During this meeting members of Department of Chemistry University of Leuven (prof. Wim Dehaen, prof. Wim de Borggraeve, PhD Volker Leen, Tamara Merckx, Deepali Wagray, Nguyen Tran Nguyen) and members of Biosensors Department of Institute of Animal Reproduction and Food Research PAS in Olsztyn presented preliminary results in the frame of this project and discussed about plans for future investigations.

Title:
Supramolecular Systems for Recognition and Sensing in Water

Start date:
15.03.2011

Duration:
36  months

Events:
First meeting of the COST  was held  in Brussel  on 10 April 2011.

Research plan:
The main objective of this COST Action is to develop supramolecular systems that work in water.
Through the investigation of the multiple weak non-covalent, but collectively powerful interactions that allow efficient and selective recognition processes to occur in water, it will be possible to boost the application of such systems toward the achievement of several major goals.

• the de novo design of receptors able to monitor biologically and environmentall relevant species

• the control, by biomimetically inspired systems, of supramolecular reactivity in water

• the production of self-assembled organized structures which are stimuli responsiv and which can be used for programming functions in materials and devices such as  sensors and biosensors.

Secondary Objectives:

• Gain insight into the nature of weak interactions in water
• Achieve high selectivity
• Apply the principles of supramolecular chemistry to the design of simple enzyme models
• Obtain self-assembly in water

Members of the COST:

• A. Dalla Cort Sapienza, Università di Roma, IT
• K. Rissanen University of Jyvaskyla, FI
• K. Bartik Université Libre de Bruxelles, BE
• B. Escuder Gil Universitat Jaume I, Castello, ES
• C. Schmuck University Duisburg-Essen, DE
• B. J Ravoo University of Munster, DE, UK
• P. Gale University of Southampton, UK
• A. Davis University of Bristol, UK
• J. Radecki Polish Academy of Science, PL
• S. Kubik Technical University Kaiserslautern, DE
• J. Wouter Universitaires Notre-Dame de  la Paix, BE
• G. Licini Università di Padova, IT
• D. Smith University of York, UK
• Werner Nau Jacobs University, DE
• S. Otto University of Groningen
• W. Dehaen Afdeling Moleculair Design en Synthese, BE
• E. Garcìa-España Universidad de Valencia, ES
• T. Gunnlaugsson Trinity College, Dublin, IE
• I. Jabin Université Libre de Bruxelles, BE
• T. Kraus Academy of Sciences, CZ
• O. Reinaud Université Paris Descartes, FR
• F. Pina Universidade Nova de Lisboa, PT
• L. Rodriguez Universitat de Barcelona, ES

General Information:
International Project between Institute of Animal Reproduction and Food Research Polish Academy of Sciences in Olsztyn and Department of Chemistry University of Leuven

Proposal title:
Development of transduction layers for construction of biosensors used in food quality control, medical diagnostics and natural environmental monitoring

Number of Project:
679/N-BELGIA/2010/0

Start Date:
March 19th, 2010

Duration:
36 months

Short description of the proposal:

    We aim to study of novel electro-mediator layers based on homo and hetero derivatives of metal oligomers and electrochemical characteristic of it. The best one will be used as molecular nano-unit to perform the construction of biosensor for monitoring of food and medical diagnosis. Such nano-units are especially interesting and could be used for construction of enzymatic biosensors and sensors with redox-active proteins.

    Also we would like to analyze changes of transductive properties of proposed layers depending on length of oligopolymers investigated metallocomplexes, its structure, number of metal in oligopolymer and influence of many metals in oligopolymer. Fundamental unit for construction of nano-units will be olipolymers of metallocomplex (Cu, Co, Ni, Fe) of dipyromethene, porphyrin and corrole.

    As a part of this project we would like to study the methods of immobilization of bioreceptors on the surface of electrodes using nano-units base on metaloorganic complexes oligomers.

Specific tasks include:

• Synthesis of dipyromethene, porphyrin and corrole derivatives

• Synthesis of dipyromethene, porphyrin and corrole derivatives with Cu(II), Co(II) and Ni(III).
• Methods of immobilization of dipyromethene, porphyrin and corrole derivatives on the surface of electrodes.
• Methods of immobilization of complexes of dipyromethene, porphyrin and corrole derivatives with Cu(II), Co(II) and Ni(III) on the surface of electrodes – electrochemical characterization of nano-joints.
• Methods of formation of complexes of dipyromethene, porphyrin, corrole derivatives with Cu(II), Co(II) and Ni(III) on the surface of electrodes – electrochemical characterization of nano-joints.
• Methods of immobilization of selected antibodies, enzymes, ssDNA and redoxactive proteins on the surfaces of selected nano-joints.
• Application of selected nano-joints for the development of enzyme biosensors for control of food products and medical samples.
• Application of selected nano-joints for the development of genosensorsfor control of  food products and medical samples.
• Application of selected nano-joints for the development of biosensors based on redox active proteins for control of food products and medical samples.
• Application of selected nano-joints for the development of immunosensors for control of  food products and medical samples.

Priorytet  1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii,
Działanie 1.1 Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy,
Poddziałanie 1.1.2 Strategiczne programy badań naukowych i prac rozwojowych.

Okres realizacji projektu:
01.01.2010 – 31.12.2013

współfinansowany ze środków Unii Europejskiej
w ramach
Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego

Całkowity koszt realizacji Projektu:

3 471 281,79 złotych

Cel projektu

Celem niniejszego projektu jest projektowanie, otrzymanie i weryfikacja bioczujników elektrochemicznych pozwalających na wykrycie patologicznego procesu aktywacji receptorów RAGE (Receptor for Advanced Glycation Endproducts) za pomocą endogennych ligandów, występujących w płynach fizjologicznych.
Opracowane w ramach projektu bioczujniki będą stanowiły nowe, korzystne ekonomicznie narzędzie różnicujące, wykorzystywane przez badaczy z dziedziny nauk medycznych i lekarzy diagnostów do wykrywania procesów patologicznych, zagrażających naszemu społeczeństwu, m.in. powikłania cukrzycowe, stany zapalne towarzyszące chorobom związanym z  układem immunologicznym oraz wczesne stadium choroby Alzheimera.

Łączna wielkość nakładów na realizację projektu wynosi: 3 471 281,79 złotych
(85% środki strukturalne UE, oraz 15% środki z budżetu państwa).

Wykonawcy
Projekt jest realizowany przez 2 jednostki badawcze:

Instytut Biochemii i Biofizyki Polskiej Akademii Nauk (IBB PAN)-Lidera Projektu oraz

Instytut Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności Polskiej Akademii Nauk (IRZiBŻ PAN), Zakład Biosensorów

Zadania poszczególnych zespołów badawczych:

Do głównych zadań IBB PAN należy:

• zaprojektowanie, otrzymywanie oraz badanie stabilności i oddziaływań wyselekcjonowanych wariantów zewnątrzkomórkowej domeny receptora RAGE i jego ligandów, w tym:
  • zaprojektowanie, otrzymanie, selekcja stabilnych mutantów różnych domen receptora RAGE selektywnie rozpoznających ligandy w formie przydatnej do ukierunkowanego nanoszenia na elektrodę bioczujnika,
  • stała produkcja białek rekombinowanych: wyselekcjonowanych wariantów zewnątrzkomórkowej domeny receptora RAGE i jego ligandów
  • badanie oddziaływań zmutowanych domen receptora RAGE z ligandami w roztworze jednofazowym
  • weryfikacja stabilności wszystkich wariantów białek immobilizowanych na elektrodach.
• zaprojektowanie, optymalizacja i implementacja molekularnego złącza (domena receptora RAGE/powierzchnia elektrody) zawierającego aktywny elektrochemicznie jon metalu, w tym:
  • synteza peptydów testowych i ustalenie metodologii i warunków wykonywania testów przesiewowych,
  • synteza i badania przesiewowe trzech bibliotek tripeptydowych dla selekcji najlepszych par peptydów, tworzących miedziowo-peptydowe złącze molekularne,
  • synteza i dokładne badania termodynamiczne kompleksów miedziowych par wybranych peptydów,
  • badania tworzenia miedziowopeptydowego złącza molekularnego z białkami rekombinowanymi.

Do głównych zadań IRZiBŻ PAN należy:

• zaprojektowanie i optymalizacja bioczujnika opartego o podłoże aktywne redoksowo, przeznaczonego do badania oddziaływań zewnątrzkomórkowych domen receptora RAGE z jego ligandami, w tym:
  • opracowanie warstwy elektroaktywnej opartej o kompleksy z jonami metali przejściowych oraz elektrochemiczna charakterystyka uzyskanych powierzchni
  • opracowanie sposobu immobilizacji na powierzchni elektrody złotej monomolekularnej warstwy zawierającej redoks aktywne złącza molekularne i jej charakterystyka elektrochemiczna
  • opracowanie metody przyłączenia domen receptora RAGE do poprzednio opracowanej warstwy poprzez zawarte w niej złącza molekularne.
  • przeprowadzenie charakterystyki elektrochemicznej nowo powstałej warstwy oraz określenie jej aktywności analitycznej
  • kalibracja bioczujnika
  • zastosowanie opracowanych bioczujników do badań oddziaływań subdomen receptora RAGE z ligandami w surowicy krwi ludzkiej
  • wybór zestawu 3 sond z immobilizowanymi różnymi subdomenami RAGE, których łączny sygnał będzie jednoznaczny dla konkretnego ligandu receptora

Korzyści społeczno-gospodarcze wynikające z realizacji projektu

• ograniczenie konieczności stosowania drogich procedur diagnostycznych np. opartych o użycie licznych przeciwciał czy wymagających drogiej analizy instrumentalnej,

• podniesienie zdrowotności społeczeństwa ( spowolnienie lub eliminacja choroby dzięki szczegółowej diagnozie, zmniejszenie powikłań np. cukrzycowych oraz ubocznych skutków leczenia, mniej interwencji medycznych)

• odmłodzenie zasobów ludzkich nauki, poprzez włączenie studentów, absolwentów i doktorantów w realizację projektu

• zmniejszenie bezrobocia, poprzez stworzenie nowych, trwałych miejsc pracy

• wzrost efektywności i konkurencyjności krajowych firm farmaceutycznych, biotechnologicznych, informatycznych,

• rozwój nauki i edukacji.

Number of the project: N R12 0023 06
The project was supported by Polish Ministry of Science and Higher Education

Contractors:

1. Department of Biosensors of Polish Academy of Sciences in Olsztyn
   • Prof. Jerzy Radecki
   • Prof. Hanna Radecka
   • M. Sc. Urszula Jarocka
   • M. Sc. Kamila Malecka
2. Department of Physiology and Biochemistry, Research Institute of Horticulture in Skierniewice
   • Prof. Lech Michalczuk
   • Ph. D. Tadeusz Malinowski

The aim of the project:

The aim of this project is to design and obtain electrochemical immuno- and genosensors allowing the detection of Plum Pox Virus (PPV) and Prunus Necrotic Ringspot Virus (PNRSV) in the plant material (leaf extract).
After appropriate modifications, these sensors can be used for the detection and identification of other plant viruses with similar construction.

The Plum Pox Virus is most dangerous viral disease of plants of the genus Prunus (plums, peaches and apricots). PPV is spread by vegetative propagation and  transmitted by aphids. Symptoms are visible only after 3 years of infection. Harmfulness of the disease is associated with the weakening of the growth of infected trees, reduction in yield and deterioration of its quality, premature fruit drooping and increased sensitivity to stress factors. Trees susceptible varieties may die.

Prunus Necrotic Ringspot of Stone Fruit Trees is one of the most dangerous viral diseases of cherries. The virus is transmitted from pollen and seeds. Infected trees grow very weakly, and the yield is often lower by 80%.

On 26 May and 27 October 2011, working meeting related to the implementation of the grant took place at the Institute of Animal Reproduction and Food Research. The purpose of the meeting was to discuss current experiments and to plan further ones.

Participants of the meeting:

1. Department of Biosensors of Polish Academy of Sciences in Olsztyn
   • Prof. Jerzy Radecki
   • Prof. Hanna Radecka
   • M. Sc. Urszula Jarocka
   • M. Sc. Kamila Malecka
2. Department of Physiology and Biochemistry, Research Institute of Horticulture in Skierniewice
   • Prof. Lech Michalczuk
   • Ph. D. Tadeusz Malinowski