BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

Az FIKP program célja a nemzetgazdasági jelentőségű kiemelt felsőoktatási intézmények K+F+I kapacitásának a növelése, illetve a nemzetgazdasági jelentőségű kutatást végző oktatók-kutatók differenciált bérezése. 

    
A BME nemzetgazdasági jelentőségű kutatási tématerületei:

• Nanotechnológia és anyagtudomány (NANO)
• Biotechnológia az egészség és az ipar szolgálatában (BIO)
• Mesterséges intelligencia (MI), ezen belül:
  • Smart city (SC)
  • Future mobility (FM)
• Víztudományok és katasztrófa-megelőzés (VÍZ)

  

VBK tevékenység:  

Biotechnológia az egészség és az ipar szolgálatában (BIO)

Szarka András (szarka@mail.bme.hu)

   

   

A tématerület névadásának megfelelően innovációs tevékenységünket két vezérelv az egészségmegőrzés, -helyreállítás és a magyar ipar támogatása köré szőttük.

 
A biotechnológiai ipar talán legnagyobb jelenkori kihívása a nagy molekulasúlyú fehérjegyógyszerek gazdaságos előállítása. Ezért a BME-n egy átfogó biotechnológiai koncepció mentén összehangoltuk a biotechnológiai K+F+I tevékenységet. Az átfogó koncepció lehetőséget teremt arra, hogy az egyetemen megvalósítsunk egy olyan biológiai gyógyszereket előállító központi egységet, amely a gyógyszereket előállító sejtvonalak tanulmányozásától, ezek növekedési és fehérjetermelési kapacitásának optimalizációjától kezdve, a termelt fehérjék kinyerésének, tisztításán keresztül, a termék formulázásáig a teljes gyártási folyamatot lefedje. A folyamat nyomon követését, szimulációját, a mérési adatok elemzését és szabályozását támogatja a BME, 6 különböző karán tevékenykedő, kutatócsoportok összehangolt, egymás kiegészítő munkája. A fejlesztésekben partnerünk az MTA TTK több intézete, illetve számos iparvállalat.

 
Az egészségmegőrzés területén kiemelt hangsúlyt kapott a környezetvédelem, amelyet hatékonyabb katalitikus eljárások, szennyvíztisztítási, talajremediációs technológiák fejlesztésével kívánunk támogatni. Természetesen górcső alá vontuk a fenntarthatóság gazdasági oldalát is. Közvetlen egészség megőrzési célokat szolgálnak élelmiszer és táplálkozástudományi fejlesztéseink.

  
Munkánk során kifejlesztettünk egy adaptív génszekvenálási módszert és tesztelésére szolgáló szimulációs keretrendszert, amely a standard egyenletes fedés helyett egyenletes hibavalószínűséget céloz elérni. Új statisztikai eszközöket fejlesztettünk ki az együttes környezeti-genetikai hatások elemzésére, amelyek képesek kezelni a populáció több szempont szerinti rétegződését is, illetve felskálázható nagy mintaszámú adathalmazokra is. 2019. május 1-én indult az IMI2-es elosztott gépi tanulással segített gyógyszerkutatási projektünk: A „MachinE Learning Ledger Orchestration for Drug DiscoverY” (MELLODY). A 2020. január 1-én induló DCPM Digital Clone for Personalized Medicine című EU H2020-MSCA-RISE-2018 projekt keretében személyre szabható terápiás protokollok kidolgozását kezdtük meg az intenzív ápolás mindhárom fontos terápiás ágában: a mesterséges lélegeztetés, a metabolikus egyensúly fenntartását célzó vércukor szabályozás, valamint a kardiovaszkuláris ellátás területén. Páciens-specifikus végeselemes modellünkkel meghatároztuk, hogy az agyszövet viselkedése miként változik a dekompresszív kraniektómia műtét során. A géldozimetriai optikai szkenner geometriai kalibrációjának pontfelismerésen alapuló megvalósítását új, pontosabb párhuzamos egyenesek perspektívikus leképezésén alapuló módszerre váltottuk fel. A Semmelweis Egyetemmel együttműködésben különböző ízületi implantátumok kopáscsökkentésének lehetőségével foglalkoztunk fém-polimer felületek felületi mikrostruktúráinak kialakításával. Az implantátumok polimer komponenseinek 3D nyomtatással történő gyártásának lehetőségét is vizsgáltuk. Mérnöki támogatást nyújtottunk 20 vállfájdalmas stroke beteg szimultán izometrikus erő és hőfénykép mérését magába foglaló klinikai vizsgálathoz. Újszerű, gyorsprototípus nyomtatás alapú kézfej ortézist terveztünk, építettünk. Agyi aneurizmák endovaszkuláris kezelésének leggyakoribb eszközének, az áramlásmódosító sztentek hidrodinamikai ellenállásának mérésére fejlesztettünk mérőberendezést. A mérőberendezéssel különböző sztentek nyomásesését tudjuk mérni a térfogatáram függvényében. Elsőepizódos, fiatal szkizofrén betegekben kimutattuk, hogy a TLR4 immunreceptorok perifériás aktivitása korrelál a prefrontális cortex volumenével. A dezorganizált gondolkodással kapcsolatos glossolalia az általános populációban kiemelkedő mentalizációs és verbális statisztikai tanulási képességekkel társult. Az általunk fejlesztett DNS-beli uracil kimutatására alkalmas szuperrezolúciós mikroszkópiai és genom szekvenálási eljárásokkal felfedeztük, hogy a klinikumban széles körben használt timidilát bioszintézist gátló kemoterápiás gyógyszerek a DNS-ben nem random módon idéznek elő károsodásokat. Azonosítottuk az így előidézett DNS-hibák előfordulási mintázatát különböző gyógyszerek esetén. Bizonyítottuk, hogy a dízel kipufogó gázok is megtalálható lipid peroxid származék, akrolein szerepet kap a növényi ferroptózis-szerű sejthalál folyamatában. Eredményeink arra utalnak, hogy a kaszpáz független humán ferroptózissal szemben, növényi sejtekben a kaszpáz-szerű aktivitás fontos része lehet a ferroptózis-szerű sejthalál folyamatának. Eredményeink segíthetik a megnövekedett átlaghőmérséklethez idomuló növénytermesztést. A sejtes toxicitási modell kifejlesztése során leírtuk, hogy a 3D nanohordozókon tenyésztett HepG2 sejtek Cyp2E1 expressziója 4-5-szöröse a 2D tenyésztetteknek. A 2D tenyésztett humán bipotens progenitor májsejtvonal, HepaRG már nem differenciáltatott tenyészetben is 70-80-szoros Cyp2E1 expresszióval jellemezhető a 2D tenyésztett HepG2 tenyészethez képest. Eredményeink tehát kimondottan bíztatók. Következő kísérleti lépésként 3D nanohordozókon kívánjuk a HepaRG tenyésztését folytatni, majd nagyobb léptékben bioreaktorra kívánjuk átültetni a mesterséges májszövetek építését.

 
Elemeztük a malmi kísérletekből származó rozsfrakciók beltartalmát, meghatároztuk a frakciók reológiai és végtermékjellemzőit. Keményítőgyári fejlesztéseink során, folytattuk a fajtákból történő keményítő izolálást és jellemzést és a sikérminőségek többszempontú vizsgálatát. Vizsgáltuk a zab, rozs és árpa fehérje-összetételének genetikai változékonyságát, a zab hőkezelésének hatását a fehérje és keményítő komponensek méreteloszlására. Glutén referenciaanyag fejlesztése során tanulmányoztuk a feldolgozás hatására bekövetkező fehérjeváltozásokat reális élelmiszer-mátrixokban. Az első kidolgozott referenciaanyag jelöltünk további hasznosítása a MoniQA Association-nel együttműködésben elkezdődött. Továbbfejlesztettük a különféle kivonási és dúsítási módszerekkel előállított kivonatok (lestyán gyökér, ipari kender cséplési alj, eperfa mag) kémiai és mikrobiológiai analízisét. Újabb alapanyagokat vontunk be a vizsgálatokba (diólevél, gránátalma mag és héj). A potenciális kozmetikai és élelmiszeripari célú felhasználású komplex kivonatok mellett felmerült izolált hatóanyagok standardként való értékesítése is, ezért preparatív izolálási módszerfejlesztéssel is foglalkoztunk. Megvalósítottuk a laktóz intolerancia kezelésénél alkalmazott terápiás enzim szobahőmérsékletű, folyamatos üzemű szárítását méretnövelt elektrosztatikus szálképzéssel. Kétféle mátrix anyaggal megvalósítottuk a szárítást és sikeresen őröltük az szálas termékeket, majd tablettává alakítottuk őket.

 
Részletesen foglalkoztunk a biomassza-alapú energiatermelés fenntarthatósági értékelésével Magyarország viszonylatában, a biomassza-alapú platform molekulák sorából a gamma-valerolakton egy további lehetséges előállítási módjával, valamint a gamma-valerolakton, mint nem fosszilis eredetű oldószer homogén katalitikus reakciókban történő alkalmazásával. A Petrosenilum crispum törzsből származó fenilalanin ammónia-liáz hidrofób kötőzsebének tervezett módosításával az enzim biokatalitikus aktivitását jelentős mértékben növeltük fenilalanin orto-, meta-, para- szubsztituált analógjainak ammónia eliminiációjában, valamint a megfelelő akrilátok ammónia addíciójában, melyet enzimkinetikai mérésekkel és röntgen krisztallográfiával igazoltunk.

  
NIR spektroszkópiai módszerek fejlesztését kezdtük meg a biodízel technológia melléktermékeként képződő glicerin metanol tartalmának meghatározására. Kibővítettük polimer NIR és MIR alapú spektrumkönyvtárunkat az eddig vizsgált csomagolásra használt burkoló anyagokon túl olyan polimer komponensekkel, amelyek mint potenciális környezetszennyező anyagok mikropolimerformájában élővízi szennyezőként előfordulhatnak. Igazoltuk a papírgyártási hulladékból és szennyvíziszapból előállított bioszén alkalmazhatóságát talajjavításra. Kimutattuk, hogy bizonyos ciklodextrinek hatékonyan képesek befolyásolni a Pseudomonas aeruginosa jelátviteli folyamatát, és egyben biofilm képzését. MFC méréseink alapján különböző, oldott és lebegőanyag formájában jelenlévő modellszubsztrátok, valamint valós kommunális és ipari szennyvizek szervesanyag tartalma lineáris korrelációt mutat a mikrobiális üzemanyagcella elektromos jellemzőivel. Kidolgoztuk a szennyvíztisztító telepek levegőztetésének optimalizációs módszerét. A szimulációs eszköz segítségével a költségcsökkentés, üzemeltetési oldalon is elemezhetővé vált.

 
Új módszert fejlesztettünk ki nagyméretű molekulák gerjesztett állapotainak vizsgálatára. A módszerrel a korábbiaknál pontosabban és gyorsabban lehet abszorpciós és cirkuláris dikroizmus spektrumokat számítani. A módszert biológiai jelölőmolekulák spektrumain teszteltük. Folytattuk a lokális korrelációs módszerek fejlesztését. Az egyszeres és kétszeres gerjesztéseket tartalmazó CC módszer (CCSD), illetve a perturbatív háromszoros gerjesztéseket is tartalmazó CCSD módszer [CCSD(T)] hatékonyságát tovább növeltük. Biológiai minták mikroszkópos vizsgálatában potenciálisan alkalmazható új fluoreszcens jelzőfestékek tulajdonságait tanulmányoztuk optikai spektroszkópiai és NMR kísérletekkel. A legkedvezőbb tulajdonságokat néhány merocianin típusú jelzőanyag mutatta, amelyek fluoreszcenciatulajdonságai nagymértékben érzékenyek voltak a mikroszkopikus környezet pH-jára, polaritására és viszkozitására.

  

Az Európai Unióban minden harmadik új gyógyszer, valamint a világ 10 legnagyobb értékesítéssel bíró gyógyszere közül a többség biotechnológiai eredetű. A magyar gyógyszeripari szereplők közül a Richter Gedeon NyRt egy évtizede határozta el, hogy rekombináns technológiával bioszimiláris (biohasonló) gyógyszermolekulákat fejleszt. Ezen készítmények terápiás használata jelentős megtakarítást hozhat a gyógyszerkassza számára, így nemzetgazdasági jelentőségük is meghatározó. A Richter K+F portfóliójába tartozó biologikumok gazdaságossága, gyártástechnológiájuk hatékonyságának növelése fontos célkitűzés, amely nem képzelhető el speciális tudással bíró szakemberek nélkül. Hazánkban, a Richtert követően több gyógyszeripari, biotechnológiai ipari szereplő (pl. EGIS, Becton Dickinson, Diagon stb.) is belépett erre a piacra. Célunk kettős a műegyetemi biotechnológiai bázis minél intenzívebb bekapcsolása a hazai ipari biotechnológiai K+F vérkeringésbe, illetve nemzetközi szintű szaktudással rendelkező szakemberek képzése. Mindkét részcél hozzájárul a tehetséges magyar szakemberek Magyarországon tartásához.

      
ComBineLab (Computational Biomedicine Laboratory)
Kutatócsoport vezető: Antal Péter

  
Gabonatudományi és Élelmiszerminőség
Kutatócsoport vezető: Tömösközi Sándor

  
Katalitikus Eljárások

Kutatócsoport vezető: Mika László Tamás

  
Neurokognitív
Kutatócsoport vezető: Kéri Szabolcs

   
NIR Spektroszkópiai
Kutatócsoport vezető: Salgó András

  
Biokatalízis és fehérjerögzítés
Kutatócsoport vezető: Poppe László

  
Gépészeti módszerek a biotechnológiban
Kutatócsoport vezető: Paál György

  
Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia
Kutatócsoport vezető: Molnár Mónika

  
Orvosi diagniosztikai és terápiás módszerek
Kutatócsoport vezető: Benyó Balázs
   
Extrakciós Kutatócsoport
Kutatócsoport vezető: Székely Edit

   
Géldozimetria és matematikai módszerek a biotechnológiában
Kutatócsoport vezető: Légrády Dávid, Szilágyi Brigitta

   
PAT bio-gyógyszertechnológia
Kutatócsoport vezető: Marosi György

  
Szennyvíztisztítási technológiák
Kutatócsoport vezető: Patziger Miklós

  
BIOSTRUCT: molekuláris kapcsolók
Kutatócsoport vezető: Vértessy G Beáta

  
Bioenergetika, bioanalitika és sejthalál kutatócsoport
Kutatócsoport vezető: Szarka András

  

Nagy molekulákra alkalmazható, a jelenleginél kisebb számításigényű kvantumkémiai modellek fejlesztése
Kutatócsoport vezető: Kállay Mihály

    
Nyelvelsajátítási Kutatócsoport
Kutatócsoport vezető: Lukács Ágnes

  
Emberi Egyensúlyozás Kutatócsoport
Kutatócsoport vezető: Insperger Tamás Antal

   

   
Olajszennyezett területeken jellemzően jelen lévő policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) eltávolításához hatékony mikrobiológiai készítményt előállítása Témavezető: Molnár Mónika

  
Talaj-remediáció, technológia fejlesztés Témavezető: Vértessy Beáta

 
Biologikumok gyártástechnológiájának optimalizálása és az azt támogató analitikai vizsgálati módszerek fejlesztése a Richter Gedeon Nyrt., a BME, az ELTE valamint az MTATTK együttműködésében Témavezetők: Vértessy Beáta, Szarka András

 

GalgaGabona projekt: Élelmiszerbiztonsági, agrotechnikai, feldolgozástechnológiai és táplálkozási érték növelését célzó fejlesztések a zab és rozs humán célú hasznosítási feltételeinek javítása érdekében Témavezető: Tömösközi Sándor

     

 

   
Kiemelt vállalati együttműködések a tématerületen

• ROYAL PRESS HUNGARY
• Sagemcom
• Ericcson
• EGIS Zrt
• Fővárosi Csatornázási Művek Zrt. és Szegedi Vízmű Zrt.
• HunHemp Zrt
• Magyar Cukor Zrt.
• MOL NyRt.
• Richter NyRt.

   
A publikációs és pályázati adatok összesítése:
FIKP támogatás feltüntetésével készített impakt-faktoros folyóiratban megjelent tudományos közlemények száma: 152.

    
Az első évben megjelent kiemelkedően magas IF-es publikációk:

Gonda X, Petschner P, Eszlari N, Baksa D, Edes A, Antal P, Juhasz G, Bagdy G Genetic variants in major depressive disorder: From pathophysiology to therapy. Pharmacol Ther. 2019 Feb;194:22-43. doi: 10.1016/j.pharmthera.2018.09.002 IF: 10.376

  
Errington, Wesley J., Bence Bruncsics, and Casim A. Sarkar. "Mechanisms of noncanonical binding dynamics in multivalent protein–protein interactions." Proceedings of the National Academy of Sciences 116.51 (2019): 25659-25667. IF: 9.504

 
Vass P, Démuth B, Farkas A, Hirsch E, Szabó E, Nagy B, Andersen SK, Vigh T, Verreck G3, Csontos I, Marosi G, Nagy ZK. Continuous alternative to freeze drying: Manufacturing of cyclodextrin-based reconstitution powder from aqueous solution using scaled-up electrospinning. J. of Controlled Release 298 pp. 120-127., 8 p. (2019) DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.02.019 IF: 7,877

 
Drying technology strategies for colon-targeted oral delivery of biopharmaceuticals. Vass P1, Démuth B1, Hirsch E1, Nagy B1, Andersen SK2, Vigh T3, Verreck G, Csontos I, Nagy ZK, Marosi G. J. of Controlled Release 296 pp. 162-178., 17 p. (2019) DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.01.023 IF: 7,877
Farkas E, Oláh M, Földi A, Kóti J, Éles J, Nagy J, Gal CA, Paizs C, Hornyánszky G, Poppe L. Chemoenzymatic Dynamic Kinetic Resolution of Amines in Fully Continuous-Flow Mode.

 
Organic Letters 20(24), 8052–8056 (2018). DOI: 10.1021/acs.orglett.8b03676 IF: 6.492