Lendületesek: Szilágyi István
A vegyipar minden ágában alkalmaznak enzimeket, amelyek eddig főként élő szervezetekből származtak. Ezekkel azonban számos technikai, illetve szabályozási probléma van, így nagy az igény a helyettesítő molekulák kifejlesztésére. Szilágyi István, az MTA doktora, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének docense, az MTA-SZTE Lendület Biokolloidok Kutatócsoport vezetője a Lendület Program támogatásával úgynevezett nanozyme-okat (vagyis enzimhatású nanorészecskéket) szeretne kifejleszteni, amelyek a jövőben forradalmasíthatják az összes enzim katalizálta ipari eljárást.
Szilágyi IstvánA nanozyme-ok (amelyek nevét a nano- és az enzim angol megfelelőiből képezték) olyan nanoméretű biokatalizátorok, amelyek egyfázisú nanorészecskeként képesek az enzimműködést utánozni. Természetes enzimeket számos ipari szektorban alkalmaznak katalizátorként, de vannak hátrányaik is: nagyon érzékenyek, könnyen denaturálódhatnak a hőmérséklet-, pH- vagy nyomásváltozás hatására, és ilyenkor elveszítik az aktivitásukat. Az utóbbi időszakban ezért egyre nagyobb igény mutatkozik a természetes enzimek kiváltására, és a nanozyme-ok alkalmasak e célra.
„Már régen elkezdődtek az enzimutánzó anyagok kifejlesztését célzó kutatások. 2007-ben fedezték fel az első peroxidáz-mimikáló nanozyme-ot. E szervetlen nanorészecskéknek hasonló katalitikus tulajdonságaik vannak, mint a természetes enzimeknek, így helyettesíthetik őket – mondja Szilágyi István. – A természetes enzimekkel az az egyik probléma, hogy sokszor génmódosított szervezetekből származnak, márpedig ezek használatát a különböző hatóságok is sokszor tiltják. Így verseny indult el a hatékony mesterséges enzimek megtalálása érdekében.”
A nanozyme-kutatás a kémia és az anyagtudomány egyik forró területe.
A brit Királyi Kémiai Társaság folyóiratának különszáma szerint immár 35 ország 400 kutatócsoportja foglalkozik nanozyme-okkal. Az MTA-SZTE Lendület Biokolloidok Kutatócsoport így egy rendkívül kompetitív tématerületen vetette meg a lábát. Szilágyi Istvánnak ez már a második győztes Lendület-pályázata, hiszen 2018-ban már elnyerte a program támogatását, amikor hazaköltözött a Genfi Egyetemről. A kutatócsoport-vezető egyik idén végzett PhD-hallgatója, Nizar Alsharif olyan jelentős felfedezéseket tett az elmúlt években a nanozyme-ok terén, amelyek alapot szolgáltattak az újabb Lendület-pályázathoz. Nizar a Lundi Egyetemen nyert el egy posztdoktori pozíciót, márpedig Szilágyi István szerint a kolloid- és felületi kémiában a Lundi Egyetem a világ egyik legtekintélyesebb kutatóhelye. Örömteli dolog, hogy a hazai utánpótlás is rendkívül ígéretes. Például Viczián Dániel, aki Nizarral dolgozott együtt középiskolás diákként az utóbbi másfél évben ezen a tématerületen, áprilisban nagydíjat nyert a Tudományos Diákkörök Kárpát-medencei Konferenciáján, az Országos Tudományos Diákköri Konferencia döntőjén pedig különdíjat kapott egyetemisták között versenyezve.
Az új Szilágyi LaboratoryLendület-kutatócsoport már csak nanozyme-okkal foglalkozik. Korábban még csak antioxidáns hatású nanozyme-okat kutattak, amelyek reaktív oxigénrészecskéket tudnak bontani, illetve csökkenteni tudják az oxidatív stresszt. A következő években azonban már olyan nanozyme-okat igyekeznek majd kifejleszteni, amelyek többféle enzimet is utánozni tudnak. Létezik ugyanis olyan nanozyme-család, amely a hidrolitikus hatású enzimek aktivitását utánozza. Ezek például az izocukorgyártásban játszhatnak jelentős szerepet a jövőben. Az izocukrok a leggyakrabban alkalmazott édesítőszerek. Ezeket jelenleg két lépésben gyártják: először kukoricakeményítőt hidrolizálnak amiláz enzimmel, majd ezután izomeráz enzimek segítségével katalizálják a glükóz-fruktóz átalakulást. Elméletileg lehetséges lenne ezt a két enzimet egy kompozit nanozyme-mal helyettesíteni. Ehhez találni kellene egy amiláz és egy másik izomeráz aktivitású nanozyme-ot, majd a kettőt kompozitrészecskévé kellene összeépíteni.
Szilágyi István kutatócsoportjával„A kedvenc példám a sörgyártás. A papain enzimet a fehérjék szétdarabolására használják a sörgyártás során. Csakhogy a folyamatban hidrogén-peroxid is jelen van, amit egy másik, peroxidáz enzim használ fel – folytatja Szilágyi István. Viszont a papain a peroxidáz enzimet is szétdarabolja, ha hozzáfér, így együttes alkalmazásuk nehézkes. – Ha tehát összeraknánk egy proteáz és egy peroxidáz aktivitással is rendelkező nanozyme-ot, akkor olyan multifunkcionális nanozyme-kompozitot kapnánk, amely mindkét enzimatikus funkciót el tudná látni.”
A kutatócsoport fő célja tehát a multifunkciós nanozyme-kompozitok kifejlesztése.
Nemcsak az iparban lehetne ezeket használni, hanem például a gyógyászatban is.
Kezelni lehetne velük például gyulladásos betegségeket, hiszen nagy szükség lenne olyan széles spektrumú, antioxidáns hatású anyagokra, amelyek stabilisak és hatékonyak az élő szervezetekben uralkodó körülmények között Szilágyi István elmondta, hogy a második Lendület-csoport munkájának elindítása sokkal egyszerűbb volt, mint 2018-ban az első csoportjáé. Akkor, 8 és fél éves svájci kutatómunka után mindent a nulláról kellett kezdeni Szegeden, be kellett szerezni a kutatási infrastruktúrát, és toborozni kellett új embereket is. A második csoport indulásakor azonban már szinte minden adott volt, így azonnal elkezdődhetett a kutatás.
A világon nanozyme-okat vizsgáló kutatócsoportok között vannak enzimkatalízissel foglalkozó cégek berkein belül működő laboratóriumok is, így a kutatásvezető feltételezi, hogy a közeljövőben egyre több nanozyme-alapú, iparilag hasznosítható termék is megjelenik. Szilágyi István hangsúlyozza, hogy ők felfedező kutatást folytatnak, bár közelítenek az alkalmazott kutatás felé. A használható termék megszületéséhez azonban mindenképpen ipari partnerek vagy kutatóintézetek bevonására lesz szükség.
„Az enzimek a leghatékonyabb katalizátorok, vagyis az enzimek által katalizált folyamatoknál jobbat nagyon nehéz csinálni. Ezért enzimeket a vegyipar legtöbb alkalmazási területén használnak, az élelmiszeripartól kezdve a gyógyszeriparon keresztül az olajiparig – érvel Szilágyi István. – Vagyis óriási lehetőségek állnak a natív enzimeket helyettesítő anyagok előtt. Hosszú távon a nanozyme-ok mindenhol meg fognak jelenni, ahol ma természetes enzimeket használnak.”
A témához kapcsolódó cikkeink
Lendületesek: Németh Tamás
Az autoimmun hátterű ízületi gyulladások, például a rheumatoid arthritis, hatvan-nyolcvanezer ember életét keserítik meg Magyarországon. Németh Tamás, a Semmelweis Egyetem Élettani Intézet, valamint Reumatológiai és Klinikai Immunológiai Tanszék docense, az MTA–SE Lendület Transzlációs Reumatológiai Kutatócsoport vezetője szerint rajtuk úgy lehet a legjobban segíteni, ha új támadási célpontokat azonosítunk a jövőbeli gyógyszerek számára. Egy ilyen szempont lehet a szinoviális fibroblaszt nevű sejt, amelynek jelátviteli folyamatait igyekszik feltérképezni a kutatócsoport.
Lendületesek: Koltai Júlia
Bár az online tér a való világtól merőben különbözőnek tetszik, az emberek internethasználatában mégis felfedezhetők az offline társadalomban meglévő struktúrák. A különböző társadalmi csoportokhoz tartozó, különböző hátterű emberek eltérő módon használhatják a digitális eszközöket. Sőt, eszközhasználatuk vizsgálatával akár a társadalomról magáról is következtetéseket vonhatunk le. Koltai Júlia Anna, a Társadalomtudományi Kutatóközpont tudományos főmunkatársa, az MTA–TK Lendület Digitális Társadalomtudomány Kutatócsoport vezetője a Lendület Program támogatásával a társadalmi struktúrákat és egyenlőtlenséget vizsgálja a digitális adatok tükrében.
Lendületesek: Horváth Sándor
Bár a szocializmus munkakultúráját áthatotta a mellékes állások bonyolult rendszere, e jelenség társadalmi hatásait és történeti kontextusát ez idáig meglepően kevéssé kutatták. De az 1956-os forradalomban jelentős szerepet vállaló munkástanácsok történetét sem tárták még fel behatóan. Így a Horváth Sándor, a Bölcsészettudományi Kutatóközpont Történettudományi Intézet Jelenkortörténet osztályának vezetője által irányított MTA-BTK Lendület Munkaformák Kutatócsoport tervezett kutatóprogramja valóban hiánypótló eredményeket hozhat.
Lendületesek: Giuseppe Habib
A nemlineáris dinamikában ma is számos megoldatlan problémával találkozhatunk. Például nagyon nehéz a jelenleg rendelkezésre álló eljárások segítségével meghatározni, hogy egy rendszer mennyire lesz robusztus, vagyis hogyan fog ellenállni az őt az egyensúlyi állapotából kimozdítani igyekvő zavarásoknak. Giuseppe Habib munkatársaival e téren fejleszt új eljárásokat a Lendület Program támogatásával.
Lendületesek: Kállay Mihály
A kvantumkémiai számítások esszenciálisak a modern kémiában, hiszen általuk a molekulák és a reakciók megannyi energetikai jellegzetessége kiszámítható, előre jelezhető. Csakhogy e számítások hatalmas számítástechnikai kapacitást igényelnek, és a nagyobb molekulák esetén szó szerint az idők végezetéig tarthatnak. Ezért az MTA-BME Lendület Kvantumkémiai Kutatócsoport Kállay Mihály egyetemi tanár, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék vezetőjének irányításával olyan „trükkös” módszereken dolgozik (analóg módon például a nagy digitális fotók tömörítésével), amelyek révén e számítási idő drasztikusan csökkenthető.
Lendületesek: Lőrincz Péter
A sejtekben zajló egyik legalapvetőbb folyamat a környezetből felvett külső, illetve a selejtezésre ítélt belső anyagok lebontása. Mindkét folyamat a lizoszómákban megy végbe, az ehhez kapcsolódó anyagszállítás pedig membránnal határolt hólyagok, vezikulák közvetítésével történik. Lőrincz Péter, az ELTE Anatómiai, Sejt- és Fejlődésbiológiai Tanszék adjunktusa, az MTA-ELTE Lendület Vezikuláris Transzport Kutatócsoport vezetője és munkatársai ezt a vezikuláris transzportot kutatják az ecetmuslica sejtjeiben a Lendület Program támogatásával.
Lendületesek: Csörgő Bálint
A kórokozó baktériumok genomjában sok olyan génszakaszt találhatunk, amelyek egykoron baktériumokat fertőző vírusok, vagyis fágok révén kerültek oda. E szakaszokat hívjuk profágoknak. Vannak olyan profágok, amelyek a gazdabaktériumot számára kifejezetten előnyös tulajdonságokkal, afféle „szupererővel” ruházzák fel, például növekszik tőlük a fertőzőképessége. Csörgő Bálint, az MTA-SZBK Lendület Géntechnológiai Kutatócsoport vezetője és munkatársai azt remélik, hogy a Lendület Program támogatását élvező, profágokkal kapcsolatos kutatómunkájukkal hozzájárulhatnak a bakteriális fertőzések és az antibiotikum-rezisztencia legyőzéséhez.
Lendületesek: Lázár Viktória
A 21. század egyik legnagyobb orvosi kihívását szinte bizonyosan az antibiotikumokra rezisztens baktériumtörzsek elleni küzdelem fogja jelenteni. Mára számos olyan baktériumcsoport fejlődött ki, amely több (vagy akár a legtöbb) ismert antibiotikumnak ellenáll, így az eddig bevett terápiák hatástalanok ellene. Az MTA Lendület Program támogatásával Lázár Viktória a Szegedi Biológiai Kutatóközpontban alapított kutatócsoportjával olyan új, fenntartható antimikrobiális kombinációs kezelési stratégiákat térképez fel, amelyek lassítják az antibiotikum-rezisztencia kialakulását és terjedését.
Lendületesek: Dénes Ádám
A központi idegrendszer különleges hely az immunrendszer számára: minthogy az immunválasz, különösen a gyulladásos reakciók hatalmas károkat okozhatnának az idegszövetben, a legtöbb immunsejt számára tiltott területnek számít az agy. De van egy immunsejttípus, a mikroglia, amely jelen van az agyszövetben, sőt funkciója túlnyúlik a klasszikus immunműködésen. A feltételezések szerint számos neurológiai betegség kialakulásában lehet szerepe. Ezt kutatja a Lendület Program támogatásával Dénes Ádám a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben (KOKI).
Lendületesek: Kovács András
Alig van nehezebben vizsgálható jelenség az univerzumban a sötét energiánál, ami talán még a sötét anyagnál is jobban rejtőzködik kutatómódszereink elől. Mégis erre vállalkozik Kovács András, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) munkatársa, az MTA-CSFK Lendület Nagyskálás Szerkezet Kutatócsoport vezetője, aki korábban már számos globális égboltfelmérő kollaborációban részt vett, és lendületes kutatásai során használ majd chilei és a Kanári-szigeteken található obszervatóriumok által szolgáltatott, sőt űrtávcsőről származó adatokat is.
Lendületesek: Csonka Szabolcs
Bár elméletben a szupravezető áramkörök jelentősen növelhetnék a szuperszámítógépek erejét, a kutatások technikai problémák miatt évekkel ezelőtt megrekedtek. Ezen igyekszik változtatni a Csonka Szabolcs, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizika Tanszékének docense által vezetett Lendület-kutatócsoport, amely nanoméretű áramköröket fejleszt. Kutatásaik hozzájárulhatnak az igazán hasznos kvantumszámítógépek megjelenéséhez is.
Lendületesek: Berkesi Márta
A légköri szén-dioxid egy része – amelynek mennyisége nem ismert – a föld mélyéből származik. A Berkesi Márta, a Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet tudományos főmunkatársa vezetésével alakult Lendület-kutatócsoport e jelenséget vizsgálja, méghozzá az ásványokba zárt, úgynevezett fluidumcseppecskék, vagyis folyadék- és gázzárványok kutatása segítségével. Ezek az alig néhány mikronos zárványok féltve őrzik hajdani kémiai környezetük csapdába ejtett lenyomatait. Berkesi Márta és kutatócsoportja eredményei révén jobban megérthetjük, hogy a földtani eredetű szén-dioxid milyen szerepet játszik az atmoszférikus szén-dioxid-koncentráció kialakulásában.
Lendületesek: Gyuranecz Miklós
A védőoltások az állati kórokozókkal szembeni védekezésben pontosan ugyanolyan fontos szerepet játszanak, mint az emberi járványok elleni harcban. Gyuranecz Miklós, az Állatorvostudományi Kutatóintézet tudományos tanácsadója, a Lendület Program egyik nyertese kutatócsoportjával a Mycoplasma hyorhinis kórokozó ellen fejleszt vakcinát, miközben kutatásaiknak köszönhetően magáról az organizmusról is sokkal többet fogunk tudni. Ez a Mycoplasma a malacokat fertőzi meg, gyulladásokat vált ki bennük, aminek hatására nem fejlődnek megfelelően, és így romlik a hústermelés hatékonysága. Vagyis a Lendület-kutatásnak egyszerre lesz állategészségügyi és gazdasági haszna is.
