Παραδοσιακά η χημεία σχεδιάζει και αποδίδει σταθερά μόρια που μπορούν να απομονωθούν σε αντίθεση με τα ζωντανά συστήματα, τα οποία αποτελούνται από μόρια που αλλάζουν συνεχώς και που είναι θερμοδυναμικά ασταθή. Αυτό σημαίνει ότι τα ζωντανά συστήματα μπορούν να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους, ανταλλάσσοντας ύλη ή ενέργεια.
Και αυτό τους προσδίδει την απαιτούμενη ευελιξία να ανταποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα και να προσαρμόζονται στις όποιες περιβαλλοντικές αλλαγές.
Η εκμετάλλευση τέτοιων συστημάτων που μπορούν να σχηματίζουν μόρια με περίπου τον ίδιο ρυθμό με τον οποίο αποικοδομούνται, καταναλώνοντας ενέργεια από διάφορες πηγές, ανοίγει τον δρόμο προς δυναμικά και προγραμματιζόμενα υλικά που αυτοσυναρμολογούνται τα οποία ανταποκρίνονται στο περιβάλλον τους με προκαθορισμένους τρόπους.
Ακριβώς στη Χημεία συστημάτων εστιάζει η έρευνα του Έλληνα χημικού από το Cluster of Excellence Living, Adaptive and Energy-itonomous Materials Systems, livMatS («Συστήματα Ζωντανών, Προσαρμοζόμενων και Ενεργειακά Αυτόνομων Υλικών» του Πανεπιστημίου του Freiburg, Χαράλαμπου Παππά.
Το Cluster αναπτύσσει συστήματα υλικών που είναι εμπνευσμένα από τη φύση και που μοιάζουν “ζωντανά”, τα οποία είναι σε θέση να προσαρμόζονται αυτόνομα στο περιβάλλον τους, να συλλέγουν καθαρή ενέργεια από αυτό, να μπορούν να ανακτούν τις ιδιότητές τους από το περιβάλλον και να μην είναι ευάλωτα.
Και κάπου εδώ έρχεται και η είδηση! Ο Δρ. Παππάς επιλέχθηκε πρόσφατα για χρηματοδότηση από το ιδιαίτερα ανταγωνιστικό πρόγραμμα του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας ERC Starting Grant. Τα ERC Starting Grants χορηγούνται σε ταλαντούχους νέες και νέους επιστήμονες, οι οποίοι έχουν ήδη παραγάγει εξαιρετικό ερευνητικό έργο και έχουν τη δυνατότητα να ηγηθούν στο επιστημονικό τους πεδίο.
Ο Δρ. Παππάς θα λάβει χρηματοδότηση ύψους 1, 5 εκατομμυρίου ευρώ για 5 έτη για το έργο “PhosphotoSupraChem: Developing Roles for Phosphates Outside of Biology: A Systems Chemistry Approach Towards Abiotic Phosphate Fuels”, στο πλαίσιο του οποίου, θα αναπτύξει νέες φωσφορικές ενώσεις προκειμένου να κατασκευάσει αυτοσυναρμολογούμενα υλικά που μπορούν να αναδιαμορφωθούν δυναμικά και να προσαρμοστούν σε περιβαλλοντικά στοιχεία.
Ένα “φρέσκο” πεδίο έρευνας
Τα θεμελιώδη ερευνητικά ερωτήματα που καθοδηγούν την έρευνα του Δρα. Παππά είναι ποια μονοπάτια και μηχανισμοί επιτρέπουν στα ζωντανά συστήματα να εκτελούν πολύπλοκες λειτουργίες και πώς μπορούν οι επιστήμονες να συνθέσουν υλικά που μοιάζουν ζωντανά στο εργαστήριο, εστιάζοντας στον σχηματισμό και την υδρόλυση αμιδικών δεσμών (που συνδέουν αμινοξέα).
Ο ίδιος και η ομάδα του προσεγγίζουν αυτά τα ερωτήματα ακολουθώντας το μονοπάτι της χημείας περίπλοκων συστημάτων, με στόχο την ανακάλυψη λειτουργικών υλικών.
Η χημεία συστημάτων, στην οποία δραστηριοποιείται ερευνητικά ο Δρ. Παππάς αποτελεί ένα νέο πεδίο έρευνας που ασχολείται με δίκτυα αλληλεπιδρώντων μορίων:
«Τα φωσφορικά άλατα και οι φωσφορικοί εστέρες υποστηρίζουν σχεδόν όλη τη βιολογική λειτουργία. Συγκεκριμένα, οι τριφωσφορικές ενώσεις εμπλέκονται ως πηγή ενέργειας στις μεταβολικές διεργασίες. Παρά τον πολύπλευρο ρόλο τους στη διατήρηση της ζωής, ο τρόπος με τον οποίο αυτά τα καύσιμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν πέρα από τη βιολογία στη χημεία συστημάτων είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητος», σχολιάζει ο Έλληνας χημικός.
Οι βιολογικές μπαταρίες για παράδειγμα, που αποτελούνται από φωσφορικές ενώσεις, όπως η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) ή η τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP) καθοδηγούν επιλεκτικά ποικίλες βιολογικές διεργασίες ενσωματώνοντας χημικές πληροφορίες στη δομή τους.
Ο Δρ. Παππάς θα διερευνήσει αυτή την ιδιότητα ενσωματώνοντας δομικά στοιχεία και στοιχεία αναγνώρισης στη δομή συνθετικών φωσφορικών πηγών ενέργειας
«Οι χημικές ενώσεις θα εξοπλιστούν με αμινοξέα και βάσεις νουκελοτιδιών που κωδικοποιούν τη δομική συναρμολόγηση των καυσίμων πριν από την κατανάλωσή τους για τον έλεγχο της επιλεκτικότητας στα δίκτυα αντίδρασης», προσθέτει ο ίδιος.
Επιπλέον, τα φωσφορικά καύσιμα θα χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά μεγάλων χημικών ομάδων σε αυτοσυναρμολογούμενα είδη.
«Αυτό θα επιτρέψει την αναδίπλωση και τη σύνθεση μεγάλων μορίων στο νερό όπως τα ολιγοαμίδια και τα ολιγονουκλεοτίδια». Με βάση τα ευρήματά του, ο Δρ. Παππάς θα αναπτύξει επίσης μια ελεγχόμενη χρήση των φωσφορικών καυσίμων στην ανακάλυψη μικρορευστονικών υλικών.
Ποιος είναι ο Δρ. Χαράλαμπος Παππάς
Ο Χαράλαμπος Παππάς είναι επικεφαλής μιας νεοσύστατης ερευνητικής ομάδας στο Cluster of Excellence Living, Adaptive and Energy-itonomous Materials Systems (livMatS) στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ από το 2020, ενώ είναι μέλος του Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Τεχνολογίες (FIT).
Σπούδασε χημεία στα Πανεπιστήμια των Ιωαννίνων στην Ελλάδα, στη Γλασκόβη της Σκωτίας στο Ηνωμένο Βασίλειο, στη Νέα Υόρκη στις ΗΠΑ και στο Γκρόνινγκεν της Ολλανδίας.
Ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στο Πανεπιστήμιο του Strathclyde στη Γλασκόβη και στο Advanced Science Research Center του City University της Νέας Υόρκης. Το 2017, έλαβε μια επιχορήγηση των δράσεων Marie Skłodowska Curie από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, την οποία χρησιμοποίησε για τη διεξαγωγή έρευνας στο Πανεπιστήμιο του Γκρόνιγκεν πριν μετακινηθεί στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ το 2020 .
