sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije
DESCRIPTION
Roman JeralaSintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije--21.4.2010, MariborTRANSCRIPT
![Page 1: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/1.jpg)
Sintezna biologija
od spreminjanja celične signalizacije do novih materialov
Roman Jerala
Kemijski inštitutFKKT UL
![Page 2: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/2.jpg)
Kaj je sintezna biologija
• Načrtovanje in ustvarjanje novih bioloških funkcij in sistemov
• Inženiring bioloških sistemov
• “Celična tovarna“
![Page 3: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/3.jpg)
Sintezna biologija kot biološko inženirstvo
Vede o življenju
BiotehnologijaGenetikaMikrobiologijaMolekulska medicina Molekulska biologija...
InženirstvoRačunalništvo...
sinteznabiologija
![Page 4: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/4.jpg)
Dva temeljna pristopa sintezne biologije
Modularna osnova sintezne biologije
•Spreminjanje obstoječih bioloških sistemov
•Rekonstrukcija novih bioloških sistemov:
•Tvorba celotnega genoma•Sestavljanje najmanjših sistemov, ki se lahko podvajajo
![Page 5: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/5.jpg)
Hierarhična zgradba in modularnost
geni, proteini
biokemijske reakcije
mreže biokemijskih reakcij
celice
tkiva, organizmi
elektronski elementi
vezja
moduli
računalniki
računalniška omrežja
![Page 6: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/6.jpg)
BioBricks (BioKocke) kot modularni gradniki:- regulatorna zaporedja- zapisi za proteine
DNK kot navodilo za izvajanje celičnega programa
Modularna osnova sintezne biologije
![Page 7: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/7.jpg)
2001 Določitev človeškega genoma
Določanje zaporedij DNK
Do 2011 načrtujejo določiti 1000 genomov 60x več kot v 25 letih skupaj
Poznamo genome >700 mikroorganizmov, >800 v delu
![Page 8: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/8.jpg)
Rob Carlson The Pace and Proliferation of Biological Technologies
1980 1985 1990 1995 2000 2005 20100,01
0,1
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
bp/$
year
gel: 3 bio $
capillary: 50 mio $
polony: 50 k$
lig. 5 k$
Church 2009
cost for human genome
Napredek zadnjih let:
10x povečanje/leto
![Page 9: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/9.jpg)
Kemijska sinteza genov
Avtomatska sinteza določenega nukleotidnega zaporedja
1985 prvi sintetični gen v tedanji Jugoslaviji pr. 300 nukleotidov – danes ga za 250 € dobimo v dveh tednih
Danes s pomočjo robotov lahko sestavimo DNK velikosti več 10,000 nt
kemijska sintezaoligonukleotidov
parjenje
povezovanje
vstavitev v plazmid
vnos vcelico
![Page 10: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/10.jpg)
Področja uporabe sintezne biologije
• diagnostika in zdravljenje bolezni• obnovljivi viri energije • novi materiali & bionanomateriali• procesiranje informacij• biosenzorji in bioremediacija okolja...
![Page 11: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/11.jpg)
Sinteza zdravila proti malariji
artemisinin
250 milijonov okuženih1 milijon žrtev letno
Izolacija iz enoletnega pelina
visoka cena
Sintezna biologija za pripravo zdravil
![Page 12: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/12.jpg)
Prenos biosintezne poti v bakterije pomočjo sintezne biologije
Sintezna biologija za pripravo zdravil
![Page 13: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/13.jpg)
Obnovljivi viri energije iz biomase
CO2
celuloza sladkorji
gorivo
biomasa iz rastlin
pretvorba z mikroorganizmi
encimi
Sintezna biologija za obnovljive vire energije
![Page 14: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/14.jpg)
Priprava goriva iz rastlinske biomase v bakterijah
Steen Nature 2010
![Page 15: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/15.jpg)
Uporaba celic za procesiranje informacij
• DNK vsebuje gostoto informacije ~1 bit/nm3, kar je bistveno več kot obstoječi elektronski mediji
• DNK omogoči izvajanje logičnih operacij
![Page 16: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/16.jpg)
Bio-fotolitografija
slikanje z bakterijami, bakterije se razporedijo glede na osvetljenost plošče
![Page 17: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/17.jpg)
Sinhrona bakterijska uraDanino, Nature 2010
![Page 18: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/18.jpg)
Bakterijski števec Friedland, Science 2009
![Page 19: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/19.jpg)
Aktivacija celične signalizacije s svetlobo
Levskaya, Nature 2009
![Page 20: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/20.jpg)
Dosežki sintezne biologije na Kemijskem inštitutu
• Sintezna imunologija:– Spreminjanje celične
signalizacije – detekcija virusa, spreminjanje celičnega odziva
– Priprava cepiv nove generacije
• Bionanotehnologija:– Priprava
nanomaterialov na osnovi DNK in peptidov
![Page 21: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/21.jpg)
iGEMmednarodno tekmovanje gensko
spremenjenih strojev• 2004: srečanje petih ameriških ekip (MIT, BU,
Caltech, UT Austin, Princeton)
• 2005: prvo mednarodno srečanje: 13 ekip, 2 evropski (ETH in Cambridge), ni formalnih nagrad in sodnikov
• 2006: 37 ekip iz vsega sveta
• 2007: 54 ekip
• 2008: 84 ekip
• 2009: 121 ekip
![Page 22: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/22.jpg)
Sodelujočih na iGEM: 8/10 najboljših; vse 3 nemške univerze med prvo stoterico.
Udeležba najuglednejših svetovnih univerz na iGEM
![Page 23: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/23.jpg)
Projekt 2006 – zmanjšanje pretiranega imunskega odziva
Osnovni koncept:zmanjšanje pretiranega celičnega odziva
Sepso sproži pretiran vnetni odziv, ki ga sprožijo sestavine patigenih bakterij
200,000 žrtev letno v EU,ni učinkovitega zdravila
OkužbaCel
ični
odz
ivzmanjšanje odziva
![Page 24: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/24.jpg)
Signalna pot TLR – odziv na bakterijsko infekcijo
NFκBP65
IκBα
NFκB P65/50
IKKβIKKγ
IKKα
MyD
88
DD
IRAK
TIR domena
DD domena
TRAF6TRAF6
TAB
2
Kinase
IRA
K1 P
P
PP
TAK1P
TAB1PTAK1
P
TAB1 P
PPTRAF6
Kinase
IRA
K1M
yD88
DD
MyD
88
DD
Kinase
IRA
K4
Kinase
IRA
K1
TRAF6
Uev1AUbc13
TAB2TAK1
P
P
TAB1 P
razgradnja
TRAF6
Uev1AUbc13
TAB2TAK1
P
P
TAB1P
MEKK3MEKK3
TLR
PAMPTLR TLR
jedro
![Page 25: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/25.jpg)
Povzročitev imunskega odziva zaradi okužbe
vnetni posredniki
signalnaveriga
![Page 26: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/26.jpg)
Model z dodano negativno povratno zanko
vnetni posredniki
signalnaveriga
zaviralec zaustavi pretiran odziv
![Page 27: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/27.jpg)
Simuliran in eksperimentalno izmerjen odziv celic
![Page 28: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/28.jpg)
Slovenska ekipa je v prvem nastopu osvojila Grand Prize.
![Page 29: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/29.jpg)
detekcija virusne okužbe, ki je neobčutljiva za mutacije
Slovenski iGEM projekt 2007
![Page 30: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/30.jpg)
Zdravila proti virusu HIV
Virus hitro mutira in postane odporen na zdravila
![Page 31: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/31.jpg)
Problemi antivirusnih zdravil
Celice okužene z občutljivimi (rdeča) inodpornimi virusi HIV (zelena) pacienta z AIDS-om.
Mutacije!10 – 20% ljudi okuženih s HIV v Evropi in ZDA je okuženih z mutiranimi virusi
HAART – terapija s kombinacijo več zdravil
Cena
Doživljenska terapija
Stranski učinki zdravil
![Page 32: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/32.jpg)
http://www.rhodes.edu/biology/glindquester/viruses/pagespass/hiv/attachment.jpg
FUNKCIJA 1:Vezava virusa povzroči heterodimerizacijo receptorja
![Page 33: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/33.jpg)
Heterodimere lahko zaznamo preko cepljenih proteinov
• Cepljen ubikvitin– cepitev z lastno proteazo, ki je
specifična za ubikvitin– cepi na C-koncu ubikvitina
• Cepljena proteaza tobačnega virusa (TEV) protease system – cepi na zelo definiranem mestu
![Page 34: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/34.jpg)
Virusni senzor na osnovi dimerizacije
CD4
prepisovanje protivirusnih obrambnih genov (e.g. interferon, ApoBec...)
fuzija receptorja z deli TEV proteaze
HIV-I virus
cepitev membranskega sidra (TEV substrate
CCR5
aktivirana TEV proteaza
T7 RNAPNLS signal
premik v jedro
![Page 35: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/35.jpg)
Testiranje na celičnih kulturah pokaže uspešno delovanje
kontrola + gp120 + psevdovirus
Membranskalokalizacija
Citosolnalokalizacija
Citosolna lokalizacija
![Page 36: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/36.jpg)
Povezava dveh korakov: aktivacija celic na osnovi TEV-T7
kontrola + gp120 + HIV psevdovirus
![Page 37: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/37.jpg)
FUNKCIJA 2: aktivnost HIV proteaze
HIV proteaza prepozna specifičnomesto za cepitev:
SQNY↓PIVQ
aktivnost HIV proteaze se pojavi v poznem stadiju okužbe.
![Page 38: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/38.jpg)
Sistem za zaznavanje virusa na osnovi aktivnosti HIV proteaze
prepisovanje obrambnih protivirusnih genov (e.g. interferon, ApoBec...)
T7 RNAP
T7 RNAP
substrat za HIV proteazoHIV-I proteaza
NLS signal
premik v jedro
membransko sidro
![Page 39: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/39.jpg)
HIV proteaza povzroči premik fluorescentnega reporterja v jedro
kontrola + HIV proteaza
lokacija na membrani
lokacija v jedru
![Page 40: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/40.jpg)
Aktivacija celic na osnovi aktivnosti HIV proteaze
kontrola + HIV proteaza
![Page 41: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/42.jpg)
Ogled spletne strani iz 78 držav
http://parts.mit.edu/igem07/index.php/Ljubljana
Odmevnost projekta v svetu
Odmevi
![Page 43: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/43.jpg)
Sintetično cepivo proti bakteriji Helicobacter pylori
iGEM2008
![Page 44: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/44.jpg)
Helicobacter pylori• Stopnja okuženosti po svetu je
okrog 50 %
• Poglavitni vzrok želodčne razjede ter raka na želodcu
• 7 milijonov obolelih vsako leto, >600,000 žrtev, v Sloveniji >400 primerov želodčnega raka letno
• Na voljo še ni učinkovitega cepiva
![Page 45: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/45.jpg)
NFκBP50/52
E. coli
Aktivacija celice:•kemokini•citokini•interferon...
Izogibanje imunskega sistema
Flagelin
H. pylori
TLR5 ne prepozna flagelina H. pylori
FlagelinTLR5
![Page 46: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/46.jpg)
Himerni flagelin
Brez aktivacije
H. pylori FlaAE. coli FliC Himerni flagelin
Antigene lastnosti, protitelesa, T-celični odziv
Aktivacija prirojene imunosti
![Page 47: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/47.jpg)
Sestava sintetičnega cepiva
Variabilna domena flagelina H.pylori
H. pylori antigen(npr. UreB)
proteinski antigeni (aktivacija adaptivne imunosti)
Aktivacija prirojene imunosti (TLR5)
prirojen imunski odziv
pridobljen imunski odziv (proti antigenom H.pylori)
![Page 48: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/48.jpg)
Priprava treh oblik cepiva
Proteinsko cepivo
Modificirane bakterijeDNK cepivo
CMV-HF-UreB..Antigen
HFss
CMV
![Page 49: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/49.jpg)
Celični in humoralni imunski odziv
Prezentacija antigena, aktivacija citokinov, ... DC, makrofagi…
activationNFκBP50/52
TLR5
himerni flagelin-H. pylori antigen
DNK cepivo
Tkivo
DNKcepivo
![Page 50: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/50.jpg)
Himerni flagelin se mora izločiti, daaktivira TLR5.
Transaktivacija TLR5 prekoizločenega flagelina sosednjih celic.
Cell, cotransfected with TLR5and DNK vaccine
DNK cepivo - rezultati
![Page 51: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/51.jpg)
Učinkovitost cepiva in vivo
Močna imunoreaktivnost seruma imuniziranih miši (HF-MULTI).
Serum imuniziranih živali (MULTI) prepozna žive bakterije
0
0,5
1
1,5
2
2,5
62,5 250 1000 4000 16000
IgG
(OD
450
nm
)
redčitve
immunized mice
Relative flourescence intensity
Relative flourescence intensity
3 tedni!
neg. kontrola
Sekundarna protitelesa na H. pylori
HF-serum na H. pylori
![Page 52: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/52.jpg)
![Page 53: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/53.jpg)
![Page 54: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/54.jpg)
[Nanomateriali]
Biološki sistemi so nanosistemi,ki dejansko delujejo !
Ali znamo sestaviti novenanostroje in nanostrukture ?
Nanomateriali imajo številne prednosti.Večinoma so pripravljeni iz anorganskih ali organskih materialov enega tipa – relativno enostavne strukture.
![Page 55: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/55.jpg)
[kontrola sestavljanja struktur iz DNK]
S pomočjo parjenja baz lahko kontrolirano povezujemo verige DNK
![Page 56: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/56.jpg)
[geometrijski liki iz DNK]
Rothemund, Nature 2006He et al., Nature 2008, ChemComun 2006
![Page 57: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/57.jpg)
[bolj kompleksne sestavljene strukture]
![Page 58: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/58.jpg)
[Nano zemljevid Slovenije iz DNK]
100 nm
Miha Jerala, Gimnazija VičIva Hafner Bratkovič, KI
Sestavljen iz 7249 nt dolgega DNK genoma bakteriofaga M13 ter 227 sintetičnih oligonukleotidov
![Page 59: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/59.jpg)
[primerjava DNK in polipeptidov kot gradnikov nanostruktur]
DNK polipeptidivsebuje 4 nukleotide s podobnimi
lastnostmi -vsebujejo 20 AK z različnimi
kemijskimi lastnostmi +se lahko zvije v določene 3D
strukture +/-se lahko zvijejo v določene 3D
strukture +v naravi shranjuje informacije
-v naravi gradijo strukture in
funkcionalne “naprave” +lahko se programira (W-C bazni pari)
+
informacija kodira strukturo na
kompleksen način -
intro
![Page 60: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/60.jpg)
[obvite polipeptidne vijačnice kot gradniki]
obvite vijačnice s paralelno ali antiparalelno orientacijo
stabilnost in specifičnost parjenja –izbrani AK ostanki na določenih mestih ponovitev heptad = dva zavoja vijačnice
1 nm/heptado
![Page 61: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/61.jpg)
Stabilizira: hidrofobni AK ostanki na
mestih a in d – tvorba jedra nasprotni naboji na mestih
e in g
Destabilizira: ostanki polarnih AK (Asn) na
mestih a ali d enak naboj na mestih e in g
Mesta b, c in f: poljuben izbor aminokislin – uvedemo želene funkcije
[interakcije: načrtovanje stabilnosti obvitih vijačnic]
![Page 62: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/62.jpg)
[kaj lahko sestavimo z obvitimi vijačnicami? ]
Z uporabo peptidov, sestavljenih iz dveh vrst komplementarnih vijačnic, lahko sestavimo le linearne strukture: tvorba fibril.
![Page 63: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/63.jpg)
[uporaba treh segmentov namesto dveh ]
Za tvorbo 2D ali 3D struktur potrebujemo vsaj 3 različne, med seboj komplementarne vijačne segmente.
![Page 64: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/64.jpg)
[kombinacija oligomerizacijske domene inobvite vijačnice]
oligomerizacijska domena (≥3) + segment, ki tvori antiparalelno obvito vijačnico
mreža s porami , definiranimi z dolžino in lastnostmi segmenta, ki tvori obvito vijačnico
segment, ki tvori antiparalelno obvito vijačnico
gradnik:
p53 tetramerizacijska domena
![Page 65: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/65.jpg)
[sestavljanje proteinske mreže]
![Page 66: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/66.jpg)
[sestavljanje proteinske mreže]
Pore: velikost pore določa dolžina segmenta, ki tvori obvito vijačnico kemijske lastnosti pore določajo AK ostanki na povšini obvite vijačnice
![Page 67: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/67.jpg)
[sestavljanje proteinske mreže]
Pore: velikost pore določa dolžina segmenta, ki tvori obvito vijačnico kemijske lastnosti pore določajo ak ostanki na povšini obvite vijačnice
![Page 68: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/68.jpg)
[ultrafiltracija čez polipeptidno membrano]
Odstranjevanje virusov:
Only 0.22um PVDF Filter
0.22um PVDF Filter with protein membrane
PVDF filter with 0.22 um pores
PVDF filter with 0.22 um pores
Proteinmembrane
Možnosti uporabe: naprave za filtracijo in ločevanje, kataliza.
![Page 69: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/69.jpg)
[gradniki za tvorbo 2D in 3D struktur]
a b a’
+ heterodimer
a a’
b
2x homodimer
Samosestavljanje: 1 paralno homodimerni in 2 heterodimerna segmenta
![Page 70: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/70.jpg)
[kako sestaviti kocko iz ene vrste polipeptidov?]
a b a’
![Page 71: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/71.jpg)
[samosestavljanje v heksagonalno mrežo – gradniki so enaki kot pri kocki]
a b a’
![Page 72: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/72.jpg)
[druge kombinacije: segmenti iz treh ali več obvitih vijačnic]
Primer: trije homodimeri se lahko zvijejo v tetraeder, kocko ali planarno mrežo
A B C
C – antiparalelni homodimeriiz obvitih vijačnic: segment C-C
B– antiparalelni homodimeriiz obvitih vijačnic: segment B-B
A – antiparalelni homodimeriiz obvitih vijačnic: segment A-A
![Page 73: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/73.jpg)
[eksperimentalni rezultati]
190 200 210 220 230 240 250 260-60-40-20
020406080
100120140
P1 P2 P1+P2
Ellip
ticity
(mde
g)
Wavelength (nm)
P1 P2
P1-P2 heterodimer
Le pari heterodimernih vijačnih segmentov lahko tvorijo obvite vijačnice.
200 210 220 230 240 250 260
-10
-5
0
5
10
Elli
ptic
ity (m
deg)
Wavelength (nm)
K2:P1 GCN P2
![Page 74: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/74.jpg)
[samosestavljiva polipeptidna mreža]
napoved
Posnetek TEM: samosestavljen K2
rezultat !!!
![Page 75: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/75.jpg)
[nanokocka sestavljena iz peptidov]
Posnetek TEM: samosestavljena struktura iz peptida K2 pri nizki koncentraciji
To je prvi primer mrež ali 3D struktur, zgrajenih na osnovi obvitih vijačnic!
![Page 76: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/76.jpg)
Ozka grla SBOrodjaBolj zmogljiva kemijska sinteza (rezvoj 2.generacije
DNK sintetizatorjev)Modularnost, standardizacijaAvtomatizacija sestavljanja genomov (laboratorij na
čipu)
Razumevanje osnov delovanja bioloških sistemov
Razumevanje celice kot kompleksnega sistema (sistemska biologija)
Razumevanje zvitja proteinov in njihovih interakcij
![Page 77: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/77.jpg)
Prihodnost sintezne biologije
• Aplikacije v bližnji prihodnosti– obnovljivi viri energije– napredni (nano)biomateriali– medicinske aplikacije– industrijska biosinteza
• Raziskave bioloških sistemov s sintezno biologijo– Sinteza celotnih genomov bakterij in njihova aktivacija– Identifikacija minimalnega genoma– de novo programiranje genoma
![Page 78: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/78.jpg)
[think outside the box !]
Meje potencialov uporabe sintezne biologije v nanotehnologiji postavljajo samo naše razumevanjenaravnih principov in ustvarjalnost.
Σ
Škatla je šele začetek...
![Page 79: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/79.jpg)
Nominacija Team Slovenija za World Technology Award
Pretekli dobitniki:
Craig Venter, Sir John Sulston, Tim Berners Lee, Mark Zuckerberg,Michael Graetzel, Burt Rutan,
Google, Sony, Genentech,IBM, Space-X, Weizmanov inštitut…
![Page 80: Sintezna biologija – obeti nove tehnološke revolucije](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022020110/556cc887d8b42aba548b4f48/html5/thumbnails/80.jpg)
Ekipe 2006-2009
MentorjiMojca Benčina (KI), Monika Ciglič (KI), Karolina Ivičak (KI), Nina Pirher (KI), Gabriela Panter
(KI), Mateja Manček Keber (KI), Marko Dolinar(FKKT), Simon Horvat (BF), Roman Jerala (KI, FKKT)
2008Eva Čeh, BFVid Kočar, FKKTKatja Kolar, FKKTAna Lasič, MFJan Lonzarić, FKKTJerneja Mori, BFAnže Smole, BF
2006Monika Ciglič, BFOta Fekonja, BFJernej Kovač, FKKTAlja Oblak, BFJelka Pohar, BFMatej Skočaj, BFRok Tkavc, BF
2007Marko Bitenc, BFPeter Cimermančič, FKKTRok Gaber, BFSaša Jereb , FKKTKatja Kolar, FKKTAnja Korenčič, FKKTAndrej Ondračka, FKKT
2008Sabina Božič, FKKTNika Debeljak, BFTibor Doles, BFUrška Jelerčič;FMFAnja Lukan, FKKTŠpela Miklavič, BFMarko Verce, BF