Fundamentalne znaczenie wody w tkankach

Woda odgrywa kluczową rolę w wielu procesach biologicznych głównie dzięki polaryzacji jej cząsteczek (względnemu rozdzieleniu ładunku, co daje lokalny moment dipolowy) oraz zdolności do tworzenia wiązań wodorowych. Pierwsza wymieniona właściwość sprawia, że woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem dla elektrolitów (substancji jonizowanych, jak sole, kwasy i zasady) niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania komórek. Druga, dostarcza energii, która w sposób zróżnicowany i ukierunkowany kieruje samoorganizacją struktur złożonych.

Biorąc pod uwagę powszechność wody w procesach biologicznych, projekt HYDRA, finansowany ze środków UE, badał właściwości równowagi oraz dynamikę szybkich procesów tworzenia wiązań wodorowych na powierzchni woda-biomolekuła. Zbadano rolę wody w samoorganizacji białek i lipidów poprzez kombinację doświadczeń polegających na rozpraszaniu neutronów z symulacją komputerową. Zespół zbadał również wpływ niskotemperaturowych cieczy jonowych (RTIL) - tj. soli, które w temperaturze pokojowej mają postać cieczy.

Projekt HYDRA cieszył się dużym zainteresowaniem i uzyskał wsparcie od społeczności naukowej, czego skutkiem było nagrodzenie zespołu poprzez udostępnienie aparatury do badania wiązek neutronów oraz urządzeń obliczeniowych w wielu laboratoriach w Europie i USA. Wysiłki naukowców pozwoliły na zbadanie tych samych systemów i problemów zarówno z punktu widzenia doświadczalnego, jak i obliczeniowego, a wyniki przyniosły nowe wnioski.

Biologiczne błony komórkowe to samoorganizujące się dwuwarstwy fosfolipidowe. Badanie dwuwarstw fosfolipidowych niskotemperaturowych cieczy jonowych (RTIL) dostarczyło mnóstwa informacji na temat wody i lipidów uwadnianych przez RTIL i jest to jak dotąd najbardziej szczegółowy wkład w badanie tych systemów. Z pewnością przyczyni się to do przyszłych badań nad zastosowaniem RTIL w takich dziedzinach jak elektrochemia, farmakologia i nanotechnologia.

W doświadczeniach badano również kinetykę tworzenia się fibryli (fibrylacji) peptydów i białek w wodzie i roztworach wodnych RTIL w kontekście ewentualnego zastosowania w farmakologii. Agregacja białek tworzących włókna amyloidowe to proces nierozerwalnie związany z rozwojem chorób zwyrodnieniowych układu nerwowego, takich jak Alzheimer i choroba Parkinsona. Badania interakcji pomiędzy DNA i RTIL mogłyby stać się podstawą do opracowania sposobów długoterminowego przechowywania próbek kwasu nukleinowego w temperaturach pokojowych.

Projekt HYDRA wniósł znaczny wkład w rozwój nauki, szeroko oddziałując na europejski system opieki zdrowotnej, gospodarkę oraz obywateli UE, oferując nowe środki farmaceutyczne, narzędzia diagnostyczne i metody leczenia na bazie RTIL.