Flagellin alapú mágneses nanocsövek létrehozása (szerződés megszűnt)
Title in English
Creation of flagellin based magnetic nanotubes (contract terminated)
Keywords in Hungarian
flagellin, önszerveződés, filamentáris nanoszerkezet, vaskötő fehérje, mágneses nanocső
Keywords in English
flagellin, self-assembly, filamentous nanostructure, iron binding protein, magnetic nanotube
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Bio-Nanosystems Laboratory (University of Pannonia)
Starting date
2014-09-01
Closing date
2014-09-30
Funding (in million HUF)
0.000
FTE (full time equivalent)
0.07
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A pályázat célja a Salmonella flagellin fehérjéje és egy Magnetospirillum baktériumból származó Mms6 néven ismert vaskötő fehérje összekapcsolásával létrehozott fúziós fehérje felhasználása mágneses nanocsövek előállítására. Korábbi eredményekből ismert, hogy az Mms6 mágneses baktériumok nanoméretű magnetit kristályainak létrehozásában játszik meghatározó szerepet. Ez a fehérje felel a magképződés elindításáért a jelenlévő Fe3+-ionok megkötésével, a továbbiakban pedig szabályozza a keletkező kristályok speciális alakját és méretét is. In vitro is megmutatták, hogy az Mms6 képes szerves oldószerek és magas hőmérséklet nélkül is szintetizálni nanomagnetitet, mely reakció egy alternatív utat jelenthet az egyre növekvő igényű mágneses nanoméretű anyagok előállításához. Ezzel a lehetőséggel egyforma méretű és alakú vas-oxid kristályokat alkothatunk vizes környezetben alkalmazott egyszerű eljárással. A vaskötő fehérje a flagellin variábilis régiójába, a molekula közepébe kerül beültetésre. A flagellin polimerizációs tulajdonságának köszönhetően a fúziós fehérjékből kívánt hosszúságú filamentumok építhetők, melyek nagy stabilitásúak és felszínükön nagy a kötőhelyek sűrűsége. Így a létrehozott filamentum felszínén lévő Mms6 fehérjék megkötik az oldatban található vas-ionokat, melyek körül elindul a magnetit kristályok képződése. Végeredményként egy olyan fehérje alapú csőszerű vázat kapunk, amely mágneses vas-oxiddal borított. Ez a különleges alakú nanomágnes speciális mágneses tulajdonságaival felhasználható mágneses nanokristályokat igénylő bio-nanotechnológiai alkalmazásokhoz, továbbá a nanocsövekből rétegeket képezve elektronikai és mágneses adattároló elemek készítéséhez.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Jelen kutatásban a különleges alakú mágneses nanocsövek előállításának mikéntje szolgáltatja az alapkérdést. Ezeknek a speciális alakú nanomágneseknek a megvalósítását flagellin fehérjéből álló polimer váz segítségével kívánjuk elérni. Kísérleteinkben az irodalomból jól ismert egyik mágneses baktériumból származó vaskötő fehérjét (Mms6) kívánjuk fuzionáltatni a polimerizációra képes flagellinnel. Feltételezésünk szerint a fehérjék összekapcsolása nem okoz változást a flagellin szerkezetében, és így képes lesz úgy kialakítani a csőszerű polimert, hogy annak felületén nagy számban forduljanak elő Mms6 fehérjék, amelyek vaskötő képességüket megőrizve képesek lesznek nanoméretű magnetit kristályok szintetizálására. Ezzel az eljárással előállíthatunk olyan mágneses nanocsöveket, amelyek egyrészt mágneses nanokristályokat igénylő bio-nanotechnológiai alkalmazásokhoz, másrészt a nanocsövekből rétegeket képezve elektronikai és mágneses adattároló elemek készítéséhez lennének használhatók. A kutatásban alkalmazott módszer olyan vizes környezetben alkalmazható egyszerű eljárást kínál, amely nem igényel sem szerves oldószereket, sem magas hőmérsékletet a reakció során.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kutatás jelentősége a tervezett különleges alakú mágneses nanocsövek előállításában rejlik. Ezzel az új eljárással készülő nanomágneseket úgy állítjuk elő, hogy egy fehérje polimer vázra specifikusan rászintetizáltatjuk a magnetit kristályokat. Ez a módszer egyedülálló kombinációját alkalmazza a Salmonella baktériumból származó önszerveződő flagellin fehérjének és a Magnetospirillum baktériumból származó vaskötő fehérjének összeépítésével létrehozott fúziós fehérjét, mint a nanoméretű mágneses vas-oxidok kristályosodásáért felelős alegységeket. Önszerveződő tulajdonságánál fogva az immár vaskötő tulajdonsággal rendelkező flagellin variáns kialakítja a csőszerű polimer fehérjevázat. Ennek felületén nagy kötőhelysűrűséggel jelennek meg a magnetit kristályok keletkezéséhez elengedhetetlenül szükséges magképző alegységek, amelyek segítségével létrejön a mágneses vas-oxiddal borított nanocső szerkezete. Az így kialakult nanomágnes speciális mágneses tulajdonságaival felhasználható mágneses nanokristályokat igénylő bio-nanotechnológiai alkalmazásokhoz, illetve a nanocsövekből rétegeket képezve elektronikai és mágneses adattároló elemek készítéséhez. Mindezekhez ebben a kutatásban alkalmazott módszer olyan környezetbarát, vizes környezetben alkalmazható egyszerű eljárást kínál, amely nem igényel sem szerves oldószereket, sem magas hőmérsékletet a reakció során.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. Jelen kutatásban különleges mágneses nanocsövek előállítását tervezzük. A felhasználni kívánt egyedülálló módszerben vaskötő tulajdonsággal rendelkező fehérjékből alkotunk stabil csőszerű vázat. Ezt a természetben fellelhető mágneses baktériumok vaskötő fehérjéinek és más úszó baktériumok mozgásszervét felépítő fehérjéinek génsebészeti módszerekkel történő kombinálásával érjük el. Megfelelő körülmények között a reakcióoldatban található vas-ionok megkötődnek a felépített fehérjeváz felszínén és ezzel elindítják a mágneses kristályok képződését. Az így kialakult csőszerű nanoméretű mágnes speciális mágneses tulajdonságaival felhasználható egyrészt mágneses nanokristályokat igénylő bio-nanotechnológiai alkalmazásokhoz, másrészt a nanocsövekből rétegeket képezve elektronikai és mágneses adattároló elemek készítéséhez. Mindezek megvalósításához ebben a kutatásban alkalmazott módszer olyan környezetbarát, vizes környezetben alkalmazható egyszerű eljárást kínál, amely nem igényel sem szerves oldószereket, sem energiapazarló magas hőmérsékletet a reakció során.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. In this project magnetic nanotubes will be produced by a fusion protein constructed by flagellin protein of Salmonella and an iron-binding protein (Mms6) of Magnetospirillum bacterium. Mms6 plays an important role in nano sized magnetite crystal formation of magnetic bacteria. This protein has strong affinity with Fe3+ ion thus it acts as a template for the nucleus formation and as a growth and shape regulator in crystal precipitation. Mms6 is able to synthesize nanomagnetite in vitro without organic solvent and high temperature. This route can be an alternative way in magnetic nanocrystal production. This simple method can be capable to create iron oxide crystals with uniform size and shape in aqueous environment. The iron- binding protein will be introduced into the variable central part of flagellin. Filaments can be built in desired length from the fusion proteins, due to the polymerization ability of flagellin, and they will possess high stability and large binding site density on their surface. The Mms6 proteins will bind the iron ion, found in the solution on the surface of the filaments, and magnetite crystals will start to precipitate around these sites. This will result in a protein based tube-like scaffold covered by magnetic iron oxides. These nanomagnets with special shape and specific magnetic features can be used in bionanotechnological applications requiring magnetic nanocrystals. Layers produced by these nanotubes can be applied as units for electronical and magnetic data storage products.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. In this project the key question is the way of preparing magnetic nanotubes with special shape. Polymer scaffold built from flagellin proteins will be applied to achieve this goal. An iron–binding protein (Mms6) from a well-known magnetic bacterium will be fused to polymerizable flagellin. The fusion of the proteins is assumed not to change the structure of the flagellin. Thus, flagellin will be able to form the tube-like polymer having vast amount of Mms6 protein on its surface with nanosized magnetite crystal formation ability by means of their iron- binding capacity. This method can generate such magnetic nanotubes that can be used on the one hand in bionanotechnological applications requiring magnetic nanocrystals, and on the other hand, layers produced by these nanotubes can be applied as units for electronic and magnetic data storage products. This method provides a simple procedure which can be used in aqueous environment with neither organic solvents nor high temperature.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Method applied in this project opens new perspective in magnetic nanotube preparation. A protein polymer scaffold will be used to synthesize magnetite crystal on its surface. This protocol is a unique combination of the Salmonella flagellin, possessing self-assembly ability, and an iron- binding protein of Magnetospirillum bacterium as a fusion protein. This construct will be the basis of the nanosized magnetic iron oxide crystal. The iron-binding flagellin variants will build the tube-like protein polymer scaffold due to their self-assembly ability. The templates for the nucleus formation of magnetite crystal will be represented on the filament surface, with large binding site density, providing nanotubes covered by magnetic iron oxides. This method can generate such magnetic nanotubes that can be useful tool in bionanotechnological applications requiring magnetic nanocrystals or in electronic and magnetic data storage products, where layers produced by these nanotubes can be applied. This simple method can be used in aqueous environment with neither organic solvents nor high temperature.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. In this project special magnetic nanotubes will be prepared. In this unique method stable tube-like scaffold will be formed by proteins with iron-binding properties. This construct will be produced by genetic engineering protocols with combination of an iron-binding protein from a magnetic bacterium and a locomotion organelle subunit of another swimming bacterium. At proper circumstances iron ions from the reaction vessel will be bound by the surface of the protein scaffold, thus the magnetite crystals will be formed. This method can generate such magnetic nanotubes that can be useful tool in bionanotechnological applications requiring magnetic nanocrystals or in electronic and magnetic data storage products, where layers produced by these nanotubes can be applied. This simple method provides environmental friendly procedure which can be utilized in aqueous environment without the need of organic solvents and energy wasting high temperature.
