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PP1 - KI - National Institute of Chemistry - Laboratory of Chemometrics

Gestione dati e informatica applicata a struttura e funzione di proteine trasportatrici di membrana.
DESCRIZIONE DELL’ORGANIZZAZIONE
L’Istituto Nazionale di Chimica (INC) rappresenta il  principale istituto di ricerca nel campo della chimica e le discipline correlate in Slovenia. Si trova nella capitale slovena, Lubiana ed è stato fondato nel 1946. Oggi ha oltre 280 dipendenti. I giovani ricercatori rappresentano circa il 25% del personale del INC, rendendolo una delle principali organizzazioni slovene per l'istruzione e di formazione post-laurea. Molti ricercatori post-dottorali sono anche coinvolti in lezioni accademiche nelle università slovene. Lavorando entro i parametri delle norme ISO 9001 nella ricerca e gestione delle infrastrutture moderne e i protocolli di lavoro annessi consente  risultati scientifici di primo livello e il trasferimento delle conoscenze ad un uso pratico. La ricerca di base e applicata sono orientati verso le Scienze della Vita della e dell'ingegneria dei materiali: la biotecnologia, la protezione dell’ambiente, la chimica strutturale e teoretica, la chimica analitica, la ricerca sui materiali e l’ingegneria chimica, attraverso il quale l'istituto è in linea con le esigenze della chimica, le industrie farmaceutiche, dei pneumatici, e dell’alimentare, sia nazionale che internazionale. In tutto l’INC dispone di 7 laboratori / dipartimenti in materia delle Scienze della Vita e 9 laboratori per quanto riguarda l'analisi chimica e l’ingegneria dei materiali (http://www.ki.si).
Il laboratorio di chemiometria è stato fondato nel 1983 ed è uno dei 16 laboratori INC ed attualmente ospita 16 ricercatori. Il nostro compito principale è lo sviluppo degli strumenti chemiometrici e la sua promozione fra gli utenti del mondo accademico, dell'industria e degli enti di regolamentazione. Per quanto riguarda le esigenze dei partner stiamo sviluppando degli strumenti per la modellazione dei dati analitici applicabili anche in altri settori per esempio nell’ottimizzazione dei processi industriali, la tracciabilità degli alimenti, l’analisi della qualità delle acque, e la creazione dei modelli delle proprietà biochimiche delle molecole.
 
LE TECNOLOGIE E LE COMPETENZE DISPONIBILI
Fra la varia gamma di competenze il Laboratorio di Chemiometria esigue degli analisi a richiesta  indirizzati ai problemi utilizzando analisi chemiometrici-statistici specializzati e strumenti matematici (per esempio Quantitative Structure Property / Activity Relationships - modelli QSPR / QSAR). Abbiamo una lunga esperienza nella applicazione dei metodi di costruzione dei modelli avanzati, sia per costruire modelli deterministici o euristici. Abbiamo il software e gli algoritmi per diverse reti neurali artificiali, per creare i modelli di rappresentazioni 3D delle strutture chimiche, per il calcolo dei descrittori molecolari, per l'analisi statistica (modelli di regressione, SVM, PCA).
Il Laboratorio possiede prototipi di modelli QSPR / QSAR validati per le previsioni / classificazioni dei diversi ‘endpoint’ di interesse negli studi ambientali (per es. la tossicità acquatica dei fenoli, l’attività dello scompiglio del sistema endocrino e la tracciabilità delle acque) o studi di salute o la progettazione dei farmaci compresi la carcinogenicità dei composti dal database DSSTox, la tossicità dei conazoli, l’attività antitubercolare dei fluorochinoloni, l’attività di trasporto dei bilitranslocasi, la reattività molecolare e l’attività antiprione). Previsioni nuovi delle attività e / o proprietà dei composti di interesse sono disponibili su richiesta agli autori. I dati di input necessari per la previsione dipendono dal modello, ma per la maggior parte dei modelli sono necessarie le strutture chimiche 2D. Nel caso che oggetto del modello non è una struttura chimica, sono necessari altri dati numerici multivariati.
Abbiamo un nuovo prototipo per la previsione di α e β regioni transmembrana. La parte innovativa del nostro algoritmo è la possibilità di prevedere le regioni di proteine transmembrane (TM)​​basati soltanto sulle informazioni sulla sequenza aminoacidica che vengono codificati mediante descrittori matematici. La caratteristica unica del nostro algoritmo è che è indipendente delle informazioni evolutive e gli indici delle proprietà fisico-chimiche, offrendo una maggiore flessibilità rispetto ai metodi basati sulle informazioni evolutive. Dunque, l'approccio del nostro algoritmo di predizione, basato su’una sequenza unica, è vantaggiosa nel predire per le nuove sequenze proteiche non omologhi. Gli algoritmi di predizione sviluppati, utilizzando dei script Perl, sono attualmente disponibili soltanto su richiesta agli autori.
Abbiamo ottenuto un brevetto più una domanda di brevetto presentata in collaborazione con l'industria slovena per la costruzione stradale che riguardano le nuove tecnologie di aggiungere la polvere PMMA/ATH (un materiale di scarto nella produzione dei materiali compositi) al bitume o la miscela di asfalto.
 
SETTORE DI RICERCA
L'attività di base del Laboratorio è l'applicazione dei metodi di chemiometria nei vari campi di ricerca. Di recente il focus della ricerca si è spostato dall’applicazione dei metodi chemiometrici in chimica analitica per i controlli di qualità e la garanzia di qualità verso l'esplorazione di grandi ‘dataset’ multivariati, comprese le applicazioni nelle Scienze della Vita, come, per esempio, la valutazione dei parametri biochimici e tossicologici necessari per il regolamento delle sostanze chimiche (la valutazione del rischio), e lo sviluppo dei farmaci, assieme ai studi degli effetti avversi dei farmaci o nuovi composti chimici. Sviluppiamo delle rappresentazioni 3D delle strutture chimiche sulla base della loro sequenza aminoacidica e dati NMR (caso di studio: le proteine ​​transmembrana bilitranslocasi). Utilizzando le reti neurali, siamo in grado di sviluppare delle ‘Quantitative Structure Activity Relationships’ (QSAR) per la classificazione e la previsione delle proprietà / attività per un grande insieme di sostanze chimiche. Nella chimica normativa impieghiamo i modelli QSAR, che rispettano tutti i principi dell'OCSE, per la previsione dei parametri fisico-chimici, tossicologici ed ecotossicologici, necessari per la valutazione del rischio delle sostanze chimiche. Siamo coinvolti anche nella realizzazione dei metodi QSAR per il regolamento UE REACH (per la registrazione, valutazione, autorizzazione e restrizione delle sostanze chimiche) come metodo alternativo alla sperimentazione sugli animali. Nella progettazione razionale dei farmaci abbiamo impiegato dei modelli QSAR nella la ricerca di nuovi indizi e per ottimizzare le sostanze attive.
 
PAROLE CHIAVE
rete neurale, descrittori chimici, QSAR, analisi statistiche, struttura delle proteine ​​transmembrana
 
ALTRO
Il Laboratorio di Chemiometria è o è stato coinvolto in diversi progetti europei come Project Partner.
Progetti UE-finanziati: TEMPUS, COPERINCUS, IMAGETOX (Intelligent Modelling Algorithms for General Evaluation of TOXicities, FP5), TRACE (Tracing Food Commodities in Europe, FP6), IBAAC (An Integrated Biomimetic Approach to Asymmetric Catalysis), VICIM (Virtual Institute of Chemometrics and Industrial Metrology, FP5), COST D2 (New fluorous media and processes for cleaner and safer chemistry), CAESAR (Computer-Assisted Evaluation of industrial chemical Substances According to Regulations, FP6), COSMOS (Integrated In Silico Models for the Prediction of Human Repeated Dose Toxicity of Cosmetics to Optimise Safety, FP7), BioChemLig (Bio-Orthogonal Chemo-Specific Ligation, FP7), Trans2Care (Transregional Network for Innovation and Technology Transfer to Improve Health Care, European Regional Development Fund).
 
 
 
 
 
National Institute of Chemistry - Laboratory of Chemometrics
  Marjana Novič
Hajdrihova 19 POB 660 1001 LJUBLJANA Slovenia
Slovenia