Računalna rješenja u bioznanostima: Uloga molekulske fleksibilnosti (CompSoLS-MolFlex)

Računalna rješenja u bioznanostima: Uloga molekulske fleksibilnosti (CompSoLS-MolFlex)
Datum početka projekta
15.07.2014.
Datum kraja projekta
14.07.2018.
Status
Aktivan
Kategorija projekta
Projekti Hrvatske zaklade za znanost
Ugovoreni iznos financiranja
900.000,00 HRK

Molekulska fleksibilnost je ključno svojstvo u nizu važnih procesa - od smatanja proteina do dizajna naprednih materijala. Međutim, njen utjecaj na određeni proces još uvijek ne razumijemo dovoljno detaljno. Izravno istraživanje ovog svojstva eksperimentalnim postupcima je vrlo teško jer se makroskopskim opažanjem ne mogu razabrati zbivanja na razini atoma i molekula. S druge strane, računalne simulacije nam daju vrlo detaljne podatke o molekulskoj dinamici i fleksibilnosti. Računalni pristup zato ima ključnu ulogu za tumačenje eksperimentalnih rezultata i za uspješnije poimanje ovih pojava.

U ovom projektu suvremenim računalnim postupcima istražuje se uloga molekulske fleksibilnosti u nizu pažljivo odabranih primjera. Ovi primjeri su odabrani tako da obuhvaćaju veliki raspon na veličinskoj i vremenskoj skali, i svrstani su u ove grupe: (i) peptidi i spektroskopija, (ii) proteinska struktura i fleksibilnost, i (iii) transformacije enzima. Odabrani primjeri su visoko komplementarni i sinergijski i svi redom imaju važnu primjenu u raznim područjima (bio)kemije.

Pored samog istraživanja, svrha projekta je učvrstiti vrlo uspješnu i kompetitivnu istraživačku skupinu u računalnim bioznanostima, osnovanu na IRB-u. Ova grupa istraživača već se potvrdila uspješnom realizacijom EU-FP6 projekta (2007-2010). Sadašnji tim istraživača dobro je osposobljen za novi projektni zadatak, čemu pridonosi ravnoteža između starijih istraživača s odličnim pokazateljima uspjeha, i mlađih znanstvenika s izvrsnim potencijalom. Financijska potpora HrZZ projektnom timu ključna je za održavanje njihove kompetitivnosti u području računalnih bioznanosti u globalnoj znanstvenoj zajednici.

Glavni istraživač / voditelj
David Matthew Smith

David Matthew Smith, dr. sc.

znanstveni savjetnik +385 1 456 1182

Ostali suradnici

1.       Nađa Došlić,

2.       Darko Babić,

3.       Borislav Kovačević,

4.       Danijela Barić,

5.       Ana-Sunčana Smith,

6.       Karmen Čondić-Jurkić,

7.       Momir Mališ,

8.       Jurica Novak,

9.       Zlatko Brkljača,

10.     Ivan Dragičević.

Napomena

CILJEVI

Sveukupni cilj istraživanja je pridonijeti razjašnjavanju uloge biomolekulske fleksibilnosti u velikom rasponu na skalama vremena i veličine i tako poboljšati razumijevanje odabranih bioloških procesa i unaprijediti njihov konceptualni okvir.

Usporedno s time, ovim projektom želimo sačuvati razvojni impuls u području računalnih bioznanosti na IRB-u te održati znanstvenu izvrsnost i međunarodnu prepoznatljivost projektnog tima.

ZADACI

Za ostvarenje sveukupnog cilja postavljeni su konkretni zadaci, grupirani u ove radne pakete.

      WP1 – Peptidi i spektroskopija

U sustavima s malim peptidima razjasnit ćemo prirodu dinamike u pobuđenim stanjima i njenu povezanost s molekulskom fleksibilnošću (Zadatak 1.1). S tim je usko povezan Zadatak 1.2 u kojem se istražuje veza između osnovnog stanja strukturnog ansambla fleksibilnih peptida i njihovog spektra cirkularnog dikroizma (CD) te razvija moguća primjena za intramolekulske probe.

      WP2 – Proteinska struktura i fleksibilnost

U ovom paketu promatramo veće sustave i produbljujemo razumijevanje molekulske fleksibilnosti u cijelim proteinima. Ključna metoda u tom pogledu je H/D izmjena (HDX). Razvijamo robusnu matematičku analizu podataka iz HDX za pouzdanije mjerenje molekulske fleksibilnosti u ovim i sličnim sustavima (Zadatak 2.1).

      WP3 – Transformacije enzima

Na još višoj razini složenosti, proučavamo razne aspekte odnosa između fleksibilnosti i kemijskih transformacija, posebno u kontekstu enzimskih funkcija. Piruvat-format-lijaza služi nam kao model za objašnjavanje utjecaja kemijskih promjena u aktivnom mjestu na molekulsku fleksibilnost (Zadatak 3.1). Upotrijebit ćemo sustave GDH za utvrđivanje razlika u fleksibilnostima između porodica mutaza i eliminaza u B12-ovisnim i B12-neovisnim enzimima. Redukcija ribonukleotida upotrijebit će se za istraživanje molekulske fleksibilnosti u kontekstu kemijske evolucije (Zadatak 3.2). Konačno ćemo istražiti fotoizomerizaciju retinala da bismo povezali dinamiku pobuđenih stanja s molekulskom fleksibilnošću osnovnog stanja (Zadatak 3.3).