Transcript prezentacija

Proteini - nosilci življenja
prof.dr. Dušan Turk
strokovni direktor
Center odličnosti za integrirane
pristope v kemiji in biologiji proteinov
(CIPKeBiP)
www.cipkebip.org
1
21. stoletje
Postgenomsko obdobje
Prelom tisočletja - prvi genomi živih
organizmov.
•bakterija, Esherichia coli, 3 tisoč genov
(1997, Science 277: 1453-1474),
•kvasovka (kruh, pivo) Saccharomyces
cervisiae, 6 tisoč (1996, Science 274: 546, 563-7),
•človek 25 tisoč (2001, Nature 409: 860-921) prav toliko kot miš (2002, Nature 420: 520 -562).
www.cipkebip.org
2
Postgenomsko obdobje: vtis
Človek je precej več kot 8-krat
bolj kompleksno bitje od bakterij,
in več kot 4-krat bolj od kvasovke.
Ločimo pa se tudi od miši.
Samca človeka in šimpanza sta si
genetsko bolj podobna kot samec
in samica iste vrste.
www.cipkebip.org
3
Postgenomsko obdobje:
posledice
• Sodobne tehnologije omogočajo rutinska
določevanja genomov: mikroorganizem /
teden.
• Fronta znanosti se je pomaknila.
• Genom je (kompleten) seznam genov. Za
znanost o življenju daje podlago za
sistematične pristope k študijam
organizmov.
www.cipkebip.org
4
Postgenomsko obdobje:
novi cilji in možnosti
• Od branja seznama genov k delovanju
molekul v fizioloških in patoloških procesih
na nivoju celic in organizmov.
• Skupaj z novo nastalimi tehnologijami
postgenomsko obdobje zarisujejo
proteom, metabolom, in cela vrsta drugih omov in ved (-omik).
www.cipkebip.org
5
Proteini (beljakovine)
Proteini izvajajo večino aktivnosti v celicah.
Proteom je skupek vseh proteinov na
določeni lokaciji (telesni tekočini, organeli,
kompartmentu, celici, organizmu).
Z nativno strukturo polipeptidne verige
postanejo proteini in začnejo opravljati
svoje fiziološke vloge.
www.cipkebip.org
6
Sinteza proteinov
Proteini so rezultat „in vivo“ interpretacije
genomskega zapisa. Nastanejo v
ribosomih, v velikem RNA proteinskem
kompleksu, ki vsakemu zaporednemu
kodonu (3 nukleinskih kislin) priredi
ustrezni aminokislinski preostanek in ga
pripne na nastajajočo polipeptidno verigo.
Višji organizmi vnašajo variabilnost v
aminokislinska zaporedja, polipeptidne
verige modificirajo.
www.cipkebip.org
7
Vpogled v mehanizem
proteinske biosinteze
Nobelova nagrada za kemijo 2009:V.
Ramakrishnan, T.A. Steitz in A.E. Yonath
"za študije strukture in funkcije ribosoma".
20 + 20 + 10 let raziskav:
prva objava kristalov (Yonath, 1980)
strukture velike in male podenote (Ban in
sod., 2000; Wimberley in sod. 2000).
Desetletje raziskav na delovanju
antibiotikov, ki blokirajo sintezo proteinov.
www.cipkebip.org
8
Vpogled v
mehanizem
proteinske
biosinteze
www.cipkebip.org
9
Nivoji znanja
v naravoslovju I.
• Informativni: znamo spremljati
informacije,
• Reproducibilni: o znanju znamo govoriti
in pisati,
• Strokovni: znanje znamo uporabljati,
• Ustvarjalni: kjer znamo znanje
ustvarjati.
www.cipkebip.org
10
Nivoji znanja
v naravoslovju II.
Strokovni nivo omogoča
delovanje družbenih sistemov
(proizvodnja, zdravstvo,
šolstvo,okolje-varstvo)
Ustvarjalni nivo je podlaga za v
prihodnost usmerjeno družbo.
www.cipkebip.org
11
Ustvarjalni nivo
Ustvarjanje znanja poteka v okviru
• na hipotezah slonečih raziskav (Kristof
Kolumb, Vasco da Gama)
• na odkritjih slonečih raziskav (James Cook izleti v neznano, slučajna odkritja kot je
penicilin)
Na odkritjih sloneče raziskave so v bioznanostih dobile
povsem nov polet z razvojem tehnologij (nano količine
vzorcev, možnost obdelava terra bytov informacij,
paralelni pristopi, avtomatizacija krmiljenja
instrumentov...).
www.cipkebip.org
12
Ustvarjanje znanja
Na osnovi kritične presoje obstoječega
znanja se obstoječe znanje (strokovni nivo)
nadgradi z novimi spoznanji in proizvodi.
Nova spoznanja: je iskanje vprašanj (kaj
raziskovati). Kaj je odvisen od kako
(uporaba tehnologij in metod).
Znanje je ustvarjeno šele, ko smo našli
odgovor. Ustvarjanje znanja je torej proces.
Ustvarjeno znanje postane strokovno v
hipu, ko postane dostopno skupnosti.
www.cipkebip.org
13
Ustvarjanje visoko
tehnoloških proizvodov
• Razvoj novih metod in tehnologij (brez teh
napredka vrhunske znanosti ni),
• Prepoznavanje možnih produktov in njihov
razvoj.
Poenostavljeno povedno: razvojne raziskave se
razlikujejo od temeljnih znanstvenih po obliki
vprašanj, saj je cilj jasen. Vprašanje je: kako
in ne več kaj. Na primer: razvoj oziroma
odkritje zdravil (zdravilnih učinkovin).
www.cipkebip.org
14
21.06.10
www.cipkebip.org
Kaskada strjevanja krvi
Struktura trombina
(Bode 1991/92)
PhD Turk, 1992
dabigatran
Boehringer
Ingelheim
2009
Ambicije CIPKeBiP-a
Predvsem delovati na ustvarjalnem nivoju z
dolgoročnimi cilji razvoja:
• na novih temeljnih spoznanjih in
• novostih v tehnološkem razvoju.
Delovati na strokovnem nivoju (kot del bodoče
slovenske raziskovalne infrastrukture).
Izvajati pomožna strokovna dela v raziskavah,
kontrola kvalitete proizvodnje, okolja,
mikroorganizmov, ...
www.cipkebip.org
17
CIPKeBiP zasnova
Kaj lahko naredimo skupaj
Povezati delo raziskovalcev na v Sloveniji
zapostavljenem področju bioznanosti z namenom:
• proučevanja delovanja bioloških sistemov na
molekulski ravni v postgenomskem obdobju,
• uporabljanja znanja in tehnologij za identifikacijo in
karakterizacijo vlog posameznih molekulskih
nosilcev,
• izkoriščanja znanja in tehnologij za poseganje v
biološke sisteme (v raziskovalne in komercialne
namene).
www.cipkebip.org
18
Današnji izzivi človeštva
• Zdravje – molekularni mehanizmi bolezni in
njihovo zdravljenje:
– infekcijske bolezni,
– rak,
– diabetes, ...
• Skrb za okolje in hrana:
– molekulski mehanizmi v ekstremnih pogojih in
njihovi proteini,
– zelene tehnologije pri sintezi organskih
molekul (biosinteza in sinteza v vodi).
www.cipkebip.org
19
Ekipa
Institut Jožef Stefan, Dušan Turk, Boris Turk, Marko Fonovič, Vito
Turk, Igor Križaj, Dragan Mihailović, Sašo Džeroski, Stojan Stavber,
Jernej Iskra
Univerza v Ljubljani (Biotehniška in Medicinska fakulteta) Robert
Zorec, Marko Kreft, Ana Plemenitaš, Nataša Poklar Ulrih, Nina
Gunde Cimerman
Univerza v Mariboru (Medicinska fakulteta), Marjan Slak Rupnik
Univerzitetni klinični center Ljubljana, Franc Strle
Zavod za zdravstveno varstvo Maribor, Maja Rupnik
Lek d.d., Violeta Gabrijelčič, Aleš Premzl
Acies Bio d.o.o., Enej Kuščer, Hrvoje Petković
Tikhepharma d.o.o., Mateja Urlep
Medis d.o.o., Tone Strnad, Martina Brank
Jenko, d.o.o. Branko Jenko
www.cipkebip.org
20
Proteinska ekspertiza
•
•
•
•
•
•
•
•
biokemija,
molekularna biologija,
strukturna biologija,
celična biologija,
bioinformatika,
biosinteza in farmacevtika,
organska sinteza,
marketing.
www.cipkebip.org
21
Programski sklopi
Glede na finačni delež:
• Nakup opreme – tehnološka
infrastruktura (82%)
• Raziskovalno delo (zasnovni kapital 13%
- 4.5 FTE)
• Upravljanje (5%)
OPREMA je osnova za raziskovalno delo.
Izhodišče za prihodnost (novi projekti in
nove pogodbe).
www.cipkebip.org
22
Oprema
• Svetlobni mikroskopi visoke resolucije, dvofotonski, ....
• Masni spektrometeri ( za proteine Maldi TOF-TOF, za
manjše molekule, …). Tiskovna konferenca na IJS 2.
marca ob 12h.
• Rentgenski difraktometer (kristali makromolekul)
• Oprema za biokemijsko analizo proteinov in njihovih
interakcij
• Oprema za biosintezo proteinov in organskih molekul
• Ultrazvočno opazovanje srca
• Računalniška gruča
• ....
www.cipkebip.org
23
Raziskave
Potekajo pa v okviru 4 programskih sklopov:
• Proteinska banka: Shranjevanje in
proizvodnja proteinov (Dušan Turk)
• Mehanizmi in molekulske povezave v
imunskem odzivu (Maja Rupnik)
• Inter- in intra-celularna komunikacija
(Enej Kuščer)
• Prilagoditveni mehanizmi ekstremofilov
na okolje (Nina Gunde Cimerman)
www.cipkebip.org
24
Proteinska banka
Infrastrukturni del, ki skrbi za proizvodnjo
proteinov, njihovo shranjevanje in
karakterizacijo.
T ASENVYVNTA HLKNSQEKYS NRLYKYDHNF VKAINAIQK SWTATTYMEYE TLTLGDMIRR SGGHSRKIPR PKPAPLTAEI QQKILH
www.cipkebip.org
25
Mehanizmi in molekulske
povezave v imunskem odzivu
Od bolezni, ki jih povzročajo mikroorganizmi,
razlik med posameznimi sevi, preko
mehanizmov nastajanja imunskega odziva
do cepiv.
Clostridium difficile
www.cipkebip.org
26
Znotraj- in zunajcelična komunikacija
• Signalizacija preko znotraj celičnih organel
(razumevanje in zdravljenje, raka, diabetesa,..)
– Promet znotrajceličnih organelov - veziklov
– Zlivanje veziklov in plazemske membrane
– Poškodba lizosomov in apoptoza / avtofagija
www.cipkebip.org
27
Ekstremna okolja – za
ekstremofile
www.cipkebip.org
28
Prilagoditveni mehanizmi
ekstremofilov na okolje
Kvasovka H. werneckii iz Sečoveljskih solin. Molekulski
nosilci prilagoditvenih mehanizmov na visoko
koncentracijo soli lahko
• oplemeniti mikroorganzime pri njihovi uporabi za
odstranjevanje polutantov in
• poveča proizvodnjo hrane na slanih zemljiščih.
www.cipkebip.org
29
Nova ekstremofilna okolja
so pri nas doma
Exophiala dermatitidis
Črna kvasovka
izloča nam
nevarne
toksine.
www.cipkebip.org
30
Izziv
Dokazati, da v mednarodnem okviru
relativno majhna in usmerjena
vlaganja v kvalitetno raziskovalno
sredino dajejo prihodnost znanosti in
tehnološkemu razvoju v Sloveniji na
področjih ved o življenju,
biomedicine in biotehnologije.
www.cipkebip.org
31
Pripravljeni
na sedanjost?
(s cca 15 letno zamudo – pa vendarle)
S temi investicijami in znanjem prehajamo iz
„rokodelske“ v „industrijsko“ dobo
molekularnih biomedicinskih znanosti.
Danes je v “proteinski banki” v delu 150
proteinov. Ob zaključku centra jih bo vsaj
500. Pričakujemo, da bo razvoj tehnologije
in znanosti v desetletju ali dveh omogočil
raziskave „v epruveti“ na celotnih proteomih
mikroorganizmov in organel človeka.
www.cipkebip.org
32
Pripravljeni na prihodnost?
Danes zaznavamo probleme in ustvarjamo
predpogoje za njihove rešitve v prihodnosti.
Za njihovo reševanje moramo biti zraven pri
vsakem naslednjem tehnološkem koraku.
Seveda pa brez družbenega konsenza,
zavedanja pomena kreativnega znanja in
vaše dolgoročne in stalne podpore ne bo
šlo.
Danes skupaj z vami ustvarjamo prihodnost.
www.cipkebip.org
33