Wiki FKKT - User contributions [en]

Biološke naprave in vezja za pripravo pametnih cepiv na osnovi RNA

2016-01-17T18:36:33Z

Dasa: New page: Z razvojem sintezne biologije so se pojavile nove možnosti uporabe regulacije izražanja genov. V ta namen so se na začetku uporabljale predvsem DNA molekule. V mojem članku pa so se od...

Z razvojem sintezne biologije so se pojavile nove možnosti uporabe regulacije izražanja genov. V ta namen so se na začetku uporabljale predvsem DNA molekule. V mojem članku pa so se odločili, da nam predstavijo regulacijske mehanizme na osnovi RNA, ker menijo da so le ti primernejši za uporabo kot zdravila oziroma cepiva pri človeku.

Na mRNA se v evkariontih veže veliko število proteinov večina sodeluje pri izvedbi translacije. Nekateri izmed njih pa vezavo inhibirajo translacijo in so zato primerni za regulacijo tega procesa. L7Ae je protein, ki ga najdemo v arhejah in se veže na K-obrat RNA. Ugotovili so, da prisotnost K-obrata v 5´-UTR mRNA proteina, lahko deluje kot stikalo. Prevajanje proteina je vključeno, če encim L7Ae ni prisoten in izključeno, ko se L7Ae veže na mRNA, saj s tem ovira vezavo za translacijo potrebnih proteinov.

Pri bakteriofagih MS2 so ugotovili, da se plaščni protein, ko se ga izrazi dovolj, veže v dimer in z vezavo na mRNA inhibira translacijo replikaze. Opazili so, da če tarčno zaporedje za MS2-CP damo v 5´-UTR željene mRNA ta sterično ovira in s tem inhibira translacijo.

Tetraciklinski represor se v sintezni biologiji uporablja za reguliranje prepisovanja genov. V kombinaciji z aptameri pa je primeren tudi za regulacijo translacije. Z metodo SELEX lahko najdemo aptamere, ki se vežejo nanj. Če tega vstavimo v 5´-UTR regijo mRNA bo vezava tetR inhibirala prevajanje. Ponovno aktivacijo translacije dobimo tako, da dodamo tetraciklinski derivat, ki sprosti tetR iz aptamera.

Encimi PUF pa so evkariontski proteini, ki so vpleteni v številne procese kot so diferenciacija, regulacija celičnega cikla, produciranje spomina. RNA vezavna domena vsebuje 8 α-heličnih ponovitev, vsak izmed njih prepozna en nukleotid RNA tako lahko naredimo različne PUF proteine, ki prepoznajo različno sekvenco. V študijah so naredili fuzije PUF z različnimi proteini, kot so splicing represorji/aktivatorji, RNA endonukleaze, deadenilaze, poliA-polimeraze, eIF4. Podobno kot ti, se na RNA specifično vežejo tudi PPR proteini, vendar pa prepoznavni kod še ni povsem razvozlan.

Za razliko od RBP se za regulacijo translacije lahko uporabijo tudi male molekule, ki pri določenih sekvencah RNA izzovejo spremembo konformacije. Takim odsekom RNA rečemo aptameri. Za iskanje le teh se uporablja metoda SELEX. Vendar pa je uporaba te metode za namen razvoja cepiva nekoliko pomanjkljiva, saj poteka izbor in vitro in ne in vivo.
Večina deluje na principu hibridizacije regij, ki so pomembe pri translaciji (AUG, RBS, IRES). Hibridizirana mesta se ob vezavi male molekule razdrejo in postanejo dostopna za RBP, ki tako lahko sprožijo translacijo. Poseben primer uporabe aptamerov je ribosomski preskok. Ob vezavi male molekule se dela RNA med katerima je aptamer dovolj približata, da ribosom iz enega dela, kjer je prej potekla translacija iz sORF, preskoči na drug in nadaljuje branje ter translacijo na dORF. Z aptameri lahko reguliramo tudi splicing pre-mRNA, če je ta vstavljen na 3´ss ali 5´ss mesto.

Ribocimi so katalitično aktivne RNA molekule, ki cepijo sami sebe. Sestavljeni so iz RNA, ki se poveže v tri stebla. Steblo dve ribocima nadomestimo z aptamerom in tako lahko reguliramo aktivnost ribocimov. Tako lahko, če jih vstavimo enega za drugim, pridobimo različna logična vrata.

Tudi interferenčna RNA sodeluje pri regulaciji translacije v celici. Procesiranje različnih oblik RNA v siRNA je lahko mesto regulacije utišanja genov z siRNA. Aptamer lahko vključimo v zanko, katero od shRNA odcepi Dicer. Konformacijska sprememba aptamera ob vezavi male molekule prepreči vezavo Dicerja in prepreči utišanje gena. Sterično oviranje lahko dosežemo z prej omenjenim k-zavojem na katerega se veže L7Ae in prepreči vtišanje. V 5´konec lahko vstavimo tudi aptacim, ki bi se ob signalu male molekule sam odcepi od shRNA in pride do procesiranja siRNA in utišanja gena. Utišanje lahko reguliramo tudi s transfekcijo z oligonukleotidom, ki se veže na mesto cepitve Drosha encima. Z napovedovanjem so odkrili, da se aromatična spojina benzimidazol veže na miR-96, ki jo prekomerno izražajo tumorske celice in s tem prepreči procesiranje. Za napovedovanje RNA struktur na katere se vežejo male molekule se uporabljata dva načina analize. Eden je z agaroznimi mikromrežami z imobilizirano malo molekulo v katere dodamo različne kratke zanke in izberemo tiste, ki so se vezale nanjo. Analiziramo jih s programom RNA-PSP. Druga metoda je StARTS, ki preko sekvence napoveduje interakcije različnih zank z malo molekulo. Nenazadnje pa se inhibicija utišanja genov lahko izvede tudi z RNA spužvami, ki so molekule za katere zapis je vstavljen kot transgen in vsebuje močan konstitutivni promotor in vsebuje številna, po vrsti razporejena tarčna mesta za miRNA. Izražena spužva polovi miRNA za katere vsebuje tarčna mesta.

Naslednja stopnja pri izdelavi aktivnega proteina so posttranslacijske modifikacije pri katerih najdemo tudi številna orodja za regulacijo. Lahko naredimo fuzijo željenega proteina z destabilizacijsko domeno, ki je tarča ubikvitina oziroma proteosoma. Destabilizacijska domena mora vsebovati še vezavno mesto za malo molekulo, ki povzroči konformacijske spremembe domene. Te konformacijske spremembe zamaskirajo destabilizacijsko domeno tako, da ni prepoznavna za razgrajevalne proteine. V odsotnosti male molekule pa se fuzijskemu proteinu močno skrajša razpolovni čas. Obratno kot DD deluje z ligandom inducirana degradacijska domena, ki kot že ime pove v prisotnosti male molekule pospeši razgradnjo fuzijskega proteina. Prav tako sta domeni uporabni za regulacijo razpolovnega časa RBP, ki pa jih lahko uporabimo za regulacijo transkripcije kot sem omenila že prej.

Za senzorje lahko uporabimo fuzijo z G-proteini, ki zaznajo male molekule kot je dopamin. Vendar pa bi bilo to težko vstaviti v RNA vezja, saj ni kompatibilen, ker je senzor protein in ne RNA. Za senzorje v RNA vezjih lahko vzamemo tarčne sekvence za miRNA, ki jo vstavimo v 3´-UTR. Nekatere miRNA se različno izražajo v različnih celicah. Tam kjer so prisotne se vežejo na tarče in aktivirajo senzor. Uporabimo lahko tudi mRNA senzor, ki deluje na principu izpodrivanja verig v siRNA. Novo nastali siRNA dupleks se naloži na RISK in utiša tarčno RNA.
RNA dele lahko med seboj sestavimo v RNA vezja, če je le izhodni signal ene naprave enak vhodnemu sledeče naprave. Niso pa še sestavili vezja, ki bi bil sestavljen popolnoma iz RNA za uporabo v sesalskih celicah. V neki študiji so sestavili sesalski bioračunalnik iz L7Ae in MS2 naprav, ki je lahko izvedel računanje z uporabo NOT, AND, N-IMPLY, XOR logičnih vrat. Poleg translacijske regulacije z L7Ae in MS2 je sistem vseboval tudi transkripcijsko regulacijo.

mRNA in replikacijske RNA so dokazano dobra platforma za cepiva. Tudi RNA naprave kot so aptameri, aptacimi so primerni za imunomodulacijo, celično specifično ciljanje antigenov, in prezentacijo de novo antigenov.

Torej priprava cepiva na osnovi RNA za enkratno uporabo bi bila sledeča: uporabili bi replikon z dvema subgenomskima promotorjema. Eden od njih bi izražal fuzijski protein RBP in DD, drugi pa RBP vezavni motiv pred antigenom. Vezje bi delovalo tako, da bi mala molekula, ki bi jo zaužili oralno, povzročila zamaskiranje DD in s tem podaljšan razpolovni čas RBP, ki bi inhibiral tvorbo antigena.
Z uporabo konstruktov z več antigeni pa lahko naredimo tudi cepivo za raka.

Že nekaj časa je minilo odkar se je pojavila sintezna biologija. Zbiranje vseh možnih in poznanih naprav omogoča uresničenje še tako različnih idej, saj jih lahko sestavljamo v zahtevnejša vezja in sisteme. Trenutno smo napredovali do sistemov, ki so uporabni v sesalskih celicah pa tudi do uporabe primernejših RNA vezji. Tako lahko že načrtujemo pametna cepiva, nekatera so bila tudi že uporabljena na celičnih kulturah. Uporabnost pa se bo izkazala, ko bodo poskusi v laboratorijih prešli na uporabo v realnem svetu.

Seminarji SB 2015/16

2016-01-17T18:34:30Z

Dasa:

Seminarji iz Sintezne biologije v študijskem letu 2015/16 so:

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/2866/synthetic-biology-engineering-complexity-and-refactoring-cell-capabilities SYNTHETIC BIOLOGY: ENGINEERING COMPLEXITY AND REFACTORING CELL CAPABILITIES]

* Production of fatty acid-derived valuable chemicals in synthetic microbes ([[Proizvodnja kemikalij iz derivatov maščobnih kislin s pomočjo sintetičnih mikroorganizmov]]) (Maja Grdadolnik) 
* Optimization of the IPP precursor supply for the production of lycopene, decaprenoxanthin and astaxanthin by Corynebacterium glutamicum ([[Optimizacija sinteze IPP kot prekursorja za produkcijo likopena, dekaprenoksantina in astaksantina v Corynebacterium glutamicum]]) (Griša Prinčič) 
* Engineering sugar utilization and microbial tolerance toward lignocellulose conversion [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Konverzija_lignoceluloze_s_pomočjo_izkoriščanja_mikrobne_tolerance_in_inženiringa_sladkorjev] (Kim Potočnik) 
* Cofactor engineering for enhancing the flux of metabolic pathways [[INŽENIRING KOFAKTORJEV ZA IZBOLJŠANJE METABOLIČNIH POTI]] (Nastja Štemberger) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4354409/ Can the natural diversity of quorum-sensing advance synthetic biology?] ([[Ali lahko naravna diverziteta quorum sensinga pripomore k napredku v sintezni biologiji?]]) (Tina Snoj) 
* [http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2015.00093/full Signal-to-noise ratio measures efficacy of biological computing devices and circuits] ([[Določanje učinkovitosti bioloških naprav in vezij z razmerjem signal-šum]]) (Jakob G. Lavrenčič) 
* A sense of balance: experimental investigation and modeling of a malonyl-CoA sensor in Escherichia coli ([[Senzor za malonil-CoA v bakteriji Escherichia coli]]) (Ajda Rojc) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4211546/ New transposon tools tailored for metabolic engineering of Gram-negative microbial cell factories] ([[Metabolični inženiring gram-negativnih bakterij s transpozonskim sistemom]]) (Rok Razpotnik) 

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/455/synthetic-biology-applications-in-industrial-microbiology SYNTHETIC BIOLOGY APPLICATIONS IN INDUSTRIAL MICROBIOLOGY]

* Recent Progress in Synthetic Biology for Microbial Production of C3–C10 Alcohols (Urška Rauter) ([[Napredki v sintezni biologiji pri proizvodnji C3-C10 alkoholov v mikroorganizmih]])
* Visualizing Evolution in Real-Time Method for Strain Engineering ([[Vizualizacija evolucije v realnem času – metoda za sevno inženirstvo]]) (Samo Zakotnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3367458/ Engineering Microbial Consortia to Enhance Biomining and Bioremediation] ([[Načrtovanje mikrobnih konzorcijev za izboljšanje biorudarstva in bioremediacije]]) (Maja Kostanjevec)
* Engineering Microbial Chemical Factories to Produce Renewable “Biomonomers” ([[Mikrobiološka proizvodnja obnovljivih biomonomerov in bioplastike]])(Nastja Pirman)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3446811/ Application of Synthetic Biology in Cyanobacteria and Algae] ([[Uporaba sintezne biologije v cianobakterijah in algah]]) (Špela Tomaž)
* Synthetic Feedback Loop Model for Increasing Microbial Biofuel Production Using a Biosensor ([[Model s povratno zanko za povečanje mikrobne produkcije biogoriva z uporabo biosenzorja]])(Jernej Pušnik)
* Balance of XYL1 and XYL2 Expression in Different Yeast Chassis for Improved xylose Fermentation ([[Ravnotežje med ekspresijo XYL1 in XYL2 v različnih šasijah kvasovk v povezavi s povečano fermentacijo ksiloze]]) (Monika Praznik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3630320/ Design and Development of Synthetic Microbial Platform Cells for Bioenergy] ([[Načrtovanje in razvijanje sintetičnih mikrobnih celičnih platform za pridobivanje bioenergije]])(Erik Mršnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3616241/ Microbial Production of Isoprenoids Enabled by Synthetic Biology] ([[Mikrobna produkcija izoprenoidov s sintezno biologijo]]) (Dominik Kert)
* Chemical synthetic biology: a mini-review ([[Kratki pregled kemijske sintezne biologije]]) (Anka Hotko)

Seminarji iz preglednih člankov:

* [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002228361500618X Towards engineering biological systems in a broader context] ([[Inženiring bioloških sistemov v širšem kontekstu]]) (Aleksander Benčič)
* [http://revistes.iec.cat/index.php/IM/article/viewFile/139212/137876 Synthetic biology: Novel approaches for microbiology] ([[Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji]]) (Daša Janeš)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26463592 Tools and principles for microbial gene circuit engineering] (Marko Radojković)
* Sensitive cells: enabling tools for static and dynamic control of microbial metabolic pathways ([[Dinamično uravnavanje (regulacija) metabolnih poti]]) (Katja Leben)
* Chassis optimization as a cornerstone for the application of synthetic biology based strategies in microbial secondary metabolism ([[Oprimizacija šasij kot osnovni korak pri uporabi sintezno biološkega pristopa pri karakterizaciji mikrobnega sekundarnega metabolizma]]) (Jure Zabret)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4571725/ Recent advances and opportunities in synthetic logic gates engineering in living cells] ([[Napredki v načrtovanju bioloških logičnih vrat v živih celicah]]) (Monika Biasizzo)
* Programmable genetic circuits for pathway engineering ([[Genetska vezja v metabolnem inženiringu]])(Urban Javoršek)
* [http://web.media.mit.edu/~neri/MATTER.MEDIA/Publications/Better_together-_engineering_and_application_of_microbial_symbioses.pdf Better together: engineering and application of microbial symbioses] ([[V slogi je moč: načrtovanje in uporaba mikrobne simbioze]]) (Nejc Petrišič)
* Synthetic biology for microbial production of lipid-based biofuels ([[Produkcija lipidnih biogoriv s sintezno biologijo]]) (Urška Pevec)
* Engineering Biosynthesis Mechanisms for Diversifying Polyhydroxyalkanoates ([[Inženiring biosintetskih mehanizmov za raznolike polihidroksialkanoate]]) (Mojca Banič)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4519758/pdf/fmicb-06-00775.pdf Synthetic biology of fungal natural products] ([[Sintezna biologija naravnih produktov (nitastih) gliv]]) (Estera Merljak)
* Synthetic biology and biomimetic chemistry as converging technologies fostering a new generation of smart biosensors ([[Sintezna biologija in biomimetika pri razvoju biosenzorjev]]) (Benjamin Bajželj)
* [http://splasho.com/blog/papers/Bioluminescence.pdf How Synthetic Biology Would Reconsider Natural Bioluminescence and its Application] (Ana Grom & Ana Unkovič) 
* Synthetic Biology-Toward Therapeutic Solutions ([[Uporaba sintezne biologije v terapevtske namene]]) (Tanja Korpar)
* Synthetically modified mRNA for efficient and fast human iPS cell generation and direct transdifferentiation to myoblasts (Mirjana Malnar)
* Mammalian synthetic biology: emerging medical applications([[Sintezna biologija sesalcev in medicinske aplikacije]]) ( Maša Mirkoviić)
* Biology devices and circuits for RNA-based ‘smart vaccines’: a propositional review ([[Biološke naprave in vezja za pripravo pametnih cepiv na osnovi RNA]])(Monika Škrjanc)

Biološke naprave in vezja za pametna cepiva na osnovi RNA

2016-01-17T18:33:15Z

Z razvojem sintezne biologije so se pojavile nove možnosti uporabe regulacije izražanja genov. V ta namen so se na začetku uporabljale predvsem DNA molekule. V mojem članku pa so se odločili, da nam predstavijo regulacijske mehanizme na osnovi RNA, ker menijo da so le ti primernejši za uporabo kot zdravila oziroma cepiva pri človeku.

Na mRNA se v evkariontih veže veliko število proteinov večina sodeluje pri izvedbi translacije. Nekateri izmed njih pa vezavo inhibirajo translacijo in so zato primerni za regulacijo tega procesa. L7Ae je protein, ki ga najdemo v arhejah in se veže na K-obrat RNA. Ugotovili so, da prisotnost K-obrata v 5´-UTR mRNA proteina, lahko deluje kot stikalo. Prevajanje proteina je vključeno, če encim L7Ae ni prisoten in izključeno, ko se L7Ae veže na mRNA, saj s tem ovira vezavo za translacijo potrebnih proteinov.

Pri bakteriofagih MS2 so ugotovili, da se plaščni protein, ko se ga izrazi dovolj, veže v dimer in z vezavo na mRNA inhibira translacijo replikaze. Opazili so, da če tarčno zaporedje za MS2-CP damo v 5´-UTR željene mRNA ta sterično ovira in s tem inhibira translacijo.
Tetraciklinski represor se v sintezni biologiji uporablja za reguliranje prepisovanja genov. V kombinaciji z aptameri pa je primeren tudi za regulacijo translacije. Z metodo SELEX lahko najdemo aptamere, ki se vežejo nanj. Če tega vstavimo v 5´-UTR regijo mRNA bo vezava tetR inhibirala prevajanje. Ponovno aktivacijo translacije dobimo tako, da dodamo tetraciklinski derivat, ki sprosti tetR iz aptamera.

Encimi PUF pa so evkariontski proteini, ki so vpleteni v številne procese kot so diferenciacija, regulacija celičnega cikla, produciranje spomina. RNA vezavna domena vsebuje 8 α-heličnih ponovitev, vsak izmed njih prepozna en nukleotid RNA tako lahko naredimo različne PUF proteine, ki prepoznajo različno sekvenco. V študijah so naredili fuzije PUF z različnimi proteini, kot so splicing represorji/aktivatorji, RNA endonukleaze, deadenilaze, poliA-polimeraze, eIF4. Podobno kot ti, se na RNA specifično vežejo tudi PPR proteini, vendar pa prepoznavni kod še ni povsem razvozlan.

Za razliko od RBP se za regulacijo translacije lahko uporabijo tudi male molekule, ki pri določenih sekvencah RNA izzovejo spremembo konformacije. Takim odsekom RNA rečemo aptameri. Za iskanje le teh se uporablja metoda SELEX. Vendar pa je uporaba te metode za namen razvoja cepiva nekoliko pomanjkljiva, saj poteka izbor in vitro in ne in vivo.
Večina deluje na principu hibridizacije regij, ki so pomembe pri translaciji (AUG, RBS, IRES). Hibridizirana mesta se ob vezavi male molekule razdrejo in postanejo dostopna za RBP, ki tako lahko sprožijo translacijo. Poseben primer uporabe aptamerov je ribosomski preskok. Ob vezavi male molekule se dela RNA med katerima je aptamer dovolj približata, da ribosom iz enega dela, kjer je prej potekla translacija iz sORF, preskoči na drug in nadaljuje branje ter translacijo na dORF. Z aptameri lahko reguliramo tudi splicing pre-mRNA, če je ta vstavljen na 3´ss ali 5´ss mesto.

Ribocimi so katalitično aktivne RNA molekule, ki cepijo sami sebe. Sestavljeni so iz RNA, ki se poveže v tri stebla. Steblo dve ribocima nadomestimo z aptamerom in tako lahko reguliramo aktivnost ribocimov. Tako lahko, če jih vstavimo enega za drugim, pridobimo različna logična vrata.

Tudi interferenčna RNA sodeluje pri regulaciji translacije v celici. Procesiranje različnih oblik RNA v siRNA je lahko mesto regulacije utišanja genov z siRNA. Aptamer lahko vključimo v zanko, katero od shRNA odcepi Dicer. Konformacijska sprememba aptamera ob vezavi male molekule prepreči vezavo Dicerja in prepreči utišanje gena. Sterično oviranje lahko dosežemo z prej omenjenim k-zavojem na katerega se veže L7Ae in prepreči vtišanje. V 5´konec lahko vstavimo tudi aptacim, ki bi se ob signalu male molekule sam odcepi od shRNA in pride do procesiranja siRNA in utišanja gena. Utišanje lahko reguliramo tudi s transfekcijo z oligonukleotidom, ki se veže na mesto cepitve Drosha encima. Z napovedovanjem so odkrili, da se aromatična spojina benzimidazol veže na miR-96, ki jo prekomerno izražajo tumorske celice in s tem prepreči procesiranje. Za napovedovanje RNA struktur na katere se vežejo male molekule se uporabljata dva načina analize. Eden je z agaroznimi mikromrežami z imobilizirano malo molekulo v katere dodamo različne kratke zanke in izberemo tiste, ki so se vezale nanjo. Analiziramo jih s programom RNA-PSP. Druga metoda je StARTS, ki preko sekvence napoveduje interakcije različnih zank z malo molekulo. Nenazadnje pa se inhibicija utišanja genov lahko izvede tudi z RNA spužvami, ki so molekule za katere zapis je vstavljen kot transgen in vsebuje močan konstitutivni promotor in vsebuje številna, po vrsti razporejena tarčna mesta za miRNA. Izražena spužva polovi miRNA za katere vsebuje tarčna mesta.

Naslednja stopnja pri izdelavi aktivnega proteina so posttranslacijske modifikacije pri katerih najdemo tudi številna orodja za regulacijo. Lahko naredimo fuzijo željenega proteina z destabilizacijsko domeno, ki je tarča ubikvitina oziroma proteosoma. Destabilizacijska domena mora vsebovati še vezavno mesto za malo molekulo, ki povzroči konformacijske spremembe domene. Te konformacijske spremembe zamaskirajo destabilizacijsko domeno tako, da ni prepoznavna za razgrajevalne proteine. V odsotnosti male molekule pa se fuzijskemu proteinu močno skrajša razpolovni čas. Obratno kot DD deluje z ligandom inducirana degradacijska domena, ki kot že ime pove v prisotnosti male molekule pospeši razgradnjo fuzijskega proteina. Prav tako sta domeni uporabni za regulacijo razpolovnega časa RBP, ki pa jih lahko uporabimo za regulacijo transkripcije kot sem omenila že prej.

Za senzorje lahko uporabimo fuzijo z G-proteini, ki zaznajo male molekule kot je dopamin. Vendar pa bi bilo to težko vstaviti v RNA vezja, saj ni kompatibilen, ker je senzor protein in ne RNA. Za senzorje v RNA vezjih lahko vzamemo tarčne sekvence za miRNA, ki jo vstavimo v 3´-UTR. Nekatere miRNA se različno izražajo v različnih celicah. Tam kjer so prisotne se vežejo na tarče in aktivirajo senzor. Uporabimo lahko tudi mRNA senzor, ki deluje na principu izpodrivanja verig v siRNA. Novo nastali siRNA dupleks se naloži na RISK in utiša tarčno RNA.
RNA dele lahko med seboj sestavimo v RNA vezja, če je le izhodni signal ene naprave enak vhodnemu sledeče naprave. Niso pa še sestavili vezja, ki bi bil sestavljen popolnoma iz RNA za uporabo v sesalskih celicah. V neki študiji so sestavili sesalski bioračunalnik iz L7Ae in MS2 naprav, ki je lahko izvedel računanje z uporabo NOT, AND, N-IMPLY, XOR logičnih vrat. Poleg translacijske regulacije z L7Ae in MS2 je sistem vseboval tudi transkripcijsko regulacijo.

mRNA in replikacijske RNA so dokazano dobra platforma za cepiva. Tudi RNA naprave kot so aptameri, aptacimi so primerni za imunomodulacijo, celično specifično ciljanje antigenov, in prezentacijo de novo antigenov.
Torej priprava cepiva na osnovi RNA za enkratno uporabo bi bila sledeča: uporabili bi replikon z dvema subgenomskima promotorjema. Eden od njih bi izražal fuzijski protein RBP in DD, drugi pa RBP vezavni motiv pred antigenom. Vezje bi delovalo tako, da bi mala molekula, ki bi jo zaužili oralno, povzročila zamaskiranje DD in s tem podaljšan razpolovni čas RBP, ki bi inhibiral tvorbo antigena.
Z uporabo konstruktov z več antigeni pa lahko naredimo tudi cepivo za raka.

Že nekaj časa je minilo odkar se je pojavila sintezna biologija. Zbiranje vseh možnih in poznanih naprav omogoča uresničenje še tako različnih idej, saj jih lahko sestavljamo v zahtevnejša vezja in sisteme. Trenutno smo napredovali do sistemov, ki so uporabni v sesalskih celicah pa tudi do uporabe primernejših RNA vezji. Tako lahko že načrtujemo pametna cepiva, nekatera so bila tudi že uporabljena na celičnih kulturah. Uporabnost pa se bo izkazala, ko bodo poskusi v laboratorijih prešli na uporabo v realnem svetu.

Seminarji SB 2015/16

2016-01-17T18:26:53Z

Dasa:

Seminarji SB 2015/16

2016-01-16T17:18:26Z

Dasa:

Seminarji iz Sintezne biologije v študijskem letu 2015/16 so:

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/2866/synthetic-biology-engineering-complexity-and-refactoring-cell-capabilities SYNTHETIC BIOLOGY: ENGINEERING COMPLEXITY AND REFACTORING CELL CAPABILITIES]

* Production of fatty acid-derived valuable chemicals in synthetic microbes ([[Proizvodnja kemikalij iz derivatov maščobnih kislin s pomočjo sintetičnih mikroorganizmov]]) (Maja Grdadolnik) 
* Optimization of the IPP precursor supply for the production of lycopene, decaprenoxanthin and astaxanthin by Corynebacterium glutamicum ([[Optimizacija sinteze IPP kot prekursorja za produkcijo likopena, dekaprenoksantina in astaksantina v Corynebacterium glutamicum]]) (Griša Prinčič) 
* Engineering sugar utilization and microbial tolerance toward lignocellulose conversion [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Konverzija_lignoceluloze_s_pomočjo_izkoriščanja_mikrobne_tolerance_in_inženiringa_sladkorjev] (Kim Potočnik) 
* Cofactor engineering for enhancing the flux of metabolic pathways [[INŽENIRING KOFAKTORJEV ZA IZBOLJŠANJE METABOLIČNIH POTI]] (Nastja Štemberger) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4354409/ Can the natural diversity of quorum-sensing advance synthetic biology?] ([[Ali lahko naravna diverziteta quorum sensinga pripomore k napredku v sintezni biologiji?]]) (Tina Snoj) 
* [http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2015.00093/full Signal-to-noise ratio measures efficacy of biological computing devices and circuits] ([[Določanje učinkovitosti bioloških naprav in vezij z razmerjem signal-šum]]) (Jakob G. Lavrenčič) 
* A sense of balance: experimental investigation and modeling of a malonyl-CoA sensor in Escherichia coli ([[Senzor za malonil-CoA v bakteriji Escherichia coli]]) (Ajda Rojc) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4211546/ New transposon tools tailored for metabolic engineering of Gram-negative microbial cell factories] ([[Metabolični inženiring gram-negativnih bakterij s transpozonskim sistemom]]) (Rok Razpotnik) 

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/455/synthetic-biology-applications-in-industrial-microbiology SYNTHETIC BIOLOGY APPLICATIONS IN INDUSTRIAL MICROBIOLOGY]

* Recent Progress in Synthetic Biology for Microbial Production of C3–C10 Alcohols (Urška Rauter) ([[Napredki v sintezni biologiji pri proizvodnji C3-C10 alkoholov v mikroorganizmih]])
* Visualizing Evolution in Real-Time Method for Strain Engineering ([[Vizualizacija evolucije v realnem času – metoda za sevno inženirstvo]]) (Samo Zakotnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3367458/ Engineering Microbial Consortia to Enhance Biomining and Bioremediation] ([[Načrtovanje mikrobnih konzorcijev za izboljšanje biorudarstva in bioremediacije]]) (Maja Kostanjevec)
* Engineering Microbial Chemical Factories to Produce Renewable “Biomonomers” ([[Mikrobiološka proizvodnja obnovljivih biomonomerov in bioplastike]])(Nastja Pirman)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3446811/ Application of Synthetic Biology in Cyanobacteria and Algae] ([[Uporaba sintezne biologije v cianobakterijah in algah]]) (Špela Tomaž)
* Synthetic Feedback Loop Model for Increasing Microbial Biofuel Production Using a Biosensor (Jernej Pušnik)
* Balance of XYL1 and XYL2 Expression in Different Yeast Chassis for Improved xylose Fermentation ([[Ravnotežje med ekspresijo XYL1 in XYL2 v različnih šasijah kvasovk v povezavi s povečano fermentacijo ksiloze]]) (Monika Praznik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3630320/ Design and Development of Synthetic Microbial Platform Cells for Bioenergy] ([[Načrtovanje in razvijanje sintetičnih mikrobnih celičnih platform za pridobivanje bioenergije]])(Erik Mršnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3616241/ Microbial Production of Isoprenoids Enabled by Synthetic Biology] ([[Mikrobna produkcija izoprenoidov s sintezno biologijo]]) (Dominik Kert)
* Chemical synthetic biology: a mini-review ([[Kratki pregled kemijske sintezne biologije]]) (Anka Hotko)

Seminarji iz preglednih člankov:

* [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002228361500618X Towards engineering biological systems in a broader context] ([[Inženiring bioloških sistemov v širšem kontekstu]]) (Aleksander Benčič)
* [http://revistes.iec.cat/index.php/IM/article/viewFile/139212/137876 Synthetic biology: Novel approaches for microbiology] ([[Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji]]) (Daša Janeš)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26463592 Tools and principles for microbial gene circuit engineering] (Marko Radojković)
* Sensitive cells: enabling tools for static and dynamic control of microbial metabolic pathways ([[Dinamično uravnavanje (regulacija) metabolnih poti]]) (Katja Leben)
* Chassis optimization as a cornerstone for the application of synthetic biology based strategies in microbial secondary metabolism ([[Oprimizacija šasij kot osnovni korak pri uporabi sintezno biološkega pristopa pri karakterizaciji mikrobnega sekundarnega metabolizma]]) (Jure Zabret)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4571725/ Recent advances and opportunities in synthetic logic gates engineering in living cells] ([[Napredki v načrtovanju bioloških logičnih vrat v živih celicah]]) (Monika Biasizzo)
* Programmable genetic circuits for pathway engineering (Urban Javoršek)
* [http://web.media.mit.edu/~neri/MATTER.MEDIA/Publications/Better_together-_engineering_and_application_of_microbial_symbioses.pdf Better together: engineering and application of microbial symbioses] ([[V slogi je moč: načrtovanje in uporaba mikrobne simbioze]]) (Nejc Petrišič)
* Synthetic biology for microbial production of lipid-based biofuels ([[Produkcija lipidnih biogoriv s sintezno biologijo]]) (Urška Pevec)
* Engineering Biosynthesis Mechanisms for Diversifying Polyhydroxyalkanoates ([[Inženiring biosintetskih mehanizmov za raznolike polihidroksialkanoate]]) (Mojca Banič)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4519758/pdf/fmicb-06-00775.pdf Synthetic biology of fungal natural products] ([[Sintezna biologija naravnih produktov (nitastih) gliv]]) (Estera Merljak)
* Synthetic biology and biomimetic chemistry as converging technologies fostering a new generation of smart biosensors ([[Sintezna biologija in biomimetika pri razvoju biosenzorjev]]) (Benjamin Bajželj)
* [http://splasho.com/blog/papers/Bioluminescence.pdf How Synthetic Biology Would Reconsider Natural Bioluminescence and its Application] (Ana Grom & Ana Unkovič) 
* Synthetic Biology-Toward Therapeutic Solutions ([[Uporaba sintezne biologije v terapevtske namene]]) (Tanja Korpar)
* Synthetically modified mRNA for efficient and fast human iPS cell generation and direct transdifferentiation to myoblasts (Mirjana Malnar)
* Mammalian synthetic biology: emerging medical applications([[Sintezna biologija sesalcev in medicinske aplikacije]]) ( Maša Mirkoviić)
biology devices and circuits for RNA-based ‘smart vaccines’: a propositional review (Monika Škrjanc)

Seminarji SB 2015/16

2016-01-16T17:17:25Z

Dasa:

Seminarji iz Sintezne biologije v študijskem letu 2015/16 so:

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/2866/synthetic-biology-engineering-complexity-and-refactoring-cell-capabilities SYNTHETIC BIOLOGY: ENGINEERING COMPLEXITY AND REFACTORING CELL CAPABILITIES]

* Production of fatty acid-derived valuable chemicals in synthetic microbes ([[Proizvodnja kemikalij iz derivatov maščobnih kislin s pomočjo sintetičnih mikroorganizmov]]) (Maja Grdadolnik) 
* Optimization of the IPP precursor supply for the production of lycopene, decaprenoxanthin and astaxanthin by Corynebacterium glutamicum ([[Optimizacija sinteze IPP kot prekursorja za produkcijo likopena, dekaprenoksantina in astaksantina v Corynebacterium glutamicum]]) (Griša Prinčič) 
* Engineering sugar utilization and microbial tolerance toward lignocellulose conversion [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Konverzija_lignoceluloze_s_pomočjo_izkoriščanja_mikrobne_tolerance_in_inženiringa_sladkorjev] (Kim Potočnik) 
* Cofactor engineering for enhancing the flux of metabolic pathways [[INŽENIRING KOFAKTORJEV ZA IZBOLJŠANJE METABOLIČNIH POTI]] (Nastja Štemberger) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4354409/ Can the natural diversity of quorum-sensing advance synthetic biology?] ([[Ali lahko naravna diverziteta quorum sensinga pripomore k napredku v sintezni biologiji?]]) (Tina Snoj) 
* [http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2015.00093/full Signal-to-noise ratio measures efficacy of biological computing devices and circuits] ([[Določanje učinkovitosti bioloških naprav in vezij z razmerjem signal-šum]]) (Jakob G. Lavrenčič) 
* A sense of balance: experimental investigation and modeling of a malonyl-CoA sensor in Escherichia coli ([[Senzor za malonil-CoA v bakteriji Escherichia coli]]) (Ajda Rojc) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4211546/ New transposon tools tailored for metabolic engineering of Gram-negative microbial cell factories] ([[Metabolični inženiring gram-negativnih bakterij s transpozonskim sistemom]]) (Rok Razpotnik) 

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/455/synthetic-biology-applications-in-industrial-microbiology SYNTHETIC BIOLOGY APPLICATIONS IN INDUSTRIAL MICROBIOLOGY]

* Recent Progress in Synthetic Biology for Microbial Production of C3–C10 Alcohols (Urška Rauter) ([[Napredki v sintezni biologiji pri proizvodnji C3-C10 alkoholov v mikroorganizmih]])
* Visualizing Evolution in Real-Time Method for Strain Engineering ([[Vizualizacija evolucije v realnem času – metoda za sevno inženirstvo]]) (Samo Zakotnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3367458/ Engineering Microbial Consortia to Enhance Biomining and Bioremediation] ([[Načrtovanje mikrobnih konzorcijev za izboljšanje biorudarstva in bioremediacije]]) (Maja Kostanjevec)
* Engineering Microbial Chemical Factories to Produce Renewable “Biomonomers” ([[Mikrobiološka proizvodnja obnovljivih biomonomerov in bioplastike]])(Nastja Pirman)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3446811/ Application of Synthetic Biology in Cyanobacteria and Algae] ([[Uporaba sintezne biologije v cianobakterijah in algah]]) (Špela Tomaž)
* Synthetic Feedback Loop Model for Increasing Microbial Biofuel Production Using a Biosensor (Jernej Pušnik)
* Balance of XYL1 and XYL2 Expression in Different Yeast Chassis for Improved xylose Fermentation ([[Ravnotežje med ekspresijo XYL1 in XYL2 v različnih šasijah kvasovk v povezavi s povečano fermentacijo ksiloze]]) (Monika Praznik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3630320/ Design and Development of Synthetic Microbial Platform Cells for Bioenergy] ([[Načrtovanje in razvijanje sintetičnih mikrobnih celičnih platform za pridobivanje bioenergije]])(Erik Mršnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3616241/ Microbial Production of Isoprenoids Enabled by Synthetic Biology] ([[Mikrobna produkcija izoprenoidov s sintezno biologijo]]) (Dominik Kert)
* Chemical synthetic biology: a mini-review ([[Kratki pregled kemijske sintezne biologije]]) (Anka Hotko)

Seminarji iz preglednih člankov:

* [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002228361500618X Towards engineering biological systems in a broader context] ([[Inženiring bioloških sistemov v širšem kontekstu]]) (Aleksander Benčič)
* [http://revistes.iec.cat/index.php/IM/article/viewFile/139212/137876 Synthetic biology: Novel approaches for microbiology] ([[Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji]]) (Daša Janeš)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26463592 Tools and principles for microbial gene circuit engineering] (Marko Radojković)
* Sensitive cells: enabling tools for static and dynamic control of microbial metabolic pathways ([[Dinamično uravnavanje (regulacija) metabolnih poti]]) (Katja Leben)
* Chassis optimization as a cornerstone for the application of synthetic biology based strategies in microbial secondary metabolism ([[Oprimizacija šasij kot osnovni korak pri uporabi sintezno biološkega pristopa pri karakterizaciji mikrobnega sekundarnega metabolizma]]) (Jure Zabret)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4571725/ Recent advances and opportunities in synthetic logic gates engineering in living cells] ([[Napredki v načrtovanju bioloških logičnih vrat v živih celicah]]) (Monika Biasizzo)
* Programmable genetic circuits for pathway engineering (Urban Javoršek)
* [http://web.media.mit.edu/~neri/MATTER.MEDIA/Publications/Better_together-_engineering_and_application_of_microbial_symbioses.pdf Better together: engineering and application of microbial symbioses] ([[V slogi je moč: načrtovanje in uporaba mikrobne simbioze]]) (Nejc Petrišič)
* Synthetic biology for microbial production of lipid-based biofuels ([[Produkcija lipidnih biogoriv s sintezno biologijo]]) (Urška Pevec)
* Engineering Biosynthesis Mechanisms for Diversifying Polyhydroxyalkanoates ([[Inženiring biosintetskih mehanizmov za raznolike polihidroksialkanoate]]) (Mojca Banič)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4519758/pdf/fmicb-06-00775.pdf Synthetic biology of fungal natural products] ([[Sintezna biologija naravnih produktov (nitastih) gliv]]) (Estera Merljak)
* Synthetic biology and biomimetic chemistry as converging technologies fostering a new generation of smart biosensors ([[Sintezna biologija in biomimetika pri razvoju biosenzorjev]]) (Benjamin Bajželj)
* [http://splasho.com/blog/papers/Bioluminescence.pdf How Synthetic Biology Would Reconsider Natural Bioluminescence and its Application] (Ana Grom & Ana Unkovič) 
* Synthetic Biology-Toward Therapeutic Solutions (([Uporaba sintezne biologije v terapevtske namene])) (Tanja Korpar)
* Synthetically modified mRNA for efficient and fast human iPS cell generation and direct transdifferentiation to myoblasts (Mirjana Malnar)
* Mammalian synthetic biology: emerging medical applications([[Sintezna biologija sesalcev in medicinske aplikacije]]) ( Maša Mirkoviić)
biology devices and circuits for RNA-based ‘smart vaccines’: a propositional review (Monika Škrjanc)

Uporaba sintezne biologije v terapevtske namene

2016-01-16T17:14:34Z

Dasa: New page: =='''Uvod'''== Evkariontske celice v večceličnih organizmih so sposobne zaznavati in shraniti pomembne fiziološke in biološke informacije o stanju organizma in se nanje tudi odzivati. ...

=='''Uvod'''==
Evkariontske celice v večceličnih organizmih so sposobne zaznavati in shraniti pomembne fiziološke in biološke informacije o stanju organizma in se nanje tudi odzivati. Razvile so se kompleksne signalne poti, ki celicam omogočajo normalno funkcijo in medsebojno komunikacijo, kar pa je ključno za pravilno delovanje celotnega organizma. Kot posledica genetske okvare katere od signalnih poti lahko pride do nastanka različnih hudih motenj, kot so metabolne ali imunske bolezni in rak. Konvencionalna zdravila za te bolezni so pogosto neučinkovita, zato se vedno bolj razvija področje celične in genske terapije, s katero lahko povrnemo funkcijo obolelim ali poškodovanim celicam, tako da v organizem na tarčno mesto vnesemo zdrave celice oz. pravilno delujoče gene in tako neposredno odpravimo vzrok bolezni [1, 2].

=='''IZGRADNJA BIOLOŠKIH SISTEMOV'''==
Sintezna biologija nam omogoča združimevanje bioloških komponent iz različnih organizmov in tako ustvarjanje »umetnih« bioloških poti, ki jih lahko natančno reguliramo na različnih nivojih. Za pripravo takšnih bioloških sistemov pa lahko uporabimo samo dobro okarakterizirane biološke komponente [1].

'''''KONTROLA NA NIVOJU TRANSKRIPCIJE'''''

Naravne bakterijske transkripcijske faktorje (TF), kot so LacI, TetR, GAL4, lahko spremenimo v regulatorje izražanja genov v evkariontskih celicah, če pripravimo fuzijo teh proteinov z regulatornimi domenami nekaterih drugih proteinov [1, 2].
Fuzija proteina LacI z aktivatorsko domeno VP16 iz virusa herpes simplex lahko aktivira transkripcijo gena iz sinteznega evkariontskega promotorja z ustreznim operatorskim zaporedjem. Če pa pripravimo fuzijo LacI z represorsko domeno KRAB, lahko blokiramo transkripcijo gena. Prav tako lahko z dodatkom majhnih molekul enostavno reguliramo vezavo transkripcijskega faktorja na DNA (IPTG, doksiciklin) [1, 2].
V zadnjih letih so prokariontske TF zamenjale fuzije regulatornih domen z DNA-vezavnimi proteini s cinkovimi prsti, proteini TALE in neaktivno obliko Cas9 (sistem CRISPR/Cas9), ki pa niso omejeni na vezavo točno določenega zaporedja DNA, ampak jih lahko pripravimo tako, da vežejo praktično katero koli zaporedje. Vse to pa omogoča učinkovito aktivacijo ali represijo tarčnih genov, ki so udeleženi v neki metabolni poti pri kvasovkah, kar pa bi se lahko izkazalo za uspešno tudi pri popravljanju okvarjenih metabolnih poti pri sesalcih in s tem pri zdravljenju raznih bolezni [1, 2].

'''''KONTROLA NA NIVOJU TRANSLACIJE'''''

Izražanje sinteznega genetskega vezja lahko zelo natančno uravnavamo z uporabo regulatorjev, ki temeljijo na RNA, kot so miRNA in RNA aptameri (ribocimi) [1, 2].
Regulacija z miRNA ima pomembno vlogo pri embrionalnem razvoju in ohranjanju tkivne specifičnosti genov, kar so znanstveniki s pridom izkoristili za zmanjšanje »off-target« efektov pri genski terapiji. Gre za to, da so v 3'-neprevedljivo regijo transgena vnesli prepoznavno zaporedje za eno ali več miRNA. V tipih celic, ki sintetizirajo ustezno miRNA, bo torej tak transgen utišan, kar je še posebej pomembno za zmanjšanje imunogenosti terapije (npr. zaradi utišanja gena v antigen-predstavitvenih celicah) [1, 2].
Poleg tega pa so znanstveniki na podoben način ustvarili tudi ribocime, ki omogočajo uravnavaje izražanja transgena ob točno določenem času, glede na stanje celice. Pripravili so RNA aptamere (so del ribocima), ki vežejo majhne molekule, metabolite ali proteine. Po vezavi liganda na aptamer postane ribocim katalitično aktiven, cepi »samega sebe« in tako pride do utišanja gena [1, 2].

'''''CELIČNA SIGNALIZACIJA IN KONTROLA NA POSTTRANSLACIJSKEM NIVOJU'''''

Kontrola izražanja genov, ki temelji na sinteznih transkripcijskih faktorjih, je omejena na relativno malo molekul, ki so sposobne regulirati ta proces. Sesalske celice pa imajo na svoji površini ogromno različnih receptorjev, ki po vezavi endogenih ali eksogenih ligandov sprožijo najrazličnejše odgovore v celici [1, 2].
Eden od takšnih primerov so z G-proteini sklopljeni receptorji (GPCR), ki prenašajo ekstracelularni signal v notranjost in v celici sprožijo različne odzive. Podrobne raziskave njihove strukture in funkcije so znanstvenikom omogočile razvoj podobnih receptorjev, ki se odzivajo na sintetične ligande. Imenujejo se receptorji, aktivirani izključno s sintetičnimi ligandi (angl. receptors activated solely by synthetic ligands, RASSL). Gre za spremenjene endogene GPCR-je, ki imajo modificiran vezavni žep za ligand. Izkazalo se je, da so sintetični ligandi aktivirali tudi nekatere GPCR-je divjega tipa. Kasneje so uspeli pripraviti nove, boljše receptorje, imenovane DREADD (angl. designer receptor exclusively activated by designer drugs), katerih ligandi pa ne interagirajo z endogenimi GPCR-ji. Prvi tak receptor je bil človeški muskarinski receptor za acetilholin M3, ki se odziva na sicer inertno molekulo klozapin-N-oksid (antipsihotik). Kasneje so razvili še veliko DREADD-ov, ki imajo pomembno vlogo pri sestavljanju ortogonalnih sinteznih vezij in jih lahko uporabljamo za pripravo umetnih signalnih poti, saj lahko z uporabo ustreznega liganda aktiviramo želeno signalno pot v celici [1, 2].
Stabilnost proteinov pa lahko reguliramo tudi preko njihove razgradnje, in sicer s t.i. z ligandom inducirano razgradnjo (angl. ligand-induced degradation, LID) proteinov. Gre za to, da pripravimo fuzijo želenega proteina z domeno LID, ki ima vezavno mesto za nek ligand, v prisotnosti katerega pride do hitre razgradnje proteina, v odsotnosti ostane le-ta stabilen. Na podoben način lahko pripravimo protein, ki je v prisotnosti liganda bolj stabilen, v odsotnosti pa se razgradi [1, 2].

=='''TERAPEVTSKE CELICE'''==
Sesalske celice, ki lahko zaznajo različne dražljaje, informacije obdelajo in nato sprožijo želen odziv, bi lahko uporabili kot »naprave« za diagnosticiranje različnih bolezni preko zaznavanja raznih biomarkerjev, za odkrivanje novih zdravil in celo kot teranostične naprave. Dokazali so že, da lahko z implantacijo takšnih celic uspešno ozdravijo bolezni, kot so diabetes in debelost pri miših. Poleg tega pa so ugotovili, da so gensko spremenjene T-celice, pripravljene ex vivo, sposobne prepoznati in uničiti raka pri človeku. Konvencionalna terapija temelji na ločeni diagnostiki in zdravljenju teh bolezni, implantacija teranostičnih celic pa omogoča združevanje obojega hkrati [1, 2, 3].

'''''TERANOSTIČNI CELIČNI IMPLANTATI ZA ZDRAVLJENJE DIABETESA'''''

Diabetes je kompleksna bolezen, pri kateri pride do kroničnega povišanja koncentracije glukoze v krvi zaradi propada β-celic pankreasa (tip I) ali zmanjšanja občutljivosti celic na inzulin (tip II). V poznih fazah diabetesa tipa I pride v jetrih tudi do povečane sinteze ketonskih telesc kot alternativnega vira energije, kar poruši kislinsko-bazično ravnotežje v krvi in povzroči akutno diabetično ketoacidozo, ki je lahko smrtna. Znanstveniki so razvili teranostično genetsko vezje, ki sproži proizvodnjo inzulina ob znižanju pH. Uporabili so z G-proteinom sklopljen receptor TDAG8, ki se izraža konstitutivno, in zazna povečano ekstracelularno koncentracijo protonov, kar v celici sproži aktivacijo adenilat ciklaze, ki ATP pretvarja v cAMP. Slednji aktivira protein kinazo A (PKA), ki se prenese v jedro, kjer fosforilira in aktivira transkripcijski faktor CREB1. V genetsko vezje so vključili tudi sintezni promotor PCRE, na katerega se veže CREB1 in aktivira transkripcijo transgena (inzulina) [3, 4].

'''''TERANOSTIČNI CELIČNI IMPLANTATI ZA ZDRAVLJENJE DEBELOSTI'''''

V zadnjem času se je izkazalo, da lahko teranostične celične implantate uporabimo tudi za uravnavanje razmerja med vnosom in porabo energije in s tem za preprečevanje debelosti. Znanstveniki so razvili genetsko vezje, ki konstantno regulira nivo maščobnih kislin v krvi. Pripravili so sintezni intracelularni receptor, ki zaznava lipide (angl. lipid-sensing receptor, LSR). Gre za fuzijo vezavne domene za ligand iz α-receptorja, aktiviranega s proliferatorjem peroksisomov oz. PPARα (katerega ligandi so maščobne kisline), z bakterijskim DNA-vezavnim proteinom TtgR, ki se izraža konstitutivno. Kompleks se veže na operator OttgR, ki je povezan z minimalnim promotorjem PhCMRmin. V odsotnosti maščobnih kislin, se na LSR vežejo endogeni inhibitorji transkripcije. Transkripcija transgena se aktivira v prisotnosti maščobnih kislin, ko pride do vezave endogenih aktivatorjev na LSR. Kot transgen so uporabili peptidni hormon pramlintin, ki zavre apetit, poveča občutek sitosti in upočasnjuje praznjenje črevesja. Napravo so vstavili v trebušno votlino miši, pri katerih so opazili občutno zmanjšanje telesne teže tudi pri tistih miših, ki so uživale hrano, zelo bogato z maščobami [3,5].

'''''TERANOSTIČNE T-CELICE, KI PREPOZNAJO IN UNIČIJO RAKA'''''

Zelo uporabne za zdravljenje raka so lahko T-celice, saj so že naravno sposobne prepoznati okužene, poškodovane in nepravilno delujoče celice glede na antigene, ki jih imajo le-te na površini. V te namene so razvili himerne receptorje antigenov (angl. chimeric antigen receptor, CAR), to so sintezni T-celični receptorji, usmerjeni proti točno določenemu antigenu. So modularni fuzijski proteini, zgrajeni iz citoplazemskega dela T-celičnega receptorja (CD3ζ), transmembranske regije koreceptorja CD8 in ekstracelularnega enoverižnega fragmenta variabilnih regij protiteles (scFv), ki prepoznajo specifični antigen na površini rakavih celic. Druga in tretja generacija CAR ima še dodatne kostimulatorne domene. Po vezavi antigena na receptor, se v T-celici aktivira ZAP70/PLCγ signalna pot, ki sproži proliferacijo in sproščanje citotoksičnih snovi, ki pobijejo rakave celice. Terapije s tehnologijo CAR, ki so trenutno v kliničnih raziskavah, kažejo zelo dobre rezultate, vendar pogosto prihaja do toksičnih »on-target off-tumour« efektov zaradi prenizke specifičnosti. Za povečanje specifičnosti so razvili logična vrata IN, ki vključujejo izražanje dveh različnih CAR in zahtevajo hkratno izražanje dveh antigenov na tarčni celici, sicer jih T-celica ne uniči. T-celice, ki izražajo CAR, pripravimo ex vivo [1,3].

=='''DOSTAVA TERAPEVTIKOV ZA CELIČNO IN GENSKO ZDRAVLJENJE'''==
Znanstveniki so sposobni pripraviti vedno boljše sisteme za gensko in celično zdravljenje, vendar je dejanska uporaba na ljudeh omejena zaradi neučinkovite dostave takšnih zdravil na tarčna mesta. Za stabilno in dolgotrajno izražanje želenega gena se uporabljajo virusni vektorji, kot so retrovirusi, adenovirusi in z adenovirusi povezani virusi, vendar se pogosto pojavljajo problemi z imunogenostjo in “off-target” efekti. Da se izognemo imunskemu odzivu, lahko pripravimo enkapsulirane celice, kar pomeni, da jih obdamo s polprepustno membrano iz polietilen glikola ali alginata, preko katere lahko prehajajo hranila in kisik, večje molekule in celice imunskega sistema pa ne [1].
Da bosta genska in celična terapija dejansko prišle v širšo uporabo je potrebno razviti predvsem boljše dostavne sisteme, ki bodo omogočali varno uporabo tovrstnih zdravil.

=='''Viri:'''==

1. Haellman, V., Fussenegger, M., Synthetic biology – toward therapeutic solutions, Journal of Molecular Biology (2015), doi: 10.1016/j.jmb.2015.08.020

2. Lienert, F., Lohmueller, J.J., Garg, A., Silver, P.A., Synthetic biology in mammalian cells: next generation research tools and therapeutics (2014), Nature Reviews Molecular Cell Biology 15, 95-107

3. Ye, H., Fussenegger, M., Synthetic terapeutic gene circuits in mammalian cells (2014), FEBS Letters, 588(15): 2537-2544

4. Ausländer, D., Ausländer, S., Charpin-El Hamri, G., Sedlmayer, F., Müller, M, Frey, O., Hierlemann, A., Stelling, J, Fussenegger, M., A synthetic multifunctional mammalian pH sensor and CO2 transgene-control device (2014), Molecular Cell 55(3): 397-408

5. Rössger, K., Charpin El-Hamri, G., Fussenegger, M., A closed-loop synthetic gene circuit for the treatment of diet-induced obesity in mice (2013), Nature Communications 4, doi: 10.1038/ncomm3825

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T18:36:29Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. ''Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond''. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18:71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. ''The National Center for Biotechnology Information''. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref name="ref4">Virulenca. ''Terimina''. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology.'' International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling. ''Genome Research''. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov (~ 10 % genoma), drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling. ''Genome Research''. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref name="ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. ''Annual review of chemical and biomolecular engineering'', 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref name="ref3">Coppola S. How the iChip Works. ''Northeastern Magazine''. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref name="ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? ''The Journal of antimicrobal chemotherapy'', 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref name="ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. ''Nature'', 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T06:20:51Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. ''Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond''. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18:71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. ''The National Center for Biotechnology Information''. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref name="ref4">Virulenca. ''Terimina''. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology.'' International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling. ''Genome Research''. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling. ''Genome Research''. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref name="ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. ''Annual review of chemical and biomolecular engineering'', 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref name="ref3">Coppola S. How the iChip Works. ''Northeastern Magazine''. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref name="ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? ''The Journal of antimicrobal chemotherapy'', 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref name="ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. ''Nature'', 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T06:17:00Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. ''Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond''. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref name="ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez, F. in Franco, B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18:71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref name="ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez F. in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. ''The National Center for Biotechnology Information''. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref name="ref4">Virulenca. ''Terimina''. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology.'' International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling. ''Genome Research''. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling. ''Genome Research''. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref name="ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. ''Annual review of chemical and biomolecular engineering'', 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. ''Microbal Cell Factories'', 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref name="ref3">Coppola S. How the iChip Works. ''Northeastern Magazine''. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref name="ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? ''The Journal of antimicrobal chemotherapy'', 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref name="ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. ''Nature'', 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. ''International Microbiology'', 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T06:12:35Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref name="ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez, F. in Franco, B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18:71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref name="ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez F. in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref name="ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref name="ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref name="ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref name="ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref name="ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref name="ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref name="ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref name="ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T06:07:06Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref =name"ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez, F. in Franco, B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18:71-81.</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez F. in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics.</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref =name"ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca.</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44.</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44.</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref =name"ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102.</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13.</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref =name"ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref =name"ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80.</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref =name"ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60.</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T06:02:53Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref =name"ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez, F. in Franco, B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015, 18:71-81.</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca, F., Anaya-Velazquez F. in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015, 18; 71-81.</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref =name"ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref =name"ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref =name"ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref =name"ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref =name"ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:59:46Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81.</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref =name"ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref =name"ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref =name"ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref =name"ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref =name"ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:56:12Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa ''Haemophilus influenza'', ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref =name"ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref =name"ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref =name"ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref =name"ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref =name"ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:54:39Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa Haemophilus influenza, ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, ''E. coli'' in ''S. cerevisiae''. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref =name"ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref =name"ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref =name"ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref =name"ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref =name"ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:53:51Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref1">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. ''next-generation sequencing'', NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa Haemophilus influenza, ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, E. coli in S. cerevisiae. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. ''expressed sequence tags'', EST), genomskih zaporedij (angl. ''genome survey sequences'', GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. ''whole-genome shotgun sequence'', WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref2">Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja <ref =name"ref4">Virulenca. Terimina. 16. 11. 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.termania.net/slovarji/mikrobioloski-slovar/6745185/virulenca</ref>.
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu ''Mycoplasma'' so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva ''Mycoplasma''. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov <ref =name"ref9">Suzuki Y, Assad-Garcia N, Kostylev M, Noskov VN, Wise KS, Karas BJ in sod. Bacterial genome reduction using the progressive clustering of deletions via yeast sexual cycling, Genome Research. 2015; 25(3): 435-44</ref>.

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih <ref =name"ref10">Wang YH, Wei KY in Smolke CD. Synthetic biology: advancing the design of diverse genetic systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 2013; 4: 69-102</ref>.

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. ''Overlap-Extension-PCR'', OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kloniranje z USER (angl. ''uracil-specific excision reagent'') je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma ''Mycoplasma genitalium''. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji ''B. subtilis'', kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu ''Synechocystis'' <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA <ref =name"ref5">Gou YY, Shi ZY, Fu XZ, Chen JC, Wu Q in Chen GQ. A strategy for enhanced circular DNA construction efficiency based on DNA cyclization after microbial transformation. Microbal Cell Factories, 2015; 14(18): 1-13</ref>.
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje <ref =name"ref3">Coppola S. How the iChip Works. Northeastern Magazine. 2015 [citirano 30.12.2015] http://www.northeastern.edu/magazine/how-the-ichip-works/</ref>. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine <ref =name"ref8">Piddock LJV. Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology? The Journal of antimicrobal chemotherapy, 2015; 70(10): 2679-80</ref>.
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin <ref =name"ref6">Mandel DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE in sod. Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design. Nature, 2015; 518(7537): 55-60</ref>. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref =name"ref7">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:28:47Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref name="ref2">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. next-generation sequencing, NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa Haemophilus influenza, ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, E. coli in S. cerevisiae. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. expressed sequence tags, EST), genomskih zaporedij (angl. genome survey sequences, GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. whole-genome shotgun sequence, WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref4"> Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja [9].
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu Mycoplasma so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese [8].
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva Mycoplasma. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov [8].

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih [10].

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) [3].
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. Overlap-Extension-PCR, OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem [3].
Kloniranje z USER (angl. uracil-specific excision reagent) je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem [3].
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma Mycoplasma genitalium. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji B. subtilis, kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu Synechocystis [3].
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA [3].
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje [1]. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine [7].
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref name="ref6">6. Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin [5]. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:28:14Z

Dasa:

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov <ref anme="ref2">Defining life. Astrobiology Magazine – exploring the solar system and beyond. 19. 6. 2002 [citirano 3. 1. 2016] http://www.astrobio.net/news-exclusive/defining-life/</ref>.
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. next-generation sequencing, NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa Haemophilus influenza, ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, E. coli in S. cerevisiae. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. expressed sequence tags, EST), genomskih zaporedij (angl. genome survey sequences, GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. whole-genome shotgun sequence, WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih <ref name="ref4"> Growth of GenBank and WGS. The National Center for Biotechnology Information. December 2015 [citirano 3. 1. 2016] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/statistics</ref>.
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja [9].
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu Mycoplasma so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese [8].
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva Mycoplasma. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov [8].

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih [10].

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) [3].
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. Overlap-Extension-PCR, OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem [3].
Kloniranje z USER (angl. uracil-specific excision reagent) je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem [3].
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma Mycoplasma genitalium. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji B. subtilis, kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu Synechocystis [3].
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA [3].
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje [1]. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine [7].
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva <ref name="ref6">6. Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin [5]. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij <ref name="ref6">Padilla-Vaca F, Anaya-Velazquez F in Franco B. Synthetic biology: Novel approaches for microbiology. International Microbiology, 2015; 18: 71-81</ref>.

==Viri in literatura==
<references/>

Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji

2016-01-04T05:18:54Z

Dasa: New page: ==Definicija »življenja«== Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo...

==Definicija »življenja«==
Raziskovalci si že stoletja prizadevajo oblikovati definicijo življenja. Kljub poznavanju zgradbe celice ne razumemo popolnoma vseh elementov, ki omogočajo življenje organizmov [2].
Z razvojem »-omik« smo korak bliže k razumevanju življenja, saj omogočajo preučevanje biološke raznovrstnosti organizmov ter interakcij med njimi. Biološke procese organizmov, tudi tistih z majhnimi genomi, težko preučujemo, kaj šele da bi jih dodobra razumeli. S sintezno biologijo ne bi samo lažje razumeli življenja organizmov, temveč bi pridobili tudi znanje kako se boriti proti patogenim organizmom. Prav pri slednjih je namreč ključnega pomena razumevanje izražanje genov ter dejavnikov, ki vplivajo na razvoj virulence [6].

==»Branje« DNA==
Odkritje strukture DNA je zelo pripomoglo k razumevanju osnov dedovanja. Odkritje botruje razvoju molekularne genetike, s katero je moč preučevati strukturo in funkcijo genov, molekularne osnove razvoja organizmov ter razvoj bolezni, kar pa je navsezadnje pripeljalo do razvoja sodobne biotehnologije in genetskega inženirstva. Strmenje k razumevanju strukture DNA je vodilo k razvoju metod sekvenciranja zaporedij, ki so danes ključno orodje za odkrivanje novih vrst, sledenju evolucije in taksonomske opredelitve. Številne DNA tehnologije, vključno s kloniranjem, verižno reakcijo s polimerazo (PCR), sekvenciranjem, sekvenciranje naslednje generacije (angl. next-generation sequencing, NGS) in nenazadnje sintezna biologija omogočajo poglobljeno preučevanje organizmov [6].
Metode za analizo genomov omogočajo preučevanje strukture genov ter njihovo detekcijo v različnih organizmih. Žal te metode ne omogočajo preučevanja funkcije genov in proteinskih omrežij. Kljub tovrstnim pomanjkljivostim so te temeljna orodja sintezne biologije [6].
Leta 1995 smo dobili zaporedje prvega v celoti sekvenciranega genoma, virusa Haemophilus influenza, ki je pomemben človeški patogen. Nato sta leta 1997 sledili objavi zaporedij genoma dveh ključnih modelnih organizmov, E. coli in S. cerevisiae. Tako danes poznamo zaporedja genomov 58 150 različnih organizmov. Poleg tega imamo v podatkovni bazi GenBank na voljo informacije o ~320 000 opisanih vrstah, v obliki označenih izraženih zaporedij (angl. expressed sequence tags, EST), genomskih zaporedij (angl. genome survey sequences, GSS) in zaporedij, pridobljenih z metodo hitrega pristopa celotnega genoma (angl. whole-genome shotgun sequence, WGS), ki so osnova za študije na modelnih organizmih [4].
Čeprav pri preučevanju mikroorganizmov v večini še vedno izhajamo iz klasičnih mikrobioloških metod, nam novejše tehnologije, kakršna je metagenomika, omogočajo hkratno identifikacijo različnih mikrobnih populacij znotraj enega vzorca, pa tudi analizo dinamike med njimi. Te metode so pripomogle tudi k hitrejši identifikaciji virulenčnih genov [6].

==Odkrivanje mikrobov z genomiko==
Vse boljše poznavanje genomov mikroorganizmov je pripomoglo k boljšemu razumevanju »temne plati« le-teh. Kljub poznavanju genomov patogenih organizmov še vedno težko opredelimo virulenco in z njo povezane gene [6]. Virulenca je pogosto opisana kot stopnja patogenosti posameznega seva znotraj določene mikrobne vrste, vendar pa k virulenci običajno ne pripisujemo tudi dejavnikov, ki omogočajo preživetje gostitelja [9].
Raziskovalci so pogosto postavljeni pred izziv zlasti takrat, ko pride do širjenja povzročitelja okužbe, ali ko pride do pojava okužbe nove vrste gostitelja (npr. Ebola ali SARS). Z NGS lahko v relativno hitrem času določimo izvor teh smrtonosnih patogenov ter interakcije med patogeni in gostitelji. Uporaba NGS pripomore tako k boljšemu razumevanju nekaterih mehanizmov patogeneze kot tudi razvoja bolezni [6].
Kljub velikemu napredku tudi nove tehnologije spremljajo težave. To so lažno pozitivni rezultati in napačna diagnostika. V izogib tovrstnim težavam NGS zahtevajo delo v zelo čistih pogojih, pa tudi skrbno pripravo reagentov, s čimer se izognemo navzkrižnim kontaminacijam ter zavajajočim rezultatom. Slednji so pogost problem pri vzorcih, katerih količine so izjemno majhne [6].

==Razumevanje genoma==
Možnost genetskega sledenja organizmov s preprostimi genomi je bistvenega pomena za hitro razumevanje osnovnih bioloških procesov na ravni sistemov. Bakterije rodu Mycoplasma so prostoživeči celični organizmi z najmanjšimi genomi in so idealni modeli za tovrstna preučevanja. Kljub njihovi majhnosti so genomi sevov divjega tipa še vedno prekompleksni, da bi v celoti razumeli njihove osnovne življenjske procese [8].
Nedavno so opisali učinkovito metodo kako zmanjšati genom Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 z delecijo posameznih kodirajočih regij s transpozicijsko mutagenezo in postopnim deletiranjem skupine genomskih segmentov z mejotično rekombinacijo med bakterijskimi genomi vključenimi v celice kvasovk. Tretirane genome so nato prenesli v prejemniške celice, pri čemer so natančneje preučili dva seva Mycoplasma. Prvi sev je vključeval delecijo 91 genov in ~10 % genoma, drugi sev pa je vseboval delecijo sedmih regij od skupaj osmih, kar predstavlja zapise zaporedij 84 genov. Glede na spremembe stopnje rasti so ugotovili interakcije med 91 geni. Kljub napovedanim učinkom delecij na metabolizem sladkorjev, proteom in stopnjo rasti, sprememb ni bilo moč opaziti pri sedmih sevih. Rezultati potrjujejo, da se zmanjšan genom lahko prilagodi glede na manjkajoče gene in omogoči preživetje organizmu. Predvidevajo, da bi bila metoda učinkovita tudi pri reorganizaciji večjih genomov, ki jih še lahko kloniramo v kvasovki, saj slednje olajšajo oblikovanje genomov mikrobov, pa tudi genomskih fragmentov za genetski inženiring višjih evkariontov [8].

==»Pisanje« DNA: inženiring bioloških sistemov==
Glavni cilj sintezne biologije je oblikovati procese genetsko kodiranih bioloških sistemov, ki bi bili bolj sistematični, predvidljivi, robustni, prilagodljivi in učinkoviti. Glede na vrsto področja se biološki sistemi močno razlikujejo tako po vrsti gostitelja, kot tudi kompleksnosti proteinskih omrežij, ki mnogokrat presegajo preprosta genetska stikala. Kljub velikemu potencialu sinteznih zmogljivosti, načrtovanju poti in genomov, njihova priprava predstavlja velik izziv ravno zaradi pomanjkljivega znanja o nekaterih čisto osnovnih procesih. Sintezna biologija veliko obeta pri reševanju mnogih izzivov s katerimi se danes srečujemo. Ti so tako iz področja proizvodnje, okolja in trajnostnega razvoja, zdravja in medicine, vendar pa je njen potencial omejen na okrnjenost razpoložljivih sistemov in njihovo učinkovitost pri doseganju želenih ciljev, zato si raziskovalci močno prizadevajo premostiti te vrzeli z razvojem novih aplikacij, ki bi jih bilo moč uporabiti tako pri razumevanju bioloških procesov, kot tudi pri uporabi na različnih bioloških sistemih [10].

==Metode za pripravo konstruktov==
Hiter razvoj sintezne biologije zahteva možnost sestavljanja večih genov ali operonov v velike fragmente DNA, ki so del metabolnih poti. Dandanes so v uporabi tri tehnike; tehnologija rekombinantne DNA, »BioBrick« in »BgIBrick«. Slednji dve omogočata vnos fragmentov DNA na standardizirana mesta, ki določajo orientacijo. Ker metodi nista primerni za vnos več genov hkrati, so v ta namen razvili metodo »Golden Gate«, ki v eni reakciji omogoča vnos do 9 fragmentov (uspešnost 90 %) [3].
Zaradi potrebe po vnosu vse večjih fragmentov »BioBrick«, »BgIBrick« in metoda »Golden Gate« niso primerne. Zato so razvili metode za delo v in vitro pogojih. Ena takšnih je PCR s prekrivajočim podaljškom (angl. Overlap-Extension-PCR, OE-PCR). Gre za rekombinacijo, ki temelji na generiranju enoverižnih previsov. Postopek se običajno uporablja za pripravo fragmentov DNA v velikosti od 0,5 do 5 kb. Izboljšave opisane metode so »In-Fusion«, SLIC in Gibson. Vse tri metode uporabljajo komercialne encimske mešanice za sestavljanje fragmentov s 15 bp prekrivajočim se zaporedjem [3].
Kloniranje z USER (angl. uracil-specific excision reagent) je metoda za delo s PCR, ki sprva uvede vsaj en uracil, nato sledi izrez uracila z uracil DNA-glikozilazo. Nastane mesto, ki ga specifično cepi liaza-AP, pri čemer običajno nastane 30 previsov, ki se prilegajo s komplementarnimi previsi fragmenta s prekrivajočim se zaporedjem [3].
Metodo za delo v in vivo pogojih so razvili na inštitutu J. C. Venter-ja. Metoda temelji na izkoriščanju homologne rekombinacije kvasovk. To so uporabili pri sestavljanju sintetičnega genoma Mycoplasma genitalium. Kvasovke za sestavljanje genomov niso vedno najboljša izbira. Poročajo o uspešnem sestavljanju genoma v bakteriji B. subtilis, kjer so sestavili 3500 kb velik genom cianobakterije rodu Synechocystis [3].
Kljub prizadevanju za izboljšanje ligacije in učinkovitosti in vitro rekombinacije pogosto spregledamo dve protislovji pri pripravi krožnih konstruktov. Prvo protislovje je, da pri ligaciji fragmentov potrebujemo višje koncentraciji DNA fragmentov, medtem ko je ciklizacija uspešnejša pri nižjih koncentracijah DNA. Drugo protislovje pa je, da je transformacija ligiranih produktov uspešnejša, če imamo visoke koncentracije DNA [3].
Aplikacije v mikrobiologiji
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije iz leta 2014 največjo skrb povzroča odpornost Gram-negativnih bakterij na antibiotike. Ker ~99 % bakterij ne znamo gojiti v laboratorijih, so razvili visoko-zmogljivo napravo iChip ali »Isolation chip«, s katero bakterijo izoliramo, vendar jo gojimo pri pogojih, ki posnemajo naravno okolje [1]. Z uporabo te naprave so odkrili nov antibiotik (teixobacin), na katerega ni bilo opaziti rezistence. S kombinacijo NGS in sintezne biologije si prizadevajo, da bi lahko pod laboratorijskimi pogoji pripravili takšne sintezne organizme, ki bi lahko sintetizirali želene spojine [7].
Iz leta v leto poročajo o vse več epidemijah; npr. virus Ebola, SARS. Tradicionalni postopek priprave cepiv je star desetletja in zahteva veliko časa. S sintezno biologijo bi se lahko izognili tovrstnim težavam tako, da bi sintetizirali nekaj epitopov iz znanega zaporedja genoma virusa in preverili njihovo učinkovitost v obliki cepiva [6].
Tehnologijo bi lahko uporabili pri pripravi celotnih virusnih delcev ali številnih antigenskih proteinov iz patogenov z višjo vsebnostjo G+C, kar je v laboratoriju težje doseči. S sintezno biološkimi sistemi bi lahko pospešili razvoj in pripravo tako biofarmacevtikov, kot tudi tradicionalnih antibiotikov, pri čemer bi bili končni produkti enaki, le način priprave bi se razlikoval od današnjega. Sintezna biologija torej ni uporabna samo za izboljšanje donosov naravnih produktov, ampak tudi za povečanje spektra kemijskih struktur, kar bi pripomoglo k ustvarjanju novih aktivnih analogov [6].

==Potencialna zloraba sintezne biologije==
Tako kot z razvojem vsake nove tehnologije, se tudi na področju sintezne biologije pojavlja bojazen glede razvoja organizmov, ki bi lahko škodovali tako ljudem kot okolju. Da bi preprečili morebitno katastrofo, se vse več pozornosti posveča preventivi kako preprečiti nenamerno sproščanje genetsko spremenjenih organizmov v okolje [6]. Obstoječe varovalne metode ne zadoščajo zaradi močno ohranjenih evolucijskih mehanizmov; spontana mutageneza in horizontalni prenos genov. Primer je gensko spremenjena E. coli s spremenjenim genskim kodom, ki je odvisna od metabolizma nestandardnih aminokislin [5]. Kljub bojazni razvoja bioloških orožij se zdi, da imajo sintezno biološke tehnike večji pomen pri razumevanju bioloških procesov kot pri pripravi bioloških orožij [6].

==Viri in literatura==
<references/>

Seminarji SB 2015/16

2016-01-04T05:13:18Z

Dasa:

Seminarji iz Sintezne biologije v študijskem letu 2015/16 so:

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/2866/synthetic-biology-engineering-complexity-and-refactoring-cell-capabilities SYNTHETIC BIOLOGY: ENGINEERING COMPLEXITY AND REFACTORING CELL CAPABILITIES]

* Production of fatty acid-derived valuable chemicals in synthetic microbes ([[Proizvodnja kemikalij iz derivatov maščobnih kislin s pomočjo sintetičnih mikroorganizmov]]) (Maja Grdadolnik) 
* Optimization of the IPP precursor supply for the production of lycopene, decaprenoxanthin and astaxanthin by Corynebacterium glutamicum ([[Optimizacija sinteze IPP kot prekursorja za produkcijo likopena, dekaprenoksantina in astaksantina v Corynebacterium glutamicum]]) (Griša Prinčič) 
* Engineering sugar utilization and microbial tolerance toward lignocellulose conversion [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Konverzija_lignoceluloze_s_pomočjo_izkoriščanja_mikrobne_tolerance_in_inženiringa_sladkorjev] (Kim Potočnik) 
* Cofactor engineering for enhancing the flux of metabolic pathways [[INŽENIRING KOFAKTORJEV ZA IZBOLJŠANJE METABOLIČNIH POTI]] (Nastja Štemberger) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4354409/ Can the natural diversity of quorum-sensing advance synthetic biology?] ([[Ali lahko naravna diverziteta quorum sensinga pripomore k napredku v sintezni biologiji?]]) (Tina Snoj) 
* [http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2015.00093/full Signal-to-noise ratio measures efficacy of biological computing devices and circuits] ([[Določanje učinkovitosti bioloških naprav in vezij z razmerjem signal-šum]]) (Jakob G. Lavrenčič) 
* A sense of balance: experimental investigation and modeling of a malonyl-CoA sensor in Escherichia coli ([[Senzor za malonil-CoA v bakteriji Escherichia coli]]) (Ajda Rojc) 
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4211546/ New transposon tools tailored for metabolic engineering of Gram-negative microbial cell factories] ([[Metabolični inženiring gram-negativnih bakterij s transpozonskim sistemom]]) (Rok Razpotnik) 

Vir: knjiga [http://journal.frontiersin.org/researchtopic/455/synthetic-biology-applications-in-industrial-microbiology SYNTHETIC BIOLOGY APPLICATIONS IN INDUSTRIAL MICROBIOLOGY]

* Recent Progress in Synthetic Biology for Microbial Production of C3–C10 Alcohols (Urška Rauter) ([[Napredki v sintezni biologiji pri proizvodnji C3-C10 alkoholov v mikroorganizmih]])
* Visualizing Evolution in Real-Time Method for Strain Engineering ([[Vizualizacija evolucije v realnem času – metoda za sevno inženirstvo]]) (Samo Zakotnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3367458/ Engineering Microbial Consortia to Enhance Biomining and Bioremediation] ([[Načrtovanje mikrobnih konzorcijev za izboljšanje biorudarstva in bioremediacije]]) (Maja Kostanjevec)
* Engineering Microbial Chemical Factories to Produce Renewable “Biomonomers” ([[Mikrobiološka proizvodnja obnovljivih biomonomerov in bioplastike]])(Nastja Pirman)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3446811/ Application of Synthetic Biology in Cyanobacteria and Algae] ([[Uporaba sintezne biologije v cianobakterijah in algah]]) (Špela Tomaž)
* Synthetic Feedback Loop Model for Increasing Microbial Biofuel Production Using a Biosensor (Jernej Pušnik)
* Balance of XYL1 and XYL2 Expression in Different Yeast Chassis for Improved xylose Fermentation (Monika Praznik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3630320/ Design and Development of Synthetic Microbial Platform Cells for Bioenergy] ([[Načrtovanje in razvijanje sintetičnih mikrobnih celičnih platform za pridobivanje bioenergije]])(Erik Mršnik)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3616241/ Microbial Production of Isoprenoids Enabled by Synthetic Biology] ([[Mikrobna produkcija izoprenoidov s sintezno biologijo]]) (Dominik Kert)
* Chemical synthetic biology: a mini-review ([[Kratki predogled kemijske sintezne biologije]]) (Anka Hotko)

Seminarji iz preglednih člankov:

* Towards engineering biological systems in a broader context (Aleksander Benčič)
* [http://revistes.iec.cat/index.php/IM/article/viewFile/139212/137876 Synthetic biology: Novel approaches for microbiology] ([[Sintezno biološki pristopi v mikrobiologiji]]) (Daša Janeš)
* Tools and principles for microbial gene circuit engineering (Marko Radojković)
* Sensitive cells: enabling tools for static and dynamic control of microbial metabolic pathways (Katja Leben)
* Chassis optimization as a cornerstone for the application of synthetic biology based strategies in microbial secondary metabolism ([[Oprimizacija šasij kot osnovni korak pri uporabi sintezno biološkega pristopa pri karakterizaciji mikrobnega sekundarnega metabolizma]]) (Jure Zabret)
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4571725/ Recent advances and opportunities in synthetic logic gates engineering in living cells] ([[Napredki v načrtovanju bioloških logičnih vrat v živih celicah]]) (Monika Biasizzo)
* Programmable genetic circuits for pathway engineering (Urban Javoršek)
* Better together: engineering and application of microbial symbioses (Nejc Petrišič)
* Synthetic biology for microbial production of lipid-based biofuels (Urška Pevec)
* Engineering Biosynthesis Mechanisms for Diversifying Polyhydroxyalkanoates (Mojca Banič)
* Synthetic biology of fungal natural products (Estera Merljak)
* Synthetic biology and biomimetic chemistry as converging technologies fostering a new generation of smart biosensors (Benjamin Bajželj)
* How Synthetic Biology Would Reconsider Natural Bioluminescence and its Application (Ana Grom & Ana Unkovič)
* Synthetic Biology-Toward Therapeutic Solutions (Tanja Korpar)
* Synthetically modified mRNA for efficient and fast human iPS cell generation and direct transdifferentiation to myoblasts (Mirjana Malnar)
* Mammalian synthetic biology: emerging medical applications (Maša Mirkovič)
* Synthetic biology devices and circuits for RNA-based ‘smart vaccines’: a propositional review (Monika Škrjanc)

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:28:34Z

Dasa: /* Mehanizmi motilcev endokrinega sistema */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
[http://www.youtube.com/watch?v=_-9pROnSD-A miRNA] je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja z zdravjem ljudi, ki so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Vpliva lahko tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden. Krom se težko spaja in je odporen proti koroziji ter potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. Njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi).

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan).

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic.

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Estradiol estradiol], tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [4].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

3. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

4. Endocrine disruption, TEDX – The endocrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

5. F. Perera, J. Herbstman. Prenatal environmental exposures, epigenetics and disease. Reproductive Toxicology, 2011, str. 1-11 [18. april 20011] [http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TC0-520J97V-1&_user=10&_coverDate=04%2F30%2F2011&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=gateway&_origin=gateway&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1722798980&_rerunOrigin=scholar.google&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=f8f97326dcce8d0c789736fec41ac679&searchtype=a [5]]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:21:28Z

Dasa: /* Živo srebro */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja z zdravjem ljudi, ki so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Vpliva lahko tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden. Krom se težko spaja in je odporen proti koroziji ter potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. Njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi).

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan).

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic.

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [4].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

3. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

4. Endocrine disruption, TEDX – The endocrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:21:10Z

Dasa: /* VIRI IN LITERATURA */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden. Krom se težko spaja in je odporen proti koroziji ter potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. Njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi).

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan).

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [4].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

3. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

4. Endocrine disruption, TEDX – The endocrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:19:14Z

Dasa: /* Vrste endokrinih motilcev */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden. Krom se težko spaja in je odporen proti koroziji ter potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. Njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi).

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan).

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [4].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

3. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

4. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:19:05Z

Dasa: /* VIRI IN LITERATURA */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden. Krom se težko spaja in je odporen proti koroziji ter potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi).

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan).

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [2].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

3. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

4. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:17:23Z

Dasa: /* Živo srebro */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi).

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan).

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [2].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

3. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

4. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:17:00Z

Dasa: /* KSENOBIOTIKI */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi) [3].

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan) [4].

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [2].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

3. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

4. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:16:47Z

Dasa: /* Mehanizmi motilcev endokrinega sistema */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni [2] v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi) [3].

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan) [4].

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost.

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [2].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

3. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

4. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:16:21Z

Dasa: /* Vrste endokrinih motilcev */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni [2] v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi) [3].

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan) [4].

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost [6],[7].

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično) [2].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

3. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

4. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:16:10Z

Dasa: /* Vrste endokrinih motilcev */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni [2] v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v [http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site CpG dinukleotidu]. CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

===KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi) [3].

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan) [4].

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽEVANJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== Bisfenol A ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

==== Tobak ====
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

==== Onesnaževanje zraka ====
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost [6],[7].

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično)[2].

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

3. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

4. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T20:07:13Z

Dasa:

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. Razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne v vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni [2] v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v CpG dinukleotidu http://en.wikipedia.org/wiki/CpG_site ). CpG dinukleotid je redko prisoten v genomu sesalcev in še takrat v metilirani obliki. Kjer se pa regije genskega promotorja prekrivajo s CpG regijo, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo vezavnih proteinov in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki uravnavajo druge kromatinske preoblikovalne proteine. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam. Za nekatere gene že zelo majhna sprememba v metilaciji DNA na nekaterih mestih CpG rahlo spremeni gensko izražanje in poveča dovzetnost za bolezni. DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

=== KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je [http://www.google.com/search?hl=sl&rlz=&=&q=kadmij&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1440&bih=692 modrikasto bele barve] in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Arzen je kovina in ima tri alotropne oblike, črno, rumeno in sivo.. Med segrevanjem arzena se oksidira v arzenov oksid, ki spominja na vonj po česnu. Arzen in njegove spojine pa lahko tudi sublimirajo. Elementarni arzen se najde v dveh trdnih oblikah, rumeni in sivo-kovinski. V vodi je slabo topen in ni hlapljiv.
Glavni namen uporabe arzena je krepitev zlitine bakra in zlasti svinca (npr. avtomobilske baterije). Arzen in njegove spojine se uporablja tudi v proizvodnji pesticidov, hebicidov in insekticidov. Kemijsko je podoben fosforju, zato ga delno nadomešča v biokemijskih reakcijah . Zaradi interakcij med ioni arzena in proteini je za človeka strupen. Velik problem je že pojav spojin arzena v pitni vodi.
Človek je arzenu izpostavljen tako, da ga zaužije s hrano, z vdihovanjem ali preko kože. Izpostavljenost arzenu lahko povzroči marsikatere zdravstvene motnje, med njimi spremembe na koži, povečano količino belih in rdečih krvničk, raka, srčnožilne bolezni, poškodbe možganov.
Izpostavljenost arzenu v maternici poveča umrljivost zaradi plučnega raka in bronhitisa v odraslem življenju. Pri eksperimentu z mišmi, ki so jih izpostavljali arzenu, so opazili povečano količino heptacelularnih karcinomov pri izpostavljenih potomcih, poleg tega pa tudi spremembo izražanja genov, ki sodelujejo pri celični proliferaciji, stresu in medceličnemu komuniciranju. Pri nosečih materah, ki so izpostavljene arzenu, lahko pride do epigenetskih sprememb v popkovnični krvi. Aktivira se omrežje poti z genom NF-kB (uravnava veliko genov, ki so odgovorni za apoptozo kot tudi vnetje, ki napreduje v tumor), posledično vnetje, celična proliferacija, stres in apoptoza.

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi) [3].

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan) [4].

Onesnaženost okolja povzroči pretvorbo anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljinci v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽENJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====
Ftalati so kemijsko estri ftalne kisline in alifatskih alkoholov. Gre za hlapne tekočine, ki jih v industriji dodajajo plastičnim masam polimerov, da povečajo njihovo gibljivost.

Za določanje ftalatov v živilih in drugih medijih se večinoma uporabljajo analitske tehnike tekočinske in plinske kromatografije v sklopu z različnimi detektorji, kot so masno - selektivni detektorji, spektrofotometri.

DEHP (di-2-etilheksilftalat), DBP (dibutilftalat) in BBP (butil benzil ftalat) so ftalati, ki so endokrini motilci zaradi njihovih antiandrogenih ali proestrogenih učinkov. Uporabljajo se za mehčanje polivinilklorida, prisotni pa so v lepilih, kmetijskih dodatkih, gradbenih materialih, osebnih predmetih, medicinskih pripomočkih, detergentih, otroških igračah, farmacevtskih izdelkih, prehrambenih proizvodih in v tekstilu. Izpostavljanje ftalatov je možno preko prehrane, vdihovanja ali vnosa v telo preko kože.

Najbolj ranljive skupine za učinke ftalatov so nosečnice in dojenčki moškega spola. Izpostavljenost ftalatom med nosečnostjo privede do predčasnega poroda, veliko reproduktivnih in razvojnih motenj vključno z anogenitalno boleznijo pri novorojenih fantkih in nespuščenih modih, pri dekletih motnje v razvoju živčevja in zvišanju telesne teže v obdobju prvih 3 let življenja. Ftalati naj bi se na plod prenašali tudi preko placente, na dojenčka pa preko materinega mleka. Še več ga lahko dobijo preko plastičnih stekleničk, s katerimi jih hranimo, s kozmetiko za malčke in z igračami slabše kakovosti. Od leta 2005 se DEHP, DBP in BBP ne smejo uporabljati pri proizvodnji igrač in drugih otroških proizvodih.
Izpostavljenost ftalatom dokazano moti funkcije številnih hormonov od reproduktivnih - testosterona, luteinizing hormona, folikl stimulirajočega hormona - pa do ščitničnih. Tako so hormonski motilci, ki poškodujejo ščitnico in imunski sistem. Poškodujejo tudi možgane in živčni sistem, pojavijo se lahko razne alergije.

==== BisfenolA ====
Bisfenol A (BPA) je organska molekula z dvema fenilnima skupinama. Je endokrini motilec in je prisoten v maščobnem tkivu. Uporablja se v produkciji plastike in smole, ki so v posodah za hrano in pijačo, zaviralcih ognja, zobozdravstvenih tesnilnih masah in pri recikliranju termalnega papirja.
BPA je endokrini motilec, ki lahko oponaša telesu lastne hormone. Izpostavljenost BPA lahko povzroči nevrološke motnje, debelost in raka. Otroci so BPA izpostavljeni le preko prehrane, vendar pa je možno, da je BPA povezan z motnjami razmnoževanja pri ženskah in večji dovzetnosti za raka. Uporaba BPA za proizvodnjo otroških stekleničk je prepovedana v Evropski uniji in Kanadi.
Pri podganah se je izpostavljenost BPA pokazala kot povečana incidenca interepitelijske neoplazije prostate, ki ji sledi podaljšano izpostavljanje estradiola in testosterona v odraslem življenju. Tkivo prostate je pokazalo spremembe v metilaciji kot rezultat estrogenega ali BPA izpostavljanja pri novorojenčku. Gen fosfodizertaze tipa 4 različice 4 (PDE4D4) je pokazal hipometilacijo 5'CpG regije in posledično do večjega izražanja PDE4D4 v prostati odraslega. To je pokazalo, da je epigenom prostate trajno sprememnjen zaradi BPA in da epigenetske spremembe lahko s staranjem vodijo do raka prostate.

=== Tobak ===
Tobak je rod 60 vrst, v uporabi pa sta le dve, kmečki in navadni tobak. Sestavljajo ju podobne spojine, alkaloidi iz družine nikotinov, ki so strupeni. Tobak se uporablja za kajenje, žvečenje in njuhanje, pa tudi kot nadomestek za pesticide v biološki pridelavi hrane, nikotin je namreč učinkovit insekticid. V tobačnem dimu je poleg nikotina prisotnih še nekaj primesi, cianid, amonijak, piridin, žveplo, ogljikov monoksid in še ostali.
Številne zdravstvene organizacije že leta skušajo s svojimi kampanijami ljudi odvajati od kajenja, saj ima veliko negativnih učinkov na človeško zdravje. Prezgodnje staranje, pljučni rak, srčne bolezni, kronične pljučne bolezni so le ene izmed njih. Pri pasivnem ali aktivnem kajenju matere, se je izpostavljenost tobaku na potomcu pokazala kot zmanjšana funkcija pljuč, večja dovzetnost za astmo, rak, debelost, sladkorna bolezen tipa II in nizka porodna teža, ki je povezana z srčno-žilnimi boleznimi, debelostjo in sladkorno boleznijo tipa II.
Predporodno izpostavljanje materninemu kajenju so povezali s povišano globalno metilacijo v enojedrnih krvnih celicah odraslih žensk. Globalna hipometilacija z regijo ali specifična genska hipermetilacija je bila že povezana z rakom. Globalna hipometilacija je rezultat kromosomske nestabilnosti in povečanja števila mutacij, medtem ko lahko promotor hipermetilacije utiša izražanje genov tumorja. Vse to se lahko prenese tudi na kasnejše generacije. Vnuk, katerega babica je kadila med svojo nosečnostjo, je bil bolj dovzeten za astmo, čeprav njegova mati ni nikoli kadila. Tveganje se je še povečalo, če sta kadili tako babica kot mati.

=== Onesnaževanje zraka ===
Onesnaževanje zraka je proces sprostitve kemičnih substanc v atmosfero. Te kemične substance so v največji meri ogljikov monoksid, žveplov dioksid, klorofluorokarbon in dušikov oksid. Ustvarja jih človek z industrijo in uporabo motornih strojev. Fotokemične spojine in smog se kreirajo pri zgorevanju ogljikovodikov.
Benzopiren in drugi PAH so povezani z epigenetsko in genomsko toksičnostjo (poškodbe DNA, adukcija DNA, mutacije). Nekateri PAH podobni steroidnim hormonom veljajo za endokrine motilce. So topni lipidi v maščobnem tkivu in se prenašajo preko placente in preko popkovnične krvi v možganske pregrade zarodka.
Izpostavljenost gorjenju fosilnih goriv pri zarodku povzroči nazadovanje v rasti, zaostajanje v razvoju, znižanje inteligenčnega kvocienta in vedenjske motnje. Vse skupaj so povezali z genomsko hipometilacijo pri belih krvničkah v popkovini, ki je znatno znižana pri zarodkih, ki so izpostavljeni onesnaževanju. Nivo globalne metilacije ostane enaka vse do zgodnjega otroštva.

==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenol A)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost [6],[7].

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.
Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično).

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Portalna vena, Wikipedija [12. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Portalna_vena]

3. Živo srebro, Rudnik živega srebra Idrija [17. april 2011] [http://www.rzs-idrija.si/hg.htm]

4. Živo srebro, Endemski sifilis – škrljevska bolezen na slovenskem [17. april 2011] [http://www.mf.uni-lj.si/dokumenti/a2a9599fbf7d6761951fd50878c2fb5e.pdf]

5. Živo srebro, Energijski center [17. april 2011] [http://www.energijski-center.com/c-nasveti-amalgamske-zalivke.php]

6. Endokrini disruptor, Wikipedija [12. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Endokrini_disruptor]

7. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

8. Krom, Sitis [18. april 2011] [http://www.sitis.si/krom/128/Pomanjkanje%20kroma.html]

9. Kadmij, Wikipedija [18. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Kadmij]

10. Benzen, Wikipedija [18. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Benzen]

11. Benzen, Brez cenzure [18. april 2011] [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih]

12. Nikelj, Wikipedija [18. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Nikelj]

13. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

14. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T19:12:41Z

Dasa: /* Vrste endokrinih motilcev */

Kar nekaj okoljskih faktorjev je povezanih z abnormalnimi epigenetskimi spremembami, ki so jih odkrili z eksperimenti in epidemiološkimi raziskavami. Določeni epigenetski mehanizmi so se razvili zaradi izpostavljenosti toksinom in določenim kemikalijam. Ne glede nato, da je v zadnjem času veliko študij v povezavi z epigenetskimi spremembami, še vedno ni jasno delovanje nekaterih mehanizmov. razlog je, da so epigenetske spremembe majhne, skoncentrirane na določenih mestih in se lahko razvijejo čez določen čas, kar pa zaplete določanje vzroka oziroma povzročitelja spremembe [1].

===KSENOBIOTIKI===

----

[http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiotic Ksenobiotiki] so kemijske spojine, ki jih je sintetiziral človek, organizmom pa so le-ti tuji. Med ksenobiotike spadajo pesticidi, prehranski dodatki, zdravila in industrijski polutanti. Najdemo jih v hrani, embalaži, v zraku, vodi, kozmetičnih sredstvih, čistilih,… Večina ksenobiotikov je slabo topnih v vodi, saj gre predvsem za organske spojine. Ksenobiotiki se akumulirajo predvsem v maščevju, lahko tudi v možganih. So vzrok za različna kronična obolenja kot so migrena, kronična utrujenost, slabost, rak, nevrodegenerativne bolezni.

V telo najpogosteje preidejo skozi prebavni trakt, lahko tudi skozi respiratorni sistem, kožo ali sluznico. Iz telesa se jih največ izloči z [http://www.wisegeek.com/what-is-urea.htm ureo] (sečnino), z znojem in z izdihanim zrakom. Skozi celično membrano prehajajo le nepolarne spojine, zato ledvice učinkovito izločajo le vodotopne spojine, snovi, ki pa niso topne vodi pa se v obliki primarnega urina reabsorbirajo nazaj v krvni obtok. Če bi želeli, da se ksenobiotiki popolnoma izločijo iz telesa, bi morali le-ti biti polarni. Ksenobiotiki, ki vstopijo v krvni obtok iz prebavnega trakta, pridejo po portalni veni [2] v jetra, kjer se pretvorijo v bolj polarno obliko.

===PREGLED EPIGENETSKIH MEHANIZMOV===

----

Epigenetika je študija v epigenetskih spremembah v izražanju genov, ki se pojavijo brez sprememb v DNA zaporedju. Vključuje številne mehanizme, kot so metilacija DNA, modifikacije histonov in ekspresija miRNA. Mehanizmi so fleksibilni genomski parametri, ki lahko spremenijo funkcijo genoma pod vplivom ksenobiotikov, le-ti pa se prenašajo iz generacije v generacijo.

==== Metilacija DNA ====
Od vseh epigenetskih mehanizmov, je še najbolje raziskovana metilacija DNA. Metilna skupina se doda na peti ogljik citozina v CpG (citozinski nukleotid zraven gvaninskega) dinukleotidu. CpG dinukleotid je redko prisoten in še takrat v metilirani obliki v genomu sesalcev. Kjer pa se regije genskega promotorja prekrivajo s CpG, je le-ta v nemetilirani obliki. Metilacija citozina ima regulacijsko vlogo. Metilna skupina 5-metilcitozina inhibira transkripcijo in utiša gen. Metilacija DNA deluje kot umestitveno mesto za vezavne proteine, ki jih uravnavajo drugi kromatinski preoblikovalni proteini. Sprememba metilacije na teh mestih je tako prepoznana. Tako hipermetilacija kot hipometilacija DNA sta lahko posledici izpostavljanja eksogenim kemikalijam.
DNA metilacija je katalizirana z družino DNA metiltransferaznih encimov (DNMT). Pri sesalcih obstajajo trije znani encimi: DNMT1, DNMT3A in DNMT3B.

==== Modifikacije histonov ====
[http://en.wikipedia.org/wiki/Histone Histoni] so globularni proteini, ki skupaj z DNA tvorijo strukturne enote kromatina imenovane nukleosomi. Ti proteini vplivajo na kondenzacijo kromatina med fazo prepisovanja genov. Lahko so modificirani z acetilacijo, metilacijo, fostorilacijo, glikozilacijo, sumolacijo ali ADP ribozilacijo. Najpogostejši modifikaciji sta acetilacija in metilacija lizinskih ostankov v amino koncu H3 in H4. Metilacija histonov je povezana z represijo ali aktivacijo transktripcije, ta pa je odvisna od lokacije lizinskih ostankov.

==== Ekspresija miRNA ====
miRNA je enoverižna ribonukleinska kislina sestavljena iz 21 so 23 nukleotidov. Zrela miRNA je delno komplementarna eni ali večim mRNA molekulam. Glavna funkcija [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_QpsYVZ9l72g/S_znGzykzWI/AAAAAAAAAGQ/a6aLpHnKXvs/s1600/MicroRna%2Bprocessing.gif&imgrefurl=http://immunotrends.blogspot.com/&usg=__XjZuRV52Bod1qhIvLPze3TF_EQ0=&h=338&w=400&sz=38&hl=sl&start=0&sig2=wbjzICGDNfHdkprfegvPAQ&zoom=1&tbnid=GF8BMzAYPNEUpM:&tbnh=121&tbnw=143&ei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&prev=/images%3Fq%3Dmikro%2Brna%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=423&vpy=209&dur=18&hovh=206&hovw=244&tx=95&ty=105&oei=YoqsTZHbMM-eOsLzgZQJ&page=1&ndsp=34&ved=1t:429,r:11,s:0 miRNA v povezavi z mRNA] je zmanjševanje ekspresije genov.

===EPIGENETIKA IN OKOLJE===

----

Epigenetika je temeljna za razumevanje molekulskega mehanizma okoljskih toksinov, prav tako kot napovedovanju tveganja ob izpostavljenosti okolju in individualno dovzetnost.
Po podatkih svetovne zdravstvene organizacije [http://www.who.int/en/ WHO ](World Health Organization) je več kot 13 milijonov smrti letno povzročenih zaradi okoljskih dejavnikov in kar 24 % bolezni povzročenih zaradi izpostavljenosti okolju bi lahko preprečili.
Med okoljske dejavnike štejemo tudi ksenobiotike. Mednje sodijo kovine, fitoestrogeni, policiklični aromatski ogljikovodiki, dioksinske spojine, polikloro bifenili, ftalati in pesticidi, motilci endokrinega sistema, RDX, bisfenol A,…
Ljudje z genskimi polimorfizmi, kateri naredijo njihove celice manj sposobne za odgovor na oksidativni stres so bili spoznani za bolj dovzetne do kardiovaskularnih in respiratornih efektov zaradi onesnaženja zraka. To producira zdravstvene težave, še posebaj v tistih delih telesa, kjer se generira oksidativni stres.

=== KOVINE===

----
Več študij je pokazalo povezavo z DNA metilacijo in okoljskimi kovinami, kot so nikelj, kadmij, živo srebro in še posebej arzen.

==== Kadmij ====
Kadmij je rahlo bazična dvovalentna prehodna kovina. Je modrikasto bele barve in je strupena.
Je sestavni del baterij, televizorjev, najdeno pa ga tudi v PVC, kjer deluje kot stabilizator. Sodi med težke kovine in vpliva na DNA metilacijo. Znano je, da kadmij povzroči hipometilacjo DNA v jetrnih celicah po enem tednu izpostavljenosti. Po desetih tednih povzroči hipermetilacijo DNA jeternih celic.

==== Nikelj ====
Nikelj v periodnem sistemu najdemo med prehodnimi elementi. Je srebrnkasto bela lesketajoča kovina. Ima feromagnetne lastnosti. Uporabljajo ga za prekrivanje manjših kovancev, saj prekriva medenino in železo.
Povezava niklja in zdravja ljudi, kateri so zboleli za rakom in kardiorespiratornimi boleznimi še dandanes ni pojasnjena. Znano je, da nikelj lahko zamenja magnezij pri DNA interakciji, povečani kondenzaciji kromatina in sprožanju de-novo DNA metilaciji. Lahko vpliva tudi na modifikacijo histonov. Izpostavljenost topnemu [http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%28II%29_chloride NiCl2] zmanjša atecilacijo histonov, poveča pa demetilacijo H3K9 in poveča monoubikvitinacijo H2A in H2B in vitro.
Domnevajo, da vezava Ni2+ ionov omogoča sekundarno strukturo s stranskimi verigami N-terminalnega repa histona H4.

==== Krom ====
Krom sodi med prehodne kovine. Je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.9jcg.com/tutorials/mario_malagrino/chrome_material/chrome_material_01.jpg&imgrefurl=http://en.9jcg.com/comm_pages/blog_content-art-121.htm&usg=__ruLsMaShabh0dgxFRHOLiy-9rks=&h=472&w=630&sz=37&hl=sl&start=0&sig2=JSnycu0qAvhmrd0xoGmhtQ&zoom=1&tbnid=IVbh-mvXOOeSnM:&tbnh=168&tbnw=242&ei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&prev=/images%3Fq%3Dchrome%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D692%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=641&vpy=319&dur=1810&hovh=194&hovw=259&tx=183&ty=62&oei=8YSsTfTLK9DEtAaqyNCYBQ&page=1&ndsp=17&ved=1t:429,r:8,s:0 sive sijoče barve] in je trden, ki se težko spaja. Krom je odporen proti koroziji in potemnitvi.
Krom je prisoten v telesu. njegovo pomankanje povezujejo z zmanjševanjem glukozne tolerance, zvišano vsebnostjo trigliceridov in celotnega holesterola v krvi in zvišanimi vrednostmi krvnega sladkorja. To je še posebaj pomembno pri skupini ljudi kot so nosečnice, starejši ljudje, diabetiki in podhranjeni otroci. Koncentracija kroma v tkivu se zmanjšuje s starostjo. Naprej se pogosteje pojavlja pri starejših osebah glukozna intoleranca, diabetes, hiperlipidemija in arterioskleroza. Najverjetneje starejši organizem ni več sposoben sintetizirati zadosti GTF-ja iz razpoložljivega kroma.
Epigenetski efekti kroma so še vedno zelo slabo pojasnjeni.

==== Arzen ====
Alenka

==== Živo srebro ====
[http://www.google.si/imgres?imgurl=http://blog.deborahblum.com/wp-content/uploads/2010/03/mercury_drops_large.jpg&imgrefurl=http://blog.deborahblum.com/%3Fp%3D154&usg=__7550YuGqAE0esZWYDZTcTtSJtVg=&h=480&w=508&sz=29&hl=sl&start=35&zoom=1&tbnid=VInhBxXBX9f-mM:&tbnh=160&tbnw=169&ei=Z2esTbrGHcaCOoLh9OYJ&prev=/search%3Fq%3Dmercury%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1226&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=307&vpy=162&dur=650&hovh=218&hovw=231&tx=153&ty=108&oei=Y2esTdPoJcXLtAb62OmoBw&page=3&ndsp=18&ved=1t:429,r:7,s:35&biw=1366&bih=667 Živo srebro] je edina kovina, ki je pri sobni temperaturi v tekočem agregatnem stanju. Ima tri oksidacijska stanja (elementarno, enovaletno in dvovalentno živo srebro). Organski obliki živega srebra (metil živo srebro – CH3Hg in dimetil živo srebro – (CH3)2Hg) nastaneta iz anorganske, kar se dogaja med tehnološkimi procesi v kemični industriji, lahko pa tudi spontano v naravi z metilacijo (mikroorganizmi) [3].

Različne oblike živega srebra se uporabljajo v merilnih instrumentih (termometri in barometri), pri izdelavi baterij, pri pridobivanju klora, zlata, v rudarstvu, v zobozdravstvu (izdelava plomb iz [http://www.merriam-webster.com/dictionary/amalgam amalgama]) itd. Živo srebro so včasih uporabljali tudi za zdravljenje sifilisa, saj so menili, da učinkuje šele takrat, ko se razvijejo znaki zastrupitve. Kasneje so ga zamenjali za arzenske preparate (salvazan) [4].

Onesnaženost okolja povzroči pretvorba anorganskega živega srebra v organsko obliko, slednja pa posledično zastrupitev ljudi. Organski obliki sta slabo topni v vodi, dobro pa se topita v lipidih, zato se organski obliki živega srebra akumulirata predvsem v maščevju in tako vplivata na možgane in živčni sistem.

Neželeni učinki živega srebra so insomnija, slabost, glavobol, izguba spomina in apetita, mravljince v okončinah, motnje v hoji,… Najbolj občutljiv je zarodek, saj lahko metilirano živo srebro preide v placento in povzroči nepravilen razvoj žičevja. Dojenčki, ki uživajo materino mleko, ki vsebuje živo srebro lahko oslepijo, umsko zaostanejo, imajo onemogočen govor, nepravilno razvito živčevje in prebavni trakt ter poškodbe ledvic [4].

===ONESNAŽENJE OKOLJA===

----

Izpostavljenost onesnaženemu zraku so povezovali z povečanim številom smrti zaradi kardiorespiratornih bolezni, prav tako pa tudi s tveganjem za obolelostjo za pljučnim rakom.
Preiskovali so tudi v DNA metilaciji inducirane z manjšo vsebnostjo benzena v krvi pri zaposlenih na bencinskih črpalkah in prometnikih. Visoka vsebnost benzena v krvi je povezana za obolelostjo za [http://novebiologije.wikia.com/wiki/Levkemija levkemijo].

==== Ftalati ====

==== BisfenolA ====
==== Benzen ====
Benzen je [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Benzen_01.png&imgrefurl=http://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Benzen_01.png&usg=__MWdMHEZvEkfE_8OVeHfQOmNCtvs=&h=581&w=800&sz=109&hl=sl&start=0&sig2=C6zST9AcFEGkW_Er2Mt_mw&zoom=1&tbnid=SYLmEyT2HsWUoM:&tbnh=110&tbnw=151&ei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&prev=/images%3Fq%3Dbenzen%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch0%2C385&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1012&vpy=112&dur=567&hovh=110&hovw=151&tx=112&ty=91&oei=x4ysTa3tI4KEOrGbyJsJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:28,s:0&biw=1440&bih=663 aromatski ogljikovodik], ki je brezbarven. Je zelo vnetljiv in dobro raztaplja smole, maščobe, jod in naftalen. Pridobivamo ga iz premogovega katrana, nafte ali sintetično. Zaradi njegove karcinogenosti je njegova uporaba omejena. Uporablja se predvsem kot dodatek k gorivu (bencinu). [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih Benzen] z dihanjem prehaja v kosti in povzroča anemijo ter zmanjšuje število belih krvnih celic.
Benzen iz zraka povezujejo z hipermetilacijo v p15 in hipometilacijo MAGE-1 (melanoma antigen-1), ki je rakov antigen. Ta spoznanja so pokazala, da izpostavljenost nizki koncentraciji benzena lahko inducira spremenjeno DNA metilacijo, kar pa sproži nenormalne epigenetske vzorce, najdene pri malignih celicah.

==== Heksa-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazen (RDX) ====
RDX je eksploziven [http://www.google.com/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_zhw7Ns2scr4/SQ7zU6npdjI/AAAAAAAAAH4/iXf7JH2m9EM/s320/RDX%2BCHEMISTRY.gif&imgrefurl=http://entertainingchemistry.blogspot.com/2008/11/chemistry-of-rdx.html&usg=__rkB9vWG57QqhfOLBwfA7vzQ1ftM=&h=234&w=320&sz=34&hl=sl&start=0&sig2=GmjtYI2d8EKfE4qfNLLi3A&zoom=1&tbnid=wUvzo0H07GaeeM:&tbnh=123&tbnw=168&ei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&prev=/images%3Fq%3Drdx%2Bchemical%26um%3D1%26hl%3Dsl%26biw%3D1440%26bih%3D663%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1143&vpy=210&dur=259&hovh=187&hovw=256&tx=165&ty=69&oei=NIysTbDSJJCgOrOh6YwJ&page=1&ndsp=30&ved=1t:429,r:14,s:0 nitroamin], ki je široko zastopan v [http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitramines.htm vojski] in industriji. Znan je tudi pod imenom T4.
Je pogost okoljski pulant, ki je posledica vojaških in civilnih aktivnosti. Povezujejo ga z nevrotoksičnostjo, imunotoksičnosjo in povečanim tveganjem za obolelostjo za rakom.

===MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA===

----
==== Endokrini sistem ====
[http://www.endocrinedisruption.com/endocrine.introduction.overview.php Endokrini sistem] sestavljajo žleze, le-te pa izločajo [http://www.wisegeek.com/what-are-hormones.htm hormone]. Hormone izločajo endokrino v kri. Hormoni krožijo po telesu po krvožilnem sistemu in vplivajo na delovanje oddaljenih organov. Hormoni se vežejo na tarčne celice in spremenijo delovanje celic oziroma organov. Glavne žleze endokrinega sistema so hipotalamus, hipofiza, ščitnica, obščitnične žleze, Langerhansovi otočki trebušne slinavke, nadledvične žleze, testisi in ovariji, med nosečnostjo pa še posteljica.

Motnja endokrinega sistema je posledica delovanja endokrinega motilca. Ti motilci so eksogena substanca ali mešanica substanc, ki spremenijo delovanje endokrinega sistema, kar sproži različne učinke na organizmu pri določeni stopnji izpostavljenosti. Večina le-teh vpliva na reproduktivne organe, lahko tudi na vse organe, edini pogoj pa je, da imajo ti organi receptorje zanje. Ti organi so jetra, ledvice, centralni živčni sistem, imunski sistem, kosti.

==== Mehanizmi motilcev endokrinega sistema ====
Poznamo več mehanizmov motilcev, ki negativno delujejo na endokrini sistem kot so interakcije s hormoni, interakcije na nivoju receptorjev in blokada receptorjev.

* Interakcije s hormoni: ksenobiotiki vplivajo na sintezo hormonov. Sem vključujemo sproščanje, transport, metabolizem, izločanje in učinkovanje hormonov.

* Interakcije na nivoju receptorjev: to so snovi, ki se vežejo na estrogenske receptorje in so kompetitivni antagonisti ali delni agonisti naravnega hormona. Sem spadajo fitoestrogeni (kumestrol, diadzein, genistein), zdravila (etinil, estradiol, tamoksifen) in industrijske snovi (DTT, p-nonilfenon, bisfenolA)

* Blokada receptorjev: ksenobiotiki, ki se vežejo na androgenske receptorje in jih blokirajo. Sem spadajo metabolit DTT (vinclozolinski metabolit).

Spremembe ali posledice zaradi endokrinih motilcev v naravi opažajo že desetletja. Posledice so disfunkcije in bolezni moških spolnih organov kot posledica substanc, katerih delovanje je podobno estrogenu (zdravila, estrogeni v kravjem mleku, industrijske kemikalije), kopičenje kemikalij v živalskih telesih in reproduktivne motnje teh živali (neoplojena jajca in manjši penisi pri aligatorjih po industrijski nesreči na Floridi, kjer je insekticid dikofol onesnažil jezero) ter več ženskih potomcev pri nekaterih vrstah rib, [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_Gvv_MiJU5N4/TDcQw79usNI/AAAAAAAAAFI/SuPZ0OR6hZ4/s1600/amphibian.jpg&imgrefurl=http://faithnature.blogspot.com/&usg=__ljiyOfhKnfT-k-C0D6IcqCamtio=&h=333&w=500&sz=47&hl=sl&start=16&zoom=1&tbnid=TMSxmeoK1-DBtM:&tbnh=153&tbnw=203&ei=iG2sTdydKtGZOoKD0dkJ&prev=/search%3Fq%3Ddvo%25C5%25BEivke%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C586&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=131&vpy=261&dur=1005&hovh=183&hovw=275&tx=149&ty=83&oei=d22sTZbBO4vRsgbG0JGdBw&page=2&ndsp=19&ved=1t:429,r:6,s:16&biw=1366&bih=667 dvoživk] in [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://1.bp.blogspot.com/_6pwJiMjLAzs/SYNSwmMR4sI/AAAAAAAAAEA/EjkzBddDh0g/s400/galebi%2Bm.jpg&imgrefurl=http://dianaandelic.blogspot.com/2008/10/galebi-vrtec.html&usg=__HzJrekSH26M1R7UYTfppW-IAuSA=&h=273&w=400&sz=33&hl=sl&start=64&zoom=1&tbnid=fdye1f00uASnOM:&tbnh=159&tbnw=248&ei=Rm2sTfXWF9GfOtGGtd8J&prev=/search%3Fq%3Dgalebi%26um%3D1%26hl%3Dsl%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch0%2C1633&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1061&vpy=153&dur=391&hovh=174&hovw=255&tx=159&ty=91&oei=PW2sTZC1EYnItAal7JiiBw&page=4&ndsp=17&ved=1t:429,r:4,s:64&biw=1366&bih=667 galebov], ki se prehranjujejo z njimi.

Organizmi so v času razvoja zelo občutljivi na motnje v endokrinem sistemu, ki jih povzročijo kemikalije, le-te pa vplivajo na hormonsko aktivnost [6],[7].

==== Vrste endokrinih motilcev ====
Na endokrine motnje smo najbolj občutljivi v času živahne delitve celic, izoblikovanja specializiranih funkcij, v času migracije celic in razvoju organov, saj so to procesi, ki so regulirani preko hormonov. Seveda pa so spremembe odvisne tudi od same izpostavljenosti osebka.
Pri endokrinih motilcih ločimo naravni in umetni izvor.

Naravnega izvora so [http://www.google.si/imgres?imgurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/files/2008/01/fito.jpg&imgrefurl=http://nutrimenti.simplicissimus.it/2008/02/07/la-genisteina/&usg=__9m2smbslm2Y6L7xjAtLkuphgxyc=&h=203&w=291&sz=18&hl=sl&start=0&zoom=1&tbnid=JcYCSiKzZtxi4M:&tbnh=125&tbnw=178&ei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&prev=/images%3Fq%3Dfitoestrogeni%26um%3D1%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26rlz%3D1C1SKPL_enSI413%26biw%3D1366%26bih%3D667%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=142&vpy=89&dur=1546&hovh=162&hovw=232&tx=148&ty=88&oei=tWusTaLoJI3LsgbuxKD7Bg&page=1&ndsp=33&ved=1t:429,r:0,s:0 fitoestrogeni]. Ti so estrogenom podobne molekule, ki jih najdemo le v rastlinskem svetu. So nesteroidne molekule, ki se lahko vežejo na estrogenske receptorje. V telo jih vnesemo s hrano, prehajajo tudi placento, vsebuje jih lahko tudi materino mleko. Med fitoestrogene spadajo kumestani, derivat resorcinola ter za fiziološke učinke najpomembnejši lignani in izoflavonoidi. Veliko ga je v soji in njenih izdelkih, kjer najdemo izoflavon, danzidein in genistein.

Umetni endokrini motilci so lahko zaželeni ali ne. Sem spadajo dodatki k prehrani in [http://en.wikipedia.org/wiki/Pesticide pesticidi]. Poznamo kar nekaj industrijski endokrinih motilcev. To so ftalati, ki se uporabljajo široko v industriji umetnih mas, bisfenol A, ki se uporablja kot zaščita kovin in je zelo pomemben pri zobotehničnih posegih, uporablja pa se tudi kot notranja prevleka konzerv. Parabene najdemo v kozmetičnih preparatih kot konzervans in so estrogenski mimetiki. Umetni endokrini motilci so še alkilfenoli, PCB-ji in drugi.

Med endokrine motilce spadajo tudi prehranski dodatki, npr. butiliran hidroksianizol, ki se uporablja kot antioksidanti ter pesticidi (DDT, ki se uporablja kot insekticid; pri ljudeh so ugotovili proestrogenske in antiandrogenske učinke ter povečano tveganje za raka dojke in lindan, ki je prav tako insekticid in ga ponekod v manjši meri uporabljajo za zatiranje mravelj in deluje na človeka spermatoksično).

----

===VIRI IN LITERATURA===

1. A. Baccarelli and V. Bollati. Epigenetics and environmental chemicals, Current opinion in pediatrics, 2009, str. 243-251 [12. april 2011] [http://journals.lww.com/co-pediatrics/Fulltext/2009/04000/Epigenetics_and_environmental_chemicals.14.aspx]

2. Portalna vena, Wikipedija [12. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Portalna_vena]

3. Živo srebro, Rudnik živega srebra Idrija [17. april 2011] [http://www.rzs-idrija.si/hg.htm]

4. Živo srebro, Endemski sifilis – škrljevska bolezen na slovenskem [17. april 2011] [http://www.mf.uni-lj.si/dokumenti/a2a9599fbf7d6761951fd50878c2fb5e.pdf]

5. Živo srebro, Energijski center [17. april 2011] [http://www.energijski-center.com/c-nasveti-amalgamske-zalivke.php]

6. Endokrini disruptor, Wikipedija [12. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Endokrini_disruptor]

7. Endocrine disruption, TEDX – the endoctrine disruption exchange [14. april 2011] [http://www.endocrinedisruption.com/home.php]

8. Krom, Sitis [18. april 2011] [http://www.sitis.si/krom/128/Pomanjkanje%20kroma.html]

9. Kadmij, Wikipedija [18. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Kadmij]

10. Benzen, Wikipedija [18. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Benzen]

11. Benzen, Brez cenzure [18. april 2011] [http://www.brezcenzure.si/si/articles/details/165/Rakotvorni+benzen+v+avtomobilih]

12. Nikelj, Wikipedija [18. april 2011] [http://sl.wikipedia.org/wiki/Nikelj]

13. Bollati V. et al. (2010, 105) Environmental epigenetics. Heredity, 105-112. [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20179736]

14. Bombail V. et al. (2004, 149) Perturbation of epigenetic status by toxicants. Toxicology Letters, 51-58. [http://www.unc.edu/courses/2008spring/envr/442/001/Bombail_2004.pdf]

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T17:19:00Z

Dasa:

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T17:17:14Z

Dasa: /* VIRI IN LITERATURA */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:59:07Z

Dasa: /* Mehanizmi motilcev endokrinega sistema */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:57:15Z

Dasa: /* Mehanizmi motilcev endokrinega sistema */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:53:09Z

Dasa: /* Živo srebro */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:52:52Z

Dasa: /* Živo srebro */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:52:13Z

Dasa: /* Vrste endokrinih motilcev */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:50:50Z

Dasa: /* Vrste endokrinih motilcev */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:49:15Z

Dasa: /* MOTILCI ENDOKRINEGA SISTEMA */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:41:28Z

Dasa: /* Živo srebro */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:37:07Z

Dasa: /* KSENOBIOTIKI */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:34:52Z

Dasa: /* KSENOBIOTIKI */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:32:16Z

Dasa: /* Živo srebro */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:30:51Z

Dasa: /* Endokrini sistem */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:28:36Z

Dasa: /* Endokrini sistem */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:27:59Z

Dasa: /* Endokrini sistem */

Ksenobiotiki in epigenetske spremembe

2011-04-18T16:27:15Z

Dasa: /* Endokrini sistem */