Molekularno tkanje

Avtorja:

Miha Černe, 4.a, Jaka Grbac, 4.a

Mentorji:

Alenka Mozer – Gimnazija Vič; dr. Roman Jerala – Kemijski inštitut; dr. Andrej Brodnik – Fakulteta za računalništvo in informatiko UL

Ključne besede:

proteinska mreža, bionanomateriali, generiranje, samosestavljanje

Povzetek:

Naravni proteinski nanomateriali presegajo materiale, ki jih je naredil človek, po kompleksnosti. Nadzorovanje strukture samosestavljivih materialov v svetu nanodelcev bi nam omogočilo razvoj novih pametnih materialov. Modularni proteini, ki temeljijo na strukturi obvite polipeptidne vijačnice, se lahko uporabijo za izgradnjo različnih nanomrež z nastavljivimi lastnostmi. Na Kemijskem Inštitutu ekipa znanstvenikov pod vodstvom dr. Romana Jerale raziskuje modularne mreže; ekipa je porabila veliko časa in truda za iskanje stabilnih geometrij mrež. Kot razvijalca programov sva jim ponudila pomoč, in sicer je bilj cilj najine naloge avtomatizirati postopek iskanja geometrij in zgraditi podatkovno bazo stabilnih proteinskih mrež.

Implementacija algoritma, ki išče stabilne rešitve, je bila ključna. Modelirala sva 2D kvadratna in trikotna tlakovanja mrež kot usmerjen graf, na katerega sva polagala tri različne modularne proteinske verige in tako pridobivala rešitve. Rešitev je stabilna, če je na vsaki povezavi par povezanih segmentov in v ogliščih ni več kot dveh koncev verig. Kot izhodni podatek program vrne parametre, potrebne za konstrukcijo verig gradnikov. Zaenkrat je program našel 10 različnih stabilnih mrež v eni uri, ta številka pa se bi morala z nadaljnjim razvojem močno povečati. Iz podatkovne baze tako pridobljenih mrež lahko raziskovalci izberejo tisto, katere lastnosti najbolj ustrezajo njihovim zahtevam. Takšne mreže z integriranimi biokatalitskimi spojinami bi lahko uporabili za proizvodnjo katalitskih površin. Proteinski nanomateriali bi lahko predstavljali biorazgradljive alternative nekaterim trenutno uporabljenim materialom v prehrambni, farmacevtski industriji ter medicini.