Grupa za biofiziku antimikrobnih peptida: konstrukcija, sinteza i karakterizacija

• prof.dr.sc. Alessandro Tossi, Department for Life Sciences, University of Trieste, Italy
• dr.sc. Goran Gajski
• dr.sc. Yogesh Sonavane

Opis istraživanja:

Istraživanje povezuje tri interdisciplinarna i komplementarna segmenta: dizajn peptida, eksperimentalna mjerenja i molekulske simulacije.
Numeričkim metodama, prema specifičnim svojstvima amino kiselina, konstruiraju se molekulski deskriptori. Isti se upotrebljavaju za povezivanje spomenutih svojstva s biološkom aktivnošću na osnovu čega se dizajniraju peptidi (‘QSAR’ pristup). Signalne sekvence peptida, koje su izrazito evolucijski očuvane, se koriste za pretraživanje EST i SRA baza podataka, čime se također definiraju nove peptidne sekvence.
Sekvence s najboljim biofizikalnim karakteristikama se sintetiziraju, nakon čega slijedi biofizikalna, mikrobiološka i molekularno-biološka karakterizacija. Određuje se konformacija peptida, testira njihova mikrobiološka aktivnost i mjeri toksičnost naspram stanica domaćina kako bi se ustanovilo da li je novi antimikrobni peptid ujedno i potencijalni antibiotik. Mehanizam djelovanja peptida ispituje se testovima permeabilnosti koristeći protočni citometar, kao i mikroskopijom atomskih sila. Simulacijama molekulske dinamike peptida u različitim otapalima i u interakciji s modelnim membranama, istražuju se strukturna i dinamička svojstva peptida, te mehanizam djelovanja.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

1. Odjel za životne znanosti, Sveučilište u Trstu, Italija
2. Medicinski fakultet u Splitu
3. Klinički bolnički centar Split
4. Mediteranski Institut za istraživanje života, Split, MedILS
5. Institut za medicinska istraživanja i medicinu rada, Zagreb, IMI
6. Institut Ruđer Bošković, Zagreb, IRB
7. Građevinski fakultet, Zagreb
8. Građevinski fakultet, Split
9. Odjel za kemiju, Sveučilište u Melbourne, Australija
10. Institut za imunobiologiju, St. Gallen, Švicarska

Opis dosadašnje suradnje:

Sa svim navedenim ustanovama imamo ostvarenu uspješnu suradnju bilo u vidu laboratorijskog rada ili razvoja teorema & molekulskih deskriptora. Posebno treba istaknuti suradnju s Odjelom za životne znanosti Sveučilišta u Trstu kao i voditelja grupe na istoj instituciji, prof. Alessandra Tossi-ja s kojim smo do sada objavili nekoliko znanstvenih radova. Članovi naše grupe su nekoliko puta boravili na Odjelu za životne znanosti u svrhu usavršavanja, a pod uskim vodstvom prof. Tossi-ja nekoliko studenta je izradilo i uspješno obranilo svoje diplomske/doktorske radove.

Planovi budućih istraživanja:

U planu je daljnji razvoj molekulskih deskriptora i algoritama za konstrukciju novih antimikrobnih peptida (AMP), te nastavak rada na transkriptomskim, genomskim i proteomskim bazama podataka. Zanimljivi rezultati bi se mogli postići ciljanim sekvenciranjem gena u kombinaciji s dostupnim podacima iz prije spomenutih baza podataka, pa u skoroj budućnosti planiramo staviti naglasak i na taj aspekt problematike pronalaska novih pogodnih sekvenci. Istraživat će se mehanizmi djelovanja AMP-a kroz biološka i biofizikalna mjerenja na modelnim ili bakterijskim membranama (protočni citometar, mikroskop atomskih sila…), koje će se kombinirati s rezultatima simulacija molekularne dinamike sustava peptid – membrana s ciljem razvoja snažne funkcionalne hipoteze.

Popis odabranih znanstvenih radova:

• Juretić, D., Vukicević, D., Ilić, N., Antcheva, N., & Tossi, A. (2009). Computational design of highly selective antimicrobial peptides. Journal of Chemical Information and Modeling, 49(12), 2873–2882. https://doi.org/10.1021/ci900327a
• Juretić, D., Vukičević, D., Petrov, D., Novković, M., Bojović, V., Lučić, B., … Tossi, A. (2011). Knowledge-based computational methods for identifying or designing novel, non-homologous antimicrobial peptides. European Biophysics Journal: EBJ, 40(4), 371–385. https://doi.org/10.1007/s00249-011-0674-7
• Tessera, V., Guida, F., Juretić, D., & Tossi, A. (2012). Identification of antimicrobial peptides from teleosts and anurans in expressed sequence tag databases using conserved signal sequences. The FEBS Journal, 279(5), 724–736. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2011.08463.x
• Kamech, N., Vukičević, D., Ladram, A., Piesse, C., Vasseur, J., Bojović, V., … Juretić, D. (2012). Improving the selectivity of antimicrobial peptides from anuran skin. Journal of Chemical Information and Modeling, 52(12), 3341–3351. https://doi.org/10.1021/ci300328y
• Novković, M., Simunić, J., Bojović, V., Tossi, A., & Juretić, D. (2012). DADP: the database of anuran defense peptides. Bioinformatics (Oxford, England), 28(10), 1406–1407. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts141
• Ilić, N., Novković, M., Guida, F., Xhindoli, D., Benincasa, M., Tossi, A., & Juretić, D. (2013). Selective antimicrobial activity and mode of action of adepantins, glycine-rich peptide antibiotics based on anuran antimicrobial peptide sequences. Biochimica Et Biophysica Acta, 1828(3), 1004–1012. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2012.11.017
• Simunić, J., Petrov, D., Bouceba, T., Kamech, N., Benincasa, M., & Juretić, D. (2014). Trichoplaxin – a new membrane-active antimicrobial peptide from placozoan cDNA. Biochimica Et Biophysica Acta, 1838(5), 1430–1438. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2014.02.003
• Kozić, M., Vukičević, D., Simunić, J., Rončević, T., Antcheva, N., Tossi, A., & Juretić, D. (2015). Predicting the Minimal Inhibitory Concentration for Antimicrobial Peptides with Rana-Box Domain. Journal of Chemical Information and Modeling, 55(10), 2275–2287. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.5b00161
• Rončević, T., Gajski, G., Ilić, N., Goić-Barišić, I., Tonkić, M., Zoranić, L., … Juretić, D. (2017). PGLa-H tandem-repeat peptides active against multidrug resistant clinical bacterial isolates. Biochimica Et Biophysica Acta, 1859(2), 228–237. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2016.11.011

Područja pametne specijalizacije

Tematsko prioritetno područje ZDRAVLJE I KVALITETA ŽIVOTA
Potpodručje Zdravstvene usluge i nove metode preventivne medicine i dijagnostike
Indikativne IRI teme:
oprema, sustavi, aplikacije i rješenja koja se koriste u istraživanjima i testiranjima novih načina liječenja i dijagnostike te praćenja promjena vezano uz bolesti

Tematsko prioritetno područje ZDRAVLJE I KVALITETA ŽIVOTA
Potpodručje Farmaceutika, biofarmaceutika, medicinska oprema i uređaji
Indikativne IRI teme:
otkriće i razvoj lijekova za ljude i životinje – novi kemijski i biotehnološki entiteti, novi postupci kemijske sinteze za generičke tvari, proizvode ili nove entitete (tj. molekule pod patentnom zaštitom)