Skupina slovenskih študentov je s pomočjo raziskovalcev s Kemijskega inštituta v Ljubljani razvila novo tehnologijo za uvajanje proteinov z nanometrsko natančnostjo v strukture, ki merijo nekaj deset nanometrov. To pomeni, da lahko skoraj poljubno razmeščajo različne proteinske molekule na izbrano razdaljo na ploščici, ki meri nekaj deset nanometrov. Odkritje je še posebej zanimivo in uporabno, ker imajo proteini lahko zelo različne lastnosti in v naravi opravljajo na tisoče različnih fukcij. Zato razvoj omenjene tehnologije odpira vrata do številnih naprednih aplikacij kot so biosenzorji, laboratoriji na nanočipu, novi katalizatorji, biosintezni nanoreaktorji ali nanometrski elektronski elementi. Nanotehnologija spada med najbolj perspektivna in hitro razvijajoča se področja. V to področje izjemno veliko vlagajo najbolj razvita in hitro rastoča gospodarstva. Univerza MIT v ZDA je izgradnjo nanotehnološkega centra postavila kot prioriteto za naslednje desetletje.

Na Wyssovem inštitutu (Wyss se izgovori kot »vis«) univerze Harvard so pretekli konec tedna prvič organizirali tekmovanje raziskovalnih projektov s področja dizajniranja novih nanostruktur na osnovi bioloških molekul, imenovano Biomod oziroma Biomolekularni dizajn http://biomod.net/. Gre za tekmovanje, ki sledi vzoru bolj znanega in večjega tekmovanja iGEM, kjer so slovenske ekipe v preteklih letih žele izjemne uspehe. Letos so se raziskovalci iz Oddelka za biotehnologijo Kemijskega inštituta odločili, da se na povabilo organizatorjev tekmovanja Biomod z manjšo ekipo treh študentov udeležijo tega tekmovanja. Na tekmovanju je ta ekipa dosegla lep uspeh z drugim mestom za spletno predstavitev svojega projekta (ki je dostopna na spletnem naslovu http://openwetware.org/wiki/Biomod/2011/Slovenia/BioNanoWizards), tretjim mestom za Youtube video predstavitev in zlato medaljo, ki so jo dobili najbolj uspešni projekti. Na tekmovanju je v skupni razvrstitvi zmagala danska ekipa s pojektom tvorbe oktaedra, ki je sposoben utišanja genov in bi lahko imel potencialno uporabo v medicini. Na tekmovanje se je že prvo leto prijavilo 21 ekip, med njimi vse vodilne skupne na področju raziskav DNK nanostruktur z univerz kot so Harvard, MIT, Caltech, TU Muenchen ter več ekip iz Japonske, Indije in Kitajske. Slovensko ekipo sestavljajo študent biokemije na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo UL Vid Kočar ter študenta biotehnologije z Biotehniške fakultete UL Jernej Turnšek in Marko Verce, ki so se v preteklih letih že izkazali kot člani iGEM ekip. Kot mentorji so sodelovali doktorski študent Rok Gaber, dr. Iva Hafner Bratkovič ter prof. Roman Jerala iz Oddelka za biotehnlogijo Kemijskega inštituta ter Centra odličnosti EN-FIST.

Področje nanomatrialov na osnovi DNK je za gostiteljski laboratorij s KI relativno novo, saj so se na tem področju prvič preizkusili šele pred dobrim letom, ko so pripravili nanostrukturo DNK v obliki Slovenije kot test izvedljivosti tehnologije v domačih razmerah. Bionanotehnološki pristop je izjemno zanimiv, ker lahko naravne gradnike, kot so aminokisline ali nukleinske kisline, uporabimo za izgradnjo zelo kompleksnih struktur, ki v naravi ne obstajajo in imajo zelo uporabne lastnosti. Po drugi strani pa so lahko bionanostrukture bistveno bolj kompleksne kot anorganski ali organski nanomateriali in v veliki večini primerov niso toksične, zato tudi po zakonodaji ne spadajo pod nanomateriale, pri katerih je potrebno upoštevati posebne varnostne ukrepe. Tehnologijo, ki jo je razvila skupina na Kemijskem inštitutu bodo kot pravijo čimprej preizkusili v aplikacijah.

Podatek o gostitelju tekmovanja:

Wyss inštitut je bil ustanovljen leta 2008 na osnovi donacije 125 milijonov dolarjev, kar je največja donacija, ki jo je univerza Harvard prejela v svoji zgodovini. Donacijo je prispeval švicarski poslovnež Hansjoerg Wyss, ki je sicer diplomiral kot inženir na ETH v Švici in si pridobil naziv MBA na Harvardu. Premoženje si je prislužil s švicarskim podjetjem za medicinske naprave Synthes, ki je največji svetovni proizvajalec implantatov in kirurških orodij, kar ga je naredilo za drugega najbogatejšega švicarja in s premoženjem 6 milijard ter postavio na 121.mesto na lestvici svetovnih miljarderjev. Univerza Harvard je sicer najbogatejša ameriška univerza, katere premoženje znaša 32 milijard dolarjev. Wyssov inštitut predstavlja nov organizacijski model, saj okrog centralne teme združuje raziskovalce z več različnih inštitucij, predvsem univerze Harvard, MIT ter Univerze v Bostonu. Poslanstvo inštituta so raziskave na področju bioinženiringa, kar pomeni načrtovanje na osnovi zgledov iz narave, kot je na primer zdrževanje nanotehnologije in biologije. Med najpomembnejšimi smermi raziskav so sintezna biologija ter DNA nanotehnologija. V Wyssovem inštitutu sodelujejo vrhunski raziskovalci kot so George Church, William Shih in James Collins. Slovenska ekipa je po tekmovanju obiskala Wyss inštitut, kjer so se dogovoili o sodelovanju na področju bionanotehnologije.

Slika ekipe na tekmovanju:

Študenti slovenske ekipe na tekmovanju Biomod ob podelitvi nagrad v Jeffersonovem fizikalnem laboratoriju na univerzi Harvard. Z leve Marko Verce, Jernej Turnšek, Vid Kočar ter mentor Rok Gaber.

Slika dosežka:

Tehnologija uporabe zinkovih prstov omogoča usmeriti izbrane proteine na točno določena izbrana mesta. Vezavo treh proteinskih molekul na izbrana mesta so potrdili s pomočjo mikroskopa na atomsko silo (AFM). Levo, načrtovan vzorec vezave proteinskih molekul (krogle) na ploščico DNK, ki meri 70x100 nm; desno, eksperimentalna potrditev vezave treh proteinskih molekul v predvidenem vzorcu. Velika prednost odkritja slovenskih raziskovalcev je, da lahko s pomočjo njihove tehnologije izberemo poljubno število različnih mest za vezavo in na ta način lahko pripravimo nanometrske naprave za različne aplikacije.