Proteiny hrají významnou roli v živém světě. Jejich rozmanitost je obrovská a fascinující. V naší laboratoři se zabýváme komplexním studiem proteinů. Zajímá nás především vztah mezi strukturou a katalytickou aktivitou enzymů, hledáme nové proteiny, se zajímavými vlastnostmi, optimalizujeme produkci rekombinantních proteinů a vyvíjíme nové metody molekulárního modelování s cílem simulovat pomalé a výpočetně náročné děje, jakými jsou například sbalování proteinů nebo interakce proteinů s ligandy.
Aktuálně řešené projekty
Molekulární modelování
Pomocí počítačových simulací je možné studovat dynamické chování proteinů, sacharidů a dalších biomolekul a jejich komplexů. Zásadní nevýhodou těchto metod je jejich výpočetní náročnost. Kvůli ní je možné simulovat pouze nano- nebo mikrosekundová měřítka. Abychom mohli studovat děje, které probíhají v delších časových měřítkách, je nutné použít speciální simulační metody. V naší skupině používáme metadynamiku a další metody a snažíme se přispět k jejich rozvoji, například zapojením umělých neuronových sítí.
Chladově aktivní enzymy
Enzymy z organismů žijících v permanentně chladných prostředích (např. horské a polární oblasti) mají významně vyšší aktivitu při nízkých teplotách ve srovnání s enzymy z meso- a termofilních zdrojů. Tato vlastnost z nich činí zajímavé biokatalyzátory pro aplikace při nízkých teplotách. V naší skupině studujeme chladově aktivní glykosidasy (konkrétně chitinasy, celulasy, amylasy a β-galaktosidasy), které mají potenciál při využití v papírenském, potravinářském nebo farmaceutickém průmyslu.
Enzymy s terapeutickým potenciálem
Asparaginasy nalezly uplatnění v medicíně při léčbě akutní myeloidní leukémie. Využívá se zde jejich přirozené schopnosti štěpit L-asparagin, který následně schází nádorovým buňkám, v důsledku čehož je zastavena biosyntéza proteinů a dochází k apoptóze. Zdravé buňky jsou schopné si L-asparagin syntetizovat díky přítomnosti L-asparaginsynthetasy, a proto tímto typem léčby nejsou zasaženy. V současné době jsou v praxi využívány preparáty obsahující rekombinantní L-asparaginasu z bakterií E. coli a Dickeya dadantii, nicméně aplikace obou těchto preparátů s sebou nese řadu komplikací, a proto je nutné hledat jiné zdroje L-asparaginas s vhodnějšími vlastnostmi pro klinickou aplikaci.
Antarktický krill je příkladem organismu, který se evolučně přizpůsobil náročným životním podmínkám a vytvořil si velmi efektivní systém trávicích enzymů. Efektivita těchto enzymů spočívá v synergickém působení a koexistenci bez vzájemné degradace. Proteasy krillu mají široké možnosti uplatnění ve zdravotnictví, zejména v léčbě nehojivých ran, léčbě tromboembolické nemoci a v zubním lékařství k odstranění zubního plaku, ale i v potravinářském průmyslu například při tanderizaci masa.
Destruktasy, enzymy modifikující antibiotika, jsou významným nástrojem bakterií v boji s účinkem antibiotik. Tyto enzymy pak bakteriím poskytují k antibiotikům rezistenci. Naším cílem je identifikovat mechanismy působení těchto destruktas a hledat jejich inhibitory, které pak mohou antibiotikům navracet jejich primární funkci.
Nukleasy jsou studovány již delší dobu pro jejich protinádorové účinky. Tento výzkum se dosud zabýval spíše živočišnými enzymy. V naší skupině studujeme enzymy z jiných zdrojů, jako jsou rostliny nebo bakterie. Tyto enzymy jsou studovány pomocí metod molekulární biologie a proteinového inženýrství. Biologické studie a krystalografické experimenty jsou realizovány ve spolupráci s Ústavem molekulární biologie rostlin, Ústavem fyziologie a živočišné genetiky a Biotechnologickým a biomedicínským centrem Akademie věd a Univerzity Karlovy ve Vestci (BIOCEV).
Proteiny účastnící se syntézy ladderánů v anammox bakteriích
Doposud ne příliš známé anammox bakterie (z angl. anaerobic ammonium oxidation) byly objeveny v polovině osmdesátých let a zdá se, že hrají významnou úlohu v koloběhu dusíku na Zemi. Anammox bakterie používají jako zdroj energie přímo amoniak, který přeměňují na plynný dusík, nepotřebují kyslík a místo, aby oxid uhličitý produkovaly, jej naopak spotřebovávají. Velice zajímavé jsou tím, že obsahují organelu zvanou anammoxosom, ve které je lokalizován energetický metabolismus. Membrána anammoxosomu je tvořena velmi zajímavými fosfolipidy, které mají kromě mastných kyselin navázané i velmi specifické lipidy - ladderány. Při zpracování amoniaku v anammoxosomu vzniká jako meziprodukt velmi reaktivní a toxický hydrazin, který je právě držen uvnitř organely pomocí ladderánů, které, na rozdíl od běžných mastných kyselin, propůjčují membráně nižší propustnost pro různé látky. Biosyntéza ladderánů doposud nebyla objasněna a je předmětem výzkumu.
Proteomika lipidových tělísek
Zajímáme se o lipidová tělíska a jejich životní cyklus, se zvláštním důrazem na charakterizaci proteinů asociovaných s lipidovými tělísky trvale či v rámci konkrétní etapy životního cyklu. Naším cílem je přispět k popsání průběhu a regulace životního cyklu těchto specializovaných organel a tím i k biotechnologickému využití jak samotných lipidových tělísek (produkce lipidů a biopaliv, degradace ropy, transportní a imobilizační systémy pro léčiva), tak s nimi asociovaných proteinů (fúzní kotvy pro průmyslové rekombinantní exprese proteinů). Jako modelové organismy používáme zástupce prokaryotní (mořská bakterie Alcanivorax borkumensis schopná odbourávat ropu) i eukaryotní (rostlina Arabidopsis thaliana a kvasinka Saccharomyces cerevisiae) říše.
