Projekt w ramach inicjatywy IMPRESS-U ze wsparciem NAWA zatwierdzony do realizacji
30 01 2024
Badania w ramach projektu „A Universal Biosensing Platform Amplifying Signals Produced by NAD+/NADH-Dependent Enzymes” będą realizowane na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, który reprezentowany jest przez dr Klaudię Kaniewską (pełnomocnik projektu ze strony UW); dra hab. Marcina Karbarza, prof. ucz. oraz doktorantki Patrycję Kościelniak i Marię Sawicką. Partnerami w projekcie są: ze strony amerykańskiej – Prof. Evgeny Katz z Uniwersytetu Clarkson, Potsdam, USA; ze strony ukraińskiej – Prof. Mykhailo Gonchar z Instytutu Biologii Komórkowej Ukraińskiej Akademii Nauk, Lwów, Ukraina.
Nowatorskie podejście, które doprowadzi do nowej ogólnej koncepcji bioczujników, otworzy nowe możliwości między innymi w zastosowaniach biomedycznych, środowiskowych i kryminalistycznych.
Nabór wniosków w programie IMPRESS-U jest prowadzony w sposób ciągły do 30 czerwca 2024 r. Każdy projekt musi mieć co najmniej trzech partnerów: z USA – koordynującego prace, z Ukrainy i z Polski lub jednego z krajów bałtyckich.
Więcej informacji: https://nawa.gov.pl/naukowcy/impress-u
„Celem naszego projektu jest stworzenie nowatorskich systemów regulowanych wieloma sygnałami, które integrują chimeryczny enzym z „inteligentnymi” hydrożelami i nanocząstkami magnetycznymi – mówi dr Oleh Smutok z Wydziału Chemii i Nauk Biomolekularnych Uniwersytetu Clarkson.
Otworzy to nowe możliwości w różnych obszarach biosensoryki, w tym w zastosowaniach biomedycznych, środowiskowych i kryminalistycznych.
Prof. Evgeny Katz z Wydziału Chemii i Nauk Biomolekularnych, z Uniwersytetu Clarkson, o zaletach międzynarodowej współpracy mówi tak: „Nowatorskie badania sformułowane w niniejszym suplemencie zwiększają funkcjonalność procesu biosensorycznego, opartego na enzymie chimerycznym NAD+/NADH poprzez włączenie go do „inteligentnych” materiałów reagujących na sygnał (hydrożeli i/lub nanocząstek magnetycznych). Należy podkreślić, że sztuczne enzymy allosteryczne aktywowane kofaktorami NAD+ lub NADH nigdy wcześniej nie zostały stworzone i zbadane. Przedstawione przez nas nowatorskie podejście rozwiązuje problem kosztownej i czasochłonnej syntezy sztucznego chimerycznego enzymu dla każdego nowego analitu. Pierwotna propozycja rozwiązuje ten problem poprzez połączenie komercyjnych enzymów NAD+/NADH, które są dostępne dla wielu różnych substratów analitu, z chimerycznym enzymem specyficznym dla kofaktorów NAD+ lub NADH. Rzeczywiście, pierwszy enzym wytwarza kofaktory NAD+ lub NADH w odpowiedzi na liczne możliwe anality, a następnie drugi enzym wiąże wytworzony kofaktor i przekłada zmiany konformacyjne na jednostkę biokatalityczną, włączając ją i aktywując reakcję biokatalityczną. W ten sposób wiązanie pojedynczej cząsteczki analitu aktywuje reakcję biokatalityczną, wytwarzając wzmocniony sygnał wyjściowy. Teraz, dzięki międzynarodowej współpracy, połączymy te enzymy z inteligentnymi materiałami, aby zwiększyć ich funkcjonalność.”
Doktor Klaudia Kaniewska podkreśla, że ta współpraca jest ważna między innymi z powodu jej multidyscyplianrnego i międzynarodowego charakteru. „Proponowane badania wymagają podejścia wielodyscyplinarnego, ponieważ stanowią połączenie różnych dziedzin badawczych (biologia syntetyczna, bioelektrochemia, chemia materiałów „inteligentnych” reagujących na sygnał), prowadząc do wyników w dziedzinie biosensoryki, które nie mogą być uzyskane bez tego wielodyscyplinarnego podejścia, dlatego praca w międzynarodowym zespole jest kluczowa dla sukcesu projektu. To świetna okazja do nawiązania długoterminowej współpracy i wymiany doświadczeń, a także ma aspekt edukacyjny poprzez wprowadzenie młodych badaczy do międzynarodowej społeczności naukowej” – mówi dr Kaniewska.
Prof. Mychajło Gonczar z Instytutu Biologii Komórki Narodowej Akademii Nauk Ukrainy dodaje: „Należy zauważyć, że systemy enzymatyczne z sygnałem wzmacnianym i zdolnością do przełączania się znajdą wiele zastosowań w obszarach naukowych i technologicznych, związanych z biosensoryką, ale nie będą używane bezpośrednio w tradycyjnych rozwiązaniach dotyczących czujników. Te zastosowania obejmą, ale nie będą ograniczone do, systemów obliczeniowych opartych na enzymach, gdzie przetwarzanie sygnałów będzie wykonywane w trybie binarnym (0,1 / Prawda/Fałsz), naśladując operacje logiki Boola i inne zadania obliczeniowe (np. pół-dodawanie/pełno-dodawanie, urządzenia bezpieczeństwa z klawiaturą itp.). Inne możliwe zastosowanie może obejmować systemy bioelektroniczne o zdolności do przełączania, na przykład, sygnałowo-kontrolowane ogniwa biopaliwowe działające jako implantowane lub noszone przez użytkownika bioelektroniczne urządzenia z funkcją adaptacyjną.”
Zdaniem dra Marcina Karbarza z Uniwersytetu Warszawskiego te badania podstawowe dają obietnicę licznych zastosowań uniwersalnego biosensora zintegrowanego z materiałami reagującymi na sygnał. „Wyniki naszych badań doprowadzą do nowej ogólnej koncepcji biosensorów z łatwą adaptacją do różnych analitów mierzonych z bardzo wysoką czułością (subnanomolarnych stężeń), kontrolowanych przez różnorodne sygnały fizyczne (elektryczne lub magnetyczne). Otworzy to nowe możliwości w różnych podobszarach biosensoryki, obejmujących zastosowania biomedyczne, środowiskowe, kryminalistyczne, bezpieczeństwa wewnętrznego itp.” – dodaje dr Karbarz.
Źródło: www.nawa.gov.pl