednostnim nalogam raziskav, ki jih opredeljuje program Obzorje 2020 v zvezi z varno hrano v proizvodnji hrane. Projektni predlog sledi tudi vsebinskim ciljem programske skupine Molekulske interakcije (P1-0391) v okviru katere se bo izvajal največji del projekta. Drugi del predlagane raziskave želi razjasniti molekularni mehanizem delovanja proteinov NLP in to je osnovna, manjkajoča informacija, da bi lahko določili pristope, ciljno usmerjene na to pomembno proteinsko družino. To je brez dvoma velikega pomena, saj mikroorganizmi, ki imajo proteine NLP, povzročajo ogromno gospodarsko škodo po vsem svetu. Poleg tega bo velik svetovni izziv 21. stoletja zagotavljanje zadostne količine hrane za naraščajočo človeško populacijo. Del rešitve, kako proizvajati zadostne količine kakovostne in varne hrane bo zagotovo razvoj učinkovitih zaviralcev patogenih rastlinskih mikroorganizmov. Trajnostno proizvodnjo pridelkov ogrožajo tudi občasnimi izbruhi bolezni v obliki epidemij, kot smo že doživeli v preteklosti. Tako je oomiceta Phytophthora infestans bila povzročiteljica epidemije krompirjeve plesni, ki je povzročila hudo lakoto v 19. stoletju, najbolj izrazito na Irskem. Z razvojem različnih in zelo selektivnih zaviralcev mikrobnih patogenov bo človeška populacija pripravljena na take katastrofalne dogodke. Zato je pomembno, da raziskujemo različne mehanizme patogeneze in razvijemo zaviralce za različne faze invazije mikroorganizmov. Površinska plazmonska resonanca in termoforeza predstavljata sodoben pristop za merjenje molekularnih interakcij, ki vključujejo tako proteine kot lipide ali membranein potrebujeta za merjenje relativno nizke količine vzorev. Razvijali bomo nove protokole za izvajanje meritev s temi pristopi in jih dali na voljo drugim laboratorijem v Sloveniji in v tujini. Zlasti bo zanimala uporaba teh sodobnih pristopov in protokolov lokalno farmacevtsko industrijo, s katero je glavni raziskovalec v tesnem sodelovanju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno