Vilniaus universitetas

Proteomikos centras

Lietuvos biochemiku draugija


Orai Vilniuje

Bioanalizės skyrius

Veikla

Mokslinių tyrimų kryptis – elektronų transporto tyrimas baltymuose bei biosensorių ir bioanalitinių sistemų kūrimas.

Moksliniai tyrimai susiję su įvairiomis oksidoreduktazėmis, jų pritaikymais bioanalitinėse sistemose.
Oksidoreduktazių mediatorinių procesų tyrimai:

Tiriamos ir kuriamos efektyvios oksidoreduktazių kofaktorių regeneracijos schemos bei jų panaudojimas biokonversijos sistemose. Pavyzdžiui, metilintas azopiridinas panaudotas elektrocheminei dehidrogenazių kofaktorių reoksidacijai.

Biokatalizinių nanokompozitų sintezė ir tyrimai:
• Metalų, anglies ir jų oksidų nanodarinių sintezė
• Heterogeninių fermentinių sistemų formavimas naudojant nanodarinius
• Biokatalizinių nanokompozitų veikimo tyrimai ir panaudojimas substratų konversijai


Biosensorinių analizinių sistemų konstravimas ir taikymas:
Su tam tikromis ligomis susijusių medžiagų (cheminių, metabolitų, baltymų) bioelektrokatalizinių analizės įrankių kūrimas. Sukurtų įrankių taikymas medicinos, maisto bei pramonės technologijose.


Daug darbų buvo atlikta su  mažai ištirta oksidoreduktazių grupe – nuo pirolochinolinchinono (PQQ) priklausomų fermentų grupe. Tai neseniai atrastos dehidrogenazės, kurios katalizuoja daugelio alifatinių alkoholių, cukrų ir aminų oksidaciją. Šio proceso natūralus elektronų akceptorius yra ląstelės citochrominė sistema arba ubichinonai. Buvo ištirti šių fermentų veikimo dėsningumai bei, pakeičiant natūralų elektronų akceptorių sintetiniu elektrochemiškai aktyviu junginiu, sukurtos naujos biosensorinės sistemos (Laurinavičius ir kt., 1999; Razumienė ir kt., 2000).

 Skyriuje buvo vykdomi tyrimai, ieškant naujų elektronų akceptorių, kurie galėtų sėkmingai atlikti gamtinių akceptorių vaidmenį (Laurinavičius ir kt., 2002). Tyrinėjant PQQ-priklausomų fermentų (tirpių ir membraninių ADH ir GDH) veikimo ant elektrodinių medžiagų savybes, pirmą kartą nustatyta, kad galimas ir tiesioginis elektronų transportas tarp elektrodų ir fermentų aktyvių centrų (Laurinavičius ir kt., 2002; Razumienė ir kt., 2006).

 Biokatalizinių procesų tyrimui spausdinto montažo technologijos būdu buvo sukurti skirtingi anglies paviršiai, ant kurių suformuoti fermentiniai sluoksniai

Nustatyti šių sistemų kinetiniai parametrai leido įvertinti elektrodinės medžiagos savybių įtaką bioelektrokataliziniams procesams ir sukurti keletą biosensorinių sistemų. Tai atvėrė galimybes derinti reikiamas fermentų ir elektrodinių medžiagų savybes ir kurti selektyvias mono- ir polifermentines amperometrines analizines sistemas (Razumienė ir kt., 2005).

Kita kryptis, kurioje buvo pradėti moksliniai tyrimai – fermentų kaip žymenų panaudojimas amperometrinėje analizėje. Šiose analizinėse sistemose buvo svarbu sėkmingai išsaugoti ir labai jautriai nustatyti naudojamų fermentų aktyvumą. Pirmą kartą, panaudojant PQQ-ADH arba PQQ-GDH ir biotiną, buvo susintetinti jų konjugatai, kurie sėkmingai naudojami kaip fermentiniai žymenys amperometrinėje imunoanalitikoje.

 Dar viena tema – optinių bioanalitinių sistemų kūrimas. Sukurti optiniai polifenolių biojutikliai, kurių jautrusis elementas - skaidrus porėtas silikatinis zol-gelis su imobilizuota lakaze. Toks biogelis „atpažįsta“ kancerogeninius polifenolius tiriamojoje terpėje „gelsdamas“ arba „rausdamas“. Spalvos kitimas stebimas vizualiai arba spektrometru. Aukštas lakazės fermentinis aktyvumas leido susintetinti naują elektrochemiškai aktyvų polimerą – poliarbutiną, tinkamą naujų elektrocheminių biojutiklių kūrimui. Lakazės fermento panaudojimo galimybės buvo tiriamos bendradarbiaujant su Moltech Corporation (JAV, Arizona) ir Sirakūzų universitetu (JAV) 1996 – 2000 m.

Prieš penkiolika metų buvo paskelbti pirmieji darbai apie lux genais modifikuotų bakterijų panaudojimą biojutiklių kūrime. Ilgainiui paaiškėjo, kad bakteriniai biojutikliai, kurie buvo tiriami ir Bioanalizės skyriuje, yra lėti, nepakankamai jautrūs, o jų veikimas nestabilus. Šie nestabilumai (osciliacijos ar fluktuacijos) yra tam tikras informacijos šaltinis apie bakterijų erdvinę-laikinę savitvarką. Tolimesnių tyrimų tikslas buvo „įdarbinti“ švytinčias bakterijas mokslo srityje, besiribojančioje su fizika, matematine statistika ir hidrodinamika (Šimkus ir kt., 1999). Paaiškėjo, kad bioliuminescencijos signalo nestabilumus sąlygoja biokonvekcija švytinčių ląstelių kultūrose. Biokonvekcija kokybiškai aiškinama taip: ląstelės juda deguonies link (aerotaksis) ir kaupiasi šalia deguonies šaltinio; taip suformuotos bakterijų sankaupos yra nestabilios – jos grimzta žemyn, pavyzdžiui, dėl savo svorio. Eksperimentiniai tyrimai parodė, kad minėtos sankaupos yra dinaminės struktūros, primenančios grandinėle išdėstytus „sūkurius“ (Šimkus ir kt., 2006). Paaiškėjo, kad bakterijos, patekusios į jų pačių suformuotą „sūkurį“, grimzta žemyn greičiais, dešimtis kartų viršijančiais tuos, kuriuos galėtų sąlygoti sunkio jėga. Gautos struktūros primena sūkurių kristalus (vortex crystals) elektronų plazmoje. Tikėtina, kad minėtas dinaminių sistemų panašumas leis artimiausiu metu teoriškai aprašyti „sūkurių kristalus“ ir ląstelių kultūrose.