Projekti / Programi
Uporaba egerolizinskih proteinov za detekcijo in zatiranje škodljivcev
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 |
egerolizinska družina proteinov; MACPF/CDC družina proteinov, pesticid; proteini, membrane, lipid.
Raziskovalci (24)
št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
1. |
15686 |
dr. Gregor Anderluh |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
968 |
2. |
24290 |
dr. Matej Butala |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
236 |
3. |
34354 |
dr. Urška Dragin Jerman |
Onkologija |
Raziskovalec |
2017 - 2018 |
60 |
4. |
15873 |
dr. Mateja Erdani Kreft |
Nevrobiologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
409 |
5. |
20069 |
dr. Barbara Gerič Stare |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
274 |
6. |
32099 |
dr. Maja Grundner |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2017 - 2018 |
34 |
7. |
00385 |
dr. Nada Kraševec |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
213 |
8. |
00412 |
dr. Igor Križaj |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
725 |
9. |
18802 |
dr. Adrijana Leonardi |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
156 |
10. |
06994 |
dr. Peter Maček |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
523 |
11. |
25805 |
mag. Špela Modic |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
381 |
12. |
35371 |
dr. Maruša Novak |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
34 |
13. |
33683 |
Nina Orehar |
|
Tehnični sodelavec |
2016 - 2018 |
5 |
14. |
39090 |
dr. Anastasija Panevska |
Biokemija in molekularna biologija |
Mladi raziskovalec |
2018 |
55 |
15. |
12048 |
dr. Marjetka Podobnik |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
316 |
16. |
26091 |
dr. Jaka Razinger |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
446 |
17. |
28393 |
dr. Nataša Resnik |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 |
88 |
18. |
15328 |
dr. Kristina Sepčić |
Biokemija in molekularna biologija |
Vodja |
2016 - 2018 |
729 |
19. |
33137 |
dr. Matej Skočaj |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
107 |
20. |
28397 |
dr. Polona Strajnar |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
89 |
21. |
22935 |
dr. Saša Širca |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
336 |
22. |
38473 |
Tomaž Švigelj |
|
Tehnični sodelavec |
2016 - 2018 |
11 |
23. |
06905 |
dr. Tom Turk |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
619 |
24. |
08279 |
dr. Peter Veranič |
Nevrobiologija |
Raziskovalec |
2016 - 2018 |
359 |
Organizacije (5)
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