ERC Consolidator Grant voor twee FSE wetenschappers

Twee wetenschappers van de Faculty of Science and Engineering van de RUG hebben een ERC Consolidator Grant ontvangen . Met deze onderzoeksbeurs van 2 miljoen financiert de European Research Council toponderzoekers die in Europa vernieuwend onderzoek doen.

Clemens Mayer (Stratingh Instituut) ontvangt zijn ERC Consolidator Grant voor de ontwikkeling van een snellere methode om enzymen te laten evolueren. Via zijn ContiZymes project zal hij een zogeheten continue evolutionaire aanpak gebruiken, waarbij hij delende bacteriecellen gebruik als platform voor geleide evolutie. Dit maakt het mogelijk om efficiëntere enzymen te verkrijgen in een autonoom evoluerend systeem, in een periode van dagen in plaats van maanden tot jaren.

De chemische industrie gebruikt veel reacties die verlopen bij een hoge temperatuur of druk, of in giftige oplosmiddelen. Enzymen kunnen een groen alternatief zijn voor veel chemische reacties, aangezien zij actief zijn bij milde omstandigheden in water. Maar het ontwerpen van de juiste enzymen voor industriële processen is lastig. Eén manier om dat te doen is via geleide evolutie. Hiervoor maken onderzoekers een groot aantal mutanten van een enzym, die ze vervolgens testen op de gewenste activiteit. Maar dat arbeidsintensieve proces kost veel tijd.

Evolutieproces

Mayer ontwikkelde hierom eerder al een systeem waarin bacteriën alleen overleven wanneer ze een noodzakelijk molecuul produceren met behulp van een specifieke enzymatische reactie. Het type reactie kan hij zelf kiezen, op basis van wat er in de chemische industrie nodig is. Terwijl bij de groeiende bacteriën hun vermogen om de juiste reactie uit te voeren steeds beter wordt, zal Mayer regelmatig monsters nemen zodat hij via DNA analyse de evolutionaire route naar maximale efficiëntie kan volgen. De gegevens over veranderingen in de enzym structuur tijdens het evolutieproces die hij zo verkrijgt zal hij gebruiken om een systeem met kunstmatige intelligentie te trainen.

Het uiteindelijke doel van dit project is om een zogeheten generatief KI model te ontwikkelen, dat nauwkeurig kan voorspellen welke veranderingen in een enzym zal zorgen voor verschillende reacties, zonder dat er nog geleide evolutie nodig is. Dit zal de zoektocht naar efficiënte enzymen voor de chemische industrie enorm versnellen.

Danny Incarnato (Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute, GBB) ontvangt deze subsidie voor onderzoek naar de rol van RNA moleculen in cellen. Het menselijk genoom bevat zo’n twintigduizend genen die zorgen voor de productie van eiwitten. Maar het DNA produceert minstens tien keer zoveel zogeheten niet-coderende RNA moleculen, zo genoemd omdat ze niet worden vertaald in eiwitten. Deze moleculen kunnen veelal meer dan één driedimensionale vorm aannemen, de zogeheten secundaire structuren. Zulke RNA moleculen kunnen een belangrijke rol spelen in onze cellen, bijvoorbeeld door te regelen welke genen er actief zijn. Een fout in deze regulering kan ziekten veroorzaken, wat betekent dat deze RNA moleculen een interessant doelwit zijn voor geneesmiddelen.

Dynamiek

Eerder onderzoek van Incarnato heeft laten zien dat de secundaire structuur vaak de functie bepaalt van een RNA molecuul. Bovendien kan de structuur veranderen onder invloed van signalen uit de cel of uit de omgeving. Het doel van het ERC project van Incarnato is om een beter begrip te krijgen van de mechanistische aspecten die zorgen voor de verschillende secundaire structuren. Anders gezegd: wat kan verandering in de structuur van een RNA molecuul in gang zetten, en hoe beïnvloeden deze veranderingen het functioneren van de cel?

In zijn nieuwe project zal Incarnato nieuwe experimentele technieken combineren met computationele methoden die hij deels zelf heeft ontwikkeld. Met zijn team zal hij onderzoeken hoe verschillende secundaire structuren van RNA moleculen worden gereguleerd door signalen vanuit de cel zelf en uit de omgeving. Dit levert nieuw begrip op van de dynamiek, waarmee het mogelijk moet zijn om nieuwe geneesmiddelen te ontwikkelen voor de behandeling van ziekten die worden veroorzaakt door fouten in het RNA.