Christian Johannessen

Onderzoek Christian Johannessen

Onderzoeksgroep

Expertise

Structurele analyse van biomacromoleculen door een combinatie van experimentele chiroptische spectroscopische technieken (Raman-optische activiteit, vibrationeel en elektronisch circulair dichroïsme) en molecular modelling (moleculaire dynamica en kwantummechanische berekeningen). Methode- en instrumentontwikkeling.

Steady-state en tijdsgeresolveerde fluorescentie spectroscopie (FLUORATE). 01/06/2022 - 31/05/2024

Abstract

Optische materialen zijn alomtegenwoordig in de huidige samenleving. Van de bouwstenen van displays en LED's tot glasvezelcommunicatie voor ultrasnel internet, (plasmonische) nanostructuren voor fotokatalyse, bulk heterojuncties voor fotovoltaïsche cellen, probes voor beeldvorming, detectie en het ontrafelen van reactiemechanismen in chemie en katalyse tot nanostructuren voor nanofotonica-toepassingen. De diepgaande kennis van de aard en dynamiek van de oppervlakte- en bulkeigenschappen van deze materialen, zoals het lot van elektronen en gaten die ontstaan na optische excitatie, vereist specifieke spectroscopische technieken die zowel stabiele als tijdsafhankelijke dynamische eigenschappen van dergelijke materialen kunnen ontrafelen. Fluorescentiespectroscopie is een van de meest veelzijdige en gevoelige technieken die dergelijke informatie kan verschaffen. Moderne detectoren zijn in staat individuele fotonen te detecteren die worden uitgezonden op tijdschalen variërend van enkele picoseconden tot seconden, en met energieën die het gehele UV-, zichtbare en NIR optische bereik beslaan. Het aangevraagde systeem is een veelzijdige steady-state en tijdsgeresolveerde fluorescentie spectrometer, die zeer modulair is en in combinatie met de reeds beschikbare infrastructuur een unieke configuratie beoogt die een breed scala aan experimenten mogelijk maakt. Onder andere kan deze techniek informatie verschaffen over ultrasnelle processen op tijdschalen van picoseconden, delayed fluorescentie van bijvoorbeeld triplettoestanden en met een gevoeligheid over een zeer breed golflengtebereik (200 – 1700 nm) en toegankelijkheid tot zowel ensemble experimenten als individuele detectie van moleculen in oplossingen, poeders, nanodeeltjes, films en allerlei devices. De infrastructuur zal worden toegepast in zeer verschillende onderzoeksgebieden, van fotokatalyse tot excitonische eigenschappen van nanomaterialen, en van chemische reactiekinetiek tot fotovoltaïsche en LED-toepassingen, wat ook wordt bevestigd door de diverse onderzoekstopics van de 5 betrokken onderzoeksgroepen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Vervanging van een Vibrationeel Circulair Dichroisme spectrometer. 01/01/2020 - 31/12/2021

Abstract

In 2003 leidde een FWO-project van W. Herrebout (Molecuulspectroscopie) en P. Bultinck (Gent Quantum Chemistry Group, Universiteit Gent) tot de aankoop van een Bruker PMA37-module. Deze module werd aan een bestaande Bruker IFS66v FTIR-spectrometer (geïnstalleerd in 1998) aangebouwd. Naast standaard infraroodspectra, maakte de combinatie van een FTIR-spectrometer en een speciale PMA37-polarisatie-accessoire het mogelijk om vibrationeel circulair dichroisme (VCD) spectra te bekomen, waarin kleine verschillen in absorptie van links en rechts circulair gepolariseerd IR-licht door een chirale (bio)molecule worden gedetecteerd. Continu onderhoud van het FTIR-instrument, inclusief updates van de pc in 2003 en 2011, en regelmatige uitlijning van de optische bank van het VCD-accessoire door de lokale PI, zorgde ervoor dat de opstelling kon worden gebruikt voor onderzoek en fee-for-service-activiteiten en dit op een bijna continue basis tot 2019. In juni 2019 werden elektronische problemen gedetecteerd met de acquisitiekaart die de optische bank van de IFS66v FTIR spectrometer bestuurt. Besprekingen met E. Huys, FTIR-servicetechnicus bij Bruker België en de verantwoordelijke ingenieurs op het hoofdkantoor van Bruker Optics in Ettlingen, (Duitsland) hebben uiteindelijk geleid tot de conclusie dat de huidige opstelling als gevolg van de verouderde elektronica die wordt gebruikt in de FTIR-spectrometer niet langer ondersteund kon worden. Rekening houdend met verdere ontwikkelingen van de VCD-module, waarbij o.a. gebruik gemaakt wordt van een recentere piëzo-elektrische modulator die op een aanzienlijk hogere frequentie werkt (42 kHz in de recentere PMA50 versus 37 kHz in de oudere PMA37) en door het gebruik van modernere acquisitiekaarten en elektronica ter vervanging van de bestaande lock-in-versterker, kon de bestaande module helaas ook niet worden gekoppeld aan de FTIR-spectrometers die momenteel worden geleverd. Om de onderzoekslijnen met betrekking tot vibrerend circulair dichroïsme verder te kunnen ontwikkelen, en om de bestaande lokale en internationale fee-for-service-activiteiten met VCD te waarborgen, wordt in het huidige voorstel financiële steun gevraagd die de vervanging van de huidige opstelling mogelijk maakt.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

NILS (Nanoelectromechanical Instruments for Life Sciences) stimuleren. 01/12/2019 - 30/11/2021

Abstract

De FET-aanvraag behandelt de introductie van originele instrumentatie gebaseerd op nanomechanische systemen (NEMS) die worden gebruikt bij diverse analysemethoden in de bioen farmaceutische chemie, met het doel om deze zowel kwalitatief als kwantitatief te verbeteren. De revolutionaire infrarood (IR) detectiegevoeligheid van NEMS vormt de basis voor het concept. De introductie van optimalisatiemethoden voor NEMS-detectoren zorgde voor een recente doorbraak m.b.t. gevoeligheid tot op de detectie van één molecule bij kamertemperatuur, en dat met een ongeziene signaal-ruisverhouding. De bekomen gevoeligheid van enkele femtowatts per vierkantswortel van hertz leidt tot een verbetering van drie ordegroottes ten opzichte van bestaande NEMS-technologie en ten opzichte van gelijkaardige state-of-the-art kamertemperatuur IRdetectoren. Het hoofddoel van dit project is om deze ongeziene detectiegevoeligheid toe te passen om: 1. De hoeveelheid staal die nodig is om eiwitten te kunnen kwantificeren met behulp van IR te minimaliseren naar nano- tot femtogrammen. 2. Het verbeteren van de analyse van de secundaire structuur van eiwitten en de bepaling van de absolute configuratie via IR vibrationeel circulair dichroïsme door het reduceren van de tijd die nodig is voor het opnemen van een spectrum van uren naar minuten. 3. Het voor de eerste keer mogelijk maken van IR-identificaties van één kankercel en één enkele bacterie. 4. Het voor de eerste keer mogelijk maken van IR-analyses van signaalmetabolieten veroorzaakt door één enkele biofilmvormende bacterie. De NEMS IR spectroscopische instrumentatie vormt de basis voor analytische paradigma's in de belangrijkste delen van de bio- en farmaceutische wetenschappen, zoals proteomics, bacteriologie, farmacologie, celbiologie, microbiologie en oncologie. De implementatie van de nieuwe instrumentatie in deze onderzoeksgebieden zal een enorme versnelling van geneesmiddelontdekking, screenings van kankercellen en de zoektocht naar effectieve antibioticatherapie mogelijk maken. Uiteindelijk zal ook het inzicht in gevaarlijke biofilms toenemen, zodat ook de vorming ervan voorkomen kan worden. Het hoofdthema van deze FET-applicatie, waarvoor we recent een verbeterde projectaanvraag hebben ingediend, is instrumentontwikkeling. Deze aanvraag sluit bijgevolg sterk aan bij de recente evoluties binnen de MolSpec onderzoeksgroep waarbij de ontwikkeling en validatie van eigen IRen Raman-gebaseerde meetapparatuur centraal staan. De beschikbare expertise op dit vlak, sterk ontwikkeld sinds mijn aanstelling aan de Universiteit Antwerpen in 2013, maakt van de MolSpec groep een interessante en sterk gewaardeerde partner in het huidige FET-consortium. Met de voorgestelde financiering wenst de MolSpec onderzoeksgroep verdere ontwikkelingen m.b.t. het bouwen van nieuwe en betere laser-gebaseerde lichtbronnen, detectoren/spectrografen, uit te bouwen. Bij de ontwikkeling van de verschillende prototypes wordt o.a. gestreefd naar een optimalisatie van de meettijden en de detectielimieten van de gebruikte analysetechnieken. Naast deze directe link met het onderzoek binnen de FET-applicatie, zal het bouwen en valideren van proof-of-concept instrumenten die dan vergeleken worden met commercieel beschikbare technologie ons ook sterken in toekomstige beurs- en fondsaanvragen, inclusief ERC, en zal de mogelijke rol van de onderzoekgroep binnen andere internationale consortia worden versterkt.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Het ontrafelen van de driedimensionale structuur van antimicrobiële peptiden met behulp van optische activiteit spectroscopie. 01/10/2019 - 30/09/2023

Abstract

De toename van antimicrobiële resistentie kan leiden tot internationale onrust doordat het de wereldwijde maatschappij en economie in de toekomst bedreigt door een gebrek aan nieuwe antibiotica. Daarop gaan pharmaceutische bedrijven op zoek naar nieuwe antibiotica dat de bedreiging van antibiotica-resistente bacteriën neutraliseert. Tegenwoordig zoekt men naar een oplossing binnen de veelbelovende klasse van natuurlijke antimicorbiële peptiden (AMPs). Om de natuurlijke AMPs uit te buiten voor het ontwikkelen van nieuwe resistentie-vrije antibiotica voor mensen moet zijn activiteit gerelateerd worden aan zijn werkingsmechanisme. Voor de studie van de driedimensionale structuur van de AMPs in oplossing -wat cruciale informatie verschaft betreffende het werkingsmechanisme- gebruiken chemisten typisch kernspinresonantiespectrsocopie (NMR). Echter, indien NMR gebruikt wordt in combinatie met andere optische spectroscopische technieken, dan wordt er nog een gedetailleerder beeld gevormd van de molecule. Dit is van essentieel belang voor geneesmiddelontwikkeling op een rationele manier. Dit onderzoeksproject combineert Raman optische activiteit, vibrationeel circulair dichroisme en elektronisch circulair dichroisme met NMR resultaten vanuit de litartuur om AMPs te bestuderen. De AMPs vancomycine, ramoplanin en daptomycine zullen structureel volledig ontrafelt worden, zowel individueel in oplossing als interagerend met zijn biologisch doelwit in de bacteriële cel. De belangrijkste focus ligt daarbij op de relatie tussen spectrale observaties met de driedimensionale aspecten van de component. Dit zal ten slotte de ontwikkeling van een methodologie toelaten dat toepasbaar is op een brede waaier van AMPs die interessant zijn in de farmaceutische wereld.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De studie van de structuur-activiteitsrelatie in artemisinine-transferrine adducten met behulp van Raman optische activiteit. 01/10/2019 - 30/09/2021

Abstract

Vandaag de dag is kanker uitgegroeid tot één van de dodelijkste ziektes in onze huidige maatschappij. Tot op heden kunnen we gediagnosticeerde mensen nog geen zekerheid bieden op herstel. De behandelingen kunnen vaak maar tot op een bepaalde moment gebruik worden. Daarenboven komt nog eens dat ze meestal ongewenste bijwerkingen met zich meebrengen. Dit heeft tot gevolg dat er een prangende en stijgende vraag is naar nieuwe, efficiëntere therapieën met zo weinig mogelijk bijwerkingen. Uit onderzoek blijkt Artemisinine, een anti-malariamedicijn, over veel potentieel te beschikken om de rol van nieuwe generatie kankerbehandeling in te vullen. Vanwege de complexiteit van de huidige assemblage zijn de klinische ontwikkelingen traag. Dit omdat Arteminisine moet binden op het ijzertransporterende eiwit tranferrine. In dit project is een protocol voor de gedetailleerde structurele analyse van artemisinine-tranferrinecomplexen voorgesteld. De structuur van de oplossing wordt bestudeerd door gebruik te maken van een combinatie van state-of-the-art chiroptische spectroscopische technieken en cutting-edge computational chemie. Door correlatie van deze bevindingen met activiteitsstudies is het te hopen dat het proces van het ontwikkelen van artemisinine in een rendabel geneesmiddel tegen kanker wordt gestroomlijnd voorafgaande aan de dure (zowel tijd als geld) klinische studies. Daarom is het voorzien dat het protocol voorrang zal definiëren op andere pre-klinisch geneesmiddelenonderzoek.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De studie van de structuur-activiteitsrelatie in artemisinine-transferrine adducten met behulp van Raman optische acitviteit 01/10/2017 - 30/09/2019

Abstract

Vandaag de dag is kanker uitgegroeid tot één van de dodelijkste ziektes in onze huidige maatschappij. Tot op heden kunnen we gediagnosticeerde mensen nog geen zekerheid bieden op herstel. De behandelingen kunnen vaak maar tot op een bepaalde moment gebruik worden. Daarenboven komt nog eens dat ze meestal ongewenste bijwerkingen met zich meebrengen. Dit heeft tot gevolg dat er een prangende en stijgende vraag is naar nieuwe, efficiëntere therapieën met zo weinig mogelijk bijwerkingen. Uit onderzoek blijkt Artemisinine, een anti-malariamedicijn, over veel potentieel te beschikken om de rol van nieuwe generatie kankerbehandeling in te vullen. Vanwege de complexiteit van de huidige assemblage zijn de klinische ontwikkelingen traag. Dit omdat Arteminisine moet binden op het ijzertransporterende eiwit tranferrine. In dit project is een protocol voor de gedetailleerde structurele analyse van artemisinine-tranferrinecomplexen voorgesteld. De structuur van de oplossing wordt bestudeerd door gebruik te maken van een combinatie van state-of-the-art chiroptische spectroscopische technieken en cutting-edge computational chemie. Door correlatie van deze bevindingen met activiteitsstudies is het te hopen dat het proces van het ontwikkelen van artemisinine in een rendabel geneesmiddel tegen kanker wordt gestroomlijnd voorafgaande aan de dure (zowel tijd als geld) klinische studies. Daarom is het voorzien dat het protocol voorrang zal definiëren op andere pre-klinisch geneesmiddelenonderzoek

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De studie van structuur-functie relatie in transferrine-artemisinine adducten met behulp van Raman optische acitviteit. 01/10/2016 - 30/09/2017

Abstract

Vandaag de dag is kanker uitgegroeid tot één van de dodelijkste ziektes in onze huidige maatschappij. Tot op heden kunnen we gediagnosticeerde mensen nog geen zekerheid bieden op herstel. De behandelingen kunnen vaak maar tot op een bepaalde moment gebruik worden. Daarenboven komt nog eens dat ze meestal ongewenste bijwerkingen met zich meebrengen. Dit heeft tot gevolg dat er een prangende en stijgende vraag is naar nieuwe, efficiëntere therapieën met zo weinig mogelijk bijwerkingen. Uit onderzoek blijkt Artemisinine, een anti-malariamedicijn, over veel potentieel te beschikken om de rol van nieuwe generatie kankerbehandeling in te vullen. Vanwege de complexiteit van de huidige assemblage zijn de klinische ontwikkelingen traag. Dit omdat Arteminisine moet binden op het ijzertransporterende eiwit tranferrine. In dit project is een protocol voor de gedetailleerde structurele analyse van artemisinine-tranferrinecomplexen voorgesteld. De structuur van de oplossing wordt bestudeerd door gebruik te maken van een combinatie van state-of-the-art chiroptische spectroscopische technieken en cutting-edge computational chemie. Door correlatie van deze bevindingen met activiteitsstudies is het te hopen dat het proces van het ontwikkelen van artemisinine in een rendabel geneesmiddel tegen kanker wordt gestroomlijnd voorafgaande aan de dure (zowel tijd als geld) klinische studies. Daarom is het voorzien dat het protocol voorrang zal definiëren op andere pre-klinisch geneesmiddelenonderzoek.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

SusChemA. 01/01/2015 - 31/12/2020

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Naar een doorbraak in toepassingen van vibrationele optische activiteit: experimentele en theoretische studie naar crowding effecten bij proteïnen. 01/01/2015 - 31/12/2018

Abstract

Dit onderzoeksproject stelt zich tot doel om experimentele data te verzamelen over het effect van crowded omgevingen op proteïnen met behulp van twee baanbrekende spectroscopische technieken, Raman optische activiteit (ROA) en vibrationeel circulair dichroïsme (VCD). De bekomen experimentele data worden vergeleken met theoretische voorspellingen, waarbij een conclusie over de aard en het belang van de invloed van crowding effect op het gedrag van proteinen in cellulaire omgeving bepaald kan worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Ophelderen van structurele motieven in intrinsiek ongeordende eiwitten m.b.v. Raman optische activiteit: het doorgronden van de basis van neurodegeneratieve ziekten. 01/10/2013 - 30/09/2017

Abstract

In de vergrijzende Westerse Wereld vormen leeftijdsgebonden neurodegeneratieve ziekten zoals alzheimer en parkinson een sterk opkomende problematiek. Typisch bij deze ziekten is eiwitafzetting in de hersenen, wat leidt tot degeneratie van hersenweefsel. De eiwitten die verantwoordelijk zijn voor deze degeneratie maken deel uit van een groep eiwitten aan de periferie van de structurele biologie: de intrinsiek ongeordende eiwitten (IUPs). Deze missen de structurele elementen die traditioneel geassocieerd worden met eiwitfunctie en werden historisch gezien lang genegeerd als "niet-functioneel". In proteomics worden deze IUPs echter wel functioneel bevonden, maar wordt vnl. op de defecte werking van IUPs gefocust. Door het gebrek aan klassieke structurele elementen bij deze groep van eiwitten en vanwege hun dynamische aard, schieten conventionele methoden voor structuurbepaling echter te kort en blijkt ons fundamenteel begrip van "structuur" te beperkt. Het is daarom imperatief om nieuwe methoden te ontwikkelen voor de structurele analyse van IUPs om zodoende een nieuw begrip te creëren van eiwitstructuur. Dat laatste is exact het doel van voorliggend project: door het combineren van state-of-the-art chiroptische spectroscopische technieken en baanbrekende computationele chemie de wereld van IUPs in detail analyseren om zo de basis van eiwitstructuur te herdefiniëren en ultiem het begrip te ondersteunen van hoe een normaal, functioneel IUP verandert in een pathogene entiteit.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Raman optisch activiteit als drijvende kracht in de verzelfstandiging van 'The European Centre for Chirality". 01/09/2013 - 31/12/2013

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds IWT. UA levert aan IWT de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject