Centrum Biotechnologii Molekularnej IBB PAN

Centrum Biotechnologii Molekularnej (CMB) Instytutu Biochemii i Biofizyki Polskiej Akademii Nauk (IBB PAN) zostało otwarte 19 maja 2014 roku, w ramach projektu Centrum Badań Przedklinicznych i Technologii (CePT).

W ramach Centrum IBB PAN funkcjonują trzy pracownie:

• Pracownia Białek Rekombinowanych (PBR)
• Laboratorium Projektowania Leków (LPL)
• Laboratorium Wielkoskalowego Testowania Leków i Farmakoproteomiki (LWTLF)

Struktury te powstały w sposób organiczny – poprzez rozwój istniejących podjednostek organizacyjnych IBB PAN. W skład pierwszej weszły laboratoria Zakładu Biofizyki, druga z nich została utworzona na bazie Zakładu Bioinformatyki, trzecią zaś współtworzą Środowiskowe Laboratorium Spektrometrii Mas i Pracownia Analiz Mikromacierzy.

Prace w CBM są zintegrowane wokół koncepcji globalnej analizy zachowania dużych zespołów biomolekuł w kontekście zastosowań biomedycznych, zwłaszcza związanych ze zdrowotnymi aspektami starzenia się społeczeństwa. Rozwijane tematy badawcze skupiają się w następujących trzech blokach projektów:

• Proteomiczno – transkryptomicznym
• Bioinformatycznym
• Molekularnym

Pierwszy blok ma na celu umożliwienie szczegółowego badania konkretnych kluczowych obiektów i oddziaływań. Dwa pozostałe dotyczą badań systemowych.

Dzięki realizacji projektu CePT możliwe stało się utworzenie spójnej i kompletnej infrastruktury, umożliwiającej eksperymentalne i teoretyczne śledzenie losów białek w ich kontekście biologicznym, począwszy od aktywacji genu (transkryptomika), poprzez translację i modyfikacje potranslacyjne (proteomika), aż po oddziaływania z partnerami (badania białek rekombinowanych). Stworzyło to warunki dla generowania interdyscyplinarnych projektów badawczych, realizujących cele projektu CePT z zakresu badań biomolekularnych, w tym poszukiwania nowych biomarkerów, badanie mechanizmów molekularnych związanych z procesami neurodegeneracji i nowotworzenia, czy rozwój nowych leków. Realizacja tych celów w CBM, z jednej strony polega na inicjowaniu i prowadzeniu konkretnych projektów, a z drugiej na wsparciu merytorycznym projektów generowanych przez innych partnerów CePT.

Cele funkcjonowania poszczególnych pracowni:

• Pracownia Białek Rekombinowanych wspiera projekty stosujące białka rekombinowane i peptydy syntetyczne, umożliwiając prowadzenie eksperymentalnych badań oddziaływań białko-metabolit / toksyna-lek,
• Działalność Laboratorium Projektowania Leków jest komplementarna do wszystkich projektów klinicznych i przedklinicznych w ramach CePT, uwzględniających poszukiwania i badania mechanizmów działania leków,
• Laboratorium Wielkoskalowego Testowania Leków i Farmakoproteomiki może współpracować w ramach wszelkich projektów wykorzystujących badania proteomiczne i transkryptomiczne, w szczególności dostarczając narzędzi dla wyszukiwania i badania markerów stanów chorobowych oraz śledzenia skuteczności farmakoterapii, za pomocą monitorowania metabolitów, leków i hormonów w płynach ustrojowych pacjentów. Środowiskowe Laboratorium Spektrometrii Mas wchodzące w skład Laboratorium LWTLF działa z myślą udostępnienia polskim badaczom możliwości wykonywania analiz proteomicznych – identyfikacji białek i ich modyfikacji potranslacyjnych. Z kolei Pracownia Analiz Mikromacierzy LWTLF jest pracownią wyspecjalizowaną w wielkoskalowych badaniach genomicznych dla medycyny i nauk przyrodniczych.

Na kierunki badań istotny wpływ mają potrzeby ośrodków naukowych oraz firm z obszaru bio-med, współpracujących z Centrum. Stanowi to jeden z podstawowych filarów określenia przyszłych kierunków działań i badań CBM, które obejmują:

• Opracowywanie nowych metod oceny kompleksów ligand-receptor oraz białko-białko.
• Wykorzystanie metodologii uczenia maszynowego do analizy danych nieliniowych.
• Rozwój technik wykorzystujących miRNA jako modulatory metabolizmu.
• Opracowywanie, tworzenie oraz wprowadzenie nowych wyrobów medycznych na rynek medyczny w celach terapeutycznych
• Wprowadzanie dostępnych metod wykonania i analizy danych transkryptomicznych i genomowych na potrzeby ośrodków naukowych i firm
• Opracowywanie nowych metod analitycznych oznaczania białek i związków niskocząsteczkowych, w tym leków i ich metabolitów na potrzeby ośrodków naukowych lub firm działających w obszarze bio-med.
• Poszerzenie bazy sprzętowej CBM dla lepszego wykonywania powyższych zadań.

Oferta Centrum skierowana jest zarówno do  pracowników instytutów naukowych i uczelni oraz podmiotów gospodarczych (przemysłowych laboratoriów badawczo-rozwojowych, podmiotów przemysłu innowacyjnego, w tym w szczególności MŚP).

Katalog usług oferowanych przez Centrum:

• Analiza danych pochodzących z eksperymentów wielkoskalowych, w szczególności NSG (anotacja genomów, metagenomika, genomika komparatywna), transkryptomicznych i proteomicznych.
• Projektowanie inhibitorów niskocząsteczkowych – własny unikalny pipeline do projektowania zwiazków niskocząsetczkowych w oparciu o strukturę receptora (SBDD). Pipeline ten posiada możliwość dokingu molekularnego przy pomocy różnych silników (dokowanie semi-gietkie i gietkie) oraz opracowane unikalne funkcje oceny interakcji ligand-receptor wykorzystujące metodologie Random Forest (RFScore-VS).
• Projektowanie inhibitorów peptydowych i peptydomimetyków, w szczególności inhibitorów zwijania białek oraz interakcji białkowych (dimeryzacji).
• Serwis miRNA.
• Przygotowanie wektorów ekspresyjnych – pracownia opracowała wysokiej przepustowości metody przygotowania wektorów odpowiednich do heterologicznej ekspresji białek w E. coli i w liniach komórkowych,
• Automatyczne, wieloetapowe oczyszczanie białek rekombinowanych z wykorzystaniem chromatografu AKTAExperss.
• Pomiar masy makromolekuł z wykazywaniem techniki SEC-MALS (multi-angle static light scattering with size exclusion chromatography)
• Pomiar stopnia agregacji i promienia hydrodynamicznego makromolekuł z wykorzystaniem metody DLS (Dynamic Light Scattering),
• Pomiary spektroskopowe UV-VIS, CD, fluorescencja,
• Pomiary kalorymetryczne ITC/DSC,
• MST – termoforeza mikroskalowa,
• Synteza peptydów specjalnych,
• Kompleksowa usługa specjalna: wyznaczanie stałych protonowania i stałych wiązania kompleksów biomolekuł, ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływan z jonami metali
• Wspólne projekty badawcze i rozwojowe
• Ekspertyzy
• Sekwencjonowanie DNA nowej generacji (RNA-seq, ChIP-seq, sekwencjonowanie całych genomów, analizy metagenomiczne w tym sekwencjonowanie 16SrRNA, sekwencjonowanie paneli genowych,)
• Analizy mikromacierzy DNA (mikromacierze ekspresyjne, tilingowe, SNP)
• Analizę i interpretację danych.
• Analizy proteomiczne i metabolomiczne dla firm i ośrodków naukowych w biomedycynie.
• Analizy identyfikacji białek z ich modyfikacjami potranslacyjnymi w dostarczonych próbkach (analiza jakościowa).
• Analizy ilościowe białek w złożonych preparatach białkowych w celu określenia różnic w składzie białkowym, lub analizy ilościowe a ujęciu bezwzględnym dla wybranej grupy białek (technika MRM,PRM). Pomiary ilościowe obejmują też szeroką gamę związków niskocząsteczkowych, głównie leków i ich metabolitów w płynach ustrojowych człowieka lub zwierząt laboratoryjnych (farmakokinetyka).
• Wśród referencyjnych projektów oraz rezultatów prac badawczo-rozwojowych realizowanych w Centrum i dojrzałych do propagacji znajdują się:
• Szereg projektów typu drug design, m.in. pierwszy nienukleotydowy inhibitor procesu metylacji DNA, modulatory d508 CFTR (mukowiscydoza), inhibitory peptydowe m.in. peroksyreduktazy 1, związki niskocząsteczkowe zwiększające biomasę roślin (BMR Atpaza)
• Nowe leki służące do celowanej terapii szpiczaków mnogich – projekt realizowany w ramach programu NCBIR PBS
• Funkcjonalne zróżnicowanie niekodujących RNA u Eukariota – projekt realizowany w ramach program Polish-Swiss Research Programme
• Peptydy Abeta 4-x jako odporne na leki chelatujące cząsteczki wiążące miedź, promujące tworzenie oligomerów amyloidowych (OPUS, NCN)
• Regulacja ekspresji genów przez niekanoniczne polimerazy poli(A) I poli(U) (ncPAP i ncPUP) (Regulation of Gene Expression by non-canonical poly(A) and poly(U) polymerases (ncPAPs & PUPs)) – projekt realizowany w ramach siódmego programu ramowego EU ERC-2012-StG, LS1
• Metalozależna hydroliza wiązania peptydowego. Narzędzia i mechanizmy dla biotechnologii, toksykologii i chemii supramolekularnej (Metal-dependent peptide hydrolysis. Tools and mechanism for biotechnology, toxicology and supramolecular chemistry) (TEAM; Fundacja na Rzecz Nauki Polskiej).
• Badanie zmian ekspresji genów zaangażowanych w mechanizmy patogenne w rzadkich, genetycznie uwarunkowanych chorobach metabolicznych (NCN)
• Wiroid – niekodujący replikon RNA regulujący ekspresję genomu gospodarza (NCN)
• Analiza genetyczna i biochemiczna funkcji kompleksu remodelującego chromatynę SWI/SNF w regulacji ekspresji genów zależnych od giberelin

Centrum Biotechnologii Molekularnej uczestniczyło m.in. w badaniach zmian transkryptomów oraz analizie zmian strukturalnych genomów z zastosowaniem technologii wielkoskalowych. Opracowano substancję aktywną, chroniącą przed wystąpieniem objawów alergii niklowej, na którą udzielono licencji na rzecz podmiotu gospodarczego. Osiągnięto TRL8, gotowość komercjalizacji 5.

Centrum posiada również na swoim koncie przyznane patenty:

• Modulatory funkcji zmutowanego białka CFTR oraz zastosowanie modulatorów w leczeniu chorób związanych z zaburzeniami w prawidłowym funkcjonowaniu białka CFTR (EP 2616444 – ze zgłoszeń P392396 P392397 – ZL 201180048679.6)
• S. Prov Appln No.: 61/825,739; Method For Selection Of Hdis3 Pin Domain Inhibitors And Use Of Hdis3 Pin Domain Inhibitors For Cancer Treatment; PZ/1970/AGR/US; (Metoda selekcji inhibitorów domeny Pin Hdis3 i zastosowanie inhibitorów domeny Pin Hdis3 w terapii nowotworów).
• Method of hydrolysis of peptide bond (PL213309 B1 EP2102227 B1 US8969516) (Metoda hydrolizy wiązania peptydowego).

Ponadto CBM jest w posiadaniu następujących zgłoszeń patentowych:

• Zastosowanie cząsteczki oligonukleotydowej do modulowania procesów zapalnych i/lub procesów zależnych od białka FAN, P-413560
• Sposób oczyszczania ścieków o wysokiej zawartości metali, zwłaszcza srebra i miedzi i kompozycja do zastosowania w tym sposobie, 2012/2014, P-400236
• Pochodna polioligosacharydu, zwłaszcza chitozanu, kompozycja kosmetyczna zawierająca pochodną, sposób syntezy i zastosowanie tej pochodnej, 2014 – wynalazek wdrożony przemysłowo, P-407257
• Sposób syntezy analogu biopolimeru z utworzeniem wiązania peptydowego, analog biopolimeru i zastosowanie analogu biopolimeru, 2014 – wynalazek wdrożony przemysłowo, P-407258.

Laboratorium Wielkoskalowego Testowania Leków i Farmakoproteomiki posiada wpis do rejestru KIDL (nr 3089).