TBK 2022 Povzetki seminarjev
Korošec, Tinkara: Superbakterije in novi pristopi k razumevanju vzroka rezistence
Nekatere bakterije so za nas esencialne, medtem ko patogeni sevi lahko povzročajo življenjsko ogrožujoča obolenja. Zaradi desetletij nepravilne uporabe antibiotičnih sredstev, so bakterije nanje razvile rezistenco. Imenujemo jih tudi superbakterije, ena najbolj razvpitih je MRSA, ki ima razvito rezistenco na β-laktamske antibiotike in na močnejše antibiotične učinkovine, kot je trimetoprim (TMP). Gre za inhibitor encima dihidrofolat reduktaze (DHFR), ključnega pri procesih celičnega podvojevanja. Redukcijo na encimu katalizira kofaktor NADPH. Zaradi pojava rezistence bakterij na omenjen inhibitor, so v razvoju novi, preko propargila vezani antibiotiki (PLA). Raziskave so bile izvedene preko računalniških orodij, kjer so izdelali visoko resolucijske kristalne strukture kompleksov med PLA enantiomerami, NADPH izomerama in SaDHFR WT ali F98Y, le-ti v različnih kombinacijah. Opazili so, da se NADPH pojavlja v dveh konformacijah, običajni β-NADPH in še nikoli videni anomeri t-NADPH. Ocenjena je bila tudi učinkovitost različnih PLA enantiomer na WT in mutirani SaDHFR. Izkazalo se je, da sta R-27 in S-27 najučinkovitejši PLA enantiomeri, vendar imata ob vezavi na DHFR različni preferenci za NADPH izomeri. Ker imata enantiomeri različni stopnji učinkovitosti proti F98Y SaDHFR, ta fenomen poimenujemo kiralni izogib (angl. chiral evasion). Gre za pojav, ko encim izrablja konfiguracijsko in kiralno razliko svojega kofaktorja za izogib inhibitorju.
Kogoj, Lena: Umetno narejene proteinske mišice zdaj realnost
Mišice so zelo kompleksen sistem v živalskih organizmih, ki je ključen za njihov obstoj, saj s pomočjo avtonomnih kontrakcij omogoča bitjem premikanje. Raziskovalna ekipa Univerze v Freiburgu je uspela razviti mišicam podoben material iz naravnih proteinov, ki izvaja kontrakcije avtonomno. Osnova narejenega materiala je elastin, naraven vlaknast zelo elastičen protein, ki se pojavlja v vezivnih tkivih sesalcev in omogoča vrnitev tkiva v prvotno obliko po kontrakciji oziroma raztegovanju. Po zgledu tega proteina so znanstveniki uspeli razviti dva elastinu podobna proteina (ELP) s formulama (DSY)16 in (VRY)16, od katerih se prvi odzove na spremembe pH, drugi pa na spremembe temperature. Znanstveniki so skombinirali ta dva proteina s pomočjo fotokemičnega premreženja, s čemer so oblikovali dvoslojen material. V takem materialu so uspeli vzpostaviti ritmične kontrakcije, ki jih poganja pH oscilirajoča reakcija, ki v ta namen porablja kemično energijo. Vir goriva je natrijev sulfit (Na2SO3). V pH oscilirajoči reakciji, med katero se pH periodično spreminja, se kemijska energija spremeni v mehansko energijo – pride do upogibanja. Kontrakcije se da zagnati ali zaustavili s pomočjo temperaturnih sprememb. Umetna mišica je za zdaj zgolj prototip, vendar je zaradi velike odpornosti, trajnosti, trpežnosti in potencialne možnosti povezovanja s specifičnimi tkivi zelo primerna za aplikacijo v protetiki, farmaciji, rekonstruktivni medicini in robotiki.
Krašna, Deni: Odkrit ključ za nadzor celične smrti
Proces celične smrti je v človeškem telesu popolnoma običajen proces, večinoma zaželen, saj je pomemben dejavnik pri ohranjanju zdravega organizma. Je strogo reguliran in ga lahko motnja zlahka zasuka v škodljiv način. Kot ključni regulator celičnega preživetja, inflamacije in celične smrti poznamo RIPK1 , katerega kinazna funkcija je nujna za izražanje apoptoze in nekroptoze. Zato je nujen strog post-translacijski nadzor. Izkaže se, da je dosežen s fosforilacijo aktivnih mest lociranih na serinskih in treoninskih aminokislinskih ostankih. O tem sicer pomembnem procesu, pa je še vedno znanega precej malo. Zato se je ta raziskava lotila ravno tega problema. Z uporabo kopice metod, med drugim tudi CRISPR-celogenomski izključitveni pregled, so znanstveniki prišli do spoznanja, da pomembno vlogo igra PPP1R3G s pripadajočo PP1γ katalitsko podenoto, ki defosforilira inhibitorna mesta kinaze. V eksperimentalnem delu so bili pomembni tudi mutanti. Znanstvenikom je proces uspelo potrditi tudi v živih organizmih, in sicer na miškah. Raziskava svojo pomembnost nosi v terapevtskih vodah, saj se s uperjenjem proti PP1R3G/PP1γ odpirajo vrata za zdravljenje inflamatornih bolezenskih stanj.
Mezek, Tajda: Multipla skleroza verjetno posledica okužbe z Epstein-Barr virusom
Multipla skleroza je kronična avtoimuna bolezen centralnega živčevja. Za bolezen je značilno, da povroča razgradnjo mielinske ovojnice in postopoma poškodbe živčnih vlaken v možganih in hrbetnjači. Hkrati prizadane različna področja možganov in hrbtenjače, zato se kaže s širokim spektrom simptomov, ki so posledica upočasnjenega in/ali prekinjenega prevajanja živčnih impulzov. Točen vzrok bolezni ni znan, raziskave na podlagi večletnih hipotez pa so prvič potrdile povezavo bolezni z preteklo okužbo z Epstein-Barr virusom, izvedeno na serumskih vzorcih ameriških vojakov, ki so bili v času služenja diagnosticirani z multiplo sklerozo. V vzorcih se je vrednost nevrofilamentov (oligoclonal bands), ki so pokazatelji nevrološke degeneracije, značilne za multiplo sklerozo zvišal le v vzorcih po okužbi z Epstein-Barr virusom. Pri patogenezi multiple skleroze so ključni limfociti-B in limfociti-T, medtem ko Epstein-Barr virus napade limfocite-B in epitelne celice sluznic. Rezultate niso povezali z nobenim drugim do zdaj najverjetnejšim rizičnim faktorjem bolezni, kot sta genske predispozicije in nizke ravni vitamina D. To je velik korak v nadaljevanju zdravljenja in preprečevanja bolezni, saj se bo odkrivanje zdravil navezalo na vzročni razlog in ne le na zaviranje celic imunskega sistema. Z razvojem cepiva ali specifičnih protivirusnih zdravil za Epstein-Barr virus bo multipla skleroza lahko postala preprečljiva ali ozdravljiva.
Fink, Luka: Protitumorsko zdravilo spodbuja hujšanje pri miših
Pokazano je bilo, da povišani nivoji rastnega diferenciacijskega faktorja 15 (GDF15) zmanjšajo vnos hrane in posledično znižajo telesno maso, z aktivacijo receptorja glial-derived neurotropic factor (GDNF) v zadnjih možganih. To je alpha receptor, ki ga kodira gen GFRAL pri glodavcih in nečloveških primatih. Endogena indukcija tega peptida lahko predstavlja rešitev za zdravljenje debelosti. V študiji so s pomočjo drug-screening metod našli majhno molekulo kamptotecin (CPT), ki je bila prej uporabljena kot antitumorna učikovina, ki je lahko potencialen inducer hormona GDF15. Oralno doziranje CPT-ja je povišalo nivoje GDF15 v dietno-induciranih debelih miših, s tem, da je dvignilo nivoje ekspresije GDF15, v največji meri v jetrih, z aktivacijo stresnega odziva. Anorektičen efekt GDF15 je zmanjšal vnos hrane in posledično zmanjšal telesno maso, nivoje krvnega sladkorja in nivoje hepatičnega maščevja v debelih miših. Ravno nasprotno se zgodi, ko je GDF15 inhibiran z AAV8 in CPT izgubi svoje koristne učinke. In pričakovano, CPT ni zmanjšal vnosa hrane v miših brez GFRAL, kljub visokim nivojem GDF15. Te rezultati kažejo na to, da bi bil lahko CPT uporabljen kot učinkovina proti prekomerni telesni masi, z aktivacijo GDF15-GFRAL poti.
Rajterič, Lara: Z novim sistemom do hitrejšega nadzora nad nanodelci za dostavo zdravil
V zadnjih letih se je RNA terapija uveljavila kot nova kategorija terapevtskega sredstva za preprečevanje in zdravljenje različnih bolezni. Ker pa ima RNA molekula lastnosti, ki ji preprečujejo direkten vstop v celico, so znanstveniki razvili lipidne nanodelce, ki RNA molekulam omogočijo vstop v tarčne celice. Lipidne nanodelce običajno najprej testirajo na miših, nato se premaknejo na primate, ko so bolj sorodni ljudem, šele nato pa pridejo na vrsto klinična testiranja na ljudeh. Ker pa dostava te delcev pri različnih vrstah organizmov zaradi različnih signalnih poti v celicah poteka nekoliko drugače, je tudi celoten proces preizkušanja precej dolgotrajen in drag. Na Inštitutu za tehnologijo v Georgii so znanstveniki zato razvili sistem SANDS, ki jim omogoča simultano primerjavo genov, ki vplivajo na dostavo lipidnih nanodelcev v celice miši, primatov in ljudi, in to vse znotraj posebno zasnovanih poskusnih miši. Ta proces testiranja lipidnih nanodelcev precej skrajša in ekonomizira. S študijo so zanstveniki prišli do podatkov o dostavi LNP-jev do celic, ki lahko naredijo raziskave na prekliničnih vrstah bolj napovedne za testiranja na ljudeh, kar bi lahko omogočilo hitrejši razvoj RNA terapij.
Mikoš, Ula: Unikaten tubulin, ki se v bakteriji igra skrivalnice
Naegleria gruberi je enocelični evkariont, ki je lahko v obliki amebe in bičkarja. Ameba ne vsebuje mikrotubulov, razen v obdobju celične delitve, ko tvori mikrotubulske snope, ki sestavljajo delitveno vreteno. Mitoza je zaprta, kar pomeni, da se delitveno vrteno tvori znotraj jedrca, ki se ohranja čez celotno mitozo. Razdeli se šele, ko se delitveno vreteno dovolj podaljša. Same snope sestavlja med 3 in 6 mikrotubulov, med 10 do 30 teh snopov, ki so zavrteni največkrat v desno, pa sestavlja vreteno. S podaljševanjem delitvenega vrtena se zasuk manjša, število snopov pa se poveča. V zgodnji metafazi so prisotni le primerni mikrotubuli, ki segajo čez celotno delitveno vrteno, v pozni metafazi, pa se sintetizirajo še sekundarni mikrotubuli, ki se nahajajo le na sredini vrtena. Diferenciacija amebe v bičkarja traja do 120 minut, vendar je ta oblika le začasna. Bičkar se po maksimalno 300 minutah spremeni nazaj v amebo, mikrotubuli se razstavijo in tubulin se razgradi. Mitotski mikrotubuli se razlikujejo od mikrotubulov, ki se sintetizirajo v bičkarju. Razlika je v tubulinu, ki gradi mikrotubule. Mitotski α in β-tubulin je bolj divergenten, kot α in β-tubulin bičkarjev. Sledi sklep, da je tubulin bičkarjev pod strožjim nadzorom. Divergentnost tubulina nam lahko omogoča razvoj zdravila, ki bo delovalo na divergenten tubulin v sorodni fowleri, ki je človeški zajedavec, človeškega pa ne bo poškodoval.
Mužič, Taja: Smrtonosna kombinacija, ki neposredno sproži celično smrt
Apoptoza je vpletena v številne biološke procese in je zato med najbolj aktualnimi področji biomedicinskih raziskav. Notranja pot apoptoze je odvisna od dejavnikov, ki se sprostijo iz mitohondrijev. Proapoptotični protein BAX in protein DRP1 se med apoptozo kolokalizirata na mitohondrijih. Oba imata pri procesu pomebno vlogo. BAX nadzoruje permeabilnost zunanje membrane mitohondrija, DRP1 pa pomaga pri sproščanju citokroma c v citosol. Povezava med proteinoma je bila ugotovljena že pred desetletji, funkcionalni pomen te pa je ostal neznan. Skupini znanstvenikov iz Univerze v Kölnu je uspelo pokazati, da imata BAX in DRP1 fizično interakcijo in da se le-ta poveča med apoptozo. Proteina se namreč lokalizirata do ločljivosti 30nm, približno tolikšna pa je tudi velikost oligomerov, ki jih tvorita. Da proteina tvorita kompleks, so dokazali s fuzijskimi proteini RA in GB, ki oddajajo fluorescenco samo, če so del istega kompleksa. Poleg tega so meritve pokazale tudi, da je za tvorbo kompleksa teh proteinov potreben N-konec proteina BAX, ter da se ti pojavijo samo v membranskem okolju. Z dimerizacijo proteinov jim je uspelo raziskati funkcionalne vloge interakcije med omenjenima proteinoma. Rezultatati so pokazali, da medsebojna interakcija proteinov spodbuja kopičenje na mitohondrijih kot tudi aktivacijo BAX, kar povzroči indukcijo apoptoze.
Auer, Špela: Vpliv proteina na vnetja
Vnetje je biološki odziv imunskega sistema, ki ga lahko povzročajo patogeni, poškodovane celice in toksini. Vsako vnetje more naše telo tudi zatreti, če pa do tega ne pride, se lahko razvije kronično vnetje, ki lahko povzroči bolezenska stanja, npr. revmatoidni artritis. Prav pri bolnikih z revmatoidnim artritisom so prvič identificirali protein sekretorna fosfolipaza A2-IIA (sPLA2-IIA). Encim sPLA2-IIA hidrolizira predvsem fosfolipide membran bakterijskih celic v maščobne kisline in lizofosfolipide ter sodeluje pri proizvajanju lipidnih mediatorjev, npr. eikozanoidov, ki povzročajo vnetja. V raziskavi Dore et al. (2022) so opazovali vpliv encima sPLA2-IIA na miših. Pri miših s prekomerno izraženim encimom so opazili spontano otekanje vratu, kar je verjetno posledica razgradnje bakterijskih membran v mikrobioti miši, kjer je nastala arahidonska kislina, ki se pretvori v eikozanoide. Drugi možen razlog za vnetje je različna sestava mikrobiote (prisotnost različnih bakterij) ob prisotnosti oz. odsotnosti sPLA2-IIA. Na podlagi rezultatov so zaključili, da bi lahko lokalna inhibicija sPLA2-IIA ublažila vnetni proces, ki poslabša določene vnetne bolezni. Prav tako bi lahko blokiranje bakterijskih provnetnih lipidov (nastali z delovanjem encima), ki se potem pretvorijo v eikozanoide, zmanjšalo simptome pri ljudeh s sistemskimi vnetnimi boleznimi.
Laura, Simonič: Yin in Yang mitohondrijske arhitekture
Kriste so uvihanja notranje membrane mitohondrijev, na katerih poteka oksidativna fosforilacija. Sposobnost dinamičnega preoblikovanja mitohondrijskih membran je ključna mehanizma za prilagajanje mitohondrijev na spreminjajoče fiziološke potrebe in metabolne pogoje njihove okolice. Mitohondrijsko stično mesto in organizacijski sistem krist (MICOS) in F1Fo-ATP sintaza sta proteinska mehanizma, ključna za vzdrževanje arhitekture notranje mitohondrijske membrane. MICOS se nahaja na spojih krist, ki so povezava krist z izravnanim preostankom notranje membrane. MICOS spodbuja nastanek spojev krist, F1Fo-ATP sintaza pa ima glavno vlogo pri oblikovanju obodov na notranjem delu krist. Ta proteinska mehanizma imata antagonistično vlogo pri organizaciji arhitekture notranje membrane mitohondrijev. Najnovejše raziskave dinamike oblike mitohondrijev se osredotočajo na delovanje podenote Mic10, ki je ena izmed najpomembnejših enot kompleksa MICOS. Mic10 se selektivno veže z dimerno obliko ATP sintaze in s tem poveča nastajanje oligomerov ATP sintaze. Mic10 ima pri izoblikovanju arhitekture notranje membrane mitohondrijev dvojno vlogo. Zraven osrednje vloge Mic10 pri oblikovanju spojev krist, kot ena izmed glavnih podenot kompleksa MICOS, majhen delež Mic10 vstopa v interakcije s F1Fo-ATP sintazo. Slednja povezava stabilizira dimerno in oligomerno obliko ATP sintaze.
Lah, Urša: Kolibaktin, bakterijski toksin, ki sproži indukcijo profaga
Kolibaktin je kemično nestabilna majhna molekula genotoksina, ki lahko tvori medverižne navzkrižne povezave v DNK in je povezan s pojavom bakterijsko povzročenega kolorektalnega raka pri ljudeh. Proizvajajo ga samo bakterijski sevi, ki vsebujejo genomski otok poliketid sintaze (pks) ali biosintetični genski grozd clb. Natančneje je znano, da poškodbe DNK, ki jih povzroči ultravijolično obsevanje ali kemična obdelava, aktivira litično replikacijo profagov v bakterijah. Zaradi tega so se znanstveniki spraševali ali lahko kolibaktin vpliva na bakterijske populacije z aktivacijo rezidenčnih profagov. Da bi preverili ali proizvodnja kolibaktina spremeni obnašanje profagov v sosednjih lizogenih, ki ne proizvajajo kolibaktina, so okužili divji tip E.Coli BW25113 s fagom lambda in ta lizogen sokulturno združili z pks+ ali pks- E.Coli. Rezultati so pokazali na to, da proizvodnja kolibaktina posebej vpliva na bakterije, ki nosijo profage, tako da povzroča litični razvoj. Pokazali so tudi, da je kolibaktin širok induktor, zaščito pred njem pa predstavlja 170 aminokislinski protein. Čeprav lahko obstajajo druge funkcije kolibaktina, odkritje, da inducira profage zagotovi en mehanizem s katerim bi proizvodnja in imunost na ta naravni produkt lahko zagotovila konkurenčno prednost pred ostalimi mikroorganizmi.
Kristanc, Pia: pH odgovoren za bakterijsko rezistenco
Mnoge patogene bakterije proizvajajo SMR (angl. small multidrug resistance) proteine, ki so vrsta transmembranskih transportnih proteinov in so odgovorni tudi za rezistenco bakterij proti antibiotikom. Delujejo tako, da prenesejo molekulo antibiotika skozi membrano iz bakterije. Eden izmed teh proteinov je homodimer EmrE. To je bakterijski transmembranski protein, ki transportira poliaromatske kationske substrate s pomočjo protonske iztočne črpalke. Mehanizem transporta substrata skozi membrano je odvisen od strukturne spremembe EmrE proteina. Znano je, da je strukturna sprememba posledica različnega pH; v citoplazmi je namreč pH višji, v periplazmi pa nižji. Znanstveniki so v tej raziskavi s pomočjo substrata 4-fluoro-tetrafenilfosfonijevega iona (F4-TPP+) še enkrat določili že znano strukturo v nižjem pH ter uspešno določili tudi prej neznano strukturo v višjem pH. Za nižji pH so izbrali pH 5,8, za višji pa 8,0. Z uporabo jedrske magnetne resonance v trdnem stanju (angl. solid-state NMR) in merjenjem razdalj med vodiki in fluori v substratu so uspešno določili tudi drugo strukturo in ključne razlike med njima. Glavna razlika je, da je v nižjem pH eden od E14 protoniran, v višjem pa sta obadva deprotonirana. V tej raziskavi so ugotovili, da sta lahko TPP+ substrat in proton na protein vezana hkrati. Njuna vezava in odcepljanje potekata neodvisno od prisotnosti drugega, saj sta E14 ostanka dovolj narazen, da ne pride do elektrostatskih interakcij.
Tušek, Marcel: Turbo prepis genov v rokah proteina
Protein, ki se mnogokrat uporablja v času polimerizacije, se imenuje NDF (nucleosome-destabilizing factor/nukleosomskodestabilizacijski faktor). NDF ima PWWP motiv, ki ima interakcijo z nukleosomi blizu dvojic. NDF nato destabilizira nukleosome v neodvisnosti ATP-ja in povzroči transkripcijo v polimerizaciji II, v očiščenem in definiranem transkripcijskem sistemu ter hkrati v celičnem jedru. V primeru, da pride do pomanjkanja NDF proteina, pride do vse skupnega zmanjšanja RNK nivojev v mnogih genih. Pri ljudeh najdemo NDF protein v vseh tkivih in zelo velikih količinah. Hkrati je esencialen v matičnih celicah, pri raku na dojkah pa se prikaže v prevelikih količinah. To pomeni, da je NDF protein dodan v genska telesa med aktivacijo transkripcije, ob čemer olajšuje transkripcije polimerizacije II v nukleosomih. NDF je rekruiran v genska telesa in ta rekrucija je v spremstvu zvišanja transkripcijskih nivojev od mnogih NDF-obogatenih genov. Zaradi tega ima NDF pomembno vlogo pri genski aktivaciji. Še eden faktor vreden omembe je, da je protein bolj prisoten pri daljših genih kot pri krajših, saj mora v daljših destabilizirati več nukleosomov. Pomembno je, da ločujemo NDF protein od FACT proteina. FACT vzpodbuja razstavljanje in hkrati sestavljanje nukleosomov med gensko transkripcijo, DNK replikacijo in popravljanjem DNK. Mehanizem, ki ga FACT uporablja za vzdrževanje integritete kromatina med polimerizacijo, je lajšanje odstranitve H2A-H2B dimera.
WDR proteini so vsestranski pri posredovanju številnih protein-protein interakcijah (PPI) in igrajo ključno vlogo pri vzpostavljanju encimskih kompleksov. Pogosto so vpleteni v procesiranje celičnih signalov in služijo kot opora velikim molekulam. Velike motnje v njihovem fizičnem povezovanju z drugimi proteini pa lahko privedejo do patoloških stanj. Kljub njihovi pomembnosti so številne selektivne in dinamične interakcije WDR-jev s številnimi proteinskimi substrati neznane. Biološke in sintetične nanopore služijo kot močno orodje za vzorčenje reverzibilnih protein-peptid in protein-protein interakcij v raztopini. Cilj znanstvenikov je bilo ustvariti zelo občutljivo napravo sposobno zaznavanja in merjenja WDR5 - s kromatinom povezanega WD40 ponavljajočega proteina 5. Glavna ovira pri zaznavanju WDR-jev z uporabo nanopore je v velikosti. WDR-ji so preveliki, da bi vstopili skozi nanoporo, zato morajo biti te interakcije preučene zunaj lumna nanopore. Težavi so odpravili z inženirsko izdelano proteinsko nanoporo na katero so vezali ligand WDR5 proteina - MLL4Win. Nanopora pa vključuje tudi peptidni adapter na svojem N-koncu. Ligand WDR5 proteina, vezan na poro, mora vstopiti v votlino WDR5 proteina. Znanstveniki so dokazali, da je ta proteinska nanopora sposobna vzorčiti kompleksne vezne vmesnike. Lahko se uporablja tudi za proučevanje drugih WDR-jev in sistemov vezave, ki vsebujejo brazde. Dokazali so tudi, da lahko ta proteinska nanopora zazna tudi zelo šibke interakcije, kar razširi spekter uporabe nanopore in poudari njeno pomembno občutljivost.
Petrovič, Filip: Reprogramiranje možganskih tumorjev
Gliome so podvrsta možganskih tumorjev. So rakava obolenja GLIA celic, ki obdajajo nevrone v možganih. Glioblastome so zelo agresivna oblike »naprednih« gliom (Stage 3, Stage 4 Cancer). Eden izmed glavnih razlogov za nastanek tumorjev je hipometilacija DNA. Metilacija DNA je vezava CH3 skupin na adenin in timin, s čemer se regulira izražanje genov: geni, ki so hipermetilirani na promotorskih regijah, se ne bodo izražali. Predhodno je znano, da določene mutacije na genih IDH1 in IDH2 povečajo metilacijo CpG regij v promotorskih regijah DNA tumorskih celic, kar vodi do boljše prognoze (lažji potek bolezni, več možnosti za ozdravljenje,…). Raziskovalce je zanimalo, ali je mogoče metilacijo DNA povečati tudi pri posameznikih, pri katerih IDH1/2 mutaciji nista prisotni. To so poskušali doseči s kombinacijo 3 zdravil: Temozolomide, Bevacizumat in L-Metilfolat, še posebej jih je zanimal slednji. V raziskavi je sodelovalo 14 pacientov različnih starosti, spolov in brez mutacij IDH1/2, ki so prejemali različne doze že prej omenjenih zdravil. 13 pacientov je umrlo (ob času izida članka), vendar je bila njihova povprečna življenjska doba daljša od pacientov s podobno diagnozo, ki takega zdravja ne prejemajo(9,6 mesecev proti 8,5 mesecev). Raziskovalci so s primerjanjem metilacije DNA pred začetkom zdravljenja in po smrti ugotovili, da se je metilacija CpG regij povečala.
Kastelic, Gal: Avtofagija vskoči na pomoč pri celjenju ran
Avtofagija, mehanizem stresnih odzivov v celicah, je v celici največkrat prisotna pri razgradnji virusov in bakterij, ali pa pri recikliranju celici lastnih snovi, a pojavlja se tudi pri celjenju ran. Ko se rana celi, proces avtofagije sproži in uravnava proteinski kompleks TORC1. Znanstveniki so z izvajanjem poskusov na sadnih mušicah ugotovili, da celice okoli rane z avtofagijo selektivno razgradijo lastno celično membrano, pri čemer apikalna in bazalna stran ostaneta nedotaknjeni. S tem se meje med celicami porušijo in nastane velika večjedrna celica oz. sincicij, ki služi kot zaščita pred tujki in nudi mehansko stabilnost, avtofagija pa je potrebna tudi za čiščenje ostankov v celicah, ki obkrožajo rano. Da res pride do razgradnje celičnih sten, so znanstveniki dokazali z iskanjem GFP-pozitivnih celic. Za aktivacijo avtofagije so potrebni geni Atg1, Atg5, Atg6, Atg7 in Atg12, znanstveniki pa so z onemogočanjem avtofagije z zatiranjem vsakega od teh genov ugotovili, da so edini nujno potrebni geni Atg1, Atg5 in Atg6. Pravilno delovanje TORC1 potrebno za preprečevanje uničenja povrhnjice ličinke z avtofagijo, saj je lateralna plazemska membrana potencialni vir avtofagosomskih membran, TORC1 pa ima osrednjo regulacijsko funkcijo v celični presnovi. Disfunkcija avtofagije pa poveča tveganje za nevrodegenerativne bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, pa tudi za raka in okužbe.
Brajer, Mirta: Sodelovanje virusov in bakterij pri nastanku raka
Glavni povzročitelj raka materničnega vratu je HPV virus, ki se prenaša s tesnimi stiki s kožo ali sluznico okužene osebe. K nastanku raka pripomore okužba z bolj kancerogenimi oblikami virusa, saj 70% primerov povzročata HPV16 in HPV18, zraven pa lahko sodelujejo še drugi dejavniki, naprimer imunološko stanje posameznika, hormoni, ter sočasne okužbe z drugimi patogeni, v raziskavi so se osredotočili na sodelovanje s patogeno bakterijo Chlamydia trachomatis je najbolj pogosta spolno prenosljiva bakterija. Za raziskovanje vplivov obeh okužb, so znanstveniki uporabili organoide iz večslojnega epitelja materničnega vratu žensk ter iz miši pridobljenih epiteljnih celic materničnega vratu, ki dajejo ostalim celicam oporo. Organoid se samoorganizira v tkivo podobno slojevitem skvamoznem epitelju materničnega vratu. V človeške celice so integrirali HPV16 E6E7 onkogene. Celice z E6E7 onkogeni so bile podobne normalnim celicam, vendar so opazili manjše razlike. Fiziološke celice na različne načine želijo popraviti poškodbe, naprimer kot popravljanje z izrezom baze (BER), popravljanje neujemanja (MMR), popravljanje z izrezom nukleotidov (NER), homologna rekombinacija (HR) in kot signalna pot p53, nasprotno te procese uravnavata oba patogeni. Ekspresija HPV E6E7 aktivira te poti, medtem ko jih C. trachomatis zavira. Razumevanje kako delujejo mehanizmi nastanka raka, sploh pri pogostih patogenih, je pomembno za njihovo čimboljše razumevanje in posledično zmožnost preprečevanja raka, ki ga povzročajo patogeni organizmi.
Malik, Lara: Dvostranska molekula lahko utiša problematične gene
Zdravljenje avtoimunskih bolezni in rakavih obolenj predstavlja velik izziv za raziskovalce, saj gre v večini za zdravljenje simptomov. V samem korenu teh bolezni je pretirano izražanje genov, zaradi česar pride do nekontrolirane celične aktivnosti. ASO (ang. antisense oligonucleotide) zdravljenje je predmet veliko raziskav v zadnjem desetletju, a šele pred kratkim se je skupini raziskovalcem z univerze v Tokiju uspelo dokopati do učinkovitejše oblike zdravljenja, imenovane Toc-HDO. Gre za heterodupleks oligonukleotidno molekulo, na katero je vezan α-tokoferol, vrsta E vitamina. Je dvodelna molekula zgrajena iz DNA in komplementarne RNA. Toc-HDO cilja na določene problematične gene, zaradi katerih pride do previsokega nivoja belih krvničk in s tem pretiranega imunskega odziva, ki pa vodi v vnetja in obolenja. Poskus na miših, ki so jim vnesli Toc-HDO, je pri ciljanju genov Itga4, Malat1 in Dmpk prinesel spodbudne rezultate, ki odpirajo možnosti za nadaljnje raziskave tega mehanizma. Poleg tega so z različnimi metodami iskali vezavne proteine za Toc-HDO.
Novel, Matija: Umetni proteini kot osnovni gradniki bioplastike
Raziskovalci so z bioinženiringom ustvarili protein, s katerim se lahko proizvede material, ki ima podobne lastnosti kakor plastika. Takim materialom, ki so izdelani z namenom, da bi plastiko zamenjali, jim pravimo bioplastika. Iščejo se materiali z enakimi lastnosti, a s sposobnostjo, da bi se lahko material zlahka recikliral oziroma, da bi se lahko celo sam razgradil s pomočjo bakterij in gliv. Takemu materialu pravimo, da je biorazgradljiv. Pri bioplastiki narejeni iz umetnih ELP proteinov se je izkazalo, da procesi za njeno proizvodnjo, obdelavo ter razgradnjo so poceni in niso energijsko zahtevni, kar dejansko vpliva na odločitve tovarn in industrij ali bodo material proizvedli in uporabljali ali ne. Ubistvu s podrobnimi raziskavami se je ugotovilo, da ta umetno narejen protein ima veliko več uporabnih lastnosti kot se je sprva mislilo. Poleg teh, omenjenih zgoraj, ima še zelo dobro biokompatibilnost, biorazgradljivost, po želji prilagodljive strukturne in mehanske lastnosti, je netopen v organskih topilih, peptidna sekvenca proteina ima zelo dobro sposobnost shranjevanja informacij ter ima sposobnost hemostaze za preprečevanje in zaustavitev krvavitev. Vse to nudi možnost materialu, da bila ustrezna zamenjava za nekatere plastične materiale, ki se uporabljajo za vsakdanjo rabo in vemo, da so planetu in ljudem škodljive.
Kolenc, Klara: Odkrito kako virusi povzročijo avtoimune bolezni
Avtoimune bolezni nastanejo kot posledica avtoimunosti. Le ta je imunski odziv organizma na lastne nepoškodovane celice in organe. Imunski sistem je definiran kot obramba pred okužbo s tujki iz okolja in morebitnimi poškodbami celic, torej deluje kot obrambni mehanizem za zaščito pred razvojem bolezni. Imunski sistem lahko delimo na prirojen in pridobljen, cilj katerih je uničenje patogenov, ki so prišli v naše telo. Pri imunskem odzivu so najpomembnejše celice, limfocite T in B ter antigen predstavitvene celice, ki antigen predstavijo. Avtoimunost bi lahko torej predstavili kot nepravilno delovanje imunskega sistema, kar lahko povzročijo različni faktorji, en izmed katerih so tudi virusi. V tej raziskavi je bilo raziskano, kako okužba z mišjim Roseolovirusom (MVR) v otroštvu lahko povzroči razvoj avtoimunega gastritisa (AIG) pri odrasli miši. Okužba z Roseolovirusom pa so lahko primerjali z okužbo z Thymic viruse (MTV), saj povzročita podoben imunski odziv telesa. Oba napadeta CD4+T celice, ki so izredno pomembne komponente imunskega sistema. AIG je povezan z aktivacijo avtoreaktivnih CD4+T celic in autoprotiteles. Regulator avtoimunosti(AIRE) (The autoimmune regulator transcription factor) vzbudi izražanje antigenov. Genetsko pomanjkanje le tega pa lahko povzroči razvoj avtoimunih bolezni.
Koren, Žiga: Toksin v buldoških mravljah lahko pomaga odkriti nov način lajšanja dolgoročnih bolečin pri ljudeh
Mravlje, iz družine Formicidae, so zares raznolika in zanimiva bitja, prav tako pa je njihova sposobnost pika marsikomu znana. Kljub temu so njihovi strupi in mehanizmi le-teh še vedno zelo neraziskani. Ekipa raziskovalcev je v strupu avstralske buldoške mravlje Myrmecia gulosa odkrila toksin Mg1a, ki deluje drugače od kateregakoli strupa odkritega do sedaj. Toksin oponaša sekvenco sesalčjih peptidnih hormonov, podobnih EGF (epidermalni rastni faktor) in s tem cilja ErbB1 receptor, da tarči sproži preobčutljivost. To, da Mg1a predstavlja ravno sesalčji EGF nakazuje na zanimiv primer konvergentne evolucije na molekularni ravni. Doslej je bilo mišljeno, da sta EGF in ErbB1 povezana le z rastjo in diferenciacijo celic (med drugim tudi rakastih, zato je inhibicija EGF pogost način zdravljenja bolezni), a dana raziskava prikaže novo, nenavadno vlogo pri signalizaciji bolečine, saj po poškodbi senzorični nevroni postanejo močno občutljivi zaradi aktivacije ErbB1 receptorjev na živčnih končičih. Preobčutljivost je neodvisna od kakršnegakoli vnetja in ekipa je predpostavila hipotezo, da do tega pride zaradi boljše zaščite rane. Vzpostavitev te povezave nakazuje, da je aktivacija ErbB1 pomemben posrednik pri preobčutljivosti ran in da bi njegova inhibicija lahko vodila do velikih odkritij na področju lajšanja predvsem dolgotrajnih bolečin, kjer so nova odkritja nujno potrebovana.
Trost, Teo: Sonogenetika in aktivacija živalskih celic z ultrazvokom
Sonogenetika je približno desetletje star izraz za vedo, ki se ukvarja z aktivacijo različnih skupin celic s pomočjo ultrazvoka. Ultrazvok je dokazano varen in učinkovit način za globoko-možgansko stimulacijo in potencialno zdravljenje različnih bolezni (npr. Parkinsonova bolezen). Gre za minimalno invazivno metodo, pri kateri s pomočjo ultrazvočnih valov aktivirajo določene proteine. Iskanje proteinov, ki so občutljivi na ultrazvok so začeli pri valjastih črvih in odkrili protein TRP4, a ko so ga želeli prenesti v živalske celice, le-ta ni bil odziven. Po večih raziskavah so v človeškem sistemu našli protein hsTRPA1, ki je, poleg tega, da deluje kot senzor za bolečino, mraz in srbenje pri ljudeh, občutljiv tudi na ultrazvok. Ker pa je to relativno nova veda, se še ne ve točno, kakšni so lahko stranski učinki. Vemo sicer, da je ultrazvok varen, vemo pa tudi, da ga ne aktivira le ultrazvok ampak tudi druge snovi. Prav tako ima veliko elektrofilov sposobnost, da razširijo selektivni filter proteina ali pa kanala sploh ne odprejo. Kljub temu pa sonogenetika kaže očitne prednosti pred drugimi, novimi načini globoko-možganske stimulacije kot sta magnetogenetika in optogenetika. O takem načinu zdravljenja še ne vemo veliko, a gre za veliko manj invazivne posege, kar bi znatno zmanjšalo nepredvidene komplikacije pri invazivnejših operacijah.
Matek, Nik: Analogi somatostatina v strupu stožčastih polžev: z evolucijo do zdravil
Somatostatin je univerzalen inhibitor. Proizvajajo ga delta celice v pankreasu in nevroendokrine celice v hipotalamusu. Ker imamo v telesu več receptorjev za Somatostatin, ima zelo široko območje delovanja. Odvisno od tega, kje je proizveden, inhibira različne procese.Družina Conidae zajema približno 750 vrst stožčastih polžev. Od teh se vsaj 100 prehranjuje z ribami (rod Conus). Vsem je skupno, da proizvajajo strupe. Strupi se imenujejo konotoksini in so relativno majhni polipeptidi (med 20 in 30 aminokislinskih ostankov). V tej raziskavi so izolirali nov konotoksin imenovan Consomatin Ro1 in testirali njegove učinke na miših. Glede na tip delovanja in zaporedje aminokislinskih ostankov so določili, da gre za analog somatostatina. En tak analog se že uporablja v zdravstvene namene in sicer za zdravljene kronične bolečine in bolečine rakavih bolnikov. Znanstveniki strmijo k tem, da bi nova odkritja konotoksinov lahko privedla do novih zdravil, ki bi nadomestila opioide kot je morfij.
Justin, Klemen: Protein SARS-CoV-2 krivec za okužbe, a tudi pot do rešitve
V letu 2020 je prišlo do izbruha koronavirusa, ki ga povzroča SARS-CoV-19 virus. Virus se je domnevno prenesel iz netopirjev, njavečja ugotovljena asimiliteta je v podobni vezavi proteina na isti aceptor ACE2. Genom virusa kodira številne strukturne proteine ki olajšajo virionom vstop v celico. Eden takih je tudi SARS-CoV-2, ki se v človeškem in tudi živalskem telesu poveže z že prej omenjenim receptorjem ACE2, od tu tudi asimiliteta med virusi pri ljudeh in živalih. Virus je zaradi možne preaktivacije izjemno nalezljiv in se prenaša tudi skozi aerosol. Znanstveniki največ delajo na mRNA cepivih, ki spodbujajo imunski odziv, ter želijo nekako spremeniti proteinski fragment, natančneje področje S815-827, ki je tudi najbolj stabilna regija proteina.Limfociti CD4 + T celice so celice, ki so odgovorne za imunski odziv, poleg celic B, ki jih delimo na plazemske celice, ki razvijajo protitelesa in na spominske celice, ki si zapomnejo biokemijsko strukutro in tako v prihodnosti pride do zelo hitre prepoznave virusa. Biokemiki in klinični kemiki razvijajo tudi specifične T celice, ki naj bi prepoznavale točno določen epitop S proteina na delu S 815-827 ne pa več različnih epitopov vseh homologov. Za najbolj učinkovito cepivo je potrebna dokončna segmentacija in orisana struktura S proteina.
Varlamov, Mark: Strukturna ureditev procesa iniciacije transkripcije pri virusu črnih koz
Medtem ko se številni virusi pri razmnoževanju v veliki meri opirajo na biokemične vire gostiteljske celice, virusi vakcinije v ta namen v svojem genomu kodirajo lastne molekularne mehanizme. Pomembni sestavini tega mehanizma sta dva encima: DNA polimeraza za razmnoževanje virusnih genov in RNA polimeraza za prepisovanje virusnih genov v mRNA. Evkarionti za prepis različnih podskupin genov uporabljajo tri strukturno sorodne jedrne večenotne RNAP (Pol I, Pol II in Pol III), ki sodelujejo z različnimi sklopi transkripcijskih dejavnikov. Večina virusov DNK za izražanje svojega genoma uporablja transkripcijski mehanizem Pol II gostitelja. Poksvirusi, ki povzročajo norice pri ljudeh in različne zoonoze, so izjema. Razmnožujejo se izključno v citoplazmi okuženih celic in so zato odvisni od lastnega sklopa dejavnikov, ki zagotavlja izražanje genov in razmnoževanje.S pomočjo dokončane vRNAP so rekonstruirali vrste kompleksov, ki predstavljajo začetna stanja transkripcije vakcinije od faze pred začetkom do pobega promotorja.
Kresal, Martin: Encim TPADO za prihodnost brez plastičnih odpadkov
Vsako leto človeška rasa proizvede več kot 400 milijonov ton plastike. Večina odpadne plastike konča v velikih smetiščih, kjer počasi razpada. Počasni razpad plastike je eden od velikih problemov, katerega se človeštvo želi v prihodnosti čimprej znebiti. Ena od strategij kako rešiti ta problem je preko biološke pretvorbe in vzpostavitve krožnega sistema v naravi. Biološka predelava plastike z mikrobnimi encimi temelji na razumevanju in izboljšanju lastnosti teh encimov. Estrske vezi zmožne hidrolize so vseprisotne v našem ekosistemu in aromatične spojine s polarnimi substitueni so pogoste v metabolnih poteh raznolikih organizmov. Eden od encimov, ki bi lahko pospešil biološko predelavo plastike je encim TPADO skupaj z njegovo sorodno reduktazo. Encim TPADO iz družine Rieskejevih oksigenaz je pri raziskavah pokazal obetavne rezultate. TPADO je encim, ki katalizira dihidroksilacijo TPA (aromatska podenota PET) ob prisotnosti NADPH molekule. Dihidroksilacija je pomembna za to, da TPA izgubi aromatični obroč, pri tem nastaneza 2 nova kiralna centra v produktu DCD. DCD je spojina, ki je dobra za nadaljno predelavo v protokatehinsko kislino, ki je ena od naravnih kislin. Ta metabolna povezava nam predlaga, da kljub kompleksni sestavi TPADO encima ponuja začetno točko za tvorbo učinkovite poti za predelavo TPA v protokatehinsko kislino (PCA).
Trček, Laura : Komunikacija med kraljestvi mogoča z novorazvitimi 'nanoprevajalniki'
Preživetje vsake vrste temelji na komunikaciji med organizmi. Znotraj istega kraljestva je komunikacija zaradi evolucijske sorodnosti dokaj podobna (npr. feromoni pri živalih), dlje kot pa je skupni prednik dveh organizmov, manj verjetno je, da se bosta znala ali sploh želela sporazumeti. Kljub temu pa znanstveniki razvijajo mehanizem, ki bi to omogočil. V izbrani raziskavi so iz silica nanodelcev sestavili tako imenovan 'nanoprevajalnik' (ang. nanotranslator), ki služi kot posrednik med celicami. Eksperiment so izvedli med bakterijami E. coli in kvasovkami S. ceravisiae. V nanoprevajalnik so vnesli molekulski sporočevalec fleomicin, na katerega so vezali protein ti. 'gatekeeper', ki je deloval kot glukoza oksidaza. Za sprožitev komunikacije so uporabili laktozo, ki so jo bakterije hidrolizirale, 'gatekeeper' je nastalo glukozo vezal in hkrati sprostil fleomicin iz nanoprevajalnika, ta pa je v stiku s kvasovkami sprožil izraz zelene fluorescence. To je izraz uspešne komunikacije. Ker je raziskava prva v tem področju, so preverili uspeh interakcije glede na zunanje faktorje, to je oddaljenost posameznih komponent in časovno učinkovitost. Rezultati kažejo, da je odstotek zaznane fluorescence v daljši inkubaciji večji, kot je tudi, ko so nanoprevajalnik in kvasovke bližje. Najdbe so ključne za nadaljnji razvoj podobnih nanomehanizmov, ki bi omogočili velik napredek na področju zdravljenja vseh vrst bolezni in boljše razumevanje ter nadzor nad biološkimi procesi.
Pečovnik Wutt, Naja: Vpliv proteina Npas4 na odvisnost
Kokain je poživitvena droga, ki povzroča močno odvisnost. Za boljše razumevanje te problematike so se znanstveniki lotili raziskave bioloških faktorjev, ki vplivajo na to vedenje. Tako molekularno stikalo vpliva na takšno vedenje in determinira kako močno se bo organizem odzval na kokain. Protein Npas4 se je tako izkazal za pomemben regulator strukture in funkcije nevronskih celic, ki skrbijo za zasvojenost. Ob zmanjšanju tega proteina se je odzivnost na drogo močno zmanjšala. Tarčne molekule nevrotransmitorja Npas4 regulirajo predvsem strukturo nevronskih celic in število povezav med njimi. ko pa je prišlo do zmanjšanja proteina Npas4 so povezave izginile in zmanjšala se je gostota trnov na dendritih, ki oslabijo povezanost med nevroni. Miši so posledično šibkeje reagirale na dozo kokaina, ki jim je bila dana. Prav tako so rezultati pokazali, da je Npas4 reguliran preko posebnega molekularnega mehanizma. Protein se inducira preko dražljaja, ki povzroči povišano koncentracijo kalcija v nukleosu nevronskih celic. Ta dognanja bodo pripomogla tako pri biološkem razumevanju vpliva drog na organizem kot tudi pri novih terapevtskih pristopih.
Pojbič, Taja: Potencialni antibiotik, ki uspešno uničuje trdožive patogene
MDR (multidrug resistant) Gram-negativne bakterije so krivec za več smrti naše populacije. S prekomerno uporabo antibiotikov v zdravstvenem sistemu in živilski industriji so bakterije preko evolucijskega razvoja postale na te antibiotike rezistenčne - predvsem na kolistn, ki te patogene uspešno uničuje. Skupina znanstvenikov je želela najti rešitev in je s prečesavanjem bakterijskih genomov odkrila novo molekulo, ki so jo poimenovali makolaktin. Sami so jo v laboratoriju sintetizirali in nato izvedli vrsto eksperimentov. Preverjali so učinkovitost makolaktina v primerjavi s kolistinom na različnih kolistinu rezistenčnih bakterijah, kjer se je makolaktin izkazal za učinkovitega. Izvedli so tudi eksperiment na miših, katere so okužili z bakterijo in jim nato injicirali makolaktin, kolistin in fiziološko raztopino kot placebo. Pristopi študije in sam makolaktin z njegovimi analogi bi tako lahko v prihodnosti pripomogli v boju proti nevarnejšim rezistenčnim patogenom.
Bernik, Miha: BOLJŠI NAČIN ZDRAVLJENJA TEŽKO OZDRAVLJIVIH BOLEZNI, S POMOČJO PROTITELES IN KOVINSKO-ORGANSKIH POROZNIH MATERIALOV
Monoklonalana protitelesa, se že dolgo časa raziskujejo v biomedicini, kot natačnen , učinkovit in specifičen način dostave zdravil do tarčnih celic. Njihovih uporab je mnogo, kot markerji za identifikacijo bolezni, kot dostavljalci zdravil in kot sredstva za analizo celičnih analitov, vendar imajo en velik problem. Protitelesa imajo dve regiji, Fc in Fab. Regija, ki ima nalogo prepoznave antigenov, je samo Fab regija. Ko so poskušali konjugirati protitelesa z raznimi substancami, kot so QDs (quantum dots) ali pa zdravili, pogoto nimajo vpliva na katero mesto protiteles se bodo te substance vezale, zato se pogosto orientacija protiteles izgubi in posledično tudi njihova tarčnost upade. Poleg tega pride do večjih možnosti nezaželenih in nespecifičnh interakcij s tkivi. Da bi ohranili zaželeno orientacijo protiteles so znanstveniki začeli uporabljati okorne tehnike, ki pa tudi niso zelo hitre in učinkovite. Tukaj pride ideja, da bi uporabili Kovinsko-organske porozne materiale (MOF-je), ki se sepcifično kristalizirajo okoli Fc regije protitelesa in bi lahko posledično selektivno ohranili zaželeno orientacijo protiteles, brez da bi izgubili njihovo tarčno sposobnost.
Poljanšek, Aleš: Nov koncept za boj proti odpornosti bakterij na antibiotike
Odpornost bakterij na antibiotike je eden izmed največjih izzivov moderne medicine. Pri bakterijah se pojavi, ko te razvijejo različne mehanizme za obrambo proti antibiotikom. Gram negativne bakterije se denimo proti β-laktam antibiotikom borijo tako, da tvorijo β-laktamaze, t.j. encime, ki hidrolizirajo β-laktamatski obroč v β-laktamih in s tem onemogočijo njihovo delovanje. Znanstveniki so se v boju proti tem bakterijam osredotočili na protein DsbA. To je encim, ki ga vsebujejo gram negativne bakterije in ki tvori disulfidne vezi v proteinih, ki vstopajo v periplazmo, kar vključuje tudi β-laktamaze. V E. coli in v nekaterih drugih enterobakterijah so inhibirali DsbB, ki je zadolžen za obnavljanje DsbA, in jim izmerili minimalne inhibicijske koncentracije za različne β-laktam antibiotike. To so ponovili tudi pri P. aeruginosi, ki izhaja iz rodu Pseudomas. Rezultati so pokazali, da se je minimalna inhibicijska koncentracija β-laktam antibiotikov pri vseh bakterijah močno zmanjšala. Da bi dokazali, da bi s tem pristopom lahko zdravili okužbe z multirezistentnimi gram negativnimi bakterijami, so ličinke molja okužili s P. aeruginoso in jih zdravili s cefazidimom. Stopnja preživetja se je ličinkam, ki so bile okužene z bakterijami z inhibiranim DSB sistemom, močno povečala, kar pomeni, da je ta pristop primeren za zdravljenje tovrstnih okužb.
Vranjes, Tin: Razkriti mehanizmi asimilacije dušika v rastlinah
Dušik je sestavni del proteinov in nukleinskih kislin, zato je pomemben za vse žive organizme. Eden izmed delov dušikovega cikla je asimilacija, ki poteka v rastlinah. To je uvajanje dušika iz amonijevih in nitratnih ionov v organske molekule. Vnos amonijevih in nitratnih ionov je reguliran. V enocelični rdeči algi Cyanidioschyzon merolae je centralni regulator asimilacije dušika transkripcijski faktor CmMYB1. Ta pri nizki koncentraciji dušika v okolju aktivira transkripcijo drugih asimilatornih genov za dušik. V okolju bogatim z dušikom pa na CmMYB1 deluje post-transkripcijski mehanizem, ki ga lokalizira v citoplazmo. Pri tem sodeluje negativna domena in protein CmNDB1, ki preprečita delovanje transkripcijskega faktorja.
Agrež, Tim David: Odkrita struktura encima, pomembnega za sintezo trigliceridov
Triacilgliceridi v organizmu predstavljajo najpomembnejši vir energije v evkariontskih organizmih. Pri biosintezi TGA je pomemben korak hidroliza fosfatidne kisline do diacilglicerola. Ta proces katalizirajo encimi imenovani fosfataze fosfatidne kisline. V raziskavi so znanstveniki odkrili strukturo in potek procesa katalize encima iz Tetrahymena thermophilile. Ugotovili so tudi, da se pri katalizi združita N-Lip in C-Lip regiji, da nastaneta dve prostorki domeni: prva podobna protitelesu, druga pa katalitičnim encimom iz superdružine haloalkanoičnih dehalogenaz. S pomočjo novih ugotovitev so tako pojasnili, kako delujejo nekateri človeški lipini in do česa pride pri nekaterih njihovih mutacijah.
Jeromelj, Tonja: Atossa: Poveljnica celične migracije
Glavna funkcija imunskega sistema je obramba organizma, ki je konstantno izpostavljen različnim grožnjam. Imunske celice morajo vzdrževati različne procese, ki zahtevajo veliko energije. Eden izmed takih je migracija celic v tkiva, v času imunskega odziva. Kako je energija v celicah zagotovljena in kakšni so procesi, ki sprožijo povišano metabolično aktivnost, pa je bilo doslej neznano. Skupina raziskovalcev iz inštituta za znanost in tehnologijo v Avstriji je preučevala in poimenovala nuklearni protein Atossa, ki uravnava in izboljšuje sposobnost mitohondrijev za proizvodnjo energije, tako da inducira usklajeno mitohondrijsko reprogramiranje. Najprej Atossa aktivira dva metabolična encima, ki ustvarita več 'goriva' za mitohondrije, nato poviša še raven proteina Porthos, ki s svojim delovanjem pospeši in spodbudi proces celičnega dihanja. Celica s pomočjo teh sprememb doseže višji energetski nivo, ki je potreben za migracijo makrofagov pri vinskih mušicah (Drosophila). Znanstveniki so protein poimenovali po perzijski kraljici, saj s pomočjo treh drugih proteinov, ki jih nadzira, omogoča celicam, da osvojijo nove teritorije.
Vogrič, Vanja: Aholetin, hitinu podoben polisaharid, ki bo lahko nadomestil plastiko na nekaterih področjih
Aholetin je polisaharid, ki so ga znanstveniki odkrili pred kratkim med izvajanjem širše raziskave. Ta je, namreč, hitinu zelo podoben polimer, ki ga proizvaja bakterija Acholeplasma laidlawii s pomočjo encima, ki so ga znanstveniki imenovali aholetin fosforilaza. Glikozidne fosforilaze, med katere spada tudi aholetin fosforilaza, so encimi, ki cepijo glikozidne vezi z reakcijo, ki ji pravimo fosforoliza. Pri polisaharidih, kakršna sta hitin in aholetin, so encimi sposobni izvajati tudi fosforolizi obratno reakcijo, kar bakterija Acholeplasma laidlawii izkorišča pri sintezi aholetina. Znanstveniki so po istem principu v laboratoriju sintetizirali aholetin. Ko bo mogoče cenejše pridobivanje primarnih materialov, bo lahko aholetin nov biopolimer, ki bo nadomestil vlogo plastika na nekaterih področjih, kot je npr. biomedicina.
Bunc, Zara: Prvi korak k odkritju vrelca mladosti
Ker se nam življenjska doba podaljšuje, v ospredje prihajajo predvsem bolezni, povezane s starostjo. Vse več raziskav nakazuje, da je preprečevanje nalaganja senescentnih oz. starostnih celic ključno za preprečitev s starostjo povezanih bolezni in staranja samega. Pri tem pa naj bi imel ključno vlogo protein MondoA, transkripcijski faktor, ki s svojim delovanjem regulira proces senescence oz. celičnega staranja. Povzroči povečano izražanje gena Prdx3 v mitohondriju, kar pozitivno vpliva na homeostazo mihondrijev. Hkrati pa onemogoča aktivnost proteina Rubikon, katerega funkcija je, da zavira avtofagijo. Slednja pa je ključna pri ohranjanju celične funkcije. Prek teh dveh med sabo neodvisnih poti MondoA preprečuje, da bi celica, izpostavljena stresu, prešla v proces senescence. Senescentne celice izgubijo sposobnost celične delitve, so odporne na apoptozo, pride do sprememb v izražanju genov, ki vodi v drugače reguliran metabolizem (SASP). Njihova tvorba preprečuje razvoj celic v rakave, vendar če jih imunski sistem ne odstrani, je njihovo delovanje škodljivo za organizem. S starostjo se količina MondoA v jedru zmanjša, kar poveča tveganje za senescenco. Če bi uspeli ohraniti enake nivoje MondoA tudi pozneje v življenju, bi s tem preprečili nastanek senescentnih celic in njihovo nalaganje v organizmu, prek tega pa bi preprečili razvoj s starostjo povezanih bolezni in tudi samo staranje.
Mikroorganizmi so prisotni povsod, tudi v našem črevesju. A povezava med mikroorganizmi in gostiteljem je bistveno globja, kot se sprva zdi. Mikroorganizmi namreč vplivajo na možgansko delovanje in metabolizem. Znanstveni članek obravnava, če se ta vpliv lahko prenaša preko nevronov, ki neposredno prepoznavanjo komponente bakterijskih celičnih sten (peptidoglikanov oz. bolj natančno muropeptida MDP). Odkrili so, da v miših igra bakterijski peptidoglikan ključno vlogo kot medij črevesno-možganske komunikacije preko Nod2 receptorja. Muropeptidi se preko krvnega obtoka iz črevesja prenesejo v kri do možganov, kjer vplivajo na nevrone z izraženim Nod2 receptorjem. Delovanje tovrstnih nevronov je ključno za normalno regulacijo apetita (in posledično telsene teže) in metabolizma (in posledično telesne temperature), predvsem v samicah. Študija torej odkriva mehanizem bakterijske regulacije gostiteljevega metabolizma in prehranjevanja.
Stojić, Ivana: Biološke nevrone kmalu nadomestili umetni
V prihodnosti bodo možgansko-strojni vmesniki, protetika in inteligentna robotika zahtevali povezovanje umetnih nevromorfnih naprav z biološkimi sistemi. Raziskovalci so prvič predstavili umetni organski nevron (OECN), živčno celico, ki jo je mogoče povezati z živo rastlino in umetno organsko sinapso. Tako nevron kot sinapsa sta izdelana iz natisnjenih organskih elektrokemičnih tranzistorjev. Organski polprevodniki so biokompatibilni, biološko-gradljivi, mehki in strukturno prilagodljivi. Delujejo pod 0,6 V in se odzivajo na več dražljajev, kar odpira nove možnosti za lokalizirane umetne nevronske sisteme, ki jih je mogoče povezati z bio-signalnimi sistemi rastlin, nevretenčarjev in vretenčarjev. Poleg tega jih je mogoče zlahka funkcionalizirati, tako da nudijo posebne zmožnosti vzbujanja, zaznavanja in aktiviranja ter podpirajo prenos elektronskih in ionskih signalov. Mehanizem delovanja OECN je podoben mehanizmu delovanja biološke živčne celice. Njegova edinstvena sposobnost, da zaznava več bioloških, fizikalnih in kemičnih signalov, omogoča zaznavanje več čutil, njihovo morebitno združevanje v samem nevronu pa omogoča razvoj novih biološko integriranih dogodkovnih senzorjev s senzoričnim združevanjem. Kot dokaz sposobnosti biointegracije OECN so znanstveniki ta nevron povezali z nevronom venerine mušnice. Kljub vsemu pa bo glavna prednost OECN, pred drugimi tehnikami modulacije, možnost nadzorovanega in nenadzorovanega učenja na ravni senzorja. Za to je integracija OECN z organskimi umetnimi sinapsami neizogibna.
Petrov, Mario: Allele deletion in gene encoding Zbtb38 leads to early embryonic death
Mammalian DNA methyltransferases are essential to re-establish global DNA methylation patterns during implantation, which is critical for transmitting epigenetic information to the next generation. In contrast, the significance of methylCpG binding proteins (MBPs) that bind methylated CpG remains almost unknown at this stage. Zbtb38 (also known as CIBZ)—a zinc finger type of MBP—is required for mouse embryonic stem (ES) cell proliferation by positively regulating Nanog expression, nanog being a transcriptional factor used when determening embryonic stem cell identity. Germline loss of the Zbtb38 single allele resulted in decreased epiblast cell proliferation and increased apoptosis shortly after implantation, leading to early embryonic lethality.Later it was concluded that heterozygous loss,meaning loss of one of the parental alleles, of Zbtb38 reduced the expression of Nanog,Sox2(Another transcriptional used in a similar function as Nanog), and the genes responsible for epiblast proliferation, differentiation, and cell viability. These findings indicate that Zbtb38 is essential for early embryonic development via the suppression of Nanog and Sox2 expression.
Trajković, Miljan: New genes that affect replication of HIV are discovered – an important step in the treatment and potential cure
Despite extraordinary progress in the development of antiretroviral drugs, HIV remains a worldwide health threat, infecting millions of people worldwide each year. Even with strict adherence to the prescribed therapy, patients remain infected with the virus and therefore require lifelong treatment. To this day, a cure has been achieved in only a single person, the “Berlin patient.” In this case, the virus was eradicated by stem cell transplantation from a donor with a natural genetic variant in the CCR5 gene that prevented HIV entry into these cells. This success has motivated a lot of scientists to make human immune cells that lack host factors required for HIV replication to achieve a permanent cure. Modifying the genomes of human cells has been a major challenge for biomedical researchers. Scientists can now overcome this challenge through electroporation of Cas9 ribonucleoproteins (RNPs) directly into primary human CD4+ T cells that were isolated from the peripheral blood. Multiplex Cas9 RNP-mediated editing of primary CD4+ T cells is a powerful method for the study of T cell processes and the identification and analysis of next-generation drug-based therapies for HIV. It may be possible in the future to utilize Cas9 RNP T cell editing as an efficient mean to generate HIV-resistant primary human T cells for scientific and potentially therapeutic use.
Kovaček, Lucija: Odkritje funkcije proteina ohranjene skozi evolucijo in možne izboljšave zdravil v prihodnosti
Signalna transdukcija oz. sposobnost celice, da zunanji dražljaj sprejme in se nanj odzove, je univerzalna značilnost vseh živih celic. Pri tem imajo ključno vlogo receptorji, ki zaznajo zunaj ali znotrajcelične signale in informacije posredujejo naprej. Pomembne signalne molekule so aminokisline, ki jih kot ligande vežejo najrazličnejši receptorji v bakterijah, arhejah in evkariontih. Čeprav imajo vse aminokisline podobno osnovno strukturo, vsebujejo aminsko (-NH2) in karboksilno (-COOH) skupino, do sedaj ni bil poznan noben univerzalen mehanizem prepoznavanja aminokislin. Znanstveniki so odkrili motiv, t. j. regija tridimenzionalne oblike proteina, ki je vezal aminokisline v receptorske proteine pri vseh živih organizmih in se je skozi evolucijo ohranil več kot tri milijarde let. Pri ljudeh je ta motiv prisoten v podenotah α2δ kalcijevih kanalčkov, kamor se vežejo zdravila gabapentinoidi, ki se uporabljajo za zdravljenje nevropatske bolečine in nevrorazvojnih motenj. Kombinacija analiz zaporedij in struktur senzorskih proteinov omogoča natančne napovedi funkcije in delovanja receptorjev. S poznavanjem mehanizma vezave in natančnega predela na tarčnem proteinu bi lahko pripomogli k izboljšavi pomembnih zdravil za nevrobiološke motnje (ADHD, avtizem, bipolarna motnja, shizofrenija idr.), kot na primer zdravil derivatov inhibitornega nevrotransmiterja γ-aminomaslene kisline (GABA).
Zupanc, Lara: A2A receptor – nova potencialna tarča zdravila v imunoonkologiji in pri nevrodegenerativnih boleznih
Receptorji vezani na G protein oziroma GPCR so pomembna tarča večine zdravil. Njihovo poddružino adeninskih receptorjev lahko najdemo v celotnem osrednjem živčnem sistemu in perifernih tkivih ali celicah. Podtip adenozinskih receptorjev A2A AR predstavlja pomembno tarčo zdravila v boju proti raku in pri nevrodegenerativnih boleznih. Namen raziskave je bil rešiti kokristalno strukturo receptorja A2A AR z antagonistom imenovanim preladenant, ki do tedaj še ni bila določena. V ta namen so razvili nov termostabilen mutant receptorja (A2A-PSB1-brIL) pri katerem je za razliko od prejšnjih prisotna le ena točkovna mutacija. Vzporedno so sintetizirali še nove derivate preladenanta. V ta namen so preladenant PEGilirali in dobili derivat PSB-2113. Nato so PEGiliranemu derivatu dodali še borov-dipirometen fluoroform in nastal je derivat imenovan PSB-2115. Mutant A2A-PSB1-brIL so sokristalizirali z obema derivatoma preladenanta in dobili so kristalne strukture visoke ločljivosti. Preladenant predstavlja enega močnejših in selektivnih anatgonistov A2A AR. Njegovi novo razviti derivati imajo velik pomen za prihodnost, saj bodo vodili do izboljšanih antagonistov A2A AR receptorja. Ti antagonisti pa imajo velik potencial kot nova zdravila za zdravljenje raka in nevrodegenerativnih bolezni.
Zerovnik, Klara: S svilo v boj z boleznijo
Tumorski supresor p53 spada med intrinzično neurejene proteine (IDP). IDP) so proteini, ki nimajo fiksnih sekundarnih ali terciarnih struktur, imajo pa ključno vlogo pri celični signalizaciji in regulaciji. Mednje prištevamo tako popolnoma neurejene proteine, kot tudi dobro strukturirane proteine, ki vsebujejo intrinzično neurejene regije (IDR). Aktivnost je močno povezana z konformacijo proteinov, ki jo urejajo specifične interakcije z drugimi proteini ali nukleinskimi kislinami. Številni IDP so povezani z številnimi boleznimi, vključno z rakom, boleznimi srca in ožilja, sladkorno boleznijo, amiloidozami in nevrodegenerativnimi boleznimi. Tumorski supresor p53 je protein z nizko stopnjo ekspresije, ki kaže visoko nagnjenost k agregaciji in ima pomembno vlogo pri celični poliferaciji. Proteinsko IDR je iz N-terminalne regije, ki jo sestavljata transaktivni domeni 1 (TAD1) in 2 (TAD) ter s prolinom bogata domena (PRD). Raziskava je temeljila na hipotezi, da bi ob spojitvi p53 in proteina, ki kaže visoko ekspresijo in stabilnost, dosegli stabilnost p53. Ta protein naj bi bil največji ampulatni svilni spideoin, ki ima zelo neurejene in k agregaciji nagnjene segmente, vendar zelo visoko stopnjo ekspresije. Fuzijski protein ima učinkovitejšo translacijo, kakor sam protein p53. Fuzija tvori naravni tetramer, v katerem se tvorijo mnoge hidrofobne povezave med TAD1 in NT*, poleg tega pa tako stabiliziran protein ohrani svojo aktivnost v rakavih celicah.
Trobiš, Veronika: Kako določiti, kateri virus je nalezljiv
Virusne okužbe so velik globalni zdravstveni problem, vendar pa nobena dosedanja metoda ni omogočala hitre, neposredne in natanče kvantifikacije virusov, ki bi tudi dokazala infektivnost, kar je povzročalo napačne diagnoze in širjenje virusov. Pod pritiskom epidemije so zato poskušali najti boljši način za prepoznavo infekcijskih virusov od neinfekcijskih virusov, kar pa so dosegli z visoko selektivnimi DNA aptameri integriranimi v polprevodniške nanopore. Ker metoda izbire ni odvisna od znanih biomarkerjev za razlikovanje med nalezljivimi in nenalezljivimi virusi, jo je mogoče zlahka uporabiti za novo nastajajoče viruse, ki se vse pogosteje pojavljajo po vsem svetu, ne da bi imeli kakršne koli informacije o mehanizmu inaktivacije. Novo metodo so testirali na adenovirusu in SARS-CoV-2, ter s tem dokazali, da je ta metoda primerna za viruse z ovojnico ter prav tako za viruse brez ovojnice, zaradi česar je senzor splošno uporaben za zaznavanje teh in drugih novih virusov, ki so pomembni za okolje in javno zdravje.
