BNL graphics2A Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratórium tevékenységében alapvető szerepet játszik a fehérjékből felépülő önszerveződő szupramolekuláris rendszerek szerveződési és működési elveinek kutatása, a felismert törvényszerűségek bio- és nanotechnológiai alkalmazása. A flagellumok a baktériumok mozgásszervei, amelyek a sejtmembránba ágyazott nanomotorból, és a hozzá kapcsolódó, propellerként forgatott helikális filamentumból állnak. A flagelláris filamentumok a flagellin fehérje több ezer példányából épülnek fel. A flagellin önszerveződésre képes, megfelelő körülmények között kívánt méreteloszlású nanocsövek építhetők belőle. Megmutattuk, hogy a flagellin alegységek filamentumok felületén elhelyezkedő hipervariábilis D3 doménje helyére a polimerizációs képesség megzavarása nélkül helyére más fehérjék vagy peptidmotívumok génsebészeti módszerekkel beépíthetők. Munkánk egyik kiemelt irányvonala a flagellin fehérje különféle funkciókkal felruházott variánsainak alkalmazása előnyös tulajdonságú nanoszerkezetek létrehozására.

Ismert specificitású kisméretű kötőfehérjéket (pl. egydoménes antitesteket, kötőmotívumokat) a flagellin variábilis részébe beépítve olyan variánsokat hozunk létre, amelyek képesek egy adott célmolekula felismerésére és hatékony megkötésére. A módosított flagellinekből kívánt méretű, nagy felületi kötőhelysűrűségű nanorudakat építünk, amelyekből adott célmolekulák kimutatására alkalmas bioszenzorok érzékelőrétegei állíthatók elő. Környezetanalitikai alkalmazásokhoz a flagellin fehérjét úgy módosítottuk, hogy képes legyen a szennyező nehézfémionok (pl. Ni, Co, As) megkötésére, és ezáltal használható legyen azok detektálására. A variábilis domén módosításával vagy cseréjével egyaránt igyekszünk egyes fémionokra szelektív, illetve többféle szennyező együttes kimutatására alkalmas változatokat létrehozni. Olyan flagellin variánsokat is előállítottunk, melyek önszerveződő képességük megtartása mellett különféle sejtfelszíni receptorok kötőmotívumait tartalmazzák. Optikai hullámvezető szenzorok felületén az ezekből kialakított fehérjebevonatok lehetővé teszik rákos sejtek adhéziós tulajdonságainak és viselkedésének valós idejű tanulmányozását.

A D3 domén helyére olyan fehérjeszegmenseket is beépíthetünk, amelyek a mágneses baktériumokban meghatározó szerepet játszanak a magnetit nanokristályok képződésében. A mutáns flagellinekből nanoszálak hozhatók létre, amelyek felületükön periodikusan ismétlődő magnetit kötőhelyek ezreit tartalmazzák. Ezek a módosított filamentumok kedvező templát-felületet alkotnak mágneses vas-oxid kristálycsírák képződéséhez és növekedéséhez, ezáltal mágneses nanocsövek bioinspirált környezetbarát előállítására nyílik lehetőség.

A flagellin belsejébe a fluoreszcens GFP fehérjét beépítve jeladó tulajdonságú alegységek is előállíthatók. Megmutattuk azt is, hogy flagellin alapú polimerizációra képes enzimek hozhatók létre, amelyekből reményeink szerint a biokonverziós technológiákban előnyösen használható szupramolekuláris multienzim rendszerek konstruálhatók. Hosszú távú célunk, hogy a különféle tulajdonságokkal felruházott flagellin variánsok kombinált alkalmazásával multifunkcionális filamentáris nanoszerkezeteket építsünk.

A csoport sikeres kutatás-fejlesztési tevékenységének eredményeit több hazai szabadalom is tükrözi. A Bio-Nanorendszerek Kutatólaboratóriumot a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala 2014-ben Millenniumi Díjjal tüntette ki.