Kemijska karcinogeneza in nevrodegeneracija: Molekularni mehanizem vpliva mikrovalovnega sevanja
natisniMikrovalovno sevanje s frekvencami med 300 MHz in 300 GHz, ki ga oddajajo mobilna telefonija, brezžična omrežja, gospodinjski aparati, radarji, sateliti in GPS naprave, predstavlja znaten del elektromagnetnega smoga. Potrjeno je bilo, da dolgotrajna uporaba mobilnih telefonov poveča tveganje za nastanek možganskih tumorjev, posledično je bila le-ta nedavno s strani Svetovne zdravstvene organizacije klasificirana kot potencialno karcinogena. Mikrovalovi pa dokazano pospešujejo tudi zvijanje in agregacijo proteinov – procesa, ki ju v splošnem povezujemo z začetki nevrodegenerativnih obolenj (Alzheimerjeve, Parkinsonove, Huntingtonove in Creutzfeldt-Jakobove bolezni) ter z določenimi vrstami raka (amiloidozo). Ta dognanja so podprta praktično izključno z eksperimentalnimi napori, teoretična dela na področju pa ostajajo presenetljivo redka. Posledično želimo v predlaganem raziskovalnem projektu osvetliti molekularne osnove tovrstnih zdravju potencialno škodljivih mikrovalovnih efektov s pomočjo vrste naprednih računalniških simulacijskih tehnik. Naš novi fizikalni mehanizem mikrovalovne katalize, ki na osnovi rotacijsko vročih reaktivnih zvrsti vodi do spremenjenih statistike medmolekulskih trkov in reaktivnosti, bomo uporabili na reakcijah kemijskih karcinogenov kloroetilen oksida, akrilamida in uretana z DNA. Če bo kombinacija analitičnega izraza z Monte Carlo simulacijo resnično potrdila mikrovalovno ojačeno reaktivnost kemijskih karcinogenov, bo potrebno ponovno pretehtati obstoječe mikrovalovne varnostne standarde, ki so osnovani zgolj na ravnotežnem segrevanju tkiv. Rotacijsko vroče polarne molekule vode pa analogno nudijo tudi verjetno mehanistično razlago mikrovalovno pospešenega zvijanja in agregacije proteinov, saj bodo znatno ošibile omrežje vodikovih vezi okrog danega proteina in posledično oslabile njegovo hidratacijo. Tak protein bo nato prisiljen izgubljene interakcije nadomestiti z močnejšim interagiranjem s samim seboj in s sosednjimi proteini, kar močno spominja na njegovo potopitev v manj polarno in manj protično topilo. To hipotezo bomo testirali na modelnih β-peptidih, na biološkem peptidu GCN4 levcinske zadrge ter na amiloidogenih Aβ peptidih s pomočjo simulacij molekulske dinamike v povezavi z doma razvitim simplektičnim integratorjem SISM, ki omogoča učinkovit razklop posameznih prostostnih stopenj molekul vode ter njihovo povezavo z odgovarjajočimi termostati, kar razkriva njihove neravnotežne lastnosti pri katerikoli poljubni kombinaciji rotacijske, translacijske in vibracijske temperature.
Rak predstavlja kugo moderne dobe, saj za srčno-žilnimi obolenji tvori drugi najpogostejši vzrok smrti. Predlagani raziskovalni projekt naslavlja aflatoksin B1 – najmočnejši naravni karcinogen, ki predstavlja resen zdravstveni problem v številnih predelih sveta. Celoten proces njegove zgodnje karcinogeneze bomo prvikrat proučili računalniško s kombinacijo ab initio, mešanih kvantno-mehanskih/molekulsko-mehanskih (QM/MM) in empiričnih reprezentacij solvatiranih biomolekularnih sistemov, simulacij molekulske dinamike ter prosto-energijskih izračunov. Nadalje bomo kritično ovrednotili človeške posege v obliki prehranskih polifenolov. Njihov antikarcinogeni potencial bomo določili s kvantno-mehanskimi metodami in njihove nevroprotektivne lastnosti s pomočjo našega novega pristopa inverznega molekulskega sidranja na celotni proteinskipodatkovni banki (PDB).
Kadar bo to le mogoče, bomo eksperimentalno preverili dobljene rezultate pri naših dolgoletnih sodelavcih z namenom vzpostavitve validirane računalniške platforme, ki bi nudila jasne prednosti pred laboratorijskimi poskusi, saj so slednji na področjih kemijske karcinogeneze in nevrodegeneracije neizogibno povezani z visokimi zdravstvenimi in okoljskimi tveganji.
