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. Šī projekta mērķis ir izstrādāt jaunu metodi ķīmiski modificēta mākslīgā zirnekļu zīda iegūšanai biomimētiskā ceļā, kas balstīta uz biokonjugāciju ar polietilēnglikolu. Izstrādātajai metodei būtu vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar tīri biotehnoloģisku pieeju: tā atvieglotu rekombinanto zirnekļu zīda proteīnu (spidroīnu) ekspresiju baktērijās, jo nebūtu nepieciešams ekspresēt visus trīs spidroīnu domēnus saturošus proteīnus, būtu iespējams veikt spidroīnu šķērssaistīšanu, kā arī varētu viegli manipulēt ar materiālu īpašībām, mainot biokonjugācijas reakcijas apstākļus. Veiksmīga projekta īstenošana sekmēs vairāku Latvijas viedās specializācijas stratēģijā (RIS3) definēto jomu – biomedicīnas, medicīnas tehnoloģiju, biofarmācijas un biotehnoloģijas – attīstību. Projekta rezultāti varēs tikt izmantoti jaunu biomateriālu izstrādei ar potenciāli plašu pielietojumu biomedicīnā un nanotehnoloģijās, tādējādi sekmējot Latvijas tautsaimniecības transformāciju uz produktiem ar augstu pievienoto vērtību. Lai sasniegtu projekta mērķus, tiks veikts starpdisciplinārs pētījums, kas apvieno rūpnieciskos un fundamentālos pētījumus ķīmijas un bioloģijas zinātņu un materiālu inženierzinātņu nozarēs (nozaru klasifikācijas kodi 1.4, 1.6 un 2.5), jo īpaši bioorganiskās ķīmijas, molekulārās un strukturālās bioloģijas, biotehnoloģijas un materiālu zinātnes jomās. Projekts ir ar saimniecisko darbību nesaistīts, jo to individuāli īstenos zinātniska institūcija, veicot neatkarīgu pētniecību, lai gūtu vairāk zināšanu un labāku izpratni. (NACE kods 72.19). Projekta ietvaros tiks veiktas šādas aktivitātes: 1) pētījumi jaunu zināšanu iegūšanai un jaunu tehnoloģiju izstrādei; 2) pētījumu rezultātu izplatīšana, tai skaitā 2 zinātnisko rakstu publicēšana, prezentācijas 9 konferencēs un projekta mērķa grupas informēšana; 3) intelektuālā īpašuma tiesību nostiprināšana. Plānotās kopējās projekta izmaksas ir 561 334,35 EUR (ERAF – 57,8% jeb 324 451,23 EUR; valsts budžeta finansējums – 34,7% jeb 194 783,01 EUR). Īstenošanas vieta – Latvijas Organiskās sintēzes institūts (OSI). Plānotais projekta īstenošanas laiks ir no 2019. gada 1. jūnija līdz 2022. gada 31. maijam.

Projekta ieviešanas jaunumi

2019

11. martā līguma noslēgšana par projekta īstenošanu.
8. aprīlī publikācija “Ar zirnekļiem nav kā ar govīm” avīzē “Dienas Bizness”.
23. aprīlī Latvijas Radio 2 raidījumā “Nākotnes pietura” Fizikālķīmiķis Kristaps Jaudzems un stāsts par zirnekļa zīda radīšanu.
1. jūnijā uzsākām projekta īstenošanu. Vairāk info šeit.
27. septembrī piedalījāmies Eiropas Zinātnieku nakts pasākumā ar Zirnekļa tīkla laboratoriju. Vairāk info šeit.
27. novembrī publikācija “Pašmāju zinātnes rokzvaigzne cer drukāt ietvarus mākslīgajiem orgāniem” portālā DELFI.

2020

24. janvārī bioloģijas valsts olimpiādes dalībniekiem stāstījām par projektu un tajā sasniegtajiem rezultātiem. Vairāk info šeit.
27. februārī Radio Naba raidījumā “Zinātnes vārdā” Zirnekļu tīklu un 3D attēlu ķīmija.
10. martā prezentācija “Spider silk: from basic research to artificial fibres” somu uzņēmumu un pētniecības iestāžu pārstāvju vizītes laikā, ko organizēja Latvijas Investīciju un attīstības aģentūra (LIAA)
1. jūnijā publikācija žurnālā “Doctus” Ar skatu nākotnē

2021

15. aprīlī prezentācija “Artificial spider silk – its potential as a biomaterial” konferencē “Deep Tech Atelier 2021“.
30. aprīlī piedalījāmies Eiropas Zinātnieku nakts pasākumā ar Zirnekļa tīkla laboratoriju . Vairāk info šeit.
14. septembrī prezentācija “Spider silk: from NMR structural studies to mechanism of formation and artificial fibres” Eiropas Pētniecības infrastruktūru konsorcija Instruct-ERIC organizētajā vebinārā.
26. novembrī piedalījāmies Izglītības un zinātnes ministrijas organizētajā tiešsaistes pasākumā 9.-12. klašu skolēniem “Zinātne Zoomed In 2”, kurā prezentājām un stāstījām par mākslīgo zirnekļa zīdu un pētījumiem projektā.

2022

25. martā žurnālā Advanced Functional Materials tika publicēts mūsu pētījums Engineered Spider Silk Proteins for Biomimetic Spinning of Fibers with Toughness Equal to Dragline Silks.
7. aprīlī žurnālā Journal of Biological Chemistry tika publicēts mūsu pētījums The dimerization mechanism of the N-terminal domain of spider silk proteins is conserved despite extensive sequence divergence
19.-20. maijā piedalījāmies Instruct Biennial Structural Biology konferencē, kas notika Utrehtā, Nīderlandē, ar stenda referātu “Structural and mechanistic studies of spider silk formation”.
14. jūnijā žurnālā Frontiers in Molecular Biosciences tika publicēts mūsu pētījums Solution Structure of Tubuliform Spidroin N-Terminal Domain and Implications for pH Dependent Dimerization
15.-17. jūnijā piedalījāmies konferencē Chemical Sciences in Biological Challenges, kas notika Kuopio, Somijā, ar prezentāciju “Solution and solid-state NMR for studying protein aggregation mechanisms”.
15. augustā žurnālā Nature Communications tika publicēts mūsu pētījums Spidroin N-terminal domain forms amyloid-like fibril based hydrogels and provides a protein immobilization platform
26. augustā publikācija “Neparastie biomateriāli – Latvijā izstrādā medicīnā izmantojamu zirnekļa zīda gēlu” portālā DELFI.
31. augustā projekts noslēdzās un tika iesniegta projekta gala atskaite.