Βαγγέλης Δασκαλάκης - Από τη Βιο-Mοριακή Μηχανική στη Δυναμική

Abstract

Η Μοριακή Δυναμική (ΜΔ) αποτελεί ένα πανίσχυρο εργαλείο για τη μελέτη βιολογικών συστημάτων και διεργασιών. Προσομοιώνει τις δυναμικές ιδιότητες ενός μοριακού συστήματος, όπως τις δομικές αλλαγές πρωτεϊνών και ενζύμων που σχετίζονται με τη λειτουργία τους, σταθερές διάχυσης ή ακόμα και χρονο-εξαρτώμενες αποκρίσεις σε διαταραχές. Υπολογίζοντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μορίων μπορούμε να προβλέψουμε με “ακρίβεια” τη συμπεριφορά ενός βιολογικού συστήματος σε μεγάλη χρονική και χωρική κλίμακα. Στο σεμινάριο θα παρουσιαστεί μια εισαγωγή στη μεθοδολογία και εφαρμογές της ΜΔ σε δύο τεχνολογίες αιχμής. (Α) Τα ανώτερα φυτά και διάτομα προστατεύονται από τις διακυμάνσεις του ηλιακού φωτός με ένα μηχανισμό γνωστό ως Μη-Φωτοχημική Απόσβεση (NPQ). Οι πρωτεΐνες-κεραίες της φωτοσυνθετικής μηχανής συμμετέχουν ενεργά σε αυτό το μηχανισμό καθώς μεταβαίνουν σε διαμορφώσεις απόσβεσης. Λεπτομέρειες γι’ αυτή τη μετάβαση σε ατομική κλίμακα μπορούν να οδηγήσουν σε γενετικά τροποποιημένες κεραίες που σχετίζονται με ανθεκτικούς φωτοσυνθετικούς οργανισμούς και αποδοτικότερη απορρόφηση ατμοσφαιρικού CO₂. (Β) To σύστημα CRISPR-Cas9 στοχεύει και επεξεργάζεται συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA στο γενετικό υλικό, εκμεταλλευόμενο τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης στα κύτταρα. Το σύστημα αποτελείται από δύο μέρη: το ένζυμο Cas9 και μια αλληλουχία-οδηγό RNA που είναι συμπληρωματική στο στόχο DNA. Λεπτομέρειες του μηχανισμού δράσης της Cas9 σε ατομική κλίμακα μπορούν να οδηγήσουν στη βελτιστοποίηση της εξειδίκευσης του συστήματος και τη μείωση του λειτουργικού μεγέθους της Cas9 για αποδοτικότερη χορήγηση.

Speakers Short CV

Ο Δρ. Βαγγέλης Δασκαλάκης ολοκλήρωσε τις προπτυχιακές του σπουδές στο τμήμα χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2000 και τη διδακτορική του διατριβή στο ίδιο ίδρυμα το 2006. Έχει εργαστεί (ως προσωπικό ή επισκέπτης) σε ερευνητικά ιδρύματα όπως το Ίδρυμα Τεχνολογίας Έρευνας στην Ελλάδα (ΙΤΕ), το Τμήμα Επιστημών Ζωής του Υπερυπολογιστικού Κέντρου της Βαρκελώνης (BSC), το Υπερυπολογιστικό Κέντρο Οκαζάκι για Βιοεπιστήμες, στο τμήμα τoυ Εθνικού Ινστιτούτου Φυσικών Επιστημών της Ιαπωνίας (NINS). Είναι Yπεύθυνος του Εργαστηρίου Υπολογιστικών Περιβαλλοντικών Μοντέλων (CEM) στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών (Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Κύπρου) ως Επίκουρος καθηγητής από το 2015. Η ανεξάρτητη ερευνητική του δραστηριότητα επικεντρώνεται σε μελέτες βιοφυσικής χημείας μεγάλων βιολογικών μορίων που συμμετέχουν σε διαδικασίες σχετιζόμενες με τις επιστήμες ζωής (Βιολογία) ή/ και το περιβάλλον. Στο εργαστήριο εφαρμόζει υπολογιστικές τεχνικές που βασίζονται στη μεθοδολογία της Μοριακής Δυναμικής (ΜΔ) , όπως η μεταδυναμική πολλαπλών βημάτων, ή η μεταδυναμική παράλληλης ανταλλαγής στο ομαλά-συγκλίνον στατιστικό σύνολο, σε συνδυασμό με την κβαντική μέθοδο του Συναρτησιακού της Ηλεκτρονιακής Πυκνότητας (DFT). Τα μοντέλα και η ανάλυση των αποτελεσμάτων ΜΔ βασίζονται σε εργαλεία βιοπληροφορικής (αλγόριθμοι αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης με πρωτεΐνη, δομική ευθυγράμμιση και αλληλουχική ομολογία, μοντέλα Markov State). Για την έρευνα χρησιμοποιεί υπερυπολογιστικά συστήματα (HPC) όπως τα Joliot Curie - Irene ROME TGCC στη Γαλλία, Salomon iT4i στην Τσεχία, SuperMUC-NG LRZ και HLRS στη Γερμανία, MareNostrum στο Υπερυπολογιστικό Κέντρο της Βαρκελώνης, στο πλαίσιο των επιχορηγούμενων προγραμμάτων PRACE/ DECI (https://prace-ri.eu/).

Η διττή οπτική που παρέχει ο συνδυασμός υπολογιστικών και πειραματικών τεχνικών βιοχημείας, βιοφυσικής και βιολογικής χημείας καθιστά την ομάδα του μια από τις πιο κατάλληλες να μελετήσουν απαιτητικούς ερευνητικούς στόχους, όπως (α) Η φωτοπροστασία στα ανώτερα φυτά και διάτομα, με στόχο την αύξηση της βιομάζας τους με μεθόδους βιομοριακής μηχανικής, (β) την τεχνολογία CRISPR-Cas9 για μηχανική γονιδιώματος και (γ) τη θερμοσταθερότητα βιομορίων. Ο Δρ. Δασκαλάκης έχει 42 δημοσιεύσεις ως άρθρα σε περιοδικά με ομότιμη κρίση (37), κεφάλαια βιβλίων (4) και πρακτικά συνεδρίων (1). Πρώτος συγγραφέας σε 18/42 και αλληλογραφών συγγραφέας σε 18/42 δημοσιεύσεις, παρουσιάζοντας ισχυρή ερευνητική ανεξαρτηρία. Εργασίες του έχουν δημοσιευτεί σε κορυφαία περιοδικά στους τομείς της βιοφυσικής χημείας και φυσικοχημείας (π.χ. J. Am. Chem. Soc. Proc. Natl. Acad. Sci USA, Biochim. Biophys. Acta, NPG Sci. Rep., J. Phys. Chem. B-C, Phys. Chem. Chem. Phys., Chem. Commun.)