Ķīmiski modificēts mākslīgais zirnekļu zīds

Zirnekļu zīds ir bioloģiski saderīgs, bioloģiski degradējams, kā arī stiprs un elastīgs, kas to padara ļoti piemērotu biomateriālu izveidei. Tomēr zīda iegūšana no zirnekļiem liela mēroga rūpnieciskiem mērķiem nav iespējama un pašreizējās biotehnoloģiskās pieejas saskaras ar problēmām, kas saistītas ar zemu rekombinanto proteīnu iznākumu un grūtībām reproducēt dabisko šķiedru vērpšanas mehānismu.

Projekta mērķis ir izstrādāt jaunu metodi ķīmiski modificēta mākslīgā zirnekļu zīda iegūšanai biomimētiskā ceļā, kas balstīta uz biokonjugāciju ar polietilēnglikolu.

Projekta Nr.1.1.1.1/18/A/004
Projekta īstenošanas vietaOSI, Aizkraukles iela 21, Rīga
Projekta realizēšanas laiks01.06.2019. – 31.05.2022.
Projekta vadītājsProfesors Kristaps Jaundzems
Projekta kopējās attiecināmās izmaksas561 334,35 EUR

Publicēts 07.06.2019.

  • Veikts 3 gēnu sekvenču dizains, kuru pamatā ir trīs dažādu zirnekļa zīda proteīnu aminoskābju sekvences. Veikta gēnu klonēšana un ievietošana piemērotā vektorā.
  • Veikti rekombinanto zirnekļa zīda proteīnu ekspresijas pētījumi ar šīm 3 dažādajām proteīnu sekvencēm. Salīdzināti ekspresijas iznākumi un analizēti apstākļi, kādos notiek proteīnu dimerizācija.
  • Veikti proteīnu biokonjugācijas ar polietilēnglikolu pētījumi, izmantojot modeļsubstrātu – glutationu. Pētīta reakciju apstākļu ietekme uz biokonjugācijas efektivitāti.
  • Pētīta proteīna stehiometrijas un koncentrācijas ietekme uz biokonjugācijas efektivitāti, reakcijas veicot iepriekš identificētos optimālajos apstākļos un produktus attīrot.

Detalizētu informāciju par projektu skatīt – http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 06.12.2019.

  • Noteikta FlagSp un TuSp zirnekļa zīda proteīnu N-gala domēnu trīsdimensionālā struktūra, lai izprastu to strukturālās izmaiņas pārejā no šķīduma uz cietām šķiedrām un noteiktu optimālos apstākļus kontrolētas pārejas realizācijai. Balstoties uz struktūrām, noteikti aminoskābju atlikumi, kas varētu atbildēt par šo pāreju. Veikta attiecīgo aminoskābju atlikumu mutēšana, lai pierādītu to lomu.
  • Veikta zirnekļu zīda proteīnu biokonjugācijas eksperimenti iepriekš ar modeļsubstrātu (glutationu) identificētajos optimālajos apstākļos. Veikta dažādu analītisko metožu (hromatogrāfijas, masspektrometrijas, gēlu elektroforēzes) pielietojamības testēšana biokonjugācijas reakcijas kontrolei un iznākuma noteikšanai.

Detalizētu informāciju par projektu lūdzam skatīt – http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 06.03.2020.

  • Veikta lielapjoma ekspresija ar 3 gēnu konstrukcijām, kas testos deva augstāko ekspresiju E. coli. Raksturoti produkta zudumi dažādos attīrīšanas soļos. Noteikti precīzi rekombinanto proteīnu iegūšanas iznākumi.
  • Veikta zirnekļu zīda proteīnu biokonjugācijas apstākļu optimizācija, jo modeļsubstrāta (glutationa) gadījumā identificētie optimālie apstākļi nebija pietiekami efektīvi. Testēti dažādi reakcijā izmantotie reducējošie aģenti, to koncentrācija un pievienošanas laiks.

Detalizētu informāciju par projektu lūdzam skatīt – http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 05.06.2020.

  • Balstoties uz iepriekš projektā iegūtajiem rezultātiem, veikts 3 jaunu gēnu sekvenču dizains, kurās apvienotas daļas no dažādiem zirnekļu zīda proteīniem, kas iepriekšējos pētījumos uzrādīja ekspresijas iznākumu paaugstinošu efektu. Veikti to ekspresijas pētījumi un salīdzināti iznākumi. Veikta lielapjoma ekspresija un noteikti precīzi iegūšanas iznākumi.
  • Turpināta zirnekļa zīda proteīnu biokonjugācijas reakcijas optimizācija un reakcijas produktu analīzes metožu pielāgošana. Veikti biokonjugācijas eksperimenti ar plašāku zirnekļa zīda proteīnu konstrukciju klāstu, lai novērtētu to relatīvo reaģētspēju. Ievāktas dabiskās zirnekļa zīda šķiedras, lai pētītu to dabisko pārklājumu.
  • Jūnijā izsludināts iepirkums (OSI 2020/12 AK ERAF) par uz mikrofluīdikas pielietojuma balstītas mākslīgā zirnekļu zīda vērpšanas ierīces projektēšanu.
Detalizētu informāciju par projektu lūdzam skatīt - http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk. Publicēts: 04.09.2020.

  • Pētīta repetitīvās zirnekļa zīda proteīnu daļas garuma ietekme uz ekspresijas iznākumu. Ģenētiski konstruētas 4 pagarinātas gēnu konstrukcijas, kas pēc uzbūves tuvākas dabiskajiem zirnekļa zīda proteīniem. Ar tām veikti ekspresijas pētījumi un salīdzināti iznākumi. Divām konstrukcijām veikta arī lielapjoma ekspresija un noteikti precīzi iegūšanas iznākumi. Analizēti un aprakstīti iepriekšējo pētījumu par FlagSp zirnekļa zīda proteīna N-gala domēnu rezultāti un sagatavots publikācijas manuskripts.
  • Veikti pētījumi, lai identificētu ķīmiskās vielas, kas veido zirnekļu zīda šķiedru pārklājumu, ar mērķi vēlāk veidot analogu pārklājumu mākslīgajām šķiedrām biokonjugācijas ceļā. Pašu ievāktās, kā arī no citiem zinātniekiem iegūtās dabiskās zirnekļa zīda šķiedras mazgātas ar šķīdinātājiem un veikta nomazgātā vielu maisījuma analīze. Tāpat analizētas šķiedras pirms un pēc pārklājuma nomazgāšanas.
  • Noslēgts līgums par uz mikrofluīdikas pielietojuma balstītas mākslīgā zirnekļu zīda vērpšanas ierīces projektēšanu. Veikti zirnekļa zīda proteīnu šķīdumu viskozitātes mērījumi, kas nepieciešami šķiedru veidošanās modelēšanai un iekārtas dizaina pielāgošanai.
Informāciju par projektu lūdzam skatīt arī  - http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk. Publicēts: 04.12.2020.

  • Veikta lielapjoma zirnekļu zīda proteīnu iegūšana, ko izmantot zīda vērpšanas ierīces testēšanai. Turpināti pētījumi par repetitīvās zirnekļa zīda proteīnu daļas garuma ietekmi uz ekspresijas iznākumu. Pētīta cisteīna atlikuma, ko izmanto biokonjugācijā, novietojuma ietekme uz zirnekļu zīda proteīnu ekspresijas iznākumu. Ģenētiski konstruētas 2 gēnu konstrukcijas, kurās cisteīna atlikums novietots proteīna N-galā vai C-gala pirmspēdējā pozīcijā. Veikta FlagSp zirnekļa zīda proteīna N-gala domēna kristāla struktūras noteikšana, ko pievienot publikācijas manuskriptam.
  • Veikti biokonjugācijas reakcijas pētījumi, kā reaģējošo grupu reakcijā izmantojot dibrommaleimīdu. Izstrādāta biokojugācijas reakcijas produktu attīrīšanas metode.
  • Veikta mākslīgās zirnekļu zīda vērpšanas ierīces izstrāde. Testēti vairāki ierīces dizaina varianti, nosakot šķidrumu plūsmas īpašības.

Informāciju par projektu lūdzam skatīt arī  - http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 04.03.2021.

  • Izpētīta cisteīna atlikuma novietojuma ietekme uz zirnekļu zīda proteīnu ekspresijas iznākumu, nozīmīga ietekme netika novērota. Noslēgti pētījumi par zirnekļu zīda N-gala domēna un repetitīvās zirnekļa zīda proteīnu daļas garuma ietekmi uz ekspresijas iznākumu, kā rezultātā izvēlētas divas perspektīvākās konstrukcijas zīda šķiedru iegūšanai. Veikta papildus lielapjoma zirnekļu zīda proteīnu iegūšana, ko izmantot zīda vērpšanas ierīces testēšanai.
  • Veikti zirnekļa zīda proteīnu biokonjugācijas reakcijas pētījumi ar 8-roku polietilēnglikolu, tomēr novērotā efektivitāte bija zema. Lai noteiktu citas dabisko zirnekļa zīda šķiedru sastāvdaļas, pētīts no zirnekļiem savāktu šķiedru pārklājums un identificēti vairāki savienojumi tā sastāvā.
  • Veikta mākslīgās zirnekļu zīda vērpšanas ierīces testēšana un pielāgošana.
  • Sagatavota 1 zinātniskā publikācija, kas iesniegta žurnālā Journal of Biological Chemistry.

Informāciju par projektu lūdzam skatīt arī  - http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 04.06.2021.

  • Pētīta zirnekļa zīda proteīnu biokonjugācijas reakcijaar 8-roku polietilēnglikolu, kā rezultātā izdevies ievērojami uzlabot reakcijas iznākumu.
  • Apmeklēta  laboratorija  Stokholmā un, izmantojot viņu šķiedru vērpšanas iekārtu, iegūtas pirmās mākslīgās zirnekļu zīda šķiedras no mūsu proteīnu biokonjugātiem. Veikta iegūto šķiedru mehānisko īpašību raksturošana.

Informāciju par projektu lūdzam skatīt arī  - http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 03.09.2021.

  • Plašāk pētīta reakcijas izejvielu stehiometrijas ietekme uz reakcijas iznākumu. Noteikti optimālie biokonjugācijas reakcijas apstākļi un izejvielu daudzumi reakcijām ar 2-, 4- un 8-roku PEG.
  • Veikta jauna tipa mākslīgās zirnekļu zīda vērpšanas ierīces izveide un testēšana. Izdevies gandrīz pilnībā novērst kanālu aizsprostošanos.
  • Sagatavota publikācija par zirnekļu zīda proteīnu N-gala domēna spēju veidot hidrogēlus, kas tika negaidīti novērota eksperimentos. Publikācija iesniegta žurnālā Nature Communications.

Informāciju par projektu lūdzam skatīt arī  - http://nmr.osi.lv/lv/chemically-modified-artificial-spider-silk.

Publicēts: 03.12.2021.