Loading...
Projekti / Programi vir: ARRS

Uporaba egerolizinskih proteinov za detekcijo in zatiranje škodljivcev

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.03.00  Biotehnika  Rastlinska produkcija in predelava   

Koda Veda Področje
B390  Biomedicinske vede  Fitotehnika, hortikultura, zaščita pridelka, fitopatologija 

Koda Veda Področje
4.01  Kmetijske vede in veterina  Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo 
Ključne besede
egerolizinska družina proteinov; MACPF/CDC družina proteinov, pesticid; proteini, membrane, lipid.
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (24)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacij
1.  15686  dr. Gregor Anderluh  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  935 
2.  24290  dr. Matej Butala  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  224 
3.  34354  dr. Urška Dragin Jerman  Onkologija  Raziskovalec  2017 - 2018  53 
4.  15873  dr. Mateja Erdani Kreft  Nevrobiologija  Raziskovalec  2016 - 2018  372 
5.  20069  dr. Barbara Gerič Stare  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  244 
6.  32099  dr. Maja Grundner  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2017 - 2018  26 
7.  00385  dr. Nada Kraševec  Biotehnologija  Raziskovalec  2016 - 2018  202 
8.  00412  dr. Igor Križaj  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  694 
9.  18802  dr. Adrijana Leonardi  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  139 
10.  06994  dr. Peter Maček  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  524 
11.  25805  mag. Špela Modic  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2016 - 2018  309 
12.  35371  dr. Maruša Novak  Biotehnologija  Raziskovalec  2016 - 2018  34 
13.  33683  Nina Orehar    Tehnični sodelavec  2016 - 2018 
14.  39090  dr. Anastasija Panevska  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2018  45 
15.  12048  dr. Marjetka Podobnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  288 
16.  26091  dr. Jaka Razinger  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2016 - 2018  396 
17.  28393  dr. Nataša Resnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2018  80 
18.  15328  dr. Kristina Sepčić  Biokemija in molekularna biologija  Vodja projekta  2016 - 2018  695 
19.  33137  dr. Matej Skočaj  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  94 
20.  28397  dr. Polona Strajnar  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2016 - 2018  86 
21.  22935  dr. Saša Širca  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2016 - 2018  301 
22.  38473  Tomaž Švigelj    Tehnični sodelavec  2016 - 2018  11 
23.  06905  dr. Tom Turk  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  596 
24.  08279  dr. Peter Veranič  Nevrobiologija  Raziskovalec  2016 - 2018  340 
Organizacije (5)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  20.371 
2.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  84.970 
3.  0381  Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta  Ljubljana  1627066  44.153 
4.  0401  Kmetijski inštitut Slovenije  Ljubljana  5055431  19.872 
5.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  64.100 
Povzetek
V cilju zadovoljitve vse večjega povpraševanja po hrani in v skladu z vse strožjimi okoljskimi zahtevami, kmetijstvo mora z ene strani poskrbeti za povečanje proizvodnje in kakovosti hrane, z druge strani pa za zmanjševanje škodljivih ekoloških posledic. S tem povezane strategije vključujejo tudi učinkovit nadzor nad škodljivci, oz. nadomestitev kemičnih pesticidov prve generacije z novejšimi, varnejšimi in okolju prijaznejšimi bio-pesticidi. Toksini, ki se vežejo na za organizem specifične membranske molekule, v tem smislu lahko predstavljajo odlična orodja za zatiranje različnih škodljivcev. Nedavno so odkrili, da se bakterijski in glivni proteini egerolizinske družine vežejo s sfingolipidom ceramid fosfoetanolaminom, ki je specifičen za membrane nevretenčarjev. Nadalje, genomi nekaterih gliv, ki proizvajajo egerolizine, vsebujejo tudi nukleotidne sekvence, ki kodirajo proteine z domeno kompleksa, ki napade membrano/perforin (ang. membrane attack complex/perforin; MACPF). Proteini z domeno MACPF lahko v kombinaciji z egerolizini tvorijo transmembranske pore v umetnih in bioloških membranah, ki vsebujejo za egerolizin specifičen lipidni receptor. Podobno se v genomih nekaterih egerolizin-producirajočih bakterij nahajajo nukleotidne sekvence, ki kodirajo večje proteine, ti pa lahko v kombinaciji z egerolizini permeabilizirajo lipidne membrane. Nekateri od teh heteromernih kompleksov delujejo kot selektivni insekticidi in so jih s pomočjo genetske transformacije že vnesli v rastline. Cilj predlaganega projekta je ovrednotiti potencial različnih rekombinantnih glivnih in bakterijskih egerolizinov, kakor tudi kombinacij egerolizinov in partnerskih proteinov z domeno MACPF, da delujejo kot bio-pesticidi proti nekaterim trenutno najbolj škodljivim žuželkam in ostalim izbranim nevretenčarjem. Proučili bomo interakcije egerolizinov z membranskimi lipidi in s topnimi lipidnimi derivati, ter določili kristalne strukture teh kompleksov. Tako bomo dobili nove strukturne podatke, potrebne za nadaljnji proteinski inženiring v cilju povečanja pesticidnih lastnosti. Rezultati raziskave bodo razen tega dodatno osvetlili biološko vlogo proteinov egerolizinske družine. Čeprav egerolizine najdemo v najrazličnejših organizmih, in čeprav se v producirajočih organizmih izražajo v velikih količinah, je njihova biološka vloga še vedno skrivnost.
Pomen za razvoj znanosti
Predlog projekta ponuja rešitve za probleme s katerimi se srečuje sodobno kmetijstvo, vključno z rezistenco na pesticide, neadekvatno kontrolo škodljivcev ter zadevami povezanimi z onesnaževanjem okolja in s človeškim zdravjem. Rezultati bodo pomagali v razvoju učinkovitih strategij za detekcijo in nadzor specifičnih nevretenčarjev, ki povzročajo škodo na kmetijskih pridelkih. Uspeh projekta in demonstracija rezultatov v obliki objav v revijah z visokim faktorjem vpliva ter skozi patentne prijave temelji na (1) nedavnih odkritjih, ki kažejo, da se egerolizini specifično vežejo z membranskimi lipidi nevretenčarjev, (2) citolitični aktivnosti egerolizinov v kompleksih z drugimi proteinskimi partnerji in (3) dokumentiranem insekticidnem potencialu takšnih kompleksov. Naši dolgoročni cilji so usmerjeni v uporabo egerolizinov in njihovih partnerskih proteinov za razvoj transgenih rastlin, ki bodo izražale protein s pesticidno aktivnostjo. Nadalje, raziskava bo pomagala razširiti bazično znanje o biološki vlogi egerolizinov, ki se pojavljajo v širokem razponu taksonomsko različnih vrst. Veliko teh vrst ima pomemben vpliv na človeka, saj so lahko patogeni (Npr. Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholerae, Aspergillus fumigatus), biotehnološko (A. niger) ali prehrambeno pomembni (Pleurotus spp.).
Pomen za razvoj Slovenije
Predlog projekta sledi smernicam različnih področij FP7 in H2020 (Kmetijstvo in gozdarstvo: »Food Security, Sustainable Agriculture and Forestry, Marine, Maritime and Inland Water Research, Environment&Climate Action, Biotechnology, Food& Healthy Diet«). Vsa ta področja se osredotočajo na varno pridelavo hrane glede na naraščajoče potrebe po hrani, ter na zvečanje produktivnosti kmetijstva ob hkratnem ohranjanju ekosistemov in zmanjševanju prisotnosti pesticidov v hrani. Pomen biotehnologije, vključujoč biofarmacevtiko, pridelavo hrane in krme in bioloških substanc, se bo v prihodnjih letih predvidoma zviševal. Potrebe trga po slednjih proizvodih se bodo v letu 2015 predvidoma zvečale za 12-20%. Ena od poglavitnih smernic Evropske unije (EU) na področju kmetijstva (1) je zmanjšanje uporabe kemičnih pesticidov. Kmetijstvo mora zvečati pridelavo in kakovost živil, a ob manjšem obremenjevanju okolja (69,70). Nujno so potrebni alternativni načini nadziranja škodljivcev, tudi zaradi njihove prilagoditve na nekatere pesticide prve generacije. Glede na vse zgoraj navedeno je nujno potrebno iskanje novih bioloških učinkovin proti škodljivcem, ki bi omogočale razvoj novih transgenih (GSO) rastlin ali bi bile direktno uporabljene proti škodljivcem, kar je tudi cilj predlaganaega projekta. Raziskovalni pristop opisan v tem projektu in predvideni rezultati so usmerjeni v rešitev teh problemov, preprečitvi nastanka odpornosti proti pesticidom, zadostni kontroli nad škodljivci in to brez škodljivih učinkov na ostali ekosistem. Predlgani projekt je usmerjen k razjasnitvi biotehnološke uporabnosti egerolizinov in MACPF-proteinov kot okolju varnih, učinkovitih pesticidnih sredstev. Spekter njihovega pesticidnega delovanja bomo testirali na trenutno najpomembnejših škodljivcih, ki vplivajo na zmanjšanje izkoristka v poljedelstvu. Odkritje in posledično patentiranje nove biološko aktivne učinkovine (učinkovin), ki temelji na egeroliznih, bi predstavljala osnovo za prenos znanja v biotehnološko (produkcija na škodljivce odpornih transgenih rastlin z genom za egerolizin in MACPF-protein) ali v industrijsko uporabo (produkcija pesticidov v spreju). Ti dolgoročni cilji so izven okvirov predaganega projekta, a rezultati raziskave lahko vodijo v potencialno komercializacijo produkta, ki vključuje javno-privatno partnerstvo, licenciranje intelektualne lastnine, ustanovitev »spin-off« podjetij, itd. Kmetijski sektor vključuje več milijard evrov finančnih prenosov letno, zato označujemo srednje- do dolgoročni potencial rezulatov tega projekta kot izdaten.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno