Kernspinresonantiespectroscopie (NMR) biedt een ongeëvenaarde methode om moleculaire structuren, dynamiek en interacties te doorgronden. Met behulp van NMR zet de onderzoekseenheid NMR en Structurele Analyse van UGent zich in om structureel en dynamisch inzicht te verwerven in lipopeptide- en aptameeronderzoek.

Pseudomonas zijn alomtegenwoordige bacteriën die in bodem en mariene omgevingen voorkomen en uitstekende producenten zijn van bioactieve secundaire metabolieten ter ondersteuning van hun eclectische levensstijl. Van deze metabolieten genieten cyclische lipopeptiden - CLIPs in het kort - toenemende belangstelling vanwege hun diverse scala aan bioactiviteiten, waaronder antibacteriële en antischimmel effecten. Bovendien zijn ze betrokken bij plant-bacterie-interacties, variërend van plantbevorderend tot plantpathogeen. Hun biosynthese via niet-ribosomale peptidesynthetasen creëert een grote structurele diversiteit (>130 verschillende Pseudomonas CLiPs tot nu toe gerapporteerd) die kan worden benut voor toepassingen in de landbouw en geneeskunde, maar ook een ontmoedigende uitdaging vormt voor hun structurele en functionele karakterisering.

Wij zullen het gebruik van NMR-spectroscopie verder ontwikkelen als onderdeel van een multidisciplinaire aanpak die erop gericht is te begrijpen hoe de natuur dezelfde moleculaire blauwdruk gebruikt om een Zwitsers zakmesachtige diversiteit aan effecten te genereren. NMR-gebaseerde oplossingen voor vroege fase dereplicatie van nieuwe CLiPs geïsoleerd uit nieuwe Pseudomonas-bronnen zullen verder worden ontwikkeld, terwijl de oplossingstructuurbepaling van representatieve CLiPs verkregen in aanwezigheid van DPC-micellen zal worden uitgevoerd om de structurele bibliotheek van deze klasse verbindingen te voltooien.

DNA-gebaseerde aptameren bieden veelbelovende structuren voor toepassingen bij het detecteren van kleine moleculen, waarbij ze hoge affiniteit en selectiviteit vertonen. Er blijven echter aanzienlijke uitdagingen bestaan bij de vertaling ervan naar praktische toepassingen, bijvoorbeeld in biosensoren. Wij streven ernaar om deze kloof te helpen overbruggen door het belang te benadrukken van een gedetailleerd moleculair begrip dat verder gaat dan simplistische beschrijvingen van detectiemechanismen. Voortbouwend op eerdere successen zullen we NMR-spectroscopie gebruiken om moleculaire inzichten te onthullen binnen steroïde-gebaseerde aptameer-doelsystemen, met als eerste interessepunt de driedimensionale structuurbepaling van het testosteronbindende TESS.1 aptameer, gebaseerd op zijn recente volledige NMR-toewijzing. Verder zullen methoden gebaseerd op (gedeeltelijk) isotoop-gelabelde oligonucleotiden worden toegepast om de details van de interactie verder te onthullen, terwijl de mogelijkheid om volledig en uniform gelabelde DNA-constructen te verkrijgen zal worden onderzocht. Als dit succesvol is, zal dit geheel nieuwe mogelijkheden openen voor de NMR-gebaseerde analyse van kleine-molecuul aptameren. Uit de geleerde lessen zal de mogelijkheid worden verkend om aptameerconstructies te optimaliseren door middel van structuurgebaseerde begeleiding.