| Felsőoktatási Intézmény | Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar |
|---|---|
| Projektgazda Neve | Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Info-Bio-Nano Kutató-Fej |
| Projektgazda Címe | 8200 Veszprém, Egyetem u. 10. |
| Projektgazda Weboldala | www.uni-pannon.hu |
| Kapcsolattartó Neve | Vonderviszt Ferenc, egyetemi tanár |
| Kapcsolattartó Telefonszáma | 06-88-624974 |
| Kapcsolattartó Mobilszáma | 06-20-3471440 |
| Kapcsolattartó Email Címe | von007@almos.vein.hu |
| Tudományágak |
|---|
| Nanotechnológia |
| Biológiai tudományok |
| Iparágak |
|---|
| Egyéb természettudományi, műszaki kutatás, fejlesztés |
A Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium tevékenységében alapvető szerepet játszik a fehérjékből felépülő önszerveződő szupramolekuláris rendszerek szerveződési és működési elveinek kutatása, a felismert törvényszerűségek bio- és nanotechnológiai alkalmazása.
A kutatások egyik kiemelt célja a baktériumok flagelláris filamentumait felépítő flagellin fehérjéből kiindulva olyan mesterséges receptorok előállítása, amelyek egyrészt számos alkalmazásban helyettesíthetik a manapság általánosan használt monoklonális ellenanyagokat, másrészt polimerizációs képességüknél fogva különféle szupramolekuláris szerkezetek építését teszik lehetővé. Ezek a filamentáris receptorstruktúrák biológiai szenzorok, diagnosztikai kitek ideális alapeleméül szolgálhatnak. Az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetében kihelyezetten működő Nanoszenzorika Kutatólaboratóriummal közösen új szenzorelveken alapuló diagnosztikai eljárások kifejlesztésén dolgozunk a környezet és élelmiszerbiztonság, valamint az egészség megőrzése érdekében. Jelenlegi kutatásaink másik fő irányát olyan polimerizációra képes enzimek előállítása jelenti, amelyekből a biokonverziós technológiákban előnyösen használható szupramolekuláris multienzim rendszerek építhetők.
A Pannon Egyetem Műszaki Kémiai Kutatóintézet Bio-Nanorendszerek Laboratóriumának munkatársai.
Az Info-Bio-Nano Kutató-Fejlesztó Központ 2006 óta folytat tudományos és kutatás fejlesztési tevékenységet elsősorban a bio-nanotechnológia területén.
Intenzív kutatási együttműködést folytatunk:
- az MTA Természettudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetével
- az MTA Természettudományi Kutatóközpont Műszaki Enzimológiai Intézetével
- az MTA Agrártudományi Kutatóközpont Mező-gazdasági Intézetével
Nemzetközi partnereink:
Osaka University
Vienna University of Technology
OTKA (2010-2012)
Flagellin alapú polimerizációra képes enzimek létrehozása
Baross Gábor Program 2009 (REG) (2010-2013)
A környezeti monitorozás, élelmiszerbiztonság és orvosi diagnosztika területén alkalmazható új típusú bioszenzor érzékelőelemek fejlesztése
A hagyományos bioszenzorok illetve fehérje-chipek általában antitesteket, vagy azok alkalmas fragmentumait alkalmazzák érzékelő elemként. Ezek előállítása költséges, preparálásuk bonyolult, stabilitásuk sokszor elégtelen, a hordozó felülethez kötve könnyen elveszítik natív térszerkezetüket. Az antitestek kiváltása más fehérje alapú receptorokkal mindenképpen kívánatos. A projekt célja egy olyan technológia kidolgozása, amely lehetővé teszi a baktériumok flagelláris filamentumait felépítő flagellin fehérjéből adott célmolekulák hatékony felismerésére és megkötésére képes mesterséges receptorok előállítását. A flagellin alapú receptorok különösen előnyös tulajdonsága, hogy belőlük kontrollált méretű filamentáris nanostruktúrák hozhatók létre, amelyek felületén több ezer példányban megjelenik a célmolekulára specifikus kötőhely, rendkívül nagy kötőhely-sűrűséget és az adott célmolekula hatékony megkötését eredményezve. Ezek a filamentáris receptorstruktúrák biológiai szenzorok, diagnosztikai kitek ideális alapeleméül szolgálhatnak.
A baktériumok flagelláris filamentumait felépítő, polimerizációra képes flagellin fehérje variábilis középső részét alakítjuk úgy át, hogy képessé váljon kiválasztott célmolekulák hatékony felismerésére és megkötésére. A flagellin variábilis D3 doménjének helyére egydoménes antitesteket beépítve sikerrel megvalósítottuk a PSA rákmarker fehérje, a DON-toxin és a Staphylococcus baktérium által termelt enterotoxin B specifikus felismerésére képes flagellin alapú kötőfehérjék előállítását. Megmutattuk, hogy a flagellin alapú kötőfehérjék polimerizációs képességét kihasználva a módosított alegységekből filamentáris nanoszerkezetek építésére nyílik lehetőség, amelyek felületükön specifikus kötőhelyek ezreit tartalmazzák, és alkalmasak optikai szenzorchipek felületére kötve érzékelő rétegek kialakítására. A konkrét gyakorlati alkalmazásig azonban még több fejlesztési lépés megtételére van szükség. A projekt folytatásaként együttműködő partnereinkkel közösen most egy olyan nagy érzékenységű, hordozható, flagellin variánsainkat érzékelő elemként alkalmazó eszköz megalkotásán dolgozunk, ami egyaránt felhasználási lehetőségeket kínál az orvosi diagnosztikában, az élelmiszerbiztonsági ellenőrzések során vagy akár a környezetvédelmi analitikában.
A projekt végrehajtása során reprezentatív célvegyületeket kiválasztva tervezzük kidolgozni a flagellin alapú receptorok előállításának technológiáját. Demonstrációs kísérleteinkben a környezeti vízminták szennyezésében egyre komolyabb problémát jelentő ösztrogént, az élelmiszerbiztonsági vizsgálatokban gyakran kimutatandó aflatoxint és az orvosi diagnosztikában a prosztatarák kimutatására általánosan használt PSA (prosztatarák marker) fehérjét használjuk célmolekulaként. Az előállított flagellin alapú receptorokból filamentáris nanostruktúrákat készítünk, amelyekből fehérjebevonatot alakítunk ki hullámvezető optikai szenzorchipek felületén. Megmutatjuk, hogy a receptorrétegben a célmolekula kötődése miatt bekövetkező változások megbízhatóan detektálhatók. A flagellin alapú receptorok biológiai szenzorok, diagnosztikai kitek alapelemeiként alkalmazva széleskörű felhasználásra számíthatnak.
A létrejövő technológia alapvető újdonsága, hogy a baktériumok flagelláris filamentumait felépítő flagellin fehérjéből hozzunk létre adott célmolekulák hatékony felismerésére és megkötésére képes receptorokat. A konvencionális érzékelő molekulákkal, az ellenanyagokkal összehasonlítva a flagellin alapú receptorok számos előnyt kínálnak. A flagellin receptorok az antitestekkel ellentétben baktériumokkal nagy mennyiségben termeltethetők, a sejtek feltárása nélkül egyszerűen tisztíthatók, ezáltal lényegesen egyszerűbben és olcsóbban előállíthatók. A flagellin polimerizációs képességénél fogva különféle kedvező tulajdonságokkal rendelkező filamentáris nanostruktúrák építhetők belőlük. A filamentáris forma szobahőmérsékleten hosszú ideig stabil és ellenáll a fehérjéket lebontó proteázoknak is. Egyfajta flagellin receptorból építkezve olyan kívánt méretű filamentumokat állíthatunk elő, amelyek felületén rendkívül nagy kötőhelysűrűség található. Különféleképpen módosított flagellinekből másrészt olyan filamentáris receptorstruktúrákat is létrehozhatunk, amelyek egyes régióikban különféle molekulák felismerésére és megkötésére képesek, vagy akár egyik régiójukon (vagy egyes speciálisan módosított alegységeiken) keresztül kívánt helyre köthetők, míg másik részük a molekulafelismerési feladatokat végzi. Ezek a nemzetközi szinten is újdonságot jelentő struktúrák alkalmazhatóak lehetnek bioszenzorok valamint orvosi diagnosztikai, környezeti monitoring ill. élelmiszer minőségi kontroll kitek központi felismerő elemeiként.
Hasznosítási és üzleti modellel még nem rendelkezünk.
A projekt eredményeként előállított flagellin alapú kötőfehérjék lehetőséget kínálnak bioszenzorok érzékelő rétegének kialakítására. A konkrét gyakorlati alkalmazásig azonban még több lépés megtételére van szükség. Vizsgálnunk kell az érzékelő rétegek hosszú távú stabilitását és regenerálhatóságát, s minél költséghatékonyabbá kell tennünk előállítási eljárásukat. A széleskörű alkalmazhatóság érdekében olyan mérőműszer létrehozására van szükség, amely tartalmaz egy integrált mikrofluidikai chipet is, ami elvégzi a szükséges minta előkészítést. Az MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetével együttműködésben egy új detektálási elven alapuló, a kereskedelmi forgalomban kapható eszközöknél lényegesen érzékenyebb interferometrikus hullámvezető bioszenzor kifejlesztésén dolgozunk, amely mozgó alkatrészt nem tartalmaz, ezért könnyen miniatürizálható. Olyan nagy érzékenységű, hordozható és könnyen kezelhető berendezés megalkotása a cél, ami egyaránt alkalmazási lehetőségeket kínál az orvosi diagnosztikában, az élelmiszerbiztonsági ellenőrzések során vagy akár a környezetvédelmi analitikában.
