Uddannelses- og Forskningsministeriet - FNU - Sapere Aude - Forskertalent - Spectral tuning of light-sensitive proteins

Optogenetics is a revolutionary new technique that allows optical control of cellular processes using light-sensitive proteins which have been inserted into cells using genetic manipulation. This has been especially fruitful for neuroscience but it is also gaining popularity in other areas. The technique is still in early stages of development so there is currently a great need for new and improved molecular tools to enable more precise and complex experiments. The purpose of this project is to assist in the design process of new light-sensitive proteins using in silico techniques. This will be achieved through the development and application of novel computational models and tools for the characterization and optimization of the optical properties of proteins. In silico protein design offers many advantages over traditional engineering besides being fast and economical. For instance, it is entirely viable to perform exhaustive mutational studies that are otherwise out of reach using in vitro experiments.

Optogenetik er en revolutionerende ny teknik, som har givet forskere nye muligheder for at udforske nogle af biologiens fundamentale processer. Den er anvendt indenfor hjerneforskning hvor den har givet ny indsigt i nogle af hjernens funktioner helt nede på celleniveau, men er også ved at blive populær indenfor andre områder. Der bruges specielle lys-følsomme proteiner, såkaldte channelrhodopsiner, som indkorporeres i cellevæggen med genetisk manipulation. Disse proteiner gør at man kan tænde og slukke cellens funktion ved hjælp af lys med specifikke bølgelængder. Optogenetikken er stadig i en tidlig udviklingsfase hvor der er brug for nye og forbedrede lysfølsomme proteiner. For eksempel for at kunne lave bedre eksperimenter hvor man kombinerer aktivering af forskellige celletyper har man brug for lys-følsomme proteiner der aktiveres ved forskellige bølgelængder. Den traditionelle metode til udvikling af nye proteiner er en omstændig og ressourcekrævende proces. Disse problemer kan med stor fordel løses med computermodellering. Ved at anvende modeller baseret på kvantemekanik kan man undersøge og forudsige hvilke mutationer der kan føre til proteiner med nye egenskaber. Formålet med dette projekt er at udvikle effektive computer-baserede modeller og værktøjer til at skabe nye lys-følsomme proteiner som vil kunne anvendes i optogenetikken.