Pályázat címe: 

Transzlációs Kémia a TTK-ban: Természetes eredetű lágyanyagok bionanotechnológiai alkalmazása a fenntartható és egészséges környezetért

Projektazonosító:

TKP2021-EGA-31

Pályázati felhívás:

TKP2021

TÉMATERÜLETI KIVÁLÓSÁGI PROGRAM 2021

NEMZETVÉDELEM, NEMZETBIZTONSÁG ALPROGRAM

KÓDSZÁM: TKP2021-NVA

A projekt időtartama:

2022.01.01 – 2025.12.31.

A támogatást elnyerő szervezet: Természettudományi Kutatóközpont

A projekt támogatási intenzitása:  100%

A projekt támogatása: 324 762 018,- Ft

Tartalmi összefoglaló:

Az antimikrobiális hatású táplálék-kiegészítő szerek túlhasználata az állattenyésztésben, a termőföld és környezetének nagymértékű permetezése, valamint a szennyvíztisztítás során a csatornarendszerből felgyülemlő antibiotikumok magas koncentrációja a tisztítótelepeken és az azok után található folyóvizekben komoly ökológiai és egészségügyi problémát jelentenek. Azon túl, hogy jelentős kémiai terhelésnek teszik ki környezetünket, hozzájárulnak a mikróbák által kifejlesztett antibiotikum-rezisztencia terjedéséhez is. A túlzott szennyezést környezetkémiai és biotechnológiai szempontból kétféleképpen tudjuk csökkenteni. Egyrészt új típusú, a jelenleg alkalmazott szerekhez képest jóval alacsonyabb, mikromólos dózisú hatóanyagok kifejlesztésével, másrészt az eddigieknél jóval hatékonyabb kijuttatási rendszerek alkalmazásával. Jelen projekt keretében olyan alkalmazás-szemléletű kutatásokat tervezünk végezni, a fenti területekről elsőként a növényvédelmi vonalra fókuszálva, amelyek mindkét célnak megfelelnek, és globálisan hozzájárulnak az ide tartozó tudományos alapok lefektetéséhez. Az eredményesen használható készítmények fejlesztéséhez természetes eredetű fehérjerészleteket – ún. peptideket – veszünk alapul, melyek alacsony koncentráció-skálán megjelenő, széles spektrumú antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkeznek. Ehhez kapcsolódóan tervezzük a sejtes és növényi viaszrétegbe való bevitel segítésére a peptid hatóanyag kombinálását természetes anyagokból felépített, lebomló polimerekkel, ami jelentősen csökkentheti a kijuttatandó mennyiséget. Az alapkutatásokból származó biztató eredmények, az első peptid-alapú inszekticid termék ausztrál kereskedelemben való megjelenése, és a humán gyógyászatban való térnyerésük alapján joggal várható, hogy a fenntartható ember-környezet arány eléréséhez, a mezőgazdaságban a „zöld megközelítésre” történő átállásban e vegyületcsaládoknak fontos – de jelenleg még kiaknázatlan – szerep juthat. A projekt kezdeti fázisában tervezzük antimikrobiális peptidek szintézisét, továbbfejlesztését pl. fémkomplexek, lipid konjugátumok, stb. segítségével, valamint e vegyületek formulázását hiperelágazásos és önrendeződő polimerekkel. In vitro hatásvizsgálatokkal, valamint a xenobiotikumok esetén alkalmazott in vitro farmakokinetikai és metabolizmus vizsgálatokkal tervezzük azonosítani az ígéretes vegyületeket. Kemoinformatikai peptid adatbázisainkat, valamint a membránpenetráló mechanizmusokat figyelembe véve tervezzük a választott anyagok továbbfejlesztését.

A terület komplex tudásigényéhez alkalmazkodva a Természettudományi Kutatóközpont (TTK) három intézeti egysége, az Anyag- és Környezettudományi Intézet (AKI) (koordinátor), az Enzimológiai Intézet és a Szerkezetkutató Központ a projekthez összesen 9 kutatócsoportot delegál, melyek közül 3 Lendület kutatócsoport, és a csoportok vezetői és résztvevői közül több kutató az MTA doktora és akadémikusa. A projektben részt vevő kutatócsoportok a területhez kapcsolódóan szinte minden infrastrukturális és szakmai háttérrel rendelkeznek, ezen felül kiterjedt partneri (ipari- és akadémiai) kapcsolatrendszerünkön keresztül tervezik a kifejlesztett készítmények terepen történő vizsgálatát is.

A csoportok aktívan vesznek részt idevágó nemzetközi pályázatokban és ipari megbízásokban, azonban a TTK részéről jelen átfogó téma egy új irány, melynek megvalósítása a TKP kezdeti támogatásával indulhatna el. Az új terület elindulása a tervezett tudományos eredményeken felül stratégiailag is fontos: a TTK Intézeteinek integrált működését növeli, valamint az AKI Környezetkémiai hagyományát modern környezeti biotechnológiai iránnyal erősíti, miközben fokuszáltabbá is teszi az Intézet működését, hiszen az új alkalmazás szemléletű irányt a már meglevő tudásbázisára, orvosbiológiai hátterére építi.

A projekt a leírt kutatási koncepció mellett implementálja az AKI három szintű stratégiáját is a nemzetközi jelenlét növelésére: 1. A vezető kutatók folytatják korábbi önkéntes pályázati felkészítő tevékenységüket, melyben a Fiatal Kutatók Akadémiáján keresztül számos fiatal és tapasztalt kutatót segítenek Horizon Europe pályázatok előkészítésében. 2. A résztvevő kutatók korábbi EU-s pályázati aktivitása révén alakult nemzetközi kapcsolatrendszerből konzorciumot építettek, amely a TTK koordinátori szerepvállalásával indulhat Horizon Europe konzorciális pályázatokon az elkövetkező években. 3. A leghosszabb távú stratégiai pillérként a résztvevők tovább növelik a külföldi kutatók arányát csoportjaikban, ami a TTK nemzetközi ismertségét személyes akadémiai és ipari kapcsolatrendszerek kiépítésével növeli.

The overuse of antimicrobial food supplements in livestock, the extensive application of plant protection products on agriculture lands and surroundings and the high concentration of antibiotics accumulating in sewage treatment plants and downstream effluents have serious ecological and health impacts. In addition to their exposure as a significant chemical stress to the environment, they also contribute to the development of antibiotic resistance in microbes. From environmental chemistry and biotechnology related viewpoints, there are two ways to potentially reduce the excessive pollution: 1) the development of new types of active ingredients effective at much lower doses compared to the currently used ones, 2) the use of more efficient application systems. In this project, we plan to carry out application-oriented research that meets both objectives while contributes to global awareness and reinforce the scientific knowledge in this field. To achieve this, primarily focusing towards applications in agriculture crop protection, systematic work will be carried out to develop natural protein fragment-based substances – peptides – that have a broad antimicrobial spectrum at low micromolar concentrations. In addition, we plan to combine the active peptide ingredients with natural degradable polymers to facilitate their cellular absorption and introduction into vegetable wax layer, hence significantly reduce the amount to be applied. Encouraging results from basic research related to the emergence of peptide-based human therapy or from the first peptide-based insecticide product in Australian trade offer the realistic view to consider the family of these compounds in the „green approach” to achieve a more sustainable human-environment ratio in agriculture. In the initial phase of the project, our plan is to synthesize a series of antimicrobial peptides, which will be further developed through the formation of e.g. metal complexes, lipid conjugates. These compounds will be additionally modified by formulating them with hyperbranched and self-assembling polymers. We plan to identify promising substances through in vitro efficacy studies and in vitro pharmacokinetic and metabolism studies used for xenobiotics. We plan to optimise the selected substances by using chemoinformatics approaches also on our peptide databases as well as our previous experience on membrane penetration mechanisms.

Due to the complex knowledge required, three Institutions of the Research Centre for Natural Sciences (RCNS), the Institute of Materials and Environmental Chemistry (IMEC), the Institute of Enzymology (IE) and the Instrumentation Center (IC) delegate a total of nine research groups to the project. Three research groups hold Momentum awards, and several members of other research groups hold distinguished DSc. titles and membership of the Hungarian Academy of Sciences. The research groups participating in the project possess nearly all infrastructural and professional background related to the field. We aim to test the lead products in field experiments in collaboration with our extensive partner network consisting of both industrial and academic partners. According to the perspective of the TKP call, the research groups are actively involved in submitting proposals for relevant international project calls and industrial cooperation. The TKP support will launch a steady implementation of the targeted application field, which is a new research direction built on different existing competencies in RCNS. The strategic importance of the initiation, besides the emerging new scientific results, is the increased integration in RCNS and the revival of IMEC environmental chemistry tradition through the merge of modern environmental biotechnology and the current biomedical background.

Besides the above research concept, the current project also implements the three-scale strategy of IMEC to increase its international presence and visibility. 1. Previous voluntary work of the leading PI-s in organizing workshops for preparation of EU proposals will be continued now by reaching out to the ~1500 member community of the Academy of Young Researchers, where numerous young and middle-age researchers can be contacted directly. 2. Based on the international research network obtained during earlier participation in EU proposals, the involved PI-s have built a consortium, where the TTK as coordinator plans to submit a Horizon Europe proposal as part of the 2021-2022 Strategic Plan. 3. Finally, as a long-timescale strategy, the participating research groups will further increase the ratio of foreign researchers in their groups, which results the long-term building of an international personal network within both industry and academia.

Projektvezető:

Dr. Beke-Somfai Tamás

EREDMÉNYEK

Előkészítés alatt

Főbb tudományos eredmények

Előkészítés alatt

Publikációk

 Előkészítés alatt