Kutatás - Biofizika Intézet - Molekuláris, Szubcelluláris és Mikrobiális Biofizika Kutatóegység

MOLEKULÁRIS, SZUBCELLULÁRIS ÉS MIKROBIÁLIS
BIOFIZIKA KUTATÓEGYSÉG

Fehérje Biofizika Kutatócsoport
ZIMÁNYI László - kutatóegység-vezető, tud. tanácsadó
Membrán Biofizika Kutatócsoport
PÁLI Tibor - kutatócsoport vezető, tud. tanácsadó
Mikrobiális Biotechnológia Kutatócsoport
RÁKHELY Gábor - kutatócsoport vezető, tud. főmunkatárs
Femtobiológia Kutatócsoport
GROMA Géza - csoportvezető, tud. főmunkatárs

MOLEKULÁRIS, SZUBCELLULÁRIS ÉS MIKROBIÁLIS BIOFIZIKA

A szerveződés különböző szintjein – az egyes fehérjéktől a sejtszervecskéken (pl. membrán-rendszereken) át a mikrobiális sejtekig – tapasztalható lenyűgöző összetettség bújik meg az élő rendszerekre jellemző sokszínűség, változatosság és hatékonyság mögött. A Molekuláris, szubcelluláris és mikrobiális biofizika kutatóegységben az atomi szint alatti és az atomi jelenségeket, mint például az elektron- és iontranszportot, a kémiai kötések és az azoknál gyengébb, de hasonlóan fontos nem-kémiai kölcsönhatások kialakulását és felbomlását, molekulák kölcsönhatását a fénnyel és az energia átalakítását, a molekuláris szintű mechanikai mozgásokat, stb. tanulmányozzák. Ehhez a biofizikai módszerek széles skáláját kombinálják a molekuláris biológia eszköztárával, helyspecifikus mutánsok létrehozásával, továbbá elméleti modellezéssel. Vizsgálják fehérjék kölcsönhatásait, különös tekintettel az autokatalitikus reakciókra, fehérjék és polipeptidek kölcsönhatását a membránok lipidjeivel, valamint a membránfehérjék spontán feltekeredését (természetes, membránbeli szerkezetük kialakulását). A molekuláris eseményekről szerzett ismereteiket a baktériumsejtek szintjén hasznosítják a bioremediáció és a bioüzemanyagok előállíthatóságának gyakorlati kérdéseiben. Ugyancsak tanulmányozzák az egyes fehérjék és félvezető fotonikus kristályok kombinálásával előállított minták biológiai fizikáját, szem előtt tartva esetleges biofotonikai vagy bioelektronikai alkalmazási lehetőségeiket.

Az elektrontranszfer és iontranszfer kinetikája és energetikája mind szolubilis, mind membránfehérjékben áll a Fehérje biofizika kutatócsoport érdeklődésének középpontjában. A különböző redox és “színes” (fényelnyelő kromofórral rendelkező) fehérjéken felhalmozott ismereteik alapján vizsgálják a fehérjék biofotonikus és bioelektronikai tulajdonságait is porózus szilícium fotonikus kristályok belsejében. A transzmembrán, két hemet tartalmazó, elektrontranszfert végző citokróm b561 fehérjék családja, különös tekintettel a család két, feltehetőleg tumor-szuppresszor funkciójú tagjára a másik fő érdeklődési területük. Tekintettel arra, hogy az esetek többségében ezeknek a fehérjéknek az élettani funkciója sem ismert, és a fehérjecsalád egyetlen tagjának van csak meg a röntgenkrisztallográfiás szerkezete, homológia modellezéssel, valamint az ezen membránfehérjék vad típusú, illetve helyspecifikus mutánsain elvégzett szerkezeti-működési vizsgálatokkal haladnak a fehérjecsalád jelentőségének jobb megismerése felé. A biológiai anyagokban felismert eddigi legegyszerűbb autokatalitikus reakciók a Thiocapsa roseoperesicina Hyn hidrogenázának aktivációs és katalitikus ciklusában lépnek fel. Ezek vizsgálata a kutatócsoportban jóval túlmutat a hidrogén protonra és elektronra való bontásának enzimatikus mechanizmusán, hiszen pl. a prionbetegségek hátterében is autokatalitikus reakciók állnak.

A kutatócsoport atomerő mikroszkópiás laboratóriumában, szoros együttműködésben a Vér-agy gát élettana és kórélettana kutatócsoporttal, az agyi mikrokapillárisok felszínét alkotó endotél sejtréteg különböző fizikai (mechanikai) tulajdonságait vizsgálják. Az atomerő mikroszkóp lehetővé teszi a sejtek plasztikai tulajdonságainak, a sejtek közötti erőhatásoknak a vizsgálatát, azonosítván az áteresztőképességet meghatározó tényezőket, azaz hogy hogyan reagál a réteg pl. metasztázisos tumorsejtek inváziójára.

A különböző hidrogenázok, valamint nitrogenázok szerepe egyes baktériumok energiaháztartásában, a hidrogén-anyagcserében, ennek szabályozása, molekuláris mechanizmusa és anyagcsere-kapcsolódásai a Mikrobiális biotechnológia kutatócsoport egyik érdeklődési területe. Másik kutatási témájuk különböző mikróbáknak az anyagcseréje olyan lehetséges biotechnológiai alkalmazások céljából, mint bioüzemanyagok előállítása, veszélyes anyagok biológiai lebontása, a fény energiájának felhasználásával vagy fermentációval, illetve a kettő összekapcsolása útján. Kísérleti eszköztáruk a kémiai, mikrobiológiai, metagenomikai technikáktól a molekuláris biológiáig, funkcionális genomikáig és a biofizikáig terjed.

Az ultragyors jelenségek köre maga is egy önálló tudományterület, ez Groma Géza csoportjának a specialitása. E csoport a fluoreszcencia nagyon gyors lecsengésének vizsgálatával a jelzőmolekulák környezetének, azaz a biológiai közeg finomszerkezetének jellemzését is végzi.

A Membrán biofizika kutatócsoportot elsősorban a membránfehérjék lipidekkel történő funkcionális kölcsönhatásai, a fehérjék (és peptidek) membránbeli spontán felgombolyodása érdekli. Ezenkívül vizsgálják a vakuoláris proton-ATPáz enzim transzmembrán molekuláris motorjának szerkezetét, működésének részleteit. Spektroszkópiai és kalorimetriás módszerek széles tárházát kombinálják elméleti modellezéssel az alfa helikális és a béta hordó szerkezetű fehérjék (fehérje szegmensek) membránba való beépülésének megértésére. A folyamat modellezése során figyelembe veszik a polipeptid lipidekkel és oldószerrel való kölcsönhatását, miközben a modellezéshez használt paramétereket kísérleti adatokból származtatják.