ABio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium tevékenységében alapvető szerepet játszik a fehérjékből felépülő önszerveződő szupramolekuláris rendszerek szerveződési és működési elveinek kutatása, a felismert törvényszerűségek bio- és nanotechnológiai alkalmazása. A flagellumok a baktériumok mozgásszervei, amelyek a sejtmembránba ágyazott nanomotorból, és a hozzá kapcsolódó, propellerként forgatott helikális filamentumból állnak. A flagelláris filamentumok a flagellin fehérje több ezer példányából épülnek fel. A flagellin önszerveződésre képes, megfelelő körülmények között kívánt méreteloszlású nanocsövek építhetők belőle. Megmutattuk, hogy a flagellin alegységek filamentumok felületén elhelyezkedő hipervariábilis D3 doménje helyére a polimerizációs képesség megzavarása nélkül helyére más fehérjék vagy peptidmotívumok génsebészeti módszerekkel beépíthetők.
Munkánk egyik kiemelt irányvonala a flagellin fehérje különféle funkciókkal felruházott variánsainak alkalmazása előnyös tulajdonságú nanoszerkezetek létrehozására. Ismert specificitású kisméretű kötőfehérjéket (pl. egydoménes antitesteket, kötőmotívumokat) a flagellin variábilis részébe beépítve olyan variánsokat hozunk létre, amelyek képesek egy adott célmolekula felismerésére és hatékony megkötésére. A módosított flagellinekből kívánt méretű, nagy felületi kötőhelysűrűségű nanorudakat építünk, amelyekből adott célmolekulák kimutatására alkalmas bioszenzorok érzékelőrétegei állíthatók elő. Környezetanalitikai alkalmazásokhoz a flagellin fehérjét úgy módosítottuk, hogy képes legyen a szennyező nehézfémionok (pl. Ni, Co, As) megkötésére, és ezáltal használható legyen azok detektálására. A variábilis domén módosításával vagy cseréjével egyaránt igyekszünk egyes fémionokra szelektív, illetve többféle szennyező együttes kimutatására alkalmas változatokat létrehozni. Olyan flagellin variánsokat is előállítottunk, melyek önszerveződő képességük megtartása mellett különféle sejtfelszíni receptorok kötőmotívumait tartalmazzák. Optikai hullámvezető szenzorok felületén az ezekből kialakított fehérjebevonatok lehetővé teszik rákos sejtek adhéziós tulajdonságainak és viselkedésének valós idejű tanulmányozását. A D3 domén helyére olyan fehérjeszegmenseket is beépíthetünk, amelyek a mágneses baktériumokban meghatározó szerepet játszanak a magnetit nanokristályok képződésében. A mutáns flagellinekből nanoszálak hozhatók létre, amelyek felületükön periodikusan ismétlődő magnetit kötőhelyek ezreit tartalmazzák. Ezek a módosított filamentumok kedvező templát-felületet alkotnak mágneses vas-oxid kristálycsírák képződéséhez és növekedéséhez, ezáltal mágneses nanocsövek bioinspirált környezetbarát előállítására nyílik lehetőség. A flagellin belsejébe a fluoreszcens GFP fehérjét beépítve jeladó tulajdonságú alegységek is előállíthatók.
Megmutattuk azt is, hogy flagellin alapú polimerizációra képes enzimek hozhatók létre, amelyekből reményeink szerint a biokonverziós technológiákban előnyösen használható szupramolekuláris multienzim rendszerek konstruálhatók. Hosszú távú célunk, hogy a különféle tulajdonságokkal felruházott flagellin variánsok kombinált alkalmazásával multifunkcionális filamentáris nanoszerkezeteket építsünk.
A csoport sikeres kutatás-fejlesztési tevékenységének eredményeit több hazai szabadalom is tükrözi. A Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratóriumot a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala 2014-ben Millenniumi Díjjal tüntette ki.
KUTATÓCSOPORT VEZETŐ
Dr. Jankovics Hajnalka
tudományos főmunkatárs
Elérhetőségek
Tevékenység és Infrastruktúra
Izotermális titrációs mikrokaloriméter
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
1.) VP-ITC MicroCalorimeter - Kölcsönhatásvizsgálat oldatban, moláris arány függvényében az affinitás, entalpia, entrópia mérése néhány ml mintában, 10-28°C-ig működtethető.
2.) PEAQ-ITC - Kölcsönhatásvizsgálat oldatban, moláris arány függvényében az affinitás, entalpia, entrópia mérése néhány száz mikroliternyi mintában, 10-28°C-ig működtethető
Fluoerszcencia és UV spektrofotométerek
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
1.) Fluoromax-2 - Czerny-Turner spektrométerekkel felszerelve a gerjesztési és az emissziós pozícióban, mindkettő 200-900 nm tartományban használható.
2.) JASCO V-630 spektrofotométer - Kétfényutas, 190-900 nm, az UV-Vis tartományban elnyeléssel rendelkező oldatok egyes komponenseinek mennyiségi elemzésére.
3.) NANO-ND-LITE fotométer - fix hullámhosszokon 1-2 mikroliter mintatérfogatban mér, 260 nm-en a nukleinsav-koncentrációt és a tisztaságot a 260/280 arány segítségével, és tiszta fehérje koncentrációját 280 nm-en.
CD spektroszkópia
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
Jasco J1100 CD spectrometer - 180 és 600 nm közötti hullámhossz-tartomány alkalmas fehérjék másodlagos és harmadlagos szerkezeti elemeinek, valamint hőstabilitásának vizsgálatára a közeli és távoli UV tartományban. Peltier-cellatartóval felszerelve a J-1100 a CD, LD és abszorbancia mérésére használható a hullámhossz, a hőmérséklet és az idő függvényében.
Sötétlátóterű és fluoreszcens mikroszkóp
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
Olympus BX50 sötét látóterű, fluoreszcens módban is használható mikroszkóp - 10x,40x,100x objektívek, 2 pozícióban megvilágítható, fényképezőgép csatlakoztatási lehetőség, festés nélküli baktériumsejtek nyomonkövetése, megfigyelésére használható.
PCR készülékek
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
1.) Biometra T-Personal PCR - Pl. egyszerű polimeráz láncreakció kivitelezésére alkalmas programozható hőblokk. +3.0°C -+ 99.0°C használható; max. fűtési sebesség: 3°C/s, max. hűtési sebesség: 3°C/s, 0,1°C pontosság. 0,2 és 0,5 ml-es (24 + 24 db) mintatartó csövek befogadására alkalmas.
2.) SensoQuest Labcycler gradiens PCR - Polimeráz láncreakció hőmérsékleti paramétereinek párhuzamos optimalizálására is alkalmas programozható hőblokk. - 5.0°C - +99.9°C tartományban használható; fűtési sebesség: 4,2°C/s, hűtési sebesség: 3,6°C/s; 40°C ± 20°C különbség lehet a két széle között. Több párhuzamos PCR reakció is beállítható, 0,01°C pontosság. Max. 96 db 0,2 ml-es cső befogadására alkalmas.
Ultracentrifugák
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
1.) Beckman Coulter Optima™ MAX-XP asztali ultracentrifuga - sejtalkotók és polimerek - fehérje monomerek elválasztására használható, 4 különböző méretű titán rotorral (8 ∙ 6,5 ml; 6 ∙ 3 ml; 8 ∙ 3,5 ml; 12 ∙ 1 ml), rotortól függően max 80 000-120 000 rpm (akár 600 000 g) fordulatszámig használható, 10°C-ig hűthető
2.) Beckman Coulter Optima MAX-E asztali ultracentrifuga - sejtalkotók és polimerek - fehérje monomerek elválasztására használható, 4 különböző méretű titán rotorral (8 ∙ 6,5 ml; 6 ∙ 3 ml; 8 ∙ 3,5 ml; 12 ∙ 1 ml), rotortól függően maximum 80 000-100 000 rpm (akár 500 000 g) fordulatszámig használható , 10°C-ig hűthető 3.) Sorvall Discovery 90SE álló ultracentrifuga - Például sejtalkotók és polimerek - fehérje monomerek elválasztására használható. Több különböző méretű titán rotorral (6 ∙ 120 ml; 6 ∙ 50 ml), rotortól függően maximum 16 000-40 000-65 000 rpm (400 000 g-ig) fordulatszámig használható, 10°C-ig hűthető
FPLC kromatográfiás rendszerek
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
1.) ÄKTA Start FPLC készülék - fehérjék laboratóriumi méretű folyadékkromatográfiás preparatív tisztítására, főként affinitás kromatográfiához használható, 0,5-5 ml/perc áramlási sebbességgel, fix 280 nm hullámhoszon mérő detektorral, vezetőképesség méréssel.
2.) ÄKTA Pure 25M FPLC system -fehérjék, peptidek és nukleinsavak folyadékkromatográfián alapuló gyors preparatív tisztítása, 0,1-25 ml/perc áramlási sebbességgel, 254 és 280 nm-es fix hullámhoszokon mérő detektorral, vezetőképesség méréssel. Ioncsere, méretkizárásos és különböző affinitás kromatográfiás oszlopokkal.
Bioszintézis és steril mintaelőkészítési lehetőségek
Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet | Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium
Kutatási terület: Rekombináns fehérje tervezés és szintézis, flagellin alapú nanorétegek és nanoszálak
Fermentorok, lamináris fülkék, rázó inkubátorok, ultrahangos roncsolók (szonikátorok) sejtfeltáráshoz, autokláv, ultramélyhűtő.
Együttműködő partnerek
- Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet (MFA), Budapest - Nanobioszenzorika Lendület Kutatócsoport - Dr. Horváth Róbert
- Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet (MFA), Budapest- Fotonika Laboratórium - Dr. Petrik Péter
- Soós Ernő Kutató-Fejlesztő Központ, Nagykanizsa - Dr. Galambos Ildikó
- BioSense Institute (Serbia) - Center for sensing technologies - Dr. Vasa Radonić
- TargetEx Biosciences - Dr. Lőrincz Zsolt
Kiemelt publikációk
- Farsang R, Kovács N, Szigeti M, Jankovics H, Vonderviszt F, Guttman A (2022) Immobilized exoglycosidase matrix mediated solid phase glycan sequencing. Analytica Chimica Acta 1215:339906.
- Jankovics H, Szekér P, Tóth É, Kakasi B, Lábadi Z, Saftics A, Kalas B, Fried M, Petrik P, Vonderviszt F. (2021) Flagellin-based electrochemical sensing layer for arsenic detection in water. Scienctific Reports 11:3497.
- Jankovics H, Kovacs B, Saftics A, Gerecsei T, Tóth É, Szekacs I, Vonderviszt F, Horvath R (2020) Grating-coupled interferometry reveals binding kinetics and affinities of Ni ions to genetically engineered protein layers. Scientific Reports 10:22253.
- Labadi Z, Kalas B, Saftics A, Illes L, Jankovics H, Bereczk-Tompa E, Sebestyen A, Toth E, Kakasi B, Moldovan C, Firtat B, Gartner M, Gheorge M, Vonderviszt F, Fried M, Petrik P (2020) Sensing Layer for Ni Detection in Water Created by Immobilization of Bioengineered Flagellar Nanotubes on Gold Surfaces. ACS Biomaterials Science & Engineering 6: 3800-3820.