Spopad z rakom in genetsko pogojenimi boleznimi

Raziskave na področju strukturne in teoretične kemije zajemajo raznovrstne tematike kot so: zvitje in interakcije proteinov, določevanje struktur biomolekul, računalniške simulacije biomolekul, kvantna kemija, bioinformatika, encimski mehanizmi, kemometrija, razvoj algoritmov za računalniške simulacije, itd.

Za razumevanje delovanja celic živih organizmov je potrebno poznati strukture vseh proteinov, ki so zapisani v DNK. Določanje struktur proteinov z eksperimenti je zelo drag in dolgotrajen postopek, saj to pomeni ugotoviti prostorske lokacije več tisoč atomov v molekuli. Enostavneje bi bilo določiti strukturo z računalniki, kar pa zdaj še ni izvedljivo, ker ne poznamo dovolj natančno sil (interakcij), ki držijo molekule proteinov skupaj. Velik korak naprej so naredili z odkritjem sil, ki določajo lokalno strukturo proteinov (alfa-vijačnic, beta-trakov). Postavili so model nastanka fibrilov, kar je pomembno za razumevanje molekularne etiologije hudih bolezni (Alzheimer, Parkinson, BSE). Na mednarodnih tekmovanjih v napovedovanju struktur proteinov (CASP) pa so pokazali, da so naše metodologije med uspešnejšimi na svetu. 

Za določevanje struktur biomolekul so posodobili opremo z nakupom 800 MHz NMR spektrometra. Raziskave z NMR so usmerjene predvsem v študij strukture in dinamike velikih kompleksnih sistemov, kot so proteini in nukleinske kisline, v študij organskih in anorganskih molekul, v spremljanje kemijskih in biokemijskih reakcij, identifikacijo in karakterizacijo različnih kristalnih in amorfnih oblik, v analitiko v farmacevtski, kemijski, prehrambeni in ostali industriji. Še posebej je potrebno omeniti študije z gvanini bogatih zaporedij DNK, ki radi tvorijo štiri vijačnice (G-kvadrupleksi). Ta zaporedja se pogosto nahajajo na koncih kromosomov v tako imenovanih telomernih delih in v regulatornih delih onkogenov. Študij G-kvadrupleksov je pomemben za razvoj zdravil v boju proti raku in zaradi vlog, ki jih te strukture lahko opravljajo v celicah.

Raziskovalci so kot prvi uporabljali metodo molekulskih simulacij. Z računalniškimi simulacijami študiramo kemijske reakcije, ki potekajo v celicah živih organizmov; tudi takih, ki so povezana z boleznimi. Še posebej so pomembne reakcije, ki vodijo do rakavih obolenj. Kot prvi so naredili kvantitativen račun za reakcijo med gradnikom molekule DNK in karcinogeno molekulo. Razvili so eno od hibridnih metod za računalniške simulacije biomolekul.

Z metodami bioinformatike raziskujejo vzroke za spremembe v genomskih zaporedjih in poskušamo določiti zakonitosti, ki vodijo molekularno evolucijo. Del raziskav je namenjen enemu najpogostejših mutacijskih dogodkov, to je zdrsu polimeraze, ki podaljša ali skrajša ponovitve enakih nukleotidov. Ponavljajoča zaporedja imajo majhno informacijsko vrednost, vendar lahko, če se nahajajo v bližini kontrolnih zaporedij, vodijo do genetsko pogojenih bolezni.