Bioinformatika

Zodpovedná osoba: RNDr. Martin Menkyna, PhD.

Bioinformatika je odbor, ktorý využíva výpočtové nástroje, matematické modelovanie a analýzu dát na riešenie biologických a biochemických problémov. Jednoducho povedané: namiesto toho, aby sme testovali tisíce molekúl v laboratóriu, vieme ich správanie simulovať na počítači a do laboratória potom pošleme len tie najsľubnejšie kandidáty. Tento prístup výrazne urýchľuje výskum a znižuje náklady.

Naša výskumná skupina aktívne aplikuje výpočtové prístupy na skúmanie širokej škály molekulárnych cieľov. Vykonávame rozsiahle molekulárne dokovanie a simulácie molekulárnej dynamiky zamerané na štúdium interakcií ligandov s kľúčovými receptormi, ako sú HER2 a ľudský sérový albumín. Realizujeme zložité dokovanie proteín-proteín a dynamické analýzy zamerané napríklad na komplexy stafylokinázy s plazminogénmi alebo halogénalkándehalogénaázy interagujúce s n-butylhalogenidmi.

Výpočtová infraštruktúra

Všetka výpočtová práca je poháňaná špecializovanou pracovnou stanicou Supermicro WS vybavenou piatimi grafickými kartami NVIDIA RTX 4000 Ada Generation (20 GB každá) a pamäťou 12×32 GB DDR5. Táto infraštruktúra umožňuje spúšťať viacero replík simulácií súčasne bez spomalenia, pričom pri určitých systémoch dosahuje rýchlosť simulácie na úrovni stoviek nanosekúnd za deň.

Oblasť výskumu a služieb

Molekulárne dokovanie a virtuálny skríning ligandov
Simulácie molekulárnej dynamiky biologických systémov
Dokovanie proteín–proteín a analýza interakčných rozhraní
Genomika a analýza veľkých biologických dát
Strojové učenie pre predikciu štruktúry a funkcie proteínov
Návrh a optimalizácia nanoprotilátok (nanobodies)
Automatizované dokovacie pipeline na mieru
Bioinformatická podpora proteínového inžinierstva a vývoja liečiv

Laboratórium proteínového inžinierstva

Laboratórium je vybavené kľúčovými prístrojmi pre realizáciu molekulárno-biologických experimentov, vrátane PCR termocykléra (Eppendorf Mastercycler X50S) a PCR boxu (Biosan). Disponuje prístrojmi na agarózovú gélovú elektroforézu (Bio-Rad PowerPac HC), UV transiluminátorom (Herolab) na vizualizáciu DNA, chladenou centrifúgou (Eppendorf 5424 R) a termomixérmi (Eppendorf, Biosan), ktoré umožňujú efektívnu separáciu a kontrolovanú inkubáciu pripravovaných vzoriek.

Laboratórium biotechnológie a fyziológie buniek

Laboratórium využíva bunkové modely a moderné analytické techniky na štúdium expresie, lokalizácie a biologickej aktivity rekombinantných proteínov. Pomocou konfokálnej mikroskopie, prietokovej cytometrie, spektroskopických metód a metabolických analýz hodnotíme interakcie proteínov s bunkami, ich stabilitu, cytotoxicitu a funkčné vlastnosti v biologických systémoch.

Laboratórium laserovej spektroskopie

Laboratórium laserovej spektroskopie sa zameriava na výskum a detailnú analýzu molekulárnych procesov pomocou moderných spektroskopických a optických metód s vysokou citlivosťou a časovým rozlíšením.

Laboratórium biotermodynamiky a optickej spektroskopie

Laboratórium biotermodynamiky a optickej spektroskopie sa zameriava na biofyzikálnu charakterizáciu biomakromolekúl, štúdium interakcií ligandov s proteínmi a nukleovými kyselinami a analýzu stability a funkčných vlastností biologických komplexov pomocou moderných optických a spektroskopických metód.

Laboratórium molekulárnej biológie

Laboratórium sa špecializuje na komplexné spracovanie biologických vzoriek so zameraním na proteíny a nukleové kyseliny, zahŕňajúce ich izoláciu, purifikáciu, cielenú molekulárnu modifikáciu a detailnú funkčno-štruktúrnu charakterizáciu.

Laboratórium bunkových kultúr

Laboratórium zabezpečuje prípravu živých aj fixovaných bunkových vzoriek a využíva moderné bunkovo-biologické, zobrazovacie a bioanalytické metodiky na hodnotenie viability, proliferácie, bunkovej odpovede na biologicky aktívne látky a analýzu molekulárnych a fyziologických zmien na úrovni jednotlivých buniek.

Laboratórium konfokálnej mikroskopie

Laboratórium využíva moderný konfokálny mikroskop na vysokorozlišovacie 2D a 3D fluorescenčné zobrazovanie buniek, tkanív a biomateriálov, umožňujúce analýzu intracelulárnych procesov, lokalizácie biomolekúl, priestorovej organizácie bunkových štruktúr a dynamických zmien vyvolaných experimentálnymi podmienkami či biologicky aktívnymi látkami.

Laboratórium prietokovej cytometrie

Laboratórium disponuje triediacim cytometrom CytoFLEX SRT (Beckman Coulter) na presné triedenie buniek a analyzátorom CytoFLEX S (Beckman Coulter) pre cytometrickú analýzu. Súčasťou vybavenia je laminárny box triedy II (ESCO) na bezpečnú manipuláciu s biologickým materiálom, chladená centrifúga (Eppendorf 5430 R), elektroporátor GenePulser Xcell (Bio-Rad) na transformáciu buniek a homogenizátor QIAGEN TissueLyser III.

Laboratórium mikroskopie s časovým rozlíšením

Laboratórium využíva vysoko citlivé časovo-rozlíšené merania na charakterizáciu bunkových procesov, molekulárnych interakcií a zmien vyvolaných vonkajšími stimulmi alebo biologicky aktívnymi látkami, pričom poskytuje informácie nedostupné konvenčnými zobrazovacími metódami.

Laboratórium Ramanovej spektroskopie

Laboratórium umožňuje neinvazívnu a bezkontaktnú identifikáciu molekulového zloženia, štruktúrnych zmien a chemických interakcií v analyzovaných systémoch, pričom poskytuje detailné informácie o biomolekulách, bunkových štruktúrach, nanomateriáloch či funkčných povrchoch.

Laboratórium rekombinantných proteínov

V laboratóriu realizujeme purifikáciu proteínov pomocou afinitnej chromatografie a gélovej filtrácie, s kontrolou čistoty prostredníctvom SDS-PAGE a HPLC systémov. Pre biofyzikálnu charakterizáciu využívame diferenčnú skenujúcu kalorimetriu (MicroCal VP-Capillary DSC) a cirkulárny dichroizmus (Chirascan V100), čo umožňuje detailnú analýzu stability, konformácie a interakcií proteínov. Súčasťou našich kapacít je aj kryštalizácia proteínov s využitím robotického systému Crystal Gryphon a stereoskopickej mikroskopie (Leica Microsystems Ivesta 3) na optimalizáciu podmienok a následnú analýzu kryštálov.

Laboratórium bakteriálnych kultúr

Laboratórium je vybavené prístrojmi na kultiváciu baktérií v definovaných podmienkach (teplota, aerácia, miešanie) a na riadenú expresiu rekombinantných proteínov. Následne slúžia na zber buniek, ich lýzu (mechanickú aj ultrazvukovú) a izoláciu a analýzu proteínov pomocou centrifugácie a spektrofotometrie.

Laboratórium translačnej biológie

Laboratórium hmyzích buniek

Laboratórium hmyzích bunkových kultúr sa špecializuje na produkciu rekombinantných proteínov pomocou bakulovírusového expresného systému v bunkových líniách Spodoptera frugiperda (Sf9). Platforma pokrýva celý workflow - od návrhu genetických konštruktov, cez generovanie rekombinantného bakulovírusu, až po škálovanú expresiu proteínov. Laboratórium je plne vybavené modernými centrifúgami, laminárnym boxom, inkubátorom, mikroskopom a termošejkremi, ktoré zabezpečujú kompletný proces prípravy a využitia rekombinantných bakulovírusov a produkcie proteínov.