Wiki FKKT - User contributions [en]

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T17:47:21Z

Klara Kolenc:

== Uvod ==

Plazmidi imajo velik pomen v bakterijski ekologiji in evoluciji, saj omogočajo horizontalni prenos genov (HGT), kjer se genetske informacije prenašajo preko odnosov med nesorodnimi organizmi (transdukcija, transformacija, konjugacija, prenos z vezikli). Poleg tega da so plazmidi ključni prenašalci genskih informacij so za evolucijo pomembni tudi, ker je v celici več kopij, kar omogoča poliploidnost in je tako evolucija plazmidnih genov drugačna kot pri kromosomskih genih, kar oblikuje nenavadne koncepte v bakterijski genetiki, kot so genetska dominanca, heteroplazija in porazdelitveni odmik (celična delitev poteka neselektivno glede na plazmidne alele, zato lahko pride do izgube nekaterih genov).

== Lastnosti plazmida ==

Že od začetka so male genetske molekule med seboj tekmovale za samoreplikacijo in tako je evolucija vseh organizmov posledica soobstoja več genetsko različnih DNA molekul znotraj celice. Tukaj plazmidi, kot molekule, ki se delijo neodvisno od kromosomske DNA, izstopajo kot vodilo za horizontalni prenos genov (HGT) pri prokariontih. HGT je glavni faktor, ki poganja bakterijski evolucijo. HGT omogoča, da si taksonomsko različni organizmi delijo skupni genski sklad, kar briše meje med različnimi filogenetskimi družinami in pojasni zakaj se tesno povezani prokarionti razlikujejo v genih.

Plazmidi vsebujejo gene, ki jim zagotavljajo preživetje in prenos, ki so pogosto neugodni za gostitelja, imajo pa tudi pomembni vlogo pri prenosu pomembnih lastnosti znotraj in med različnimi bakterijskimi vrstami, kar pozitivno vpliva na gostitelja. Tako obstaja kompromis med parazitskim in vzajemnim načinom življenja plazmidov, kar otežuje razumevanje njihovega obstoja. Razumevanje dejavnikov, ki vplivajo na evolucijo plazmidov je zato ključna za razumevanje razvoja lastnosti plazmida, kot so odpornost na antibiotike in bakterijska nalezljivost (virulenca). Plazmidi kodirajo številne lastnosti, ki jim omogočajo preživetje in omogočajo prilagoditev gostitelja na okoljske pogoje v katerem živi. Medtem, ko nekateri plazmidi vsebujejo le gene, ki jim omogočajo preživetje, večina vsebujejo še dodatne gene, ki posledično omogočajo razgradnjo toksinov ali pa omogočajo nove metabolne zmogljivosti. Tukaj je pomemben pomen odpornosti na antibiotike, ki je tudi razlog za nekontrolirano širitev bakterijskih patogenov.

Kot vemo so plazmidi zelo raznoliki, razlikujejo se po velikosti, številu kopij, replikacijskih mehanizmih, mehanizmih prenosa, DNA topologiji (linearen, krožen), vrste genov, ki jih vsebujejo in drugo. Kljub njihovi raznolikosti pa jih lahko razdelimo v dve večji skupini, ki sta pomembni za evolucijo: plazmid z malo kopijami v celici (LCP), ki so po navadi večji in konjugativni (se lahko prenašajo iz ene bakterije v drugo) in plazmid z veliko kopijami v celici (HCP), ki so manjši in po navadi niso konjugativni, lahko pa se modificirajo preko konjugativnega aparata sosednjega plazmida. Ena od poglavitnih lastnosti plazmida je tudi da se nahajajo v več kopijah v celci, kar opišemo z PCN (Plasmid copy number). Ker plazmidi HCP niso konjugativni se zanašajo na visoko PCN, kar jim omogoča prenos skozi generacije in se s tem izognejo izgubi kot posledici porazdelitev plazmidov v hčerinske celice. Plazmidi nadzorujejo število kopij skozi rast, s pomočjo negativnih povratnih zank. Število plazmidov se pri bakterijah iz iste družine zelo razlikuje, kot posledica mutacij ali zunanjih pogojev.

Primer evolucije bakterij, kot posledice lastnosti napisane na plazmidu, so vodne bakterije, ki imajo sposobnost anoksigene fotosinteze, ker pa so te nekaj časa živele v simbiozi z listno ušjo, ki ima zmožnost sinteze esencialnih aminokislin in vitaminov pomembnih za njihovo delovanje, so se skozi evolucijo vodne bakterije spremenile iz prosto živečih organizmov v organizme, ki so odvisni od endosimbioze.

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

Zaradi večjega števila plazmidni geni običajno močneje vplivajo na izražanje genov kot kromosomski geni. To pogosto vodi do visokega izražanja genov na plazmidih, zato so plazmidi pogosto uporabljeni za proizvodnjo proteinov v velikih količinah. Visoka izraženost genov na plazmidih lahko omejuje horizontalni prenos genov, vendar pa v nekaterih primerih lahko to koristi.

Na primer, bakterije rodu Aureimonas imajo operon ribosomske RNA (rrn) naHCP. To omogoča hitro prilagajanje spreminjajočim se okoljskim pogojem z nenadnim povečanjem izražanja ribosomske RNA, kar pomaga obvladovati nihanja v naravnem okolju. Enako velja za gene, ki kodirajo odpornost na antibiotike, kot so β-laktamaze, ki so pogosto povezani z višjimi stopnjami odpornosti na plazmidih, kar omogoča napoved, katere gene lahko povežemo s plazmidom.

Podpopulacije bakterijskih celic z visokim številom plazmidov se lahko naključno pojavijo zaradi porazdelitve plazmidov in dinamike replikacije. Ta variabilnost v številu plazmidov znotraj populacije lahko privede do koristne fenotipske plastike, kot je bakterijska heterorezistenca, kjer nekatere podpopulacije kažejo večjo odpornost na antibiotike. Proizvodnja toksinov, ki uničujejo tekmujoče bakterije in so kodirani na plazmidih, se naključno sproži le v majhnem deležu celic, kjer ima variabilnost v številu plazmidov ključno vlogo.

Poleg tega imata mutacija in rekombinacija pomembno vlogo pri evoluciji genov za odpornost na antibiotike, ki so kodirani na plazmidih. Visoko število kopij plazmidnih genov ustvarja večjo tarčo za mutacije, kar omogoča hitrejšo prilagoditev in evolucijo novih biokemičnih aktivnosti. Rekombinacija prav tako prispeva k prilagodljivosti plazmidov z združevanjem različnih genetskih elementov.

Skupaj ti rezultati kažejo, da visoko število kopij plazmidnih genov ne le optimizira obstoječe lastnosti, ampak tudi olajša evolucijo novih aktivnosti, s čimer tesno povezuje povečanje genov in mutacijo kot ključna mehanizma bakterijske evolucije. Bakterijski plazmidi so nagnjeni k rekombinaciji iz več razlogov. Na primer, visoka gostota ponavljajočih se zaporedij na plazmidih ustvarja rekombinacijske točke, ki spodbujajo celovite izbrise in zajemanje novih genetskih elementov iz različnih virov (transponzoni).

Obrambni mehanizmi gostitelja nehote spodbujajo rekombinacijo plazmidov z ustvarjanjem dvojnih pretrganj DNA, ki jih bakterijske rekombinaze lahko popravijo. Nekateri plazmidi imajo celo specifične gene za takšno popravilo, kar kaže, da je rekombinacijsko izogibanje gostiteljskim obrambam pogosta strategija med plazmidi.

Rekombinacija je pomembna tudi pri evoluciji genov za odpornost na antibiotike. Lahko ustvari kimerične plazmide, ki združujejo gene za odpornost na antibiotike iz različnih plazmidov, kar povzroča večodpornostne replikone.

Rekombinacija vpliva tudi na evolucijo družin plazmidov, ki se prilagajajo različnim gostiteljem s kombiniranjem različnih genov. Na kratkih časovnih obdobjih se lahko plazmidi poenostavijo, ko vstopijo v novega gostitelja, kar zmanjšuje obremenitev. To nakazuje, da so plazmidi zaradi svoje vsebine genov, načinov replikacije in števila kopij še posebej nagnjeni k vključevanju v rekombinacijo, kar spodbuja njihovo evolucijo.

=== Porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.
Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija. Te celice vsebujejo tako imenovane heterozigotne plazmidne alele, medtem ko homoplazmidne celice vsebujejo homozigotne plazmidne alele.
Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa imata hčerinski celici skupaj enako število nemutiranih in mutiranih plazmidov kot pri popolni razdelitvi, a ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane celice druga pa ima vse plazmide nemutirane. Hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.
Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od plazmidov pričakovano, da stalno razporeja mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.
Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.
Ko se gen na kromosomu razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.
Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

Vse raziskave kažejo na to, da se plazmidi razvijajo drugače kot kromosomi. Po eni strani plazmidi generirajo večjo raznolikost kot bakterijski kromosom, kar omogoča nastanek posebnih mehanizmov, ki omogočajo njihov razvoj in hrambo genetskih informacij čez več generacij. Po drugi strani pa lahko pojavi kot so genetska dominanca, plazmidna interferenca in porazdelitveni odmik omejijo evolucijski potencial plazmidov. Tako se je postavilo vprašanje ali se plazmidi razmnožujejo hitreje kot bakterijski kromosom? Veliko dokazov kaže na to, da se. Med njimi so to, da plazmidi pospešijo evolucijo, ko so selekcijski pritiski visoki, prav tako bodo plazmidi povečali količino koristnih mutacij le če so te dominantne. Plazmidi vsebujejo tudi veliko genov, ki so za bakterijskega gostitelja nepomembni, kar omogoča zmanjšanje selektivni pritisk in tako ohranitev genetske raznolikosti v evolucijsko pomembnem časovnem okvirju. Pomembna pa je tudi zmožnost rekombinacije, ki jim omogoča sobivanje z bakterijami z zelo različnimi genomi. Razumevanje mehanizmov, ki omogočajo evolucijo plazmidov je ključno za razumevanje velike raznolikosti bakterij in ekološke prednosti prokariontov.

== Viri ==

1. Rodríguez-Beltrán, Jerónimo, Javier DelaFuente, Ricardo León-Sampedro, R. Craig MacLean, in Álvaro San Millán. „Beyond Horizontal Gene Transfer: The Role of Plasmids in Bacterial Evolution“. Nature Reviews Microbiology 19, št. 6 (junij 2021): 347–59. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00497-1.

2. Halleran, Andrew D., Emanuel Flores-Bautista, in Richard M. Murray. „Quantitative Characterization of Random Partitioning in the Evolution of Plasmid-Encoded Traits“, 31. marec 2019. https://doi.org/10.1101/594879.

3. „Ponavljajoča se zaporedja v genomu - Wiki FKKT“. Pridobljeno 3. maj 2024. https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Ponavljajo%C4%8Da_se_zaporedja_v_genomu.

4. Xu, Yuanyuan, in Zhanjun Li. „CRISPR-Cas systems: Overview, innovations and applications in human disease research and gene therapy“. Computational and Structural Biotechnology Journal 18 (8. september 2020): 2401–15. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2020.08.031.

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

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T16:38:13Z

Klara Kolenc:

== Uvod ==

Plazmidi imajo velik pomen v bakterijski ekologiji in evoluciji, saj omogočajo horizontalni prenos genov (HGT), kjer se genetske informacije prenašajo preko odnosov med nesorodnimi organizmi (transdukcija, transformacija, konjugacija, prenos z vezikli). Poleg tega da so plazmidi ključni prenašalci genskih informacij so za evolucijo pomembni tudi, ker je v celici več kopij, kar omogoča poliploidnost in je tako evolucija plazmidnih genov drugačna kot pri kromosomskih genih, kar oblikuje nenavadne koncepte v bakterijski genetiki, kot so genetska dominanca, heteroplazija in porazdelitveni odmik (celična delitev poteka neselektivno glede na plazmidne alele, zato lahko pride do izgube nekaterih genov).

== Lastnosti plazmida ==

Že od začetka so male genetske molekule med seboj tekmovale za samoreplikacijo in tako je evolucija vseh organizmov posledica soobstoja več genetsko različnih DNA molekul znotraj celice. Tukaj plazmidi, kot molekule, ki se delijo neodvisno od kromosomske DNA, izstopajo kot vodilo za horizontalni prenos genov (HGT) pri prokariontih. HGT je glavni faktor, ki poganja bakterijski evolucijo. HGT omogoča, da si taksonomsko različni organizmi delijo skupni genski sklad, kar briše meje med različnimi filogenetskimi družinami in pojasni zakaj se tesno povezani prokarionti razlikujejo v genih.

Plazmidi vsebujejo gene, ki jim zagotavljajo preživetje in prenos, ki so pogosto neugodni za gostitelja, imajo pa tudi pomembni vlogo pri prenosu pomembnih lastnosti znotraj in med različnimi bakterijskimi vrstami, kar pozitivno vpliva na gostitelja. Tako obstaja kompromis med parazitskim in vzajemnim načinom življenja plazmidov, kar otežuje razumevanje njihovega obstoja. Razumevanje dejavnikov, ki vplivajo na evolucijo plazmidov je zato ključna za razumevanje razvoja lastnosti plazmida, kot so odpornost na antibiotike in bakterijska nalezljivost (virulenca). Plazmidi kodirajo številne lastnosti, ki jim omogočajo preživetje in omogočajo prilagoditev gostitelja na okoljske pogoje v katerem živi. Medtem, ko nekateri plazmidi vsebujejo le gene, ki jim omogočajo preživetje, večina vsebujejo še dodatne gene, ki posledično omogočajo razgradnjo toksinov ali pa omogočajo nove metabolne zmogljivosti. Tukaj je pomemben pomen odpornosti na antibiotike, ki je tudi razlog za nekontrolirano širitev bakterijskih patogenov.

Kot vemo so plazmidi zelo raznoliki, razlikujejo se po velikosti, številu kopij, replikacijskih mehanizmih, mehanizmih prenosa, DNA topologiji (linearen, krožen), vrste genov, ki jih vsebujejo in drugo. Kljub njihovi raznolikosti pa jih lahko razdelimo v dve večji skupini, ki sta pomembni za evolucijo: plazmid z malo kopijami v celici (LCP), ki so po navadi večji in konjugativni (se lahko prenašajo iz ene bakterije v drugo) in plazmid z veliko kopijami v celici (HCP), ki so manjši in po navadi niso konjugativni, lahko pa se modificirajo preko konjugativnega aparata sosednjega plazmida. Ena od poglavitnih lastnosti plazmida je tudi da se nahajajo v več kopijah v celci, kar opišemo z PCN (Plasmid copy number). Ker plazmidi HCP niso konjugativni se zanašajo na visoko PCN, kar jim omogoča prenos skozi generacije in se s tem izognejo izgubi kot posledici porazdelitev plazmidov v hčerinske celice. Plazmidi nadzorujejo število kopij skozi rast, s pomočjo negativnih povratnih zank. Število plazmidov se pri bakterijah iz iste družine zelo razlikuje, kot posledica mutacij ali zunanjih pogojev.

Primer evolucije bakterij, kot posledice lastnosti napisane na plazmidu, so vodne bakterije, ki imajo sposobnost anoksigene fotosinteze, ker pa so te nekaj časa živele v simbiozi z bakterijami, ki imajo zmožnost sinteze esencialnih aminokislin in vitaminov pomembnih za njihovo delovanje, so se skozi evolucijo vodne bakterije spremenile iz prosto živečih organizmov v organizme, ki so odvisni od endosimbioze.

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

Zaradi večjega števila plazmidni geni običajno močneje vplivajo na izražanje genov kot kromosomski geni. To pogosto vodi do visokega izražanja genov na plazmidih, zato so plazmidi pogosto uporabljeni za proizvodnjo proteinov v velikih količinah. Visoka izraženost genov na plazmidih lahko omejuje horizontalni prenos genov, vendar pa v nekaterih primerih lahko to koristi.

Na primer, bakterije rodu Aureimonas imajo operon ribosomske RNA (rrn) naHCP. To omogoča hitro prilagajanje spreminjajočim se okoljskim pogojem z nenadnim povečanjem izražanja ribosomske RNA, kar pomaga obvladovati nihanja v naravnem okolju. Enako velja za gene, ki kodirajo odpornost na antibiotike, kot so β-laktamaze, ki so pogosto povezani z višjimi stopnjami odpornosti na plazmidih, kar omogoča napoved, katere gene lahko povežemo s plazmidom.

Podpopulacije bakterijskih celic z visokim številom plazmidov se lahko naključno pojavijo zaradi porazdelitve plazmidov in dinamike replikacije. Ta variabilnost v številu plazmidov znotraj populacije lahko privede do koristne fenotipske plastike, kot je bakterijska heterorezistenca, kjer nekatere podpopulacije kažejo večjo odpornost na antibiotike. Proizvodnja toksinov, ki uničujejo tekmujoče bakterije in so kodirani na plazmidih, se naključno sproži le v majhnem deležu celic, kjer ima variabilnost v številu plazmidov ključno vlogo.

Poleg tega imata mutacija in rekombinacija pomembno vlogo pri evoluciji genov za odpornost na antibiotike, ki so kodirani na plazmidih. Visoko število kopij plazmidnih genov ustvarja večjo tarčo za mutacije, kar omogoča hitrejšo prilagoditev in evolucijo novih biokemičnih aktivnosti. Rekombinacija prav tako prispeva k prilagodljivosti plazmidov z združevanjem različnih genetskih elementov.

Skupaj ti rezultati kažejo, da visoko število kopij plazmidnih genov ne le optimizira obstoječe lastnosti, ampak tudi olajša evolucijo novih aktivnosti, s čimer tesno povezuje povečanje genov in mutacijo kot ključna mehanizma bakterijske evolucije. Bakterijski plazmidi so nagnjeni k rekombinaciji iz več razlogov. Na primer, visoka gostota ponavljajočih se zaporedij na plazmidih ustvarja rekombinacijske točke, ki spodbujajo celovite izbrise in zajemanje novih genetskih elementov iz različnih virov (transponzoni).

Obrambni mehanizmi gostitelja nehote spodbujajo rekombinacijo plazmidov z ustvarjanjem dvojnih pretrganj DNA, ki jih bakterijske rekombinaze lahko popravijo. Nekateri plazmidi imajo celo specifične gene za takšno popravilo, kar kaže, da je rekombinacijsko izogibanje gostiteljskim obrambam pogosta strategija med plazmidi.

Rekombinacija je pomembna tudi pri evoluciji genov za odpornost na antibiotike. Lahko ustvari kimerične plazmide, ki združujejo gene za odpornost na antibiotike iz različnih plazmidov, kar povzroča večodpornostne replikone.

Rekombinacija vpliva tudi na evolucijo družin plazmidov, ki se prilagajajo različnim gostiteljem s kombiniranjem različnih genov. Na kratkih časovnih obdobjih se lahko plazmidi poenostavijo, ko vstopijo v novega gostitelja, kar zmanjšuje obremenitev. To nakazuje, da so plazmidi zaradi svoje vsebine genov, načinov replikacije in števila kopij še posebej nagnjeni k vključevanju v rekombinacijo, kar spodbuja njihovo evolucijo.

=== Porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.
Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija. Te celice vsebujejo tako imenovane heterozigotne plazmidne alele, medtem ko homoplazmidne celice vsebujejo homozigotne plazmidne alele.
Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa imata hčerinski celici skupaj enako število nemutiranih in mutiranih plazmidov kot pri popolni razdelitvi, a ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane celice druga pa ima vse plazmide nemutirane. Hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.
Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od plazmidov pričakovano, da stalno razporeja mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.
Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.
Ko se gen na kromosomu razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.
Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

Vse raziskave kažejo na to, da se plazmidi razvijajo drugače kot kromosomi. Po eni strani plazmidi generirajo večjo raznolikost kot bakterijski kromosom, kar omogoča nastanek posebnih mehanizmov, ki omogočajo njihov razvoj in hrambo genetskih informacij čez več generacij. Po drugi strani pa lahko pojavi kot so genetska dominanca, plazmidna interferenca in porazdelitveni odmik omejijo evolucijski potencial plazmidov. Tako se je postavilo vprašanje ali se plazmidi razmnožujejo hitreje kot bakterijski kromosom? Veliko dokazov kaže na to, da se. Med njimi so to, da plazmidi pospešijo evolucijo, ko so selekcijski pritiski visoki, prav tako bodo plazmidi povečali količino koristnih mutacij le če so te dominantne. Plazmidi vsebujejo tudi veliko genov, ki so za bakterijskega gostitelja nepomembni, kar omogoča zmanjšanje selektivni pritisk in tako ohranitev genetske raznolikosti v evolucijsko pomembnem časovnem okvirju. Pomembna pa je tudi zmožnost rekombinacije, ki jim omogoča sobivanje z bakterijami z zelo različnimi genomi. Razumevanje mehanizmov, ki omogočajo evolucijo plazmidov je ključno za razumevanje velike raznolikosti bakterij in ekološke prednosti prokariontov.

== Viri ==

1. Rodríguez-Beltrán, Jerónimo, Javier DelaFuente, Ricardo León-Sampedro, R. Craig MacLean, in Álvaro San Millán. „Beyond Horizontal Gene Transfer: The Role of Plasmids in Bacterial Evolution“. Nature Reviews Microbiology 19, št. 6 (junij 2021): 347–59. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00497-1.

2. Halleran, Andrew D., Emanuel Flores-Bautista, in Richard M. Murray. „Quantitative Characterization of Random Partitioning in the Evolution of Plasmid-Encoded Traits“, 31. marec 2019. https://doi.org/10.1101/594879.

3. „Ponavljajoča se zaporedja v genomu - Wiki FKKT“. Pridobljeno 3. maj 2024. https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Ponavljajo%C4%8Da_se_zaporedja_v_genomu.

4. Xu, Yuanyuan, in Zhanjun Li. „CRISPR-Cas systems: Overview, innovations and applications in human disease research and gene therapy“. Computational and Structural Biotechnology Journal 18 (8. september 2020): 2401–15. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2020.08.031.

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

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T16:17:15Z

Klara Kolenc:

== Uvod ==

Plazmidi imajo velik pomen v bakterijski ekologiji in evoluciji, saj omogočajo horizontalni prenos genov (HGT), kjer se genetske informacije prenašajo preko odnosov med nesorodnimi organizmi (transdukcija, transformacija, konjugacija, prenos z vezikli). Poleg tega da so plazmidi ključni prenašalci genskih informacij so za evolucijo pomembni tudi, ker je v celici več kopij, kar omogoča poliploidnost in je tako evolucija plazmidnih genov drugačna kot pri kromosomskih genih, kar oblikuje nenavadne koncepte v bakterijski genetiki, kot so genetska dominanca, heteroplazija in porazdelitveni odmik (celična delitev poteka neselektivno glede na plazmidne alele, zato lahko pride do izgube nekaterih genov).

== Lastnosti plazmida ==

Že od začetka so male genetske molekule med seboj tekmovale za samoreplikacijo in tako je evolucija vseh organizmov posledica soobstoja več genetsko različnih DNA molekul znotraj celice. Tukaj plazmidi, kot molekule, ki se delijo neodvisno od kromosomske DNA, izstopajo kot vodilo za horizontalni prenos genov (HGT) pri prokariontih. Plazmidi vsebujejo gene, ki jim zagotavljajo preživetje in prenos, ki so pogosto neugodni za gostitelja, imajo pa tudi pomembni vlogo pri prenosu pomembnih lastnosti znotraj in med različnimi bakterijskimi vrstami, kar pozitivno vpliva na gostitelja. Tako obstaja kompromis med parazitskim in vzajemnim načinom življenja plazmidov, kar otežuje razumevanje njihovega obstoja. Razumevanje dejavnikov, ki vplivajo na evolucijo plazmidov je zato ključna za razumevanje razvoja lastnosti plazmida, kot so odpornost na antibiotike in bakterijska nalezljivost (virulenca). Kot vemo so plazmidi zelo raznoliki, razlikujejo se po velikosti, številu kopij, replikacijskih mehanizmih, mehanizmih prenosa, DNA topologiji (linearen, krožen), vrste genov, ki jih vsebujejo in drugo. Kljub njihovi raznolikosti pa jih lahko razdelimo v dve večji skupini, ki sta pomembni za evolucijo: plazmid z malo kopijami v celici (LCP), ki so po navadi večji in konjugativni (se lahko prenašajo iz ene bakterije v drugo) in plazmid z veliko kopijami v celici (HCP), ki so manjši in po navadi niso konjugativni, lahko pa se modificirajo preko konjugativnega aparata sosednjega plazmida. Plazmidi kodirajo številne lastnosti, ki jim omogočajo preživetje in omogočajo prilagoditev gostitelja na okoljske pogoje v katerem živi. Medtem, ko nekateri plazmidi vsebujejo le gene, ki jim omogočajo preživetje, večina vsebujejo še dodatne gene, ki posledično omogočajo razgradnjo toksinov ali pa omogočajo nove metabolne zmogljivosti. Tukaj je pomemben pomen odpornosti na antibiotike, ki je tudi razlog za nekontrolirano širitev bakterijskih patogenov. HGT je glavni faktor, ki poganja bakterijski evolucijo. HGT omogoča, da si taksonomsko različni organizmi delijo skupni genski sklad, kar briše meje med različnimi filogenetskimi družinami in pojasni zakaj se tesno povezani prokarionti razlikujejo v genih. Ena od poglavitnih lastnosti plazmida je tudi da se nahajajo v več kopijah v celci, kar opišemo z PCN (Plasmid copy number). Ker plazmidi HCP niso konjugativni se zanašajo na visoko PCN, kar jim omogoča prenos skozi generacije in se s tem izognejo izgubi kot posledici porazdelitev plazmidov v hčerinske celice. Plazmidi nadzorujejo število kopij skozi rast, s pomočjo negativnih povratnih zank. Število plazmidov se pri bakterijah iz iste družine zelo razlikuje, kot posledica mutacij ali zunanjih pogojev.

Primer evolucije bakterij, kot posledice lastnosti napisane na plazmidu, so vodne bakterije, ki imajo sposobnost anoksigene fotosinteze, ker pa so te nekaj časa živele v simbiozi z bakterijami, ki imajo zmožnost sinteze esencialnih aminokislin in vitaminov pomembnih za njihovo delovanje, so se skozi evolucijo vodne bakterije spremenile iz prosto živečih organizmov v organizme, ki so odvisni od endosimbioze.

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

Zaradi večjega števila plazmidni geni običajno močneje vplivajo na izražanje genov kot kromosomski geni. To pogosto vodi do visokega izražanja genov na plazmidih, zato so plazmidi pogosto uporabljeni za proizvodnjo proteinov v velikih količinah. Visoka izraženost genov na plazmidih lahko omejuje horizontalni prenos genov, vendar pa v nekaterih primerih lahko to koristi.

Na primer, bakterije rodu Aureimonas imajo operon ribosomske RNA (rrn) naHCP. To omogoča hitro prilagajanje spreminjajočim se okoljskim pogojem z nenadnim povečanjem izražanja ribosomske RNA, kar pomaga obvladovati nihanja v naravnem okolju. Enako velja za gene, ki kodirajo odpornost na antibiotike, kot so β-laktamaze, ki so pogosto povezani z višjimi stopnjami odpornosti na plazmidih, kar omogoča napoved, katere gene lahko povežemo s plazmidom.

Podpopulacije bakterijskih celic z visokim številom plazmidov se lahko naključno pojavijo zaradi porazdelitve plazmidov in dinamike replikacije. Ta variabilnost v številu plazmidov znotraj populacije lahko privede do koristne fenotipske plastike, kot je bakterijska heterorezistenca, kjer nekatere podpopulacije kažejo večjo odpornost na antibiotike. Proizvodnja toksinov, ki uničujejo tekmujoče bakterije in so kodirani na plazmidih, se naključno sproži le v majhnem deležu celic, kjer ima variabilnost v številu plazmidov ključno vlogo.

Poleg tega imata mutacija in rekombinacija pomembno vlogo pri evoluciji genov za odpornost na antibiotike, ki so kodirani na plazmidih. Visoko število kopij plazmidnih genov ustvarja večjo tarčo za mutacije, kar omogoča hitrejšo prilagoditev in evolucijo novih biokemičnih aktivnosti. Rekombinacija prav tako prispeva k prilagodljivosti plazmidov z združevanjem različnih genetskih elementov.

Skupaj ti rezultati kažejo, da visoko število kopij plazmidnih genov ne le optimizira obstoječe lastnosti, ampak tudi olajša evolucijo novih aktivnosti, s čimer tesno povezuje povečanje genov in mutacijo kot ključna mehanizma bakterijske evolucije. Bakterijski plazmidi so nagnjeni k rekombinaciji iz več razlogov. Na primer, visoka gostota ponavljajočih se zaporedij na plazmidih ustvarja rekombinacijske točke, ki spodbujajo celovite izbrise in zajemanje novih genetskih elementov iz različnih virov (transponzoni).

Obrambni mehanizmi gostitelja nehote spodbujajo rekombinacijo plazmidov z ustvarjanjem dvojnih pretrganj DNA, ki jih bakterijske rekombinaze lahko popravijo. Nekateri plazmidi imajo celo specifične gene za takšno popravilo, kar kaže, da je rekombinacijsko izogibanje gostiteljskim obrambam pogosta strategija med plazmidi.

Rekombinacija je pomembna tudi pri evoluciji genov za odpornost na antibiotike. Lahko ustvari kimerične plazmide, ki združujejo gene za odpornost na antibiotike iz različnih plazmidov, kar povzroča večodpornostne replikone.

Rekombinacija vpliva tudi na evolucijo družin plazmidov, ki se prilagajajo različnim gostiteljem s kombiniranjem različnih genov. Na kratkih časovnih obdobjih se lahko plazmidi poenostavijo, ko vstopijo v novega gostitelja, kar zmanjšuje obremenitev. To nakazuje, da so plazmidi zaradi svoje vsebine genov, načinov replikacije in števila kopij še posebej nagnjeni k vključevanju v rekombinacijo, kar spodbuja njihovo evolucijo.

=== Porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.
Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija. Te celice vsebujejo tako imenovane heterozigotne plazmidne alele, medtem ko homoplazmidne celice vsebujejo homozigotne plazmidne alele.
Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa imata hčerinski celici skupaj enako število nemutiranih in mutiranih plazmidov kot pri popolni razdelitvi, a ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane celice druga pa ima vse plazmide nemutirane. Hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.
Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od plazmidov pričakovano, da stalno razporeja mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.
Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.
Ko se gen na kromosomu razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.
Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

Vse raziskave kažejo na to, da se plazmidi razvijajo drugače kot kromosomi. Po eni strani plazmidi generirajo večjo raznolikost kot bakterijski kromosom, kar omogoča nastanek posebnih mehanizmov, ki omogočajo njihov razvoj in hrambo genetskih informacij čez več generacij. Po drugi strani pa lahko pojavi kot so genetska dominanca, plazmidna interferenca in porazdelitveni odmik omejijo evolucijski potencial plazmidov. Tako se je postavilo vprašanje ali se plazmidi razmnožujejo hitreje kot bakterijski kromosom? Veliko dokazov kaže na to, da se. Med njimi so to, da plazmidi pospešijo evolucijo, ko so selekcijski pritiski visoki, prav tako bodo plazmidi povečali količino koristnih mutacij le če so te dominantne. Plazmidi vsebujejo tudi veliko genov, ki so za bakterijskega gostitelja nepomembni, kar omogoča zmanjšanje selektivni pritisk in tako ohranitev genetske raznolikosti v evolucijsko pomembnem časovnem okvirju. Pomembna pa je tudi zmožnost rekombinacije, ki jim omogoča sobivanje z bakterijami z zelo različnimi genomi. Razumevanje mehanizmov, ki omogočajo evolucijo plazmidov je ključno za razumevanje velike raznolikosti bakterij in ekološke prednosti prokariontov.

== Viri ==

1. Rodríguez-Beltrán, Jerónimo, Javier DelaFuente, Ricardo León-Sampedro, R. Craig MacLean, in Álvaro San Millán. „Beyond Horizontal Gene Transfer: The Role of Plasmids in Bacterial Evolution“. Nature Reviews Microbiology 19, št. 6 (junij 2021): 347–59. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00497-1.

2. Halleran, Andrew D., Emanuel Flores-Bautista, in Richard M. Murray. „Quantitative Characterization of Random Partitioning in the Evolution of Plasmid-Encoded Traits“, 31. marec 2019. https://doi.org/10.1101/594879.

3. „Ponavljajoča se zaporedja v genomu - Wiki FKKT“. Pridobljeno 3. maj 2024. https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Ponavljajo%C4%8Da_se_zaporedja_v_genomu.

4. Xu, Yuanyuan, in Zhanjun Li. „CRISPR-Cas systems: Overview, innovations and applications in human disease research and gene therapy“. Computational and Structural Biotechnology Journal 18 (8. september 2020): 2401–15. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2020.08.031.

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

Talk:Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-03T14:31:49Z

Klara Kolenc: Created page with "Klara Kolenc (Uvod, Lastnosti plazmida, Zaključek) Veronika Trobiš (Povečano izražanje genov) Teja Mohar (Porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca)"

Klara Kolenc (Uvod, Lastnosti plazmida, Zaključek)

Veronika Trobiš (Povečano izražanje genov)

Teja Mohar (Porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca)

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-03T14:30:07Z

Klara Kolenc: Created page with "== Uvod == Plazmidi imajo velik pomen v bakterijski ekologiji in evoluciji, saj omogočajo horizontalni prenos genov (HGT), kjer se genetske informacije prenašajo preko odnosov med nesorodnimi organizmi (transdukcija, transformacija, konjugacija, prenos z vezikli). Poleg tega da so plazmidi ključni prenašalci genskih informacij so za evolucijo pomembni tudi, ker je v celici več kopij, kar omogoča poliploidnost in je tako evolucija plazmidnih genov drugačna kot pri..."

== Uvod ==

Plazmidi imajo velik pomen v bakterijski ekologiji in evoluciji, saj omogočajo horizontalni prenos genov (HGT), kjer se genetske informacije prenašajo preko odnosov med nesorodnimi organizmi (transdukcija, transformacija, konjugacija, prenos z vezikli). Poleg tega da so plazmidi ključni prenašalci genskih informacij so za evolucijo pomembni tudi, ker je v celici več kopij, kar omogoča poliploidnost in je tako evolucija plazmidnih genov drugačna kot pri kromosomskih genih, kar oblikuje nenavadne koncepte v bakterijski genetiki, kot so genetska dominanca, heteroplazija in porazdelitveni odmik (celična delitev poteka neselektivno glede na plazmidne alele, zato lahko pride do izgube nekaterih genov).

== Lastnosti plazmida ==

Že od začetka so male genetske molekule med seboj tekmovale za samoreplikacijo in tako je evolucija vseh organizmov posledica soobstoja več genetsko različnih DNA molekul znotraj celice. Tukaj plazmidi, kot molekule, ki se delijo neodvisno od kromosomske DNA, izstopajo kot vodilo za horizontalni prenos genov (HGT) pri prokariontih. Plazmidi vsebujejo gene, ki jim zagotavljajo preživetje in prenos, ki so pogosto neugodni za gostitelja, imajo pa tudi pomembni vlogo pri prenosu pomembnih lastnosti znotraj in med različnimi bakterijskimi vrstami, kar pozitivno vpliva na gostitelja. Tako obstaja kompromis med parazitskim in vzajemnim načinom življenja plazmidov, kar otežuje razumevanje njihovega obstoja. Razumevanje dejavnikov, ki vplivajo na evolucijo plazmidov je zato ključna za razumevanje razvoja lastnosti plazmida, kot so odpornost na antibiotike in bakterijska nalezljivost (virulenca). Kot vemo so plazmidi zelo raznoliki, razlikujejo se po velikosti, številu kopij, replikacijskih mehanizmih, mehanizmih prenosa, DNA topologiji (linearen, krožen), vrste genov, ki jih vsebujejo in drugo. Kljub njihovi raznolikosti pa jih lahko razdelimo v dve večji skupini, ki sta pomembni za evolucijo: plazmid z malo kopijami v celici (LCP), ki so po navadi večji in konjugativni (se lahko prenašajo iz ene bakterije v drugo) in plazmid z veliko kopijami v celici (HCP), ki so manjši in po navadi niso konjugativni, lahko pa se modificirajo preko konjugativnega aparata sosednjega plazmida. Plazmidi kodirajo številne lastnosti, ki jim omogočajo preživetje in omogočajo prilagoditev gostitelja na okoljske pogoje v katerem živi. Medtem, ko nekateri plazmidi vsebujejo le gene, ki jim omogočajo preživetje, večina vsebujejo še dodatne gene, ki posledično omogočajo razgradnjo toksinov ali pa omogočajo nove metabolne zmogljivosti. Tukaj je pomemben pomen odpornosti na antibiotike, ki je tudi razlog za nekontrolirano širitev bakterijskih patogenov. HGT je glavni faktor, ki poganja bakterijski evolucijo. HGT omogoča, da si taksonomsko različni organizmi delijo skupni genski sklad, kar briše meje med različnimi filogenetskimi družinami in pojasni zakaj se tesno povezani prokarionti razlikujejo v genih. Ena od poglavitnih lastnosti plazmida je tudi da se nahajajo v več kopijah v celci, kar opišemo z PCN (Plasmid copy number). Ker plazmidi HCP niso konjugativni se zanašajo na visoko PCN, kar jim omogoča prenos skozi generacije in se s tem izognejo izgubi kot posledici porazdelitev plazmidov v hčerinske celice. Plazmidi nadzorujejo število kopij skozi rast, s pomočjo negativnih povratnih zank. Število plazmidov se pri bakterijah iz iste družine zelo razlikuje, kot posledica mutacij ali zunanjih pogojev.

Primer evolucije bakterij, kot posledice lastnosti napisane na plazmidu, so vodne bakterije, ki imajo sposobnost anoksigene fotosinteze, ker pa so te nekaj časa živele v simbiozi z bakterijami, ki imajo zmožnost sinteze esencialnih aminokislin in vitaminov pomembnih za njihovo delovanje, so se skozi evolucijo vodne bakterije spremenile iz prosto živečih organizmov v organizme, ki so odvisni od endosimbioze.

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

=== Porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.
Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija. Te celice vsebujejo tako imenovane heterozigotne plazmidne alele, medtem ko homoplazmidne celice vsebujejo homozigotne plazmidne alele.
Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa imata hčerinski celici skupaj enako število nemutiranih in mutiranih plazmidov kot pri popolni razdelitvi, a ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane celice druga pa ima vse plazmide nemutirane. Hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.
Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od plazmidov pričakovano, da stalno razporeja mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.
Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.
Ko se gen na kromosomu razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.
Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

Vse raziskave kažejo na to, da se plazmidi razvijajo drugače kot kromosomi. Po eni strani plazmidi generirajo večjo raznolikost kot bakterijski kromosom, kar omogoča nastanek posebnih mehanizmov, ki omogočajo njihov razvoj in hrambo genetskih informacij čez več generacij. Po drugi strani pa lahko pojavi kot so genetska dominanca, plazmidna interferenca in porazdelitveni odmik omejijo evolucijski potencial plazmidov. Tako se je postavilo vprašanje ali se plazmidi razmnožujejo hitreje kot bakterijski kromosom? Veliko dokazov kaže na to, da se. Med njimi so to, da plazmidi pospešijo evolucijo, ko so selekcijski pritiski visoki, prav tako bodo plazmidi povečali količino koristnih mutacij le če so te dominantne. Plazmidi vsebujejo tudi veliko genov, ki so za bakterijskega gostitelja nepomembni, kar omogoča zmanjšanje selektivni pritisk in tako ohranitev genetske raznolikosti v evolucijsko pomembnem časovnem okvirju. Pomembna pa je tudi zmožnost rekombinacije, ki jim omogoča sobivanje z bakterijami z zelo različnimi genomi. Razumevanje mehanizmov, ki omogočajo evolucijo plazmidov je ključno za razumevanje velike raznolikosti bakterij in ekološke prednosti prokariontov.

== Viri ==

1. Rodríguez-Beltrán, Jerónimo, Javier DelaFuente, Ricardo León-Sampedro, R. Craig MacLean, in Álvaro San Millán. „Beyond Horizontal Gene Transfer: The Role of Plasmids in Bacterial Evolution“. Nature Reviews Microbiology 19, št. 6 (junij 2021): 347–59. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00497-1.

2. Halleran, Andrew D., Emanuel Flores-Bautista, in Richard M. Murray. „Quantitative Characterization of Random Partitioning in the Evolution of Plasmid-Encoded Traits“, 31. marec 2019. https://doi.org/10.1101/594879.

3. „Ponavljajoča se zaporedja v genomu - Wiki FKKT“. Pridobljeno 3. maj 2024. https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Ponavljajo%C4%8Da_se_zaporedja_v_genomu.

4. Xu, Yuanyuan, in Zhanjun Li. „CRISPR-Cas systems: Overview, innovations and applications in human disease research and gene therapy“. Computational and Structural Biotechnology Journal 18 (8. september 2020): 2401–15. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2020.08.031.

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

Molekularna biologija plazmidov

2024-05-03T14:20:48Z

Klara Kolenc:

Seminarji pri Molekularni biologiji v študijskem letu 2023/24 obravnavajo plazmide, ki jih sicer biokemiki poznamo predvsem kot vektorje v DNA-tehnologiji. Pregledali bomo njihovo klasifikacijo, načine podvojevanja in razporejanja v hčerinske celice, njihov prenos s konjugacijo, pomen pri širjenju odpornosti proti antibiotikom. Na koncu si bomo ogledali še nekaj primerov uporabe plazmidov na različnih biotehnoloških in medicinskih področjih. Okvirni naslovi tem so navedeni na spodnjem seznamu.

Vse teme temeljijo na preglednih člankih, kar pomeni, da obravnavajo zaključene teme, na katerih je bilo opravljenega že veliko dela. Zato praviloma vsako temo obdelajo po trije študenti. Vsaka skupina mora pripraviti povzetek seminarja z vsaj 1200 besedami in ne več kot 1800 besedami in ga objaviti na tem wikiju. Povzetek ne vsebuje slikovnega gradiva, lahko pa vključuje povezave do slik in videov na spletu. Navedite do 5 ključnih virov (ti ne štejejo v vsoto 1200–1800 besed), ki ste jih uporabili. Če izjemoma seminar pripravita dva študenta, je obseg povzetka 1000-1500 besed, če je študent sam, pa 800-1200 besed.

Vsaka skupina mora objaviti povzetek seminarja na wikiju najkasneje 24 h pred predstavitvijo svojega seminarja. Kateri del povzetka je napisal kdo, navedite v zavihku 'discussion'. Predstavitev naj bo dolga 15–20 minut, temu pa bo sledila razprava (pribl. 5 minut). Vsak član skupine mora predstaviti en del seminarja, pri čemer mora biti delo enakomerno razdeljeno med vse. Osredotočite se na osnovno temo, ki ste si jo izbrali, in vključite le malo splošnega uvoda, kjer je mogoče pa izpostavite ključne razlike v procesih med bakterijami, evkarionti in arhejami. Če seminar predstavljata dva študenta, imata na voljo 12-15 minut, če je študent sam, pa 8-10 minut.

Seminarske predstavitve bodo potekale med 24. aprilom in 15. majem 2024. V tem času ne bo klasičnih predavanj, torej bodo tako ponedeljkovi kot sredini termini namenjeni seminarjem.

Vsebina seminarjev je izpitna snov. Iz teme seminarjev je ~10 % vprašanj na izpitu (oz. ~10 % točk dobite za odgovore iz snovi seminarjev).

Razdelitev seminarjev je potekala v okolju Google Drive, kjer so (bile) navedene povezave do izhodiščnih člankov, s katerimi lahko začnete iskanje literature. Večinoma navedeni viri ne zadoščajo, da bi pripravili kvaliteten 15-minutni seminar, zato boste morali pregledati tudi nekaj primarnih virov (raziskovalnih člankov), ki jih boste poiskali sami oz. jih boste našli citirane v preglednih člankih. Vaši seminarji naj se osredotočijo na osnovno temo iz naslova in naj nimajo dolgih splošnih uvodov. Seminarji si bodo namreč sledili dokaj hitro en za drugim, tako da boste osnove hitro osvojili in jih ni treba ponavljati.

Ko boste pripravljali povzetek, naslov teme na spodnjem seznamu povežite z novo wiki stranjo, ki bo vsebovala povzetek. Na koncu besedila povzetka (pod viri) v novo vrstico dodajte oznako: <nowiki>[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]</nowiki>. Primer, kako so bili urejeni seminarji v prejšnjih letih, si lahko ogledate na strani [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Molekularna_biologija_koronavirusov Molekularna biologija koronavirusov (2020/21)].

Seznam tem in referenti:

24. april: 
# [[Klasifikacija plazmidov]] (Jan Hvalec, Tjaša Lešnik, Nika Makuc) 
# [[Replikacija plazmidov po mehanizmu téta]] (Nika Janc, Špela Puhov, Lara Ferjančič) 
# [[Replikacija plazmidov po principu kotalečega se kroga]] (Tinkara Robek, Lara Pajnhart, Tina Kosovel) 

6. maj: 
# Interakcije plazmid - kromosom
# Razporejanje plazmidov v hčerinski celici
# Prenos plazmidov s konjugacijo med gramnegativnimi bakterijami
# [[Konjugacijski prenos plazmidov pri bakteriji Bacillus subtilis]] (Mark Frantar, Simon Kristl, Andraž Snedec) 
# Modeli konjugacije med črevesnimi bakterijami

8. maj: 
# [[Širjenje odpornosti proti antibiotikom med talnimi bakterijami]] (Debora Kociper, Uma Jordan Ferbežar, Dan Kolnik) 
# [[Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji]] (Klara Kolenc, Veronika Trobiš, Teja Mohar) 
# Pomen plazmida Ti za patogenost agrobakterij

13. maj: 
# [[Vloga plazmidov pri virulenčnosti klamidij]] (Nik Matek, Mark Varlamov, Anže Perc) 
# Kriptični plazmidi v človeških prebavilih
# Vloga plazmidov pri kvarjenju piva, ki ga povzročajo mlečne bakterije
# Plazmidna DNA pri zdravljenju tumorjev
# Plazmidni replikoni v farmacevtski industriji

15. maj: 
# Atipična sistema segregacije pri plazmidih z nizkim številom kopij

BIO2 Povzetki seminarjev 2023

2024-01-02T14:55:19Z

Klara Kolenc: /* POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2023/24 */

= POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2023/24 =
==Anja Kokol - Pomen kompertmentalizirane signalizacije v membranskih raftih pri razvoju raka==
Raziskovanje lipidnih raftov, membranskih domen, bogatih s holesterolom in sfingolipidi, je izboljšalo razumevanje celične membrane pri signalni transdukciji. Te sortirne platforme igrajo ključno vlogo pri kompartmentalizaciji signalnih poti in s tem spodbujajo ali zavirajo preživetje, smrt in metastazo tumorskih celic. Transformirane celice vsebujejo višjo raven znotrajceličnega holesterola in s tem posledično več membranskih raftov. Rafti so, zraven prenosa signalov, pomembni za aktivacijo receptorjev, endocitozo, znotrajcelični promet in organizacijo z lipidi in proteini. V obliki lipidnih lupin zagotavljajo proteinom, ki so jih tako ločili od ostalih, primerno mikrookolje in s pomočjo takšnega mehanizma vklopijo ali izklopijo določene poti prenosa signala. Na celične procese pomembno vpliva asimetrija holesterola v plazemski membrani, ki se vzdržuje z aktivnim transportom holesterola iz notranjega v zunanji del. Zaradi prenosa signala po lipidnih raftih lahko pride do prekomerne ekspresije in aktivacije številnih poti in sistemov rastnih faktorjev, kar pripomore k razvoju tumorja. Eden od njih je tudi aktivator signalne poti PI3K/AKT, ki je pomemben udeleženec pri nastanku raka. Značilnost sesalskih celic je prisotnost receptorjev smrti na njihovi površini. Ti zagotavljajo sposobnost apoptoze. Ligandi receptorjev smrti sprožijo značilno signalizacijo preko oligomerizacije receptorjev, kar posledično povzroči rekrutiranje specializiranih adapterskih proteinov znotraj lipidnih raftov. S preučevanjem membranskih raftov se je rodil tudi koncept CASMER, s pomočjo katerega se je razvila nova ideja zdravljenja raka.

==Vid Kozel - Vloga onkogenov in tumor zavirajočih genov pri razvoju raka==
Onkogeni kodirajo okvarjene proteine ter s tem povzročajo tumorje. Nastanejo iz spremenjenih proto-onkogenov. Za naše zdravje so zelo nevarni, saj spodbujajo delovanje procesov, ki vodijo do raka. Aktivirajo se zaradi genetske spremembe proto-onkogenov, najpogosteje do tega pride zaradi točkovnih mutacij; mutacije z večjo funkcionalnostjo, kromosomske translokacije, virusna integracija, epigenetske spremembe, spremembe regulatornih proteinov. Tumor zavirajoči geni ali tumorski supresorji tvorijo regulatorne proteine, ki preprečujejo delitev rakavih celic ter spodbujajo popravljanje DNA. Aktivirajo se s transkripcijsko aktivacijo, posttranslacijskimi modifikacijami ali interakcijami med proteini. Njihova glavna naloga je vzdrževanje genoma, prav tako pa preprečujejo nenadzorovano rast celic.
Pot RAS-RAF-MEK-ERK je signalna pot onkogenov, ki ima vlogo pri rasti, delitvi, preživetju in diferenciaciji celic. Njena nenormalna aktivacija lahko povzroči nastanek tumorjev. Pot se začne z aktivacijo RAS, do katere pride zaradi zunajceličnih signalov. RAS potem aktivira še RAF in sproži kaskado fosforilacije. Nato se aktivira MEK, ki sproži dvojno fosforilacijo in aktivira ERK, aktivacija le-te pa vodi do razmnoževanja, preživetja ali diferenciacije celic.
TP53 je gen, ki kodira tumor supresorski protein p53, ta pa zatira tumorje. Na poškodbe DNA odgovarja tako, da ustavi celični cikel ter nato popravi DNA, sproži apoptozo ali pa senescenco. Njegovo delovanje inhibira MDM2, ki ga lahko dodatno stabilizira MDM4. Ob mutacijah na TP53, ter posledično na P53, ta izgubi sposobnost obrambe proti tumorjem.
Z ugotavljanjem mutacij onkogenov/tumorskih supresorjev, ali s tem da ti služijo kot biomarkerji, lahko zdravniki napovejo verjetno napredovanje raka ter izberejo ustrezno zdravljenje.

==Nina Majerle - Z G-proteini sklopljeni vzorčno prepoznavni receptorji izraženi v nevtrofilcih==
Nevtrofilci so najpogostejši levkociti v človeški krvi in so ključnega pomena za pravilno delovanje imunskega sistema. Na površini izražajo različne receptorje, ki prepoznavajo molekulske vzorce tipične za patogene organizme in za poškodovane gostiteljske celice. Ti receptorji so ključnega pomena za delovanje nevtrofilcev, saj jim omogočajo regulacijo vnetnega odziva, diferenciacijo, priklic drugih celic imunskega sistema in fagocitozo. Mnogi od teh receptorjev pripadajo družini z G-proteini sklopljenih receptorjev. GPCR-ji imajo značilno strukturo sedmih α-vijačnic, prenos signala prek GPCR-jev pa največkrat poteka preko heterotrimernih G-proteinov. Seminarska naloga obravnava tako splošne značilnosti GPCR-jev, kot tudi podrobneje opiše mehanizme delovanja in funkcije nekaterih bolj znanih GPCR-jev izraženih na membranah nevtrofilcev, ki delujejo po principu vzorčnega prepoznavanja: družina formil peptidnih receptorjev (FPRs), purinergični receptor P2Y2R in dva člana družine receptorjev prostih maščobnih kislin FFA2R in GPR84. Poleg tega prek relevantnih primerov razlaga nekatere ključne pojme in koncepte v biokemiji kot so ortosterično vezavno mesto, alosterični receptorski modulatorji, vzorčno prepoznavanje, homologna in heterologna desenzibilizacija, receptorska transaktivacija, funkcionalna selektivnost in pa tudi pojme, ki se nanašajo na same nevtrofilce kot sta kemotaksija in primiranje. Na koncu se seminarska naloga naveže še na uporabnost poznavanja strukture in delovanja GPCR-jev izraženih v nevtrofilcih pri zdravljenju različnih imunskih obolenj.

==Jakob Urh Veler - Gvanilil ciklaze kot ključni receptorji in encimi pri celični biosignalizaciji==
Družina proteinov gvanilat ciklaze/gvanilil ciklaze (GC) v svoji katalitični domeni ciklizirajo GTP v cGMP. Ciklični GMP je sekundarni sporočevalec. Z nadaljno kaskado vpliva na protein kinaze (cGK), fosfodiesteraze (PDE) in ionske kanalčke (CNG). So pomembne za pravilno delovanje več organskih sistemov. Glede na strukturne, funkcionalne in regulatorne značilnosti GC delimo na membranske (mGC/pGC) in topne (sGC) oblike. Poznamo tipične in atipične sGC. Po priporočeni nomenklaturi poznamo 7 tipov mGC: MG-A, MG-B, MG-C, MG-D, MG-E, MG-F in MG-G. Vlogo encima in receptorja opravljajo topne gvanilil ciklaze v citosolu in membranske na celični membrani. Aktivirane so lahko tudi z endogenim NO, O2, HCO3-, natriuretskimi hormoni in s Ca2+-vezanimi proteini. V nadaljevanju podrobneje opisana aktivacija sGC z NO ter aktivacija GC-A z atrijskim natriuretskim hormonom (ANF). Z manipulacijo genov za zapis gvanilil ciklaz so odkrili njihove vloge v celicah in pomen specifičnih domen. Z različno stopnjo izražanja izoencimov je v celicah visoka diverziteta GC, zato je to mrežo signalizacije brez in vivo opazovanja zahtevno raziskovati. Približno 60 let že raziskujejo gvanilil ciklaze. Razumevanje te signalne poti je ključnega pomena za zdravljenje določenih bolezenskih stanj, saj imajo zdravila več tarčnih mest za delovanje.

==Domen Trontelj - G protein sklopljeni receptorji v fiziologiji okusa in farmakologiji==
G protein sklopljeni receptorji (GPCR), predstavljajo največjo družino receptorjev pri sesalcih in so ključni za uravnavanje večine fizioloških funkcij. Poleg posredovanja pri zaznavi vonja in vida, so prav tako prenašalci signala treh osnovnih okusov- sladko, umami in grenko, prav tako pa so ključnega pomena pri zaznavanju okusa kokumi. Nahajajo se v specializiranih okuševalnih celicah (TRC) znotraj brbončic. Tip I okuševalnih GPCR-jev (TAS1R) so heterodimerni kompleksi, ki skužijo kot receptorji za sladko (TAS1R2/TAS1R3) ali umami (TAS1R1/TAS1R3) okus, medtem ko Tip II obsega monomerne receptorje za grenak okus ali pa kokumi/kalcijeve receptorje.
Receptorji za sladko, umami in kokumi delijo strukturne podobnosti, saj vsebujejo več mest za vezavo agonistov z izrazito selektivnostjo, medtem ko večina grenkih receptorjev vsebuje le eno vezavno mesto, ki neselektivno sprejme veliko različnih ligandov. Vezava agonistov na receptor aktivira sekundarnih prenašalce, kar privede do vdora kalcija, to vodi do depolarizacije celice in na koncu sprostitve nevrotransmiterja.
Kljub nedavnim napredkom na področju raziskav konformacijskih sprememb, potrebnih za aktivacijo receptorja, ostaja še veliko nerešenih. V zadnjih letih so različni pristopi, ki združujejo heterologno izražanje, mutagenezo, homologno modeliranje in knockout študije na miših, skupaj ponudili vpogled v strukturo in pozicijo vezavnih mest za ligande in mehanizme ortosterične in alosterične modulacije.

==Karin Kunstelj - Potencialne terapije zdravljenja akutne mielonične levkemije najdene prav v metabolizmu celic kostnega mozga in njegovega mikrookolja==
Izogibanje detekciji in odgovoru imunskega odziva sodi med glavne težave levkemije poleg neuspešne imunoterapije. Burne poti mikrookolja so v ozadju odgovora tako rakavih kot zdravil celic, problem pa se pojavi, ko rakave celice prevzamejo vodilno vlogo metabolizmov in nadzorujejo reakcije sebi v prid. Mednje spadata tudi produkcija energije in izogibanje detekciji in pa odgovoru imunskih celic. Novo možnost terapije bi potemtakem lahko predstavljalo ciljanje povezav med mikrookoljem kostnega mozga in levkemičnimi celicami. V seminarju je podrobno opisano mikrookolje kostnega mozga, pomembne metabolične poti ogljikovih hidratov, aminokislin in maščobnih kislin. Opisani so tudi procesi levkemičnih celic, ki zdravljenju povzročajo težave in neuspešnost. Prav tako opozori na nove potencialne terapije zdravljenja akutne mielonične levkemije. Svoj fokus orientirajo in najdejo prav v mikrookolju kostnega mozga in problematičnih levkemičnih celic. Metabolizem levkemičnih celic, ki povzroča obolenja in preglavice tako obrne v svoj prid. Na koncu pa še poudari na pomembnost dodatnih raziskav in študij zaradi nedovršenih, premalo eksaktnih in pa preveč nasprotujočih-si rezultatov.

==Tonja Oman Sušnik - Metabolizem glukoze, senescenca živčnih celic in Alzheimerjeva bolezen==
Alzheimerjeva bolezen je nevrodegenerativna bolezen z visoko pojavnostjo predvsem med starejšimi. Pri njej sčasoma pride do upada miselnih sposobnosti in razvoja drugih psiholoških motenj. Njen razvoj je sicer že precej dobro raziskan, a zdravila, ki bi v celoti odpravil škodo storjeno na možganih, še ne poznamo. Tekom same bolezni se prepleta mnogo simptomov, ki so odvisni eden od drugega. To so med drugimi inzulinska rezistenca, celična senescenca, nevroinflamacija, nalaganje proteinskih plakov in oslabljen metabolizem glukoze. Najpomembnejša pri tem je celična senescenca, ki je v močni povezavi s staranjem. Ta napade tako živčne celice kot tudi glialne celice in povzroči nalaganje proteinov ter oslabljeno energijsko proizvodnjo celice. Slabša energetska preskrbljenost, kar je za nevrone izredno nevarno in se odraža v njihovem slabšem delovanju ter zmanjšani sinaptični plastičnosti, pa je tudi posledica zmanjšanega prevzema glukoze. Z boleznijo se število glukoznih transporterjev zmanjšuje, veča pa se inzulinska rezistenca. Nevroni zato ne sprejmejo dovolj glukoze za proizvodnjo ATP. Kako bi samo znanje o teh fizioloških okvarah prenesli na zdravljenje, še ni znano, a na to temo poteka mnogo tekočih raziskav. Najbolj ugodno bi bilo odstranjevanje senescentih celic, neposredno targetiranje glukoznega metabolizma ali razbijanje proteinskih plakov. Pozitivne rezultate dajejo tudi raziskave, kjer so opazovali odzivnost metabolizma glukoze na srednje intenzivno vadbo. Ta se je že pri enkrat tedenski vadbi močno izboljšal, napredovanje bolezni pa skoraj popolnoma zaustavilo.

==Jan Hvalec - Uravnavanje metabolizma endotelijskih in imunskih celic==
Endotelijske celice gradijo notranjo površino žil. Njihova funkcija je tesno povezana z ohranjanjem homeostaze tkiv, regulacijo krvnega pretoka in angiogeneze. Za opravljanje svoje naloge imajo prilagojen metabolizem z znižano stopnjo oksidativne fosforilacije in pospešeno glikolizo. Angiogeneza temelji na kolektivni migraciji endotelijskih celic, pri čemer konične celice usmerjajo poganjek, medtem ko ga stebelne celice podaljšujejo s proliferacijo. Rast žil se začne z razgradnjo bazalne membrane in izbiro konične celice pod vplivom vaskularnega endotelijskega faktorja (VEGF) in inducibilnega faktorja hipoksije (HIF), ki ju sproščajo telesne celice v hipoksičnih pogojih. Vlogo konične celice prevzame celica s hitrejšo energetsko proizvodnjo. Ker VEGF in HIF pospešita izražanje encima PFKFB3, ki pospešuje glikolizo, so ravni PFKFB3 višje v konici kot v steblu poganjka. Druga vrsta celic, ki glede na diferenciacijo prilagodi svoj metabolizem, so celice imunskega sistema. T-celice pomagalke in citotoksične celice se zanašajo na glikolizo in presnovo glutamina za tvorbo potrebne količine energije. Medtem ko se M1 makrofagi tudi zanašajo na glikolizo, je vloga metabolne poti drugačna, saj jo prednostno uporabljajo za vzdrževanje polnega stanja delovanja (razgradnjo fagocitiranih delcev). Nasprotno se spominske in regulatorne T-celice zanašajo na oksidacijo maščobnih kislin za učinkovitejšo proizvodnjo ATP, oksidativno fosforilacijo pa uporabljajo za vzdrževanje učinkovitega dolgoročnega delovanja.

==Mark Frantar - Energetika možganov in nevrodegenerativne bolezni==
Možgani so zaradi številnih funkcij, kot so vzdrževanje membranskega potenciala, recikliranje živčnih prenašalcev ter prenašanje signalov, energijsko izjemno zahteven organ. Za delovanje stalno potrebujejo energijo v obliki ATP, ki jo večinoma dobijo iz glukoze z oksidativno fosforilacijo, nekaj pa iz aerobne glikolize v citoplazmi. Za dostavljanje virov energije do nevronov skrbi nevrovaskularna enota, sestavljena iz endotelijskih celic kapilar, astrocitov ter nevronov. Nevroni lahko za vir energije uporabijo tudi ketone ali laktat, ki se proizvede v astrocitih s pretvorbo piruvata z laktat dehidrogenazo, nato pa je transportiran v nevrone skozi monokarboksilatne transporterje (MCT). Pri nevrodegenerativnih boleznih (NDB) pride do okvare metabolizma v možganih, najpogosteje do hipometabolizma glukoze. To vodi v stalno pomanjkanje energije, ki povzroči propad nevronskih celic, nabiranje agregatov nevrotoksičnih proteinov in disfunkcijo mitohondrijev, to pa še nadaljnje okvari metabolizem. Za upočasnjevanje napredovanja NDB obstaha več terapij in zdravil, a jih večina še ni dovolj testirana. Zdravila podpirajo mitohondrijske funkcije, izboljšujejo inzulinsko senzitivnost, zmanjšujejo inflamacijo, ipd. Uporabljajo se tudi ketonski prehranski dodatki ali ketogena dieta, saj gre pri NDB lahko le za okvaro metabolizma glukoze, medtem ko je metabolizem ketonov normalen. Optimizacija energetike možganov je torej temeljnega pomena pri NDB in bi morala biti prvi korak pri poskusih zakasnitve pojava in napredovanja NDB.

==Uma Jordan Ferbežar - Mnogi obrazi piruvat kinaze M2: Poudarek na vlogi pri vnetnih procesih==
Piruvat kinaza je encim, ki katalizira zadnji korak glikolize, v katerem nastaneta ATP in piruvat. Obstaja v štirih različnih izoformih, ki se nahajajo v različnih tkivih, vsi pa imajo katalitično vlogo. Izoform PKM2 je edini, ki se pojavlja v različnih konformacijah, in sicer dveh tetramernih (aktivna R-oblika in neaktivna T-oblika) ter dimerni in monomerni. Prehod med tetramerno in dimerno obliko je izjemno dinamičen in odvisen od okoliščin ter potreb celice, nadzorujejo pa ga številni regulatorji. Aktivna tetramerna oblika sodeluje v glikolizi, medtem ko ima dimerna oblika drugačne vloge - lahko se, na primer, premakne v jedro, kjer nadzoruje izražanje genov ter regulacijo različnih prepisovalnih faktorjev. Dimerno obliko opazimo tudi pri rakavih in imunskih celicah, kjer sodeluje pri spremembi metabolizma iz oksidativne fosforilacije v aerobno glikolizo, kar celicam ob povečani porabi glukoze omogoča zadostno količino ATP ter prekurzorjev za sintezo potrebnih makromolekul, kot so lipidi in proteini. PKM2 v povečanih količinah najdemo pri bolnikih z različnimi vnetnimi obolenji, kot je na primer revmatoidni artritis. Deluje tako na celice prirojenega in pridobljenega imunskega sistema, in sicer predvsem s povečevanjem količine proinflamatornih citokinov preko uravnavanja njihovega izražanja, sodeluje pa tudi pri diferenciaciji T celic in njihovi komunikaciji. Zaradi številnih načinov regulacije predstavlja dobro tarčo za zdravljenje vnetnih obolenj.

==Tinkara Robek - Signalizacija cikla: Intermediati cikla citronske kisline v vlogi miometabokinov==
Cikel citronske kisline predstavlja temelj katabolnih procesov za pridobivanje energetsko bogatih molekul v sklopu metabolizma v živih bitjih. Je ključen korak pri predelavi z ogljikom bogatih spojin pri pridobivanju ATP-molekul. Intermediati cikla so poleg členov cikla in izhodnih spojin za sintezo drugih biološko pomembnih molekul tudi pomembne signalne molekule. Med drugim spadajo med miometabokine; majhne molekule iz skupine citokinov, ki jih izločajo miocite in regulirajo komunikacijo med različnimi tipi tkiv. V večji meri se iz mišičnh celic izločajo v krvni obtok v akutni fazi intenzivnejše fizične aktivnosti in nato opravljajo specifične signalne funkcije v različnih tkivih in s tem vplivajo na potek vnetnih procesov v organizmu in izražanje proteinov. Njihovo funkcionalnost se lahko opredeli kot avtokrino, endokrino in parakrino. Delujejo s pomočjo njim specifičnim transporterjev in se po opravljeni nalogi v večini transportirajo po krvnem obtoku do jeter, kjer se razgradijo. Do sedaj je bilo odkritih in raziskanih največ funkcij citrata in sukcinata, v ospredje pa stopa tudi alfa ketoglutarat, predvsem s svojimi antioksidativnimi učinki. Obsegajo relativno novo področje fiziologije, zaradi česar je potrebno nadaljevati z raziskovanjem značilnosti in vplivov teh molekul za potrditev domnev.

==Nika Makuc - Glutamat-oksaloacetat transaminaza kot terapevtska tarča za zdravljenje ishemične možganske kapi==
Ishemična možganska kap predstavlja večino primerov možganske kapi, do katere pride zaradi zapore krvnih žil. Metode zdravljenja ishemične možganske kapi vključujejo trombolitično zdravljenje, ki pa se uporablja v omejenem obsegu in le pri manj kot 10 % vseh bolnikov z možgansko kapjo. Glutamat je aminokislina, ki ima v osrednjem živčevju funkcijo najpogostejšega vzdražnega nevrotransmiterja, v patoloških razmerah pa deluje kot močan nevrotoksin. Povišan zunajcelični glutamat ima osrednjo vlogo pri poškodbah možganov, do katerih pride zaradi ishemične možganske kapi. Novo terapevtsko tarčo pri zaščiti pred to vrsto poškodb pa predstavlja encim glutamat-oksaloacetat transaminaza (GOT), ki med ishemično možgansko kapjo zniža raven glutamata na mestu kapi. Pri presnovi glutamata s pomočjo GOT v možganskem tkivu nastajajo tudi vmesni produkti cikla citronske kisline. GOT torej lahko med ishemično možgansko kapjo omogoči, da se sicer ekscitotoksični glutamat pretvori v življenjsko pomembne vmesne produkte cikla citronske kisline. Opravljenih je bilo že več študij, ki so se osredotočale na zaščito nevronov z zmanjšanjem glutamata pri ishemični kapi, a so bile v praksi neuspešne. Sistemsko dajanje oksaloacetata predstavlja novo strategijo za zmanjšanje škodljivega učinka glutamata v možganskem tkivu po ishemični kapi. Učinek oksaloacetata namreč temelji predvsem na sposobnosti te molekule, da zmanjša raven glutamata v možganih in krvi zaradi aktivacije encima GOT.

==Brina Klinar - Vloga citrat transportnega proteina in citrata v celičnih procesih==
Citrat transportni protein (CTP) je transportni protein družine transmembranskih prenašalcev SCL25, ki se nahaja v notranji membrani mitohondrija. Njegova primarna vloga je import citrata v mitohondij ali eksport v citosol. Ustrezna aktivnost in pravilno CTP je ključnega pomena za optimalno delovanje celice. Ustrezne količine citrata v citosolu in mitohondriju so namreč pomembne za produkcijo energije, sintezo acetil-CoA kot prekurzorja biosinteze horesterola in maščobnih kislin in kot donorja acetilne skupine za actilacijske reakcije posttranslacijskih in epigenetskih modifikacij, vnetne procese in celično regulacijo. Za ohranjanje homeostaze citrata v citosolu obstajajo tudi alternativne poti, neodvisne od CTP, npr. prevzem ekstracelularnega citrata v celico prek plazmalemskih citratnih transporterjev. Kljub temu, se izguba CTP z mutacijami kaže v hudih napakah zgodnjega možganskega razvoja, kot sta npr. DiGeorgejev sindrom in L-2/D-2-hidroksiglutarna aciduria, kar nakazuje na velik pomen tega transportnega proteina. Po drugi strani pa ima inhibicija CTP inducirana s sintetičnimi inhibitorji CTP obetavno prihodnost na področju zdravljenja raka in presnovnega sindroma.

==Lana Bajec - Metabolni inženiring cikla citronske kisline za produkcijo kemikalij==
Izčrpanost fosilnih virov energije na zemlji, ki jo spremlja njihov vpliv na okolje, dviguje povpraševanje po zamenjavi kemikalij na osnovi nafte z boljšimi alternativami, prijaznejšimi do okolja. Skozi leta so se razvile različne strategije pridobivanja teh kemikalij s pomočjo fermentacijskih produktov različnih mikroorganizmov. Krebsov cikel ali cikel citronske kisline je eden pomembnejših procesov v celici in se že desetletja uporablja v metabolnem inženiringu, največ v produkciji spojin kot so L-glutamat, citrat in sukcinat. Žal je izkoristek pridobivanja teh produktov skozi Krebsov cikel slab, zato se je razvil nov način, ki privede do boljšega izkoristka. Uporaba povratnega Krebsovega cikla, ki ga določeni organizmi vršijo v anaerobnih pogojih. Za ta proces je značilna proizvodnja ogljikovih spojin iz ogljikovega dioksida in vode. Kemijske reakcije, ki se vršijo, pa so obtratne tistim, ki jih vidimo v Krebsovem ciklu. Ker se pri tem procesu porablja CO2, pa to poleg še vpliva na zmanjševanje CO2 emisij. Pri proizvodnji sukcinata pa so z določenimi pogoji mikroorganizme pripravili do tega, da poleg povratnega Krebsovega cikla, vršijo še glikosilatni cikel. Ta je sklop anaplerotičnih reakcij, ki vir ogljika, s porabo CO2, spreminja v sukcinat.

==Nina Cankar - Vpliv oksidacije maščobnih kislin na delovanje in diferenciacijo limfocitov T==
Limfociti T so celice imunskega sistema in so sposobni prehajati med visoko aktivnim anabolizmom in mirujočim katabolizmom, ki temelji na mitohondrijski oksidaciji maščobnih kislin. FAO je aktivna pri naivnih, regulatornih in spominskih limfocitih T ter močno zmanjšana pri efektorskih limfocitih T. Ob aktivaciji naivnih T celic pride do prehoda iz katabolizma z aktivno FAO na anabolizem in aerobno glikolizo, ki zadosti povečanim energijskim potrebam limfocitov T. Prehod regulirajo PI3K-Akt-mTOR signalna pot ter SREBP proteini. CD4+ efektorski limfociti T s pomočjo PPARγ ohranijo prevzem in oksidacijo maščobnih kislin, kar pa ne velja za CD8+ celice. Od obeh vej odstopajo regulatorni limfociti T, ki večino energije pridobijo s FAO. Ob koncu okužbe večina efektorskih limfocitov T preide v apoptozo, majhen delež pa se diferencira v spominske celice. Tem oksidacija maščobnih kislin, sklopljena z oksidativno fosforilacijo, omogoča dolgo življenjsko dobo in hkrati sposobnost hitrega odziva na ponovno okužbo z istim patogenom. Pri diferenciaciji v spominske limfocite T sodeluje TRAF6, spodbujajo pa jo tudi ostale signalne poti, ki aktivirajo katabolizem ter spodbujajo mitohondrije in izražanje CPT1A. Inhibicija oksidativne fosforilacije v spominskih limfocitih T ovira njihovo tvorbo, aktivacijo in proliferacijo. Poznavanje mehanizmov regulacije FAO v limfocitih T omogoča razvoj novih terapij za bolnike z avtoimunskimi in vnetnimi boleznimi.

==Nika Ciglar – Variabilnost izgube teže z zaviralci SGLT2 in agonisti receptorjev GLP-1 pri sladkorni bolezni tipa 2 in debelosti==
V današnjem času se vse več ljudi spopada z velikim problemom in to je debelost. Povišana telesna teža ni le problem premajhne fizične vadbe in prevelikih količin energetsko bogate hrane, temveč je lahko posledica ali pa tudi vzrok bolezni. Ena izmed teh bolezni je sladkorna bolezen tipa 2. Starejša zdravila za zniževanje ravni glukoze pri sladkornih bolnikih so povzročala povečanja telesne mase, novejša zdravila pa vplivajo na telo z ravno nasprotnim učinkom. To seveda ne velja za vse bolnike. Na podlagi teh podatkov so znanstveniki začeli ugotavljati ali bi lahko razvili zdravilo proti debelosti. Hoteli so ustvariti zdravilo, kjer ni izguba telesne teže le eden od stranskih učinkov temveč glavna tarča delovanja učinkovine. Med najnovejšimi razredi zdravil sta zaviralec natrijevega glukoznega koprenašalca 2 (SGLT2) in agonist glukagonu podobnih peptidnih receptorjev (GLP-1).

==Debora Kociper - FAT (CD36/SR-B2) v povezavi z metabolizmom maščobnih kislin v skeletnih mišicah==
Vnos maščobnih kislin v celico skeletnih mišic je skrbno reguliran proces, pri katerem sodelujejo tri glavne skupine proteinov – FABP, FATP in FAT (CD36/SR-B2). Vsi lajšajo prenos maščobnih kislin v celico, CD36/SR-B2 pa ima vlogo tudi v sami regulaciji transporta. Regulacija vstopa maščobnih kislin v celico s CD36/SR-B2 je regulirana kratkoročno in dolgoročno. Kratkoročno je regulirana z intracelularnim recikliranjem tega proteina. Glavna dejavnika, ki vplivata na kratkoročno regulacijo sta telesna aktivnost in inzulin. Pri dolgoročni regulaciji sodelujejo receptorji PPAR. Maščobne kisline delujejo kot naravni ligand teh receptorjev. Aktivacija receptorjev PPAR sproži prepisovanje določenih genov in proteinov, ki sodelujejo pri transportu maščobnih kislin čez celično membrano, med drugim CD36/SR-B2.
Pri povišani dostopnosti maščobnih kislin pride do razlik v odgovoru pri zdravih posameznikih in posameznikih z debelostjo. Raziskovanje delovanja CD36/SR-B2 predstavlja potencialne možnosti pri reševanju problema debelosti. CD36/SR-B2 igra pomembno vlogo tudi pri inzulinski rezistenci. Telesna aktivnost v vseh primerih pozitivno vpliva na zmožnost oksidacije maščobnih kislin.

==Tina Kosovel - Kako aminokisline podpirajo naš imunski sistem==
Aminokisline igrajo zelo pomembno vlogo v aktivaciji in samem delovanju naših imunskih celic. Njihov vnos in količina v celici strogo nadzorujeta delovanje celičnih presnovnih poti (TCA, glikoliza, oksidativna fosforilacija). Glutamin preko pretvorbe v glutamat priskrbi α-ketoglutarat, ki vstopi v TCA cikel. Razvejane aminokisline povečajo število glukoznih transporterjev in tako podpirajo glikolizo. Poleg tega za TCA zagotavljajo α-ketoglutarat ter derivate CoA. Serin alosterično aktivira encim, ki poskrbi za tvorbo piruvata in poveča translacijo proteinov v mitohondriju, vključno s tistimi, ki so del elektronske prenašalne verige. Poleg tega so aminokisline odgovorne za ohranjanje redoks homeostaze v celici in priskrbijo ključne snovi za njeno delovanje. Metionin in serin poskrbita za tvorbo cisteina, ki služi kot vir žvepla za tvorbo FeS klastrov. Te uporablja veliko encimov. Poleg tega je žveplo potrebno tudi za tiolacijo tRNA, kar pomaga pri translaciji. Cistein, glutamin in glicin tvorijo glutation, ki veže reaktivne kisikove radikale in tako skrbi za redoks homeostazo v celici. Te procese so mnogi virusi in tumorji sposobni izkoristiti, da imunske celice onesposobijo ali pa se izognejo njihovi detekciji. Hkrati pa nam ti aminokislinski mehanizmi nudijo veliko področje potencjalnih strategij za nova zdravila.

==Maj Dular - Zdravljenje raka z deprivacijo arginina==
Arginin je pol-esencialna aminokislina, ki ima ključno vlogo pri biosintezi beljakovin. Lahko se pridobi s dnevnim vnosom hrane ali sintetizira v telesu preko cikla uree, pri čemer se uporablja L-citrulin kot substrat. Arginin ima v telesu raznovrstno vlogo, saj prispeva k delitvi celic, zdravljenju ran, odstranjevanju amonijaka, delovanju imunskega sistema ter biosintezi hormonov. Predstavil bom razne tehnike. V primeru rakavih celic se sinteza svojega arginina izkaže za nezadostno, da bi zadostila njihovim povečanim prehranskim potrebam, kar jih sili v odvisnost od zunanjih virov arginina. V članku obravnavajo pomen odvzema arginina kot nov terapevtski pristop, predstavi različne metode, ki omogočajo odvzem arginina, ter njihove specifične mehanizme delovanja. Poleg tega osredotoča na dejavnike, ki vplivajo na migracijo celic, skupaj z raziskovanjem vpliva arginina na metastazo rakavih celic, predvsem preko poliaminov in dušikovega oksida (NO). Da bi dosegli proti rakave učinke , so razvili modificirane encime za razgradnjo arginina, kot sta PEGilirana rekombinantna humana arginaza 1 (rhArg1-PEG) in arginin deiminaza (ADI-PEG 20), ki so se v kliničnih preskušanjih izkazali za varne in učinkovite. Preizkušali so jih kot monoterapijo ali v kombinaciji z drugimi obstoječimi terapijami.

==Veronika Trobiš - BCAA in občutljivost na inzulin==
Razvejane aminokisline (BCAA) , med katere spadajo levcin, valin in izolevcin, so močni regulatorji sintetičnih in kataboličnih procesov v celicah sesalcev ter so posebej znane po spodbujanju sinteze beljakovin, zaradi česar so v obliki prehranskih dopolnil priljubljene med športniki. Pripomorejo k mišični rasti in pomagajo pri regeneraciji. Iz raziskav je razvidno, da so učinki BCAA pretežno odvisni od eksperimentalnega modela, vrste tkiva in energijskega ravnovesja. V pogojih pomanjkanja energije ali homeostaze, BCAA ( še posebej levcin) spodbujajo izboljšane metabolne poti, vključno z izboljšano absorpcijo glukoze/insulinsko občutljivostjo, povečano vsebnostjo mitohondrijev in ohranjanjem mišic. V pogojih kroničnega presežka energije pa celice, še posebej maščobne celice, izgubijo sposobnost razgrajevanja BCAA, kar povzroči kopičenje BCAA in povezanih metabolitov tako znotraj celice kot v krvnem obtoku. Enako pa povzročajo metabolne bolezni in inhibicija nekaterih metaboličnih regulatorjev, kot sta PGC-1α in PPAR. Zato so te aminokisline in njihovi metaboliti močni biomarkerji srčno-metaboličnih bolezni, vključno z debelostjo, diabetesom tipa 2 (T2D) in koronarno arterijsko boleznijo. Glede na študije iz zdravih populacij in športnikov, prehranski viri BCAA verjetno sami po sebi niso zadostni za povzročanje presnovnih bolezni pri sicer zdravih populacijah.

==Nik Matek - Homocistinurija, ki jo povzroča pomanjkanje cistionin β-sintaze==
Homocistinurija je avtosomalna recesivna dedna bolezen, kar pomeni, da pride do okvare na avtosomu. Bolezen je dokaj redka, vendar je njena pogostost geografsko odvisna. Zaradi okvare gena za zapis cistationin β-sintaze pride do prekomernega kopičenja homocistieina v krvni plazmi. Tem pojavu rečemo hiperhomocisteinemija. Ko so koncentracije dovolj velike, se začne homocistein kopičiti tudi v urinu. V tem primeru govorimo o homocistinuriji. Pogosti simptomi so ektopija oči, daljše okončine, nagnjenost k osteoporozi, težave z učenjem in tromboza, ki pogosto vodi v smrt. Homocistein je homolog cisteina, pogojno esencialne aminokisline s tiolno skupino. Nadpovprečne koncentracije homocisteina v krvi so povezane z različnimi duševnimi boleznimi. Homocistein telo proizvede iz metionina v procesu metilacije. Ta se lahko tudi remetilira nazaj v metionin ali pa vstopi v proces transulfuracijske poti, kjer se pretvori v cistein. Cistein β-sintaza sodeluje v prvem delu transulfuracijske poti, kjer homocistein pretvori v cistationin. V drugem delu se cistationin pretvori v cistein s pomočjo drugega encima transulforacijske poti, cistationin γ-liaze. Cistationin β-sintaza in cistationin γ-liaza sta oba odvisna od koencima PLP (aktivne oblike vitamina B6). Cistationin β-sintaza je prisotna tudi v procesih pridobivanja vodikovega sulfida, ki pa se pri homocistonuriji občutno zmanjšajo.

==Jana Bregar - Vpliv črevesne mikrobiote na metabolizem triptofana pri fenilketonuriji==
PKU (fenilketonurija) je redka dedna presnovna bolezen, ki prizadene sposobnost telesa za ustrezno metaboliziranje aminokisline Phe (fenilanin). To povzroča kopičenje Phe (fenilalanin) v krvi in možganih. Prehrana z nizko vsebnostjo Phe je ključna za obvladovanje PKU, zato se morajo bolniki s PKU doživljenjsko držati prehrane z nizko vsebnostjo Phe in prejemajo dodatno medicinsko prehrano, da dobijo dovolj esencialnih hranil. Povečana količina Phe ovira metabolizem drugih aminokislin, kot je Trp (triptofan). Trp (tirptofan) ima dve pomembnejši metabolni poti. To sta sinteza 5-HT (seratonin) in KYN (kinurenin) metabolna pot. 5-HT (serotonin) je nevrotransmiter, ki ima vlogo pri reguliranju razpoloženja in drugih nevroloških funkcij. Eden od produktov KYN (kinurenin) metabolne poti je QUIN (kinolinska kislina), ki je potencialno nevrotoksična spoijina. Črevesna mikrobiota tudi vpliva na metabolizem Trp in posledično na nevrološke simptome pri bolnikih s PKU. Spremembe v črevesni mikrobioti pri bolnikih s PKU lahko močno vplivajo na metabolizem dopamina in seratonina, saj se lahko Trp prednosto metabolizira po KYN poti namesto pretvori v seratonin. Zato je pomembno razumeti povezavo med črevesno mikrobioto in metabolizmom Trp pri bolnikih s PKU. Razumevanje vpliva PKU na metabolizem drugih aminokislin poleg Phe, omogoča razvijanje novih oblik zdravljenja PKU.

==Tjaša Lešnik - Vloga napak mitohondrijske DNA pri nevrodegenerativnih boleznih in staranju==
Mitohondriji so poleg jedra edini celični organeli z lastno DNA (mtDNA). Njihova primarna naloga je proizvodnja energije za delovanje celice in s tem organizma. V mitohondrijski DNA lahko prihaja tudi do napak, med katerimi so najpogostejše točaskte mutacije, delecije in prelomi vijačnice. V celici so se zaradi tega razvili nekateri popravljalni mehanizmi in regulatorne poti, med njimi na primer BER – popravljanje z izrezom baze, MMR – popravljanje neujemanja in DSBR – popravljanje preloma dvojne vijačnice, ki uravnavajo nivo mutiranega dednega materiala. Kopičenje mutacij mtDNA naj bi z leti povrzočalo proces staranja, o katerem v povezavi z mitohondriji obstaja veliko teorij. Med njimi je najbolj znana t.i. teorija staranja zaradi prostih radikalov, ki predpostavlja, da mitohondrijski prosti radikali, ki nastanejo kot stranski produkt celičnega metabolizma, povzročajo napake na mtDNA, te pa nato staranje. Znano je tudi, da z leti nastaja vse več in več nevrodegenerativnih bolezni, ki so posledica postopnega odmiranja celic živčnega sistema. Najpogostejši sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, ki so ju proučevali tudi iz vidika napak na mtDNA. Tako teorije o tem zakaj se staramo, kot povezava mitohondrijev z boleznimi, še zmeraj niso dovolj raziskane, kar predstavlja priložnost za mnoga nova odkritja in dognanja.

==Hanna Habot - Mitohondrijske kriste: kjer se lepota sreča s funkcionalnostjo==
Notranja membrana mitohondrija je oblikovana v kriste, posebne membranske uvihke, ki imajo pomembno vlogo pri samem delovanju organela. Oblika krist se spreminja kot posledica različnih stresnih dejavnikov, vsebnosti različnih količin proteinov ter tvorbe kompleksov in superkompleksov. Veliko raziskav je dokazalo, da imajo kriste pomembno vlogo pri procesu oksidativne fosforilacije, saj skrbijo za pravilno in najučinkovitejšo porazdelitev kompleksov v elektronski prenašalni verigi. Namen raziskav je določiti kako določeni proteini, ki sestavljajo kriste vplivajo na njihovo obliko in delovanje ter kako sama oblika krist vpliva na delovanje mitohondrija. Vprašanje je bilo raziskovano z različnimi genetskimi poskusi na dihalni verigi s pomočjo modelov mišk. S pomočjo različnih raziskav so znanstveniki dokazali, da imajo pri obliki in delovanju krist ključno vlogo različni proteinski kompleksi. Posledica njihovega pomanjkanja ali napačnega delovanja pa je lahko popolnoma nefunkcionalna oblika krist, ki neposredno vpliva na proces oksidativne fosforilacije, posledično se zmanjša njena učinkovitost, mitohondriji proizvajajo zelo malo energije, kar povzroči, da je celica poslana v proces apoptoze.

==Igor Osterc - Reaktivne kisikove zvrsti in mitohondrijska fisija==
Vzdrževanje pravilne koncentracije reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) v celici je ključnega pomena za optimalno delovanje organizma. Ker so ROS zelo reaktivne lahko reagirajo z različnimi encimi, nukleinskimi kislinami in drugimi molekulami ter jih poškodujejo. To ima lahko vpliv na celoten organizem, saj se tako začnejo razvijati mnoge bolezni. Zato mora biti kakršnakoli večja koncentracija ROS od tiste minimalne, ki je potrebna za imunski odziv, proliferacijo in nekatere druge procese v celici, ustrezno razgrajena na celici prijazne produkte. Mitohondriji so glavni proizvajalci ROS v celici in s tem tudi prva tarča njihovega škodljivega delovanja. Največ jih proizvajata kompleksa I in III v elektronski transportni verigi, njihova proizvodnja pa se eksponentno poveča ob prisotnosti različnih inhibitorjev. Mitohondriji imajo zato razvit poseben sistem za zaznavanje prevelike koncentracije ROS in odgovor v obliki cepitve delov, ki jih prekomerno proizvajajo. Poškodovani deli se od zdravih odstranijo s procesom mitohondrijske fisije in gredo v mitofagijo, medtem ko pravilno delujoči del naprej opravlja svoje funkcije. Za preživetje celice je tako pomembno, da se koncentracija ROS vzdržuje znotraj območja, če pa že pride do prenasičenosti z ROS je pomemben učinkovit odgovor na to – dobro reguliran proces fisije.

==Zala Kramar - Vloga proteinov družine Bcl-2 pri intrinzični poti apoptoze==
Apoptoza ali programirana celična smrt je ključen mehanizem uravnavanja števila celic organizma in posledično ključna za vzdrževanje tkivne homeostaze. Ena od apoptotskih poti je intrinzična pot apoptoze, kjer signali delujejo direktno na tarče znotraj celic. Glavni regulatorji te poti so proteini iz družine Bcl-2, ki se nahajajo v citosolu ali so vezani na zunanjo mitohondrijsko membrano. Delimo jih v tri skupine glede na njihovo funkcijo in strukturo. Pro-apoptotski proteini se aktivirajo kot odziv na celični stres in sprožijo apoptozo, anti-apoptotski proteini pa zaustavljajo apoptozo s tem, da se vežejo na pro-apoptotske proteine in jih deaktivirajo. Za začetek apoptoze je ključna oligomerizacija pro-apoptotskih proteinov Bax ali Bak, ki s tvorbo por permeabilizirata zunanjo mitohondrijsko membrano. To povzroči sproščanje citokroma c iz medmembranskega prostora mitohondrija, kar povzroči aktivacijo kaspaz in posledično programirano celično smrt. Ker je razmerje med anti-apoptotskimi in pro-apoptotskimi člani družine Bcl-2 ključno za usodo celice, je to razmerje nadzorovano s strani številnih mehanizmov, kot so fosforilacija, dimerizacija, translokacija, regulacija s transkripcijo,… Če pride do napak pri regulaciji Bcl-2 proteinov, lahko to privede do različnih obolenj, kot so rak, avtoimune bolezni in nevrodegenerativne motnje.

==Dan Kolnik - Mehanizem termogeneze v rjavih adipocitih je uravnavan s strani RZP1 proteina==
Termogeneza se nanaša na procese, pri katerih se sprošča energija v obliki toplote, kar pripomore k ohranjanju telesne temperature. A glavna naloga večine teh reakcij ni sprostitev toplote. Adipociti rjavega maščevja so celice, specializirane za uravnavanje količine sproščene toplote. Imajo veliko število mitohondrijev. V mitohondrijih tok protonov čez notranjo mitohondrijsko membrano (NMM) v rjavem maščevju ustvari elektrokemijski gradient protonov in energija tega gradienta se ne uporabi za sintezo ATP, ampak se sprosti v obliki toplote. To pa se zgodi zato, ker je tok protonov v adipocitih rjavega maščevja uravnavan z razklopnim proteinom 1 (RZP1). RZP1 je za življenje večih organizmov preživetvenega pomena. Spada v družino mitohondrijskih prenašalcev SLC25, katere člani imajo zelo podobno strukturo, nimajo pa enakih nalog. Dokler se ni uporabila metoda vpete krpice za preučevanje proteina RZP1, o njem ni bilo veliko znanega. S to metodo se je pridobilo veliko podatkov glede uravnavanja pretoka protonov skozi protein RZP1. Sestavilo se je nov model delovanja tega proteina iz pridobljenih odkritij.

==Lara Pajnhart - Od ROS odvisne signalne poti pri rastlinah in algah v prisotnosti svetlobe visoke intenzitete ==
Rastline za svojo rast in pridobivanje hranil potrebujejo predvsem sončno energijo in ogljikov dioksid, da lahko vršijo fotosintezo. Vendar prevelika intenziteta svetlobe lahko negativno vpliva na rastline in na njihov razvoj, zato so si razvile različne obrambne mehanizme, ki preprečijo poškodbe in abiotski stres. V primeru, da pride do visoke intenzitete svetlobe, rastline sprožijo signale, ki se prenesejo po celotnem tkivu in s pomočjo tega, blažijo škodljive učinke, ki se imenujejo fotoinhibicija ali fotopoškodbe. Rastline se zavarujejo pred presežkom svetlobe na različne načine. K temu pripomorejo predvsem encimi superoksid dismutaze (SOD), katalaze in peroksidaze, ki pripomorejo k odstranitvi reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS), ki se lahko tvorijo ob prekomerni svetlobi. Rastline in alge pa lahko ravno te kisikove reaktivne zvrsti (ROS) uporabijo sebi v prid in sicer, jih uporabijo za signalizacijo med organeli v celici in za celične odzive na spremembe v okolju. Alge in rastline izvajajo specializirano signalizacijo, ki izhaja iz fotosinteze v kloroplastih, ki jo povzroči neravnovesje med absorpcijo sončne svetlobe in njeno zmožnostjo porabe v prid celici. Način odziva celice na neravnovesje je komunikacija kloroplasta z jedrom in temu prilagojena celična presnova. Glavna ROS, ki pripomoreta k celični signalizaciji sta singletni kisik(₁O2) in vodikov peroksid (H2O2).

==Anita Mulalić -Vpogledi v aklimacijo rastlin na mraz: Regulativne vloge ogljikov hidratov ==
Rastline nimajo zmožnosti premikanja in iskanja boljših razmer za preživetje v primerih okoljskega stresa, tako da je v primeru slabših življenskih razmer potrebno veliko prilagoditev na ravni metabolizma, transkripcije, membranske fluidnosti itd. Nizke temperature povzročijo spremembe v rasti, distribuciji metabolitov in tudi reprogramiranju proteoma ter transkrpitoma. Kot osrednji organizem raziskave je bila uporabljena rastlina Arabidopsis thaliana. Ogljikovi hidrati imajo pri »cold stress« razmerah ključno vlogo pri metaboličnem reprogramiranju. Raziskava poudarja pomembnost subceličnih informacij, pri čemer se poslužuje tehnik, kot je »non-aqueous« frakcionacija, za razkrivanje sprememb v biosintetičnih poteh na podrobnem nivoju. Temperatura vpliva tudi na encimske aktivnosti, pri čemer se uporabljajo termodinamski prilagoditveni ukrepi za razumevanje kompleksnega razmerja med aktivnostjo encimov, količino beljakovin in spreminjajočimi se temperaturnimi režimi. Članek povdarja pomen saharoze pri zagotavljanju natančnega nadzora nad razdeljevanjem ogljikovih hidratov in kot mehanizma za uravnoteženje energije v odzivu na nenadne okoljske spremembe. Ugotovitve prispevajo k globljemu razumevanju interakcij med rastlino in okoljem, s potencialnimi aplikacijami v metabolnem inženiringu ter razvoju modelov za analizo presnove rastlin na različnih ravneh.

==Peter Gričar Vintar - Fotosintetski mikroorganizmi za oksigenacijo naprednih 3D biotiskanih tkiv ==
Tehnologija 3D biotiskanja je v zadnjih letih postala obetaven pripomoček, za ustvarjanje vitalnih in funkcionalnih tkiv za neposredno uporabo in vitro in in vivo, vključno z modeliranjem bolezni, odkrivanjem zdravil in regerativno medicino. Ta tkiva se ustvarjajo z oblikovanjem bioinkov, ki se z uporabo biotiskalnikov nanesejo v 3D strukturo, da se približajo razporeditvi in organizaciji celic v telesu. V procesu se skozi šobe biotiskalnika iztisne mešanica hidrogela in celic v suspenziji ali pa v obliki vnaprej pripravljenih mikrotkiv. Preden pa bi se 3D biotiskana tkiva lahko v celoti prenesla z delovne mize na bolniško posteljo, je potrebno rešiti še kar nekaj težav. Ena glavnih omejitev je pomanjkanje oksigenacije v trenutno tiskanih tkivih in organih saj ima kisik ključno vlogo pri aerobnem metabolizmu, ki omogoča proizvodnjo energije v mitohondrijih. Za izboljšanje oksigenacije so bili nedavno uvedeni pristopi za širok spekter kliničnih uporab, pri čemer se nekateri že uporabljajo skupaj z tehnologijo biotiskanja. Eden obetavnejših pristopov je vključitev fotosintetskih mikroorganizmov, kot so mikroalge in cianobakterije, katerega so nedavno raziskali za ustvarjanje himeričnih rastlinsko-živalskih tkiv, v katerih lahko ob izpostavljenosti svetlobi lokalno in nadzorovano nastaja in se sprošča kisik.

==Vanja Vogrič - Vpliv visoke temperature na fotosintezo in možni ukrepi za rastline ob izrednih razmerah ==
Višanje globalne temperature prinaša veliko nezaželenih posledic, med katerimi je tudi negativen vpliv na proces fotosinteze pri rastlinah.
Rubisco je eden izmed glavnih encimov, ki sodelujejo pri fotosintezi in je zato kakovost njegovega delovanja ključna za pravilen potek procesa. Rubisco in polipeptid Rubisco aktivaza (Rca), ki encim aktivira, sta zelo občutljiva na visoke temperature. Veliko raziskav se zato ukvarja s spreminjanjem različnih elementov pri poteku procesa, ki bi lahko vodili do normalnega delovanja rastlin pri visoki temperaturi.
Modifikacija samega encima Rubisco je zaradi njegove kompleksne strukture prinesla do nezadovoljivih rezultatov. S spremembo Rca so bili dotedanji poskusi pozitivni na tak način, da je med dvema ta opcija primernejša za nadaljne poglobitve. Druge raziskave se osredotočajo na spremembo samega mehanizma procesa. Fotosinteza pri najpogostejših rastlinah (C3 rastline) je v primerjavi s fotosintezo C2 in C4 rastlin neučinkovita in je zato cilj raziskav vgradnja C2 ali C4 fotosinteze v C3 rastline. Pri C4 rastlinah se mehanizem in anatomija močno razlikujeta od C3 rastlin; to kaže, da je vpeljava C2 fotosinteze v C3 rastline opcija, na katero lahko računamo v bližnji prihodnosti.
Iskanje načinov normalnega razvoja in delovanja rastlin bo postalo zelo pomembno v prihodnosti, ko bi lahko v nasprotnem primeru, zaradi sprememb v podnebju, prišlo do velikih izgub na kmetijskem in številnih drugih področjih.

==Laura Hudobivnik - Brez železa, bakra in mangana – fotosinteza ne bo potekla sama! Transport prehodnih kovin v kloroplaste in njihova vloga pri učinkoviti fotosintezi ==
Približno polovica vseh proteinov vsebuje kovine v obliki kofaktorjev, brez katerih svoje katalitične funkcije ne bi mogli opravljati. Pri proteinskih kompleksih vključenih v svetlobne reakcije fotosinteze so izmed prehodni kovin najpomembnejši železo, baker in mangan. V metaloproteinih elektronske transportne verige se nahajajo v obliki ionov ali različnih klastrov in se posredno ali neposredno vključujejo v redukcijske reakcije. Do tilakoid, kjer se pretežno nahajajo, poteka kompleksen transport preko treh membran kloroplastov s pomočjo številnih transportnih in pomožnih proteinov. Mnogi izmed njih zaradi neraziskanosti tega znanstvenega področja še niso identificirani. Po prenosu do tarčnih proteinov, pri katerem igrajo ključno vlogo metalošaperoni, poteče še končni korak – metalacija. Železo, baker in mangan imajo tudi regulatorno vlogo na fotosintezno aktivnost. Čeprav so potrebni v majhnih količinah, je ohranjanje homeostaze njihove koncentracije ključnega pomena. Ob pomanjkanju se pojavi razbarvanje fotosinteznih organov, ob povišanju pa pride do spodbujene tvorbe škodljivih kisikovih reaktivnih zvrsti. Kakršnokoli neravnovesju vsebnosti prehodnih kovin vodi v zmanjšano učinkovitost fotosinteze in okrnjeno delovanje rastlin. Za človeške potrebe to pomeni zmanjšan donos poljščin v časih, ko je vprašanje zadostne produkcije hrane pereče že zaradi rastoče populacije in okoljskih sprememb.

==Simon Kristl - Homeostaza membrane poleg fluidnosti==
Biološke membrane so v celicah nepogrešljiva struktura, saj so v živem prisotne že od samega začetka s protocelicami, predvsem pa so pomembne za kompartmentalizaijo biokemije. Pogosto pa so membrane obravnavane le z vidika tekočega mozaika, kot podlaga okoli in na kateri se odvija vso dogajanje. V tej seminarski nalogi pa si bolj podrobno pogledamo fizikalne lastnosti membrane, dobro poznano (in ne najbolj točno poimenovano) fluidnost membrane. Bolj pravilno bi fluidnost membrane imenovali viskoznost membrane, saj jo določujemo preko gibanja posameznih komponent. Največji vpliv na viskoznost membrane imajo dolžina in nasičenost acilnih verig lipidov (nadzorovano preko mehanizma homeoviskozne adaptacije), količina sterolov in natrpanost membrane s proteini. Poglobimo se tudi v interakcije med membranskimi proteini in membrano, kakšno vlogo le te igrajo pri inserciji in ekstrakciji membranskih proteinov v membrano. Zaradi neugodnih interakcij med hidrofilnimi aminokislinskimi ostanki je vstavljanje oteženo, insertaze pa lokalno stanjšajo membrano, kar zniža energijsko bariero. Preko hidrofobnega neujemanja membrane in proteinov tudi razložimo mehanizme sortiranja proteinov v ER in Golgijevem aparatu. Dedovanja membranskih proteinov je prav tako nadzorovano s strani membrane in difuzijskih barier. Na koncu pa je obravnavan še mehanizem UPR, ki je glavni mehanizem za ohranjanja homeostaze ER. Mehanizem se odziva na količino nezvitih proteinov v membrane ER in odgovori s povečanjem biosinteze lipidov za povečanje površine ter mnogo drugimi manjšimi faktorji.

==Špela Longar - Vloga sinteze fosfolipidov pri razvoju in diferenciaciji malarijskih parazitov v krvi==
Malarija prestavlja eno večjih globalnih zdravstvenih težav. Malarijski parazit Plasmodium falciparum je glavni povzročiteljev te bolezni, ki je prispevala ogromno smrti skozi leta. Najbolj razširjena je v Afriki in Aziji, kjer je toplo in vlažno podnebje, ki ustreza parazitu. Prenašalec je samica komarjev rodu Anopheles. Življenjski ciklus parazita se začne z pikom komarja in nadaljuje v jetrnih in krvnih celicah človeka. V gostiteljih si parazit zagotavlja ustrezne pogoje za rast in razmnoževanje, pri čemer imajo glavno vlogo fosfolipidi. Pride do prerazporeditve zgradbe eritrocita, ki poči in sprosti toksine, tej pa povzročajo simptome malarije, kot so slabost, vročina, mrzlica, bolečine v mišicah itd. Regulacija sinteze fosfolipidov, fosfatidilholin, fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin, vpliva na različne faze življenjskega cikla parazitov, kar lahko predstavlja potencialno tarčo za razvoj novih terapevtskih strategij. Že znane terapije se izvaja s protimalaričnimi zdravili. V uporabi sta tudi dve cepivi. Možni kandidati za preprečevanje rasti P.falciparum pa naj bi bili encim fosfoetanolamin metiltransferaza, nevtralna sfingomielinaza, sintaza fosfatidilserina in dekarboksilaza fosfatidilserina. Za nadaljnji napredek v poznavanju presnove fosfolipidov pri razvoju, diferenciaciji in terapiji malarije bo potrebno izvesti še dodatne genetske analize za izklop genov, karakterizacijo transporta in presnove pekurzorjev fosfolipidov in identifikacijo in razvoj novih razredov inhibitorjev, ki ciljajo na ključne korake v biogenezi membran.

==Andraž Snedec - Celična simfonija: Razumevanje vloge mTOR v lipidni homeostazi==
Ko so kanadski znanstveniki iz prsti na Velikonočnem otoku izolirali rapamicin, morda niso vedeli, da bo to njihovo odkritje postavilo temelj pri odkrivanju enega najbolj zanimivih in obetavnih proteinov v naših celicah. mTOR (ang. Target Of Rapamycin) je evolucijsko zelo dobro ohranjena kinaza, ki je vključena v marsikateri pomembni biokemijski proces v celicah evkariontov. Do danes so razne raziskave že potrdile, da je mTOR eden ključnih akterjev pri sintezi proteinov, nukleotidov in lipidov, celični rasti in delitvi, regulaciji avtofagije itd. Njegovo delovanje so povezali z raznimi rakavimi obolenji, mišično hipertrofijo, debelostjo ter celo staranjem. V tej seminarski nalogi so povzeta predvsem dognanja iz zadnjih dveh desetletij na področju mTOR regulacije homeostaze lipidov. Predstavljeno je, da aktivacija mTORC1 povzroča lipogenezo in adipogenezo ter preprečuje ketogenezo, medtem ko je mTORC2 poleg adipogeneze in lipogeneze v jetrnih celicah vključen še v regulacijo lipolize v maščobnem tkivu. Razloženi so tudi mehanizmi, po katerih naj bi vse to potekalo. Ravno boljše razumevanje slednjih bi lahko v končni fazi privedlo do novih zdravil, ki bi se nato v klinični praksi uporabljala za zdravljenje s prekomerno težo povezanih bolezni.

==Patricija Polutnik - Nadzor membranske lipidne homeostaze s pomočjo senzorjev, asociiranih z lipidnim dvoslojem==
Homeostaza lipidne kompozicije bioloških membran je ključnega pomena za preživetje organizma, saj vpliva na mnogo celičnih procesov, vključno s endocitozo, mitohondrijsko respiracijo in transportom snovi. Pri tem je pomembna njena vloga pri lokalizaciji membranskih proteinov in neposreden učinek na lastnosti in aktivnost teh proteinov, saj s tem vpliva na delovanje celotne celice. Gradbeni material, iz katerega celica proizvaja membranske lipide, pridobimo iz prehrane, kljub temu pa prehrana pri lipidni kompoziciji membran ne igra ključne vloge. Obstajajo namreč mehanizmi, s katerimi lahko celica vzdržuje homeostazo membrane kljub določenim variacijam v vnosu maščobnih kislin. Ključna lastnost membrane, ki jo more celica regulirati, je fluidnost. Na fluidnost vplivajo razmerje fosfatidiletanolamina in fosfatidilholina in količina sterolov v membrani ter lastnosti maščobnokislinskih repkov fosfolipidov. Za homeostazo teh komponent bioloških membran skrbijo različni mehanizmi, ki detektirajo odstopanja v lipidni sestavi. To lahko dosežejo z zaznavanjem nivoja specifične komponente membrane ali z zaznavanjem določene lastnosti membrane, na katero neka komponenta ali skupina molekul ključno vpliva. Za evkariontske celice so ključni zaznavni proteini SREBP, PCYT1A, tafazzin, IRE1, PAQR-2 in IGLR-2. Posebnost teh z membrano asociiranih senzorjev je, da njihovo delovanje vodi neposredno do popravitve problema, ki je povzročil njihovo aktivacijo.

==Blaž Čerenak - Zapletena biosinteza vitamina B12 in prilagoditve evkariontov na absorpcijo==
Vitamin B12 ali kobalamin je eden izmed vodotopnih vitaminov, ki so potrebni za normalno delovanje določenih organizmov, med njimi prokariontov, ki so zmožni lastne biosinteze in evkariontov, ki ne proizvajajo kobalamina. Struktura kobalamina je zelo zapletena, njegova biosintetska pot v prokariontih pa posledično ena izmed težjih biosintez, kar jih poznamo. Sintetska pot je najprej enaka kot pri sintezi hema ali klorofila, dveh zelo pomembnih in razširjenih molekul v živalskih oziroma rastlinskih celicah. Nadaljnja sinteza pa lahko poteka aerobno ali anaerobno, odvisno od vrste prokariontske celice, ki biosintezo vrši. Izgradnja lahko poteče tudi po poti ponovne uporabe, ki se pridruži omenjenima potema le nekaj korakov pred končnim produktom celotnega skoraj 30 korakov dolgega procesa. Zaradi nezmožnosti sinteze pri evkariontih pa so le ti razvili poseben sistem absorpcije iz okolja, ki vključuje delovanje posebnega faktorja, kar pa ni značilno za nobeno drugo absorpcijo kateregakoli vitamina pri ljudeh. Razumevanje sinteze je privedlo do ozdravitve nekaterih bolezni in kaže na povezave med določenimi simptomi in pomanjkanjem vitamina B12 pri ljudeh. Za zmanjšanje težav se je ustvarila biotehnološka sinteza kobalamina, ki služi kot dodatek pri živinoreji ali kot direktni prehrambni nadomestek pri vegetarijancih in veganih.

==Anja Škarabot - Sinteza nukleotidov kot osnova bakterijske patogeneze==
Bakterijske okužbe predstavljajo velik zdravstveni problem, še posebej v primerih ko razvijejo bakterije imunost na antibiotike. Zaradi tega so se raziskave usmerile v preprečevanje bakterijskih okužb z inhibicijo na pomembne biološke procese v bakterijah, kot je biosinteza nukleotidov. Z biosintezo nukleotidov bakterija pridobi sestavne dele DNA in RNA, ter druge molekule, ki so pomembne za pravilno delovanje kot tudi za uspešnost patogeneze. Sinteza lahko poteka na dva načina in sicer de novo ali po reciklažni poti iz že obstoječih purinskih nukleobaz ali nukleozidov v celici oz. pridobljenih iz okolja. Zaradi dveh načinov sinteze se lahko bakterije prilagajajo na različna okolja, saj se pri de novo sintezi nukleotidi sintetizirajo iz osnovnih molekul in ne potrebuje snovi iz okolja, po drugi strani pa je reciklažna pot energijsko ugodnejša. Odkrili so, da spremembe v biosintezi nukleotidov vplivajo na virulenco bakterij in patogenezo. Nekatere mutacije na genih za snovi, ki sodelujejo pri biosintezi nukleotidov, bakterijam zmanjšajo virulenco in jim preprečijo kolonizacijo gostitelja ter posledično razvoj bolezni, po drugi strani pa lahko mutacije bakterijam povišajo virulentnost in se tako razvijejo življenjsko ogrožajoči sevi. Sintezo nukleotidov pa lahko preprečijo tudi nukleotidni analogi, ki molekulam v sintezni poti preprečijo vezavo na encime in tako bakterijam znižajo virulenco, zato bi jih lahko potencialno uporabili kot zdravila.

==Jasna Čarman - Inhibitorji sinteze nukleotidov kot kemoterapevtiki==
Sinteza nukleotidov omogoča sintezo DNA in RNA med podvajanjem in transkripcijo, prav tako pa je ključna za delovanje popravljalnih mehanizmov. Sinteza nukleotidov poteka z recikliranjem nukleozidov in dušikovih baz ali pa z de novo sintezo nukleotidov. Slednja sintezna pot je še posebej pomembna v celicah, ki se delijo, saj te zaradi podvajanja dednega materiala potrebujejo večjo količino nukleotidov. Intenzivno, nenadzorovano podvajanje DNA ter povečana biosinteza nukleotidov so tudi ene ključnih značilnosti rakavih celic. Te celice lahko onemogočimo z inhibicijo de novo sinteze nukleotidov, ki zagotavlja zadostne koncentracije nukleotidov, pravilen potek replikacije DNA in njenih popravljalnih mehanizmov. Inhibitorji sinteze nukleotidov so navadno strukturni analogi substratov encimov, ki so vpleteni v de novo sintezo. Metotreksat kot analog folne kisline inhibira dihidrofolat reduktazo, kar onemogoči nastanek derivatov tetrahidrofolata in posledično dTMP. Permetreksed, analog folata, in 5-fluoro-deoksiuridin se vežeta na mesti substratov timidilat sintaze in preprečujeta sintezo dTMP. Oba inhibitorja povzročata stres zaradi pomanjkanja timidina. Poznamo tudi inhibitorje dihidroorotat dehidrogenaze, ki onemogočajo nastanek UMP, inhibitorje inozin monofosfat dehidrogenaze, ki preprečujejo sintezo ATP in GTP ter inhibitorje ribonukleotid reduktaze, ki preprečujejo redukcijo nukleotidov v deoksiribonukleotide. Inhibitorji sinteze nukleotidov se že uporabljajo kot kemoterapevtiki, saj inhibirajo le de novo sintezo in s tem omogočajo preživetje celic, ki se ne delijo in jim za vzdrževanje homeostaze zadostuje sintezna pot recikliranja.

== Špela Puhov - Nevrotransmiter gamaaminomaslena kislina v boju proti kugi sodobne dobe, anksioznostnih motnjah==
Γ-aminomaslena kislina (GABA) je glavni inhibitorni nevrotransmiter v centralnem živčnem sistemu. Sintetizira se v GABAergičnih nevronih iz glutamata z odcepom karboksilne skupine, pri čemer reakcijo katalizira encim GABA dekarboksilaza. Nastala aminokislina se nato zapakira v vezikle s pomočjo vezikularnega GABA transporterja in ob primernem signalu se sproži eksocitoza le-teh. Po vstopu v sinaptično špranjo se živčni prenašalec lahko veže na dvoje različnih receptorjev, in sicer GABAA ter GABAB, ki imata različna mehanizma delovanja, pri obeh pa pride do hiperpolarizacije postsinaptičnega nevrona in preprečitve nadaljnjega prenosa signala, s čimer se regulira vzdraženost nevronov. Po opravljeni nalogi se GABA privzame nazaj v predsinaptične nevrone. Zaradi konstantnega stresa pa lahko pride do okvar v tem inhibitornem sistemu, kar privede do patoloških stanj, kot je na primer anksioznost. Pri anksioznosti se najpogosteje pojavijo napake v sintezi in eksocitozi γ-aminomaslene kisline, to pa ima za posledico povečano vzdraženost živčnih celic. To patološko stanje se lahko zdravi z različnimi anksiolitiki, največkrat so v uporabi benzodiazepini, vendar pa ti s seboj prinašajo veliko hudih stranskih učinkov, zato je njihovo jemanje omejeno le na krajša obdobja in novejše raziskave so usmerjene v iskanje varnejših substanc.

==Miha Bernik - KREATIN: VEČ KOT LE PREHRANSKO DOPOLNILO – RAZISKOVANJE NJEGOVE KLJUČNE VLOGE V BIOKEMIJI IN ZDRAVJU ==
Ta seminarska naloga se podrobno ukvarja s kreatinom, poudarja njegovo sintezo, bioenergetiko in aplikacije v športu ter medicini. Kreatin je ključen ne-proteinogeni aminokislinski derivat, ki se večinoma sintetizira v jetrih in ledvicah ter je bistven za vzdrževanje energijskega ravnovesja v telesu, zlasti v tkivih z visokimi energetskimi zahtevami, kot so skeletne mišice in možgani. Seminarska naloga opisuje endogeno sintezo kreatina in njegovo presnovo vključno s pretvorbo v fosfokreatin, ki je ključna molekula za regeneracijo ATP-ja v mišicah. Poleg biokemijskih vidikov, seminarska naloga izpostavlja tudi ergogene učinke kreatina v športu, kjer dopolnjevanje s kreatinom izboljšuje športno zmogljivost in pripomore k boljšemu prilagajanju telesa na intenzivno vadbo. Razpravlja se tudi o potencialnih terapevtskih koristih kreatina, vključno z njegovimi nevroprotektivnimi lastnostmi. Varnost dopolnjevanja s kreatinom je potrjena z obsežnimi študijami, ki kažejo, da je dopolnjevanje varno za različne starostne in klinične skupine ter je morda celo koristno, še posebej pri mlajših otrocih v obdobju rasti. Ta naloga tako nudi temeljit vpogled v biokemijo kreatina, njegovo pomembno vlogo v človeškem telesu in njegovo aplikativnost v različnih kontekstih, od športa do medicine, do uporabe pri različnih populacijah

==Klara Kolenc - Biosinteza prolina in od prolina odvisna regulacija metabolizma kolagena==
Kolagen je protein, ki ga najdemo v vezivnem tkivu in je bistven za ohranjanje njegove pravilne strukture. Glavni gradnik kolagena je aminokislina glicin (Gly), ki predstavlja večji del njegove mase, prolin in hidroksiprolin pa skupaj predstavljata le 23% kolagena. Kljub temu pa je prolin vseeno zelo pomembna aminokislina, saj lahko vpliva na samo biosintezo kolagena. Prolin v osnovi nastane iz glutamata, njegova sinteza pa je povezana tudi z urea ciklom in ciklom citronske kisline, saj lahko delno prolin nastane tudi iz arginina. Pri tem je pomemben intermediat P5C, ki povezuje te aminokisline med seboj. Sama sinteza prolina je energijsko zelo zahteven proces, saj se pri njem porablja energija v obliki ATP. Sinteza kolagena poteka v fibroblastih, kjer nastaja trojni heliks. Pomembna je tudi neaktivnost encima POX v fibroblastih, kar vodi v nezmožnost pretvarjanja prolina nazaj v glutamat. Do sedaj znane študije so bile narejene na osnovi celičnih kultur, kjer je bila možna prilagoditev določenih medijev, kot na primer odstranitev glutamina iz celice, ki je ključen za ugotavljanje vpliva prolina na biosintezo kolagena. Ugotovili so da je prolin ključen za biosintezo kolagena. V realnosti so stvari nekoliko drugačne, saj je odsotnost glutamina v celici skoraj nemogoč dogodek, zato je potem tudi dejanski vpliv prolina na sintezo kolagena v naših telesih manjši. To znanje pa so lahko naprej uporabili za raziskovanje načinov zdravljenja nekaterih bolezni vezivnega tkiva med njimi tudi pomanjkanje prolidaze (PC) in fibroze.

TBK 2022 Povzetki seminarjev

2022-03-30T16:50:49Z

Klara Kolenc:

=== Korošec, Tinkara: Superbakterije in novi pristopi k razumevanju vzroka rezistence ===
Nekatere bakterije so za nas esencialne, medtem ko patogeni sevi lahko povzročajo življenjsko ogrožujoča obolenja. Zaradi desetletij nepravilne uporabe antibiotičnih sredstev, so bakterije nanje razvile rezistenco. Imenujemo jih tudi superbakterije, ena najbolj razvpitih je MRSA, ki ima razvito rezistenco na β-laktamske antibiotike in na močnejše antibiotične učinkovine, kot je trimetoprim (TMP). Gre za inhibitor encima dihidrofolat reduktaze (DHFR), ključnega pri procesih celičnega podvojevanja. Redukcijo na encimu katalizira kofaktor NADPH. Zaradi pojava rezistence bakterij na omenjen inhibitor, so v razvoju novi, preko propargila vezani antibiotiki (PLA). Raziskave so bile izvedene preko računalniških orodij, kjer so izdelali visoko resolucijske kristalne strukture kompleksov med PLA enantiomerami, NADPH izomerama in SaDHFR WT ali F98Y, le-ti v različnih kombinacijah. Opazili so, da se NADPH pojavlja v dveh konformacijah, običajni β-NADPH in še nikoli videni anomeri t-NADPH. Ocenjena je bila tudi učinkovitost različnih PLA enantiomer na WT in mutirani SaDHFR. Izkazalo se je, da sta R-27 in S-27 najučinkovitejši PLA enantiomeri, vendar imata ob vezavi na DHFR različni preferenci za NADPH izomeri. Ker imata enantiomeri različni stopnji učinkovitosti proti F98Y SaDHFR, ta fenomen poimenujemo kiralni izogib (angl. chiral evasion). Gre za pojav, ko encim izrablja konfiguracijsko in kiralno razliko svojega kofaktorja za izogib inhibitorju.

=== Kogoj, Lena: Umetno narejene proteinske mišice zdaj realnost ===
Mišice so zelo kompleksen sistem v živalskih organizmih, ki je ključen za njihov obstoj, saj s pomočjo avtonomnih kontrakcij omogoča bitjem premikanje. Raziskovalna ekipa Univerze v Freiburgu je uspela razviti mišicam podoben material iz naravnih proteinov, ki izvaja kontrakcije avtonomno. Osnova narejenega materiala je elastin, naraven vlaknast zelo elastičen protein, ki se pojavlja v vezivnih tkivih sesalcev in omogoča vrnitev tkiva v prvotno obliko po kontrakciji oziroma raztegovanju. Po zgledu tega proteina so znanstveniki uspeli razviti dva elastinu podobna proteina (ELP) s formulama (DSY)16 in (VRY)16, od katerih se prvi odzove na spremembe pH, drugi pa na spremembe temperature. Znanstveniki so skombinirali ta dva proteina s pomočjo fotokemičnega premreženja, s čemer so oblikovali dvoslojen material. V takem materialu so uspeli vzpostaviti ritmične kontrakcije, ki jih poganja pH oscilirajoča reakcija, ki v ta namen porablja kemično energijo. Vir goriva je natrijev sulfit (Na2SO3). V pH oscilirajoči reakciji, med katero se pH periodično spreminja, se kemijska energija spremeni v mehansko energijo – pride do upogibanja. Kontrakcije se da zagnati ali zaustavili s pomočjo temperaturnih sprememb. Umetna mišica je za zdaj zgolj prototip, vendar je zaradi velike odpornosti, trajnosti, trpežnosti in potencialne možnosti povezovanja s specifičnimi tkivi zelo primerna za aplikacijo v protetiki, farmaciji, rekonstruktivni medicini in robotiki.

=== Krašna, Deni: Odkrit ključ za nadzor celične smrti ===
Proces celične smrti je v človeškem telesu popolnoma običajen proces, večinoma zaželen, saj je pomemben dejavnik pri ohranjanju zdravega organizma. Je strogo reguliran in ga lahko motnja zlahka zasuka v škodljiv način. Kot ključni regulator celičnega preživetja, inflamacije in celične smrti poznamo RIPK1 , katerega kinazna funkcija je nujna za izražanje apoptoze in nekroptoze. Zato je nujen strog post-translacijski nadzor. Izkaže se, da je dosežen s fosforilacijo aktivnih mest lociranih na serinskih in treoninskih aminokislinskih ostankih. O tem sicer pomembnem procesu, pa je še vedno znanega precej malo. Zato se je ta raziskava lotila ravno tega problema. Z uporabo kopice metod, med drugim tudi CRISPR-celogenomski izključitveni pregled, so znanstveniki prišli do spoznanja, da pomembno vlogo igra PPP1R3G s pripadajočo PP1γ katalitsko podenoto, ki defosforilira inhibitorna mesta kinaze. V eksperimentalnem delu so bili pomembni tudi mutanti. Znanstvenikom je proces uspelo potrditi tudi v živih organizmih, in sicer na miškah. Raziskava svojo pomembnost nosi v terapevtskih vodah, saj se s uperjenjem proti PP1R3G/PP1γ odpirajo vrata za zdravljenje inflamatornih bolezenskih stanj.

=== Mezek, Tajda: Multipla skleroza verjetno posledica okužbe z Epstein-Barr virusom ===
Multipla skleroza je kronična avtoimuna bolezen centralnega živčevja. Za bolezen je značilno, da povroča razgradnjo mielinske ovojnice in postopoma poškodbe živčnih vlaken v možganih in hrbetnjači. Hkrati prizadane različna področja možganov in hrbtenjače, zato se kaže s širokim spektrom simptomov, ki so posledica upočasnjenega in/ali prekinjenega prevajanja živčnih impulzov. Točen vzrok bolezni ni znan, raziskave na podlagi večletnih hipotez pa so prvič potrdile povezavo bolezni z preteklo okužbo z Epstein-Barr virusom, izvedeno na serumskih vzorcih ameriških vojakov, ki so bili v času služenja diagnosticirani z multiplo sklerozo. V vzorcih se je vrednost nevrofilamentov (oligoclonal bands), ki so pokazatelji nevrološke degeneracije, značilne za multiplo sklerozo zvišal le v vzorcih po okužbi z Epstein-Barr virusom. Pri patogenezi multiple skleroze so ključni limfociti-B in limfociti-T, medtem ko Epstein-Barr virus napade limfocite-B in epitelne celice sluznic. Rezultate niso povezali z nobenim drugim do zdaj najverjetnejšim rizičnim faktorjem bolezni, kot sta genske predispozicije in nizke ravni vitamina D. To je velik korak v nadaljevanju zdravljenja in preprečevanja bolezni, saj se bo odkrivanje zdravil navezalo na vzročni razlog in ne le na zaviranje celic imunskega sistema. Z razvojem cepiva ali specifičnih protivirusnih zdravil za Epstein-Barr virus bo multipla skleroza lahko postala preprečljiva ali ozdravljiva.

=== Fink, Luka: Protitumorsko zdravilo spodbuja hujšanje pri miših ===
Pokazano je bilo, da povišani nivoji rastnega diferenciacijskega faktorja 15 (GDF15) zmanjšajo vnos hrane in posledično znižajo telesno maso, z aktivacijo receptorja glial-derived neurotropic factor (GDNF) v zadnjih možganih. To je alpha receptor, ki ga kodira gen GFRAL pri glodavcih in nečloveških primatih. Endogena indukcija tega peptida lahko predstavlja rešitev za zdravljenje debelosti. V študiji so s pomočjo drug-screening metod našli majhno molekulo kamptotecin (CPT), ki je bila prej uporabljena kot antitumorna učikovina, ki je lahko potencialen inducer hormona GDF15. Oralno doziranje CPT-ja je povišalo nivoje GDF15 v dietno-induciranih debelih miših, s tem, da je dvignilo nivoje ekspresije GDF15, v največji meri v jetrih, z aktivacijo stresnega odziva. Anorektičen efekt GDF15 je zmanjšal vnos hrane in posledično zmanjšal telesno maso, nivoje krvnega sladkorja in nivoje hepatičnega maščevja v debelih miših. Ravno nasprotno se zgodi, ko je GDF15 inhibiran z AAV8 in CPT izgubi svoje koristne učinke. In pričakovano, CPT ni zmanjšal vnosa hrane v miših brez GFRAL, kljub visokim nivojem GDF15. Te rezultati kažejo na to, da bi bil lahko CPT uporabljen kot učinkovina proti prekomerni telesni masi, z aktivacijo GDF15-GFRAL poti.

=== Rajterič, Lara: Z novim sistemom do hitrejšega nadzora nad nanodelci za dostavo zdravil ===
V zadnjih letih se je RNA terapija uveljavila kot nova kategorija terapevtskega sredstva za preprečevanje in zdravljenje različnih bolezni. Ker pa ima RNA molekula lastnosti, ki ji preprečujejo direkten vstop v celico, so znanstveniki razvili lipidne nanodelce, ki RNA molekulam omogočijo vstop v tarčne celice. Lipidne nanodelce običajno najprej testirajo na miših, nato se premaknejo na primate, ko so bolj sorodni ljudem, šele nato pa pridejo na vrsto klinična testiranja na ljudeh. Ker pa dostava te delcev pri različnih vrstah organizmov zaradi različnih signalnih poti v celicah poteka nekoliko drugače, je tudi celoten proces preizkušanja precej dolgotrajen in drag. Na Inštitutu za tehnologijo v Georgii so znanstveniki zato razvili sistem SANDS, ki jim omogoča simultano primerjavo genov, ki vplivajo na dostavo lipidnih nanodelcev v celice miši, primatov in ljudi, in to vse znotraj posebno zasnovanih poskusnih miši. Ta proces testiranja lipidnih nanodelcev precej skrajša in ekonomizira. S študijo so zanstveniki prišli do podatkov o dostavi LNP-jev do celic, ki lahko naredijo raziskave na prekliničnih vrstah bolj napovedne za testiranja na ljudeh, kar bi lahko omogočilo hitrejši razvoj RNA terapij.

=== Mikoš, Ula: Unikaten tubulin, ki se v bakteriji igra skrivalnice ===
''Naegleria gruberi'' je enocelični evkariont, ki je lahko v obliki amebe in bičkarja. Ameba ne vsebuje mikrotubulov, razen v obdobju celične delitve, ko tvori mikrotubulske snope, ki sestavljajo delitveno vreteno. Mitoza je zaprta, kar pomeni, da se delitveno vrteno tvori znotraj jedrca, ki se ohranja čez celotno mitozo. Razdeli se šele, ko se delitveno vreteno dovolj podaljša. Same snope sestavlja med 3 in 6 mikrotubulov, med 10 do 30 teh snopov, ki so zavrteni največkrat v desno, pa sestavlja vreteno. S podaljševanjem delitvenega vrtena se zasuk manjša, število snopov pa se poveča. V zgodnji metafazi so prisotni le primerni mikrotubuli, ki segajo čez celotno delitveno vrteno, v pozni metafazi, pa se sintetizirajo še sekundarni mikrotubuli, ki se nahajajo le na sredini vrtena. Diferenciacija amebe v bičkarja traja do 120 minut, vendar je ta oblika le začasna. Bičkar se po maksimalno 300 minutah spremeni nazaj v amebo, mikrotubuli se razstavijo in tubulin se razgradi. Mitotski mikrotubuli se razlikujejo od mikrotubulov, ki se sintetizirajo v bičkarju. Razlika je v tubulinu, ki gradi mikrotubule. Mitotski α in β-tubulin je bolj divergenten, kot α in β-tubulin bičkarjev. Sledi sklep, da je tubulin bičkarjev pod strožjim nadzorom. Divergentnost tubulina nam lahko omogoča razvoj zdravila, ki bo delovalo na divergenten tubulin v sorodni ''fowleri'', ki je človeški zajedavec, človeškega pa ne bo poškodoval.

=== Mužič, Taja: Smrtonosna kombinacija, ki neposredno sproži celično smrt ===
Apoptoza je vpletena v številne biološke procese in je zato med najbolj aktualnimi področji biomedicinskih raziskav. Notranja pot apoptoze je odvisna od dejavnikov, ki se sprostijo iz mitohondrijev. Proapoptotični protein BAX in protein DRP1 se med apoptozo kolokalizirata na mitohondrijih. Oba imata pri procesu pomebno vlogo. BAX nadzoruje permeabilnost zunanje membrane mitohondrija, DRP1 pa pomaga pri sproščanju citokroma c v citosol. Povezava med proteinoma je bila ugotovljena že pred desetletji, funkcionalni pomen te pa je ostal neznan. Skupini znanstvenikov iz Univerze v Kölnu je uspelo pokazati, da imata BAX in DRP1 fizično interakcijo in da se le-ta poveča med apoptozo. Proteina se namreč lokalizirata do ločljivosti 30nm, približno tolikšna pa je tudi velikost oligomerov, ki jih tvorita. Da proteina tvorita kompleks, so dokazali s fuzijskimi proteini RA in GB, ki oddajajo fluorescenco samo, če so del istega kompleksa. Poleg tega so meritve pokazale tudi, da je za tvorbo kompleksa teh proteinov potreben N-konec proteina BAX, ter da se ti pojavijo samo v membranskem okolju. Z dimerizacijo proteinov jim je uspelo raziskati funkcionalne vloge interakcije med omenjenima proteinoma. Rezultatati so pokazali, da medsebojna interakcija proteinov spodbuja kopičenje na mitohondrijih kot tudi aktivacijo BAX, kar povzroči indukcijo apoptoze.

=== Auer, Špela: Vpliv proteina na vnetja ===
Vnetje je biološki odziv imunskega sistema, ki ga lahko povzročajo patogeni, poškodovane celice in toksini. Vsako vnetje more naše telo tudi zatreti, če pa do tega ne pride, se lahko razvije kronično vnetje, ki lahko povzroči bolezenska stanja, npr. revmatoidni artritis. Prav pri bolnikih z revmatoidnim artritisom so prvič identificirali protein sekretorna fosfolipaza A2-IIA (sPLA2-IIA). Encim sPLA2-IIA hidrolizira predvsem fosfolipide membran bakterijskih celic v maščobne kisline in lizofosfolipide ter sodeluje pri proizvajanju lipidnih mediatorjev, npr. eikozanoidov, ki povzročajo vnetja. V raziskavi ''Dore et al. (2022)'' so opazovali vpliv encima sPLA2-IIA na miših. Pri miših s prekomerno izraženim encimom so opazili spontano otekanje vratu, kar je verjetno posledica razgradnje bakterijskih membran v mikrobioti miši, kjer je nastala arahidonska kislina, ki se pretvori v eikozanoide. Drugi možen razlog za vnetje je različna sestava mikrobiote (prisotnost različnih bakterij) ob prisotnosti oz. odsotnosti sPLA2-IIA. Na podlagi rezultatov so zaključili, da bi lahko lokalna inhibicija sPLA2-IIA ublažila vnetni proces, ki poslabša določene vnetne bolezni. Prav tako bi lahko blokiranje bakterijskih provnetnih lipidov (nastali z delovanjem encima), ki se potem pretvorijo v eikozanoide, zmanjšalo simptome pri ljudeh s sistemskimi vnetnimi boleznimi.

=== Laura, Simonič: Yin in Yang mitohondrijske arhitekture ===
Kriste so uvihanja notranje membrane mitohondrijev, na katerih poteka oksidativna fosforilacija. Sposobnost dinamičnega preoblikovanja mitohondrijskih membran je ključna mehanizma za prilagajanje mitohondrijev na spreminjajoče fiziološke potrebe in metabolne pogoje njihove okolice. Mitohondrijsko stično mesto in organizacijski sistem krist (MICOS) in F1Fo-ATP sintaza sta proteinska mehanizma, ključna za vzdrževanje arhitekture notranje mitohondrijske membrane. MICOS se nahaja na spojih krist, ki so povezava krist z izravnanim preostankom notranje membrane. MICOS spodbuja nastanek spojev krist, F1Fo-ATP sintaza pa ima glavno vlogo pri oblikovanju obodov na notranjem delu krist. Ta proteinska mehanizma imata antagonistično vlogo pri organizaciji arhitekture notranje membrane mitohondrijev. Najnovejše raziskave dinamike oblike mitohondrijev se osredotočajo na delovanje podenote Mic10, ki je ena izmed najpomembnejših enot kompleksa MICOS. Mic10 se selektivno veže z dimerno obliko ATP sintaze in s tem poveča nastajanje oligomerov ATP sintaze. Mic10 ima pri izoblikovanju arhitekture notranje membrane mitohondrijev dvojno vlogo. Zraven osrednje vloge Mic10 pri oblikovanju spojev krist, kot ena izmed glavnih podenot kompleksa MICOS, majhen delež Mic10 vstopa v interakcije s F1Fo-ATP sintazo. Slednja povezava stabilizira dimerno in oligomerno obliko ATP sintaze.

=== Lah, Urša: Kolibaktin, bakterijski toksin, ki sproži indukcijo profaga ===
Kolibaktin je kemično nestabilna majhna molekula genotoksina, ki lahko tvori medverižne navzkrižne povezave v DNK in je povezan s pojavom bakterijsko povzročenega kolorektalnega raka pri ljudeh. Proizvajajo ga samo bakterijski sevi, ki vsebujejo genomski otok poliketid sintaze (pks) ali biosintetični genski grozd clb. Natančneje je znano, da poškodbe DNK, ki jih povzroči ultravijolično obsevanje ali kemična obdelava, aktivira litično replikacijo profagov v bakterijah. Zaradi tega so se znanstveniki spraševali ali lahko kolibaktin vpliva na bakterijske populacije z aktivacijo rezidenčnih profagov. Da bi preverili ali proizvodnja kolibaktina spremeni obnašanje profagov v sosednjih lizogenih, ki ne proizvajajo kolibaktina, so okužili divji tip E.Coli BW25113 s fagom lambda in ta lizogen sokulturno združili z pks+ ali pks- E.Coli. Rezultati so pokazali na to, da proizvodnja kolibaktina posebej vpliva na bakterije, ki nosijo profage, tako da povzroča litični razvoj. Pokazali so tudi, da je kolibaktin širok induktor, zaščito pred njem pa predstavlja 170 aminokislinski protein. Čeprav lahko obstajajo druge funkcije kolibaktina, odkritje, da inducira profage zagotovi en mehanizem s katerim bi proizvodnja in imunost na ta naravni produkt lahko zagotovila konkurenčno prednost pred ostalimi mikroorganizmi.

=== Kristanc, Pia: pH odgovoren za bakterijsko rezistenco ===
Mnoge patogene bakterije proizvajajo SMR (angl. small multidrug resistance) proteine, ki so vrsta transmembranskih transportnih proteinov in so odgovorni tudi za rezistenco bakterij proti antibiotikom. Delujejo tako, da prenesejo molekulo antibiotika skozi membrano iz bakterije. Eden izmed teh proteinov je homodimer EmrE. To je bakterijski transmembranski protein, ki transportira poliaromatske kationske substrate s pomočjo protonske iztočne črpalke. Mehanizem transporta substrata skozi membrano je odvisen od strukturne spremembe EmrE proteina. Znano je, da je strukturna sprememba posledica različnega pH; v citoplazmi je namreč pH višji, v periplazmi pa nižji. Znanstveniki so v tej raziskavi s pomočjo substrata 4-fluoro-tetrafenilfosfonijevega iona (F4-TPP+) še enkrat določili že znano strukturo v nižjem pH ter uspešno določili tudi prej neznano strukturo v višjem pH. Za nižji pH so izbrali pH 5,8, za višji pa 8,0. Z uporabo jedrske magnetne resonance v trdnem stanju (angl. solid-state NMR) in merjenjem razdalj med vodiki in fluori v substratu so uspešno določili tudi drugo strukturo in ključne razlike med njima. Glavna razlika je, da je v nižjem pH eden od E14 protoniran, v višjem pa sta obadva deprotonirana. V tej raziskavi so ugotovili, da sta lahko TPP+ substrat in proton na protein vezana hkrati. Njuna vezava in odcepljanje potekata neodvisno od prisotnosti drugega, saj sta E14 ostanka dovolj narazen, da ne pride do elektrostatskih interakcij.

=== Tušek, Marcel: Turbo prepis genov v rokah proteina ===
Protein, ki se mnogokrat uporablja v času polimerizacije, se imenuje NDF (nucleosome-destabilizing factor/nukleosomskodestabilizacijski faktor). NDF ima PWWP motiv, ki ima interakcijo z nukleosomi blizu dvojic. NDF nato destabilizira nukleosome v neodvisnosti ATP-ja in povzroči transkripcijo v polimerizaciji II, v očiščenem in definiranem transkripcijskem sistemu ter hkrati v celičnem jedru. V primeru, da pride do pomanjkanja NDF proteina, pride do vse skupnega zmanjšanja RNK nivojev v mnogih genih. Pri ljudeh najdemo NDF protein v vseh tkivih in zelo velikih količinah. Hkrati je esencialen v matičnih celicah, pri raku na dojkah pa se prikaže v prevelikih količinah. To pomeni, da je NDF protein dodan v genska telesa med aktivacijo transkripcije, ob čemer olajšuje transkripcije polimerizacije II v nukleosomih. NDF je rekruiran v genska telesa in ta rekrucija je v spremstvu zvišanja transkripcijskih nivojev od mnogih NDF-obogatenih genov. Zaradi tega ima NDF pomembno vlogo pri genski aktivaciji. Še eden faktor vreden omembe je, da je protein bolj prisoten pri daljših genih kot pri krajših, saj mora v daljših destabilizirati več nukleosomov. Pomembno je, da ločujemo NDF protein od FACT proteina. FACT vzpodbuja razstavljanje in hkrati sestavljanje nukleosomov med gensko transkripcijo, DNK replikacijo in popravljanjem DNK. Mehanizem, ki ga FACT uporablja za vzdrževanje integritete kromatina med polimerizacijo, je lajšanje odstranitve H2A-H2B dimera.

=== Mohar, Teja: (Bio) zaznavanje proteinskih interakcij ===
WDR proteini so vsestranski pri posredovanju številnih protein-protein interakcijah (PPI) in igrajo ključno vlogo pri vzpostavljanju encimskih kompleksov. Pogosto so vpleteni v procesiranje celičnih signalov in služijo kot opora velikim molekulam. Velike motnje v njihovem fizičnem povezovanju z drugimi proteini pa lahko privedejo do patoloških stanj. Kljub njihovi pomembnosti so številne selektivne in dinamične interakcije WDR-jev s številnimi proteinskimi substrati neznane. Biološke in sintetične nanopore služijo kot močno orodje za vzorčenje reverzibilnih protein-peptid in protein-protein interakcij v raztopini. Cilj znanstvenikov je bilo ustvariti zelo občutljivo napravo sposobno zaznavanja in merjenja WDR5 - s kromatinom povezanega WD40 ponavljajočega proteina 5. Glavna ovira pri zaznavanju WDR-jev z uporabo nanopore je v velikosti. WDR-ji so preveliki, da bi vstopili skozi nanoporo, zato morajo biti te interakcije preučene zunaj lumna nanopore. Težavi so odpravili z inženirsko izdelano proteinsko nanoporo na katero so vezali ligand WDR5 proteina - MLL4Win. Nanopora pa vključuje tudi peptidni adapter na svojem N-koncu. Ligand WDR5 proteina, vezan na poro, mora vstopiti v votlino WDR5 proteina. Znanstveniki so dokazali, da je ta proteinska nanopora sposobna vzorčiti kompleksne vezne vmesnike. Lahko se uporablja tudi za proučevanje drugih WDR-jev in sistemov vezave, ki vsebujejo brazde. Dokazali so tudi, da lahko ta proteinska nanopora zazna tudi zelo šibke interakcije, kar razširi spekter uporabe nanopore in poudari njeno pomembno občutljivost.

=== Petrovič, Filip: Reprogramiranje možganskih tumorjev ===
Gliome so podvrsta možganskih tumorjev. So rakava obolenja GLIA celic, ki obdajajo nevrone v možganih. Glioblastome so zelo agresivna oblike »naprednih« gliom (Stage 3, Stage 4 Cancer). Eden izmed glavnih razlogov za nastanek tumorjev je hipometilacija DNA. Metilacija DNA je vezava CH3 skupin na adenin in timin, s čemer se regulira izražanje genov: geni, ki so hipermetilirani na promotorskih regijah, se ne bodo izražali. Predhodno je znano, da določene mutacije na genih IDH1 in IDH2 povečajo metilacijo CpG regij v promotorskih regijah DNA tumorskih celic, kar vodi do boljše prognoze (lažji potek bolezni, več možnosti za ozdravljenje,…). Raziskovalce je zanimalo, ali je mogoče metilacijo DNA povečati tudi pri posameznikih, pri katerih IDH1/2 mutaciji nista prisotni. To so poskušali doseči s kombinacijo 3 zdravil: Temozolomide, Bevacizumat in L-Metilfolat, še posebej jih je zanimal slednji. V raziskavi je sodelovalo 14 pacientov različnih starosti, spolov in brez mutacij IDH1/2, ki so prejemali različne doze že prej omenjenih zdravil. 13 pacientov je umrlo (ob času izida članka), vendar je bila njihova povprečna življenjska doba daljša od pacientov s podobno diagnozo, ki takega zdravja ne prejemajo(9,6 mesecev proti 8,5 mesecev). Raziskovalci so s primerjanjem metilacije DNA pred začetkom zdravljenja in po smrti ugotovili, da se je metilacija CpG regij povečala.

=== Kastelic, Gal: Avtofagija vskoči na pomoč pri celjenju ran ===
Avtofagija, mehanizem stresnih odzivov v celicah, je v celici največkrat prisotna pri razgradnji virusov in bakterij, ali pa pri recikliranju celici lastnih snovi, a pojavlja se tudi pri celjenju ran. Ko se rana celi, proces avtofagije sproži in uravnava proteinski kompleks TORC1. Znanstveniki so z izvajanjem poskusov na sadnih mušicah ugotovili, da celice okoli rane z avtofagijo selektivno razgradijo lastno celično membrano, pri čemer apikalna in bazalna stran ostaneta nedotaknjeni. S tem se meje med celicami porušijo in nastane velika večjedrna celica oz. sincicij, ki služi kot zaščita pred tujki in nudi mehansko stabilnost, avtofagija pa je potrebna tudi za čiščenje ostankov v celicah, ki obkrožajo rano. Da res pride do razgradnje celičnih sten, so znanstveniki dokazali z iskanjem GFP-pozitivnih celic. Za aktivacijo avtofagije so potrebni geni Atg1, Atg5, Atg6, Atg7 in Atg12, znanstveniki pa so z onemogočanjem avtofagije z zatiranjem vsakega od teh genov ugotovili, da so edini nujno potrebni geni Atg1, Atg5 in Atg6. Pravilno delovanje TORC1 potrebno za preprečevanje uničenja povrhnjice ličinke z avtofagijo, saj je lateralna plazemska membrana potencialni vir avtofagosomskih membran, TORC1 pa ima osrednjo regulacijsko funkcijo v celični presnovi. Disfunkcija avtofagije pa poveča tveganje za nevrodegenerativne bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, pa tudi za raka in okužbe.

=== Brajer, Mirta: Sodelovanje virusov in bakterij pri nastanku raka ===
Glavni povzročitelj raka materničnega vratu je HPV virus, ki se prenaša s tesnimi stiki s kožo ali sluznico okužene osebe. K nastanku raka pripomore okužba z bolj kancerogenimi oblikami virusa, saj 70% primerov povzročata HPV16 in HPV18, zraven pa lahko sodelujejo še drugi dejavniki, naprimer imunološko stanje posameznika, hormoni, ter sočasne okužbe z drugimi patogeni, v raziskavi so se osredotočili na sodelovanje s patogeno bakterijo Chlamydia trachomatis je najbolj pogosta spolno prenosljiva bakterija. Za raziskovanje vplivov obeh okužb, so znanstveniki uporabili organoide iz večslojnega epitelja materničnega vratu žensk ter iz miši pridobljenih epiteljnih celic materničnega vratu, ki dajejo ostalim celicam oporo. Organoid se samoorganizira v tkivo podobno slojevitem skvamoznem epitelju materničnega vratu. V človeške celice so integrirali HPV16 E6E7 onkogene. Celice z E6E7 onkogeni so bile podobne normalnim celicam, vendar so opazili manjše razlike. Fiziološke celice na različne načine želijo popraviti poškodbe, naprimer kot popravljanje z izrezom baze (BER), popravljanje neujemanja (MMR), popravljanje z izrezom nukleotidov (NER), homologna rekombinacija (HR) in kot signalna pot p53, nasprotno te procese uravnavata oba patogeni. Ekspresija HPV E6E7 aktivira te poti, medtem ko jih C. trachomatis zavira. Razumevanje kako delujejo mehanizmi nastanka raka, sploh pri pogostih patogenih, je pomembno za njihovo čimboljše razumevanje in posledično zmožnost preprečevanja raka, ki ga povzročajo patogeni organizmi.

=== Malik, Lara: Dvostranska molekula lahko utiša problematične gene ===
Zdravljenje avtoimunskih bolezni in rakavih obolenj predstavlja velik izziv za raziskovalce, saj gre v večini za zdravljenje simptomov. V samem korenu teh bolezni je pretirano izražanje genov, zaradi česar pride do nekontrolirane celične aktivnosti. ASO (ang. antisense oligonucleotide) zdravljenje je predmet veliko raziskav v zadnjem desetletju, a šele pred kratkim se je skupini raziskovalcem z univerze v Tokiju uspelo dokopati do učinkovitejše oblike zdravljenja, imenovane Toc-HDO. Gre za heterodupleks oligonukleotidno molekulo, na katero je vezan α-tokoferol, vrsta E vitamina. Je dvodelna molekula zgrajena iz DNA in komplementarne RNA. Toc-HDO cilja na določene problematične gene, zaradi katerih pride do previsokega nivoja belih krvničk in s tem pretiranega imunskega odziva, ki pa vodi v vnetja in obolenja. Poskus na miših, ki so jim vnesli Toc-HDO, je pri ciljanju genov Itga4, Malat1 in Dmpk prinesel spodbudne rezultate, ki odpirajo možnosti za nadaljnje raziskave tega mehanizma. Poleg tega so z različnimi metodami iskali vezavne proteine za Toc-HDO.

=== Novel, Matija: Umetni proteini kot osnovni gradniki bioplastike ===
Raziskovalci so z bioinženiringom ustvarili protein, s katerim se lahko proizvede material, ki ima podobne lastnosti kakor plastika. Takim materialom, ki so izdelani z namenom, da bi plastiko zamenjali, jim pravimo bioplastika. Iščejo se materiali z enakimi lastnosti, a s sposobnostjo, da bi se lahko material zlahka recikliral oziroma, da bi se lahko celo sam razgradil s pomočjo bakterij in gliv. Takemu materialu pravimo, da je biorazgradljiv. Pri bioplastiki narejeni iz umetnih ELP proteinov se je izkazalo, da procesi za njeno proizvodnjo, obdelavo ter razgradnjo so poceni in niso energijsko zahtevni, kar dejansko vpliva na odločitve tovarn in industrij ali bodo material proizvedli in uporabljali ali ne. Ubistvu s podrobnimi raziskavami se je ugotovilo, da ta umetno narejen protein ima veliko več uporabnih lastnosti kot se je sprva mislilo. Poleg teh, omenjenih zgoraj, ima še zelo dobro biokompatibilnost, biorazgradljivost, po želji prilagodljive strukturne in mehanske lastnosti, je netopen v organskih topilih, peptidna sekvenca proteina ima zelo dobro sposobnost shranjevanja informacij ter ima sposobnost hemostaze za preprečevanje in zaustavitev krvavitev. Vse to nudi možnost materialu, da bila ustrezna zamenjava za nekatere plastične materiale, ki se uporabljajo za vsakdanjo rabo in vemo, da so planetu in ljudem škodljive.

=== Kolenc, Klara: Odkrito kako virusi povzročijo avtoimune bolezni ===
Avtoimune bolezni nastanejo kot posledica avtoimunosti. Le ta je imunski odziv organizma na lastne nepoškodovane celice in organe. Imunski sistem je definiran kot obramba pred okužbo s tujki iz okolja in morebitnimi poškodbami celic, torej deluje kot obrambni mehanizem za zaščito pred razvojem bolezni. Imunski sistem lahko delimo na prirojen in pridobljen, cilj katerih je uničenje patogenov, ki so prišli v naše telo. Pri imunskem odzivu so najpomembnejše celice, limfocite T in B ter antigen predstavitvene celice, ki antigen predstavijo. Avtoimunost bi lahko torej predstavili kot nepravilno delovanje imunskega sistema, kar lahko povzročijo različni faktorji, en izmed katerih so tudi virusi. V tej raziskavi je bilo raziskano, kako okužba z mišjim Roseolovirusom (MVR) v otroštvu lahko povzroči razvoj avtoimunega gastritisa (AIG) pri odrasli miši. Okužba z Roseolovirusom pa so lahko primerjali z okužbo z ''Thymic viruse'' (MTV), saj povzročita podoben imunski odziv telesa. Oba napadeta CD4+T celice, ki so izredno pomembne komponente imunskega sistema. AIG je povezan z aktivacijo avtoreaktivnih CD4+T celic in autoprotiteles. Regulator avtoimunosti(AIRE) (The autoimmune regulator transcription factor) vzbudi izražanje antigenov. Genetsko pomanjkanje le tega pa lahko povzroči razvoj avtoimunih bolezni.

Temelji biokemije 2023 - seminar

2022-03-02T17:22:10Z

Klara Kolenc: /* Seznam seminarjev */

Seminarje vodi doc. dr. Miha Pavšič. Seminarji so obvezni.

Ocena seminarjev (6-10) predstavlja enako število odstotkov, ki se prišteje h končni pisni oceni izpita.
Stran na strežniku s seminarskimi nalogami je zaščitena.
Uporabniško ime je: tbk, password pa: samozame## "##" sta dve številki, ki ju izveste na predavanjih.
Tudi za urejanje Wiki strani potrebujete geslo, ki se od zgornjega razlikuje. Postopek pridobitve Wiki uporabniškega imena in gesla je opisan [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Main_Page tukaj].

== Seznam seminarjev ==

{| class="wikitable"
! Priimek in ime !! Naslov seminarja !! Povezava !! Rok za oddajo !! Rok za recenzijo !! Datum predstavitve !! Recenzent 1 !! Recenzent 2 !! Recenzent 3
|-
| Fink, Luka || Protitumorsko zdravilo spodbuja hujšanje pri miših || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220224140853.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Bunc, Zara || Pečovnik Wutt, Naja || Malik, Lara
|-
| Kogoj, Lena || Umetno narejene proteinske mišice zdaj realnost || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220128141254.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Pucihar, Samo || Pojbič, Taja || Novel, Matija
|-
| Korošec, Tinkara || Superbakterije in novi pristopi k razumevanju vzroka rezistence || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220217181730.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Kovaček, Lucija || Trček, Laura || Petrovič, Filip
|-
| Krašna, Deni || Odkrit ključ za nadzor celične smrti || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220218100724.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Stojić, Ivana || Bernik, Miha || Kolenc, Klara
|-
| Mezek, Tajda || || || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Trajković, Miljan || Jeromelj, Tonja || Koren, Žiga
|-
| Auer, Špela || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220125124029.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Žerovnik, Klara || Poljanšek, Aleš || Matek, Nik
|-
| Mikoš, Ula || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220225085843.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Zupanc, Lara || Vogrič, Vanja || Trost, Teo
|-
| Mužič, Taja || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220113111451.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Petrov, Mario || Vranješ, Tin || Varlamov, Mark
|-
| Rajterič, Lara || Z novim sistemom do hitrejšega nadzora nad nanodelci za dostavo zdravil || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220210114055.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Trobiš, Veronika || Agrež, Tim-David || Justin, Klemen
|-
| Simonič, Laura || || || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Velkovska, Tamara || Bunc, Zara || Kresal, Martin
|-
| Kristanc, Pia || || || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Fink, Luka || Pucihar, Samo || Pečovnik Wutt, Naja
|-
| Lah, Urša || ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220223111242.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Kogoj, Lena || Kovaček, Lucija || Pojbič, Taja
|-
| Mohar, Teja || || || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Korošec, Tinkara || Stojić, Ivana || Trček, Laura
|-
| Tušek, Marcel || || || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Krašna, Deni || Trajković, Miljan || Bernik, Miha
|-
| Brajer, Mirta || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mezek, Tajda || Žerovnik, Klara || Jeromelj, Tonja
|-
| Kastelic, Gal || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Auer, Špela || Zupanc, Lara || Poljanšek, Aleš
|-
| Malik, Lara || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mikoš, Ula || Petrov, Mario || Vogrič, Vanja
|-
| Novel, Matija || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mužič, Taja || Trobiš, Veronika || Vranješ, Tin
|-
| Petrovič, Filip || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Rajterič, Lara || Velkovska, Tamara || Agrež, Tim-David
|-
| Kolenc, Klara ||Odkrili kako virusi povzročijo avtoimune bolezni ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220228103805.htm || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Simonič, Laura || Fink, Luka || Bunc, Zara
|-
| Koren, Žiga || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Kristanc, Pia || Kogoj, Lena || Pucihar, Samo
|-
| Matek, Nik || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Lah, Urša || Korošec, Tinkara || Kovaček, Lucija
|-
| Trost, Teo || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Mohar, Teja || Krašna, Deni || Stojić, Ivana
|-
| Varlamov, Mark || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Tušek, Marcel || Mezek, Tajda || Trajković, Miljan
|-
| Justin, Klemen || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220216121828.htm || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Brajer, Mirta || Auer, Špela || Žerovnik, Klara
|-
| Kresal, Martin || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Kastelic, Gal || Mikoš, Ula || Zupanc, Lara
|-
| Pečovnik Wutt, Naja || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Malik, Lara || Mužič, Taja || Petrov, Mario
|-
| Pojbič, Taja || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Novel, Matija || Rajterič, Lara || Trobiš, Veronika
|-
| Trček, Laura || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Petrovič, Filip || Simonič, Laura || Velkovska, Tamara
|-
| Bernik, Miha || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Kolenc, Klara || Kristanc, Pia || Fink, Luka
|-
| Jeromelj, Tonja || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Koren, Žiga || Lah, Urša || Kogoj, Lena
|-
| Poljanšek, Aleš || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Matek, Nik || Mohar, Teja || Korošec, Tinkara
|-
| Vogrič, Vanja || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Trost, Teo || Tušek, Marcel || Krašna, Deni
|-
| Vranješ, Tin || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Varlamov, Mark || Brajer, Mirta || Mezek, Tajda
|-
| Agrež, Tim-David || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Justin, Klemen || Kastelic, Gal || Auer, Špela
|-
| Bunc, Zara || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Kresal, Martin || Malik, Lara || Mikoš, Ula
|-
| Pucihar, Samo || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Pečovnik Wutt, Naja || Novel, Matija || Mužič, Taja
|-
| Dehondt, Johan || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || || ||
|-
| Vitard, Arthur || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || || ||
|-
| Kovaček, Lucija || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Pojbič, Taja || Petrovič, Filip || Rajterič, Lara
|-
| Stojić, Ivana || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Trček, Laura || Kolenc, Klara || Simonič, Laura
|-
| Trajković, Miljan || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Bernik, Miha || Koren, Žiga || Kristanc, Pia
|-
| Žerovnik, Klara || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Jeromelj, Tonja || Matek, Nik || Lah, Urša
|-
| Zupanc, Lara || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Poljanšek, Aleš || Trost, Teo || Mohar, Teja
|-
| Petrov, Mario || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Vogrič, Vanja || Varlamov, Mark || Tušek, Marcel
|-
| Trobiš, Veronika || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Vranješ, Tin || Justin, Klemen || Brajer, Mirta
|-
| Velkovska, Tamara || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Agrež, Tim-David || Kresal, Martin || Kastelic, Gal
|}

==Naloga==
* Samostojno pripraviti seminar, katerega tema je novica iz področja biokemije na portalu [http://www.sciencedaily.com ScienceDaily], ki je bila objavljena kasneje kot '''1. avgusta 2021'''. Osnova za seminar naj bo znanstveni članek, ki je podlaga za to novico. Poleg tega članka za seminar uporabite še najmanj pet drugih virov, od teh vsaj še dva druga znanstvena članka, ki se navezujeta na to vsebino.
* Članke na temo lahko iščete [https://scholar.google.com/ z Google učenjakom].
* Naslov izbrane teme (naslov seminarja v slovenščini) in povezavo do novice vpišite v tabelo seminarjev takoj ko ste si izbrali temo, najkasneje pa en teden pred rokom za oddajo .
* [[TBK2021 Povzetki seminarjev|Povzetek seminarja]] opišete na wikiju v približno 200 besedah – najkasneje do dne, ko morate oddati seminar recenzentom.
* Povezavo do povzetka vnesete v tabelo seminarjev tekočega letnika.
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge (pisava Cambria, font 11, enojni razmak, 2,5 cm robovi; tekst naj obsega okoli 1000 besed), vsebuje naj 1–2 sliki. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. Vse uporabljene vire citirajte v tekstu, kot npr. (Nobel, 2010), na koncu pa navedite točen seznam literature, kot je opisano spodaj!
* Celotni seminar naj obsega 2 strani A4 formata (po možnosti dvostransko tiskanje).
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Recenzenti do dneva določenega v tabeli določijo popravke in podajo oceno pisnega dela, v predpisanem formatu elektronskega obrazca na internetu.
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 10 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni. Prvi recenzent vodi predstavitve in razpravo ter skrbi za to, da vse poteka v zastavljenih časovnih okvirih.
* Predstavitvi sledi razprava do 5 minut. Sledijo vprašanja prisotnih, recenzenti postavijo vsak vsaj dve vprašanji in na koncu podajo oceno predstavitve.
* En dan pred predstavitvijo na strežnik oddajte tudi končno verzijo. Na dan predstavitve morate oddati tudi končno (popravljeno) in natisnjeno verzijo seminarja v enem izvodu.
* Seminarska naloga in povzetek na wikiju morajo biti v slovenskem jeziku!

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki jih pošiljate, poimenujete po spodnjih pravilih. Ne uporabljajte ČŽŠčžš!
Poslati morate naslednje datoteke:
* TBK_2022_Priimek_Ime.doc(x) za seminar, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor.docx
* TBK_2022_Priimek_ime_final.doc(x) za končno verzijo seminarja
* TBK_2022_Priimek_Ime_rec_Priimek2.doc(x) za recenzijo, kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* TBK_2022_Priimek_Ime.pdf za prezentacijo (PowerPoint -> Shrani kot PDF), npr TBK_2022_Guncar_Gregor.pdf
* TBK_2022_Priimek_Ime_clanek.pdf za datoteko PDF, ki vsebuje izvirni članek, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor_clanek.pdf

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://forms.office.com/r/8i5ma9ZvQZ recenzentsko poročilo] na spletu.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik '''mora''' oceniti seminar tako, da odda svoje [https://forms.office.com/r/LvF8vvL7mT mnenje] najkasneje v enem tednu po predstavitvi. Kdor na seminarju ni bil prisoten, mnenja '''ne sme''' oddati.

==Urejanje spletnih strani na wikiju==
Wiki so razvili zato, da lahko spletne vsebine ureja vsakdo. Ukazi so preprosti, dokler si ne zamislite česa prav posebnega. Vseeno pa je Word v primerjavi z wikijem pravo čudežno orodje... Če imate težave z oblikovanjem besedila, si preberite poglavje o urejanju wiki-strani na Wikipediji ([http://en.wikipedia.org/wiki/Help:Editing tule] v angleščini in [http://sl.wikipedia.org/wiki/Wikipedija:Urejanje_strani tu] v slovenščini). Pomaga tudi, če pogledate, kako je zapisana kakšna stran, ki se vam zdi v redu: kliknite na zavihek 'Uredite stran' in si poglejte, kako so vpisane povezave, kako nov odstavek in podobno. ''Na koncu seveda pod oknom za urejanje kliknite na 'Prekliči'.''

==Faktor vpliva==
Faktor vpliva (angl. impact factor) neke revije pove, kolikokrat so bili v poprečju citirani članki v tej reviji v dveh letih skupaj pred objavo tega faktorja. Faktorje vpliva za posamezno revijo lahko najdete v [https://plus.si.cobiss.net/opac7/jcr COBISS-u]. V polje "Naslov revije" vnesite ime revije, za katero želite izvedeti faktor vpliva, in pritisnite na gumb POIŠČI. Če želite videti vse revije, enostavno v iskalno polje vpišite *. V skrajnem desnem stolpcu se bodo izpisali faktorji vpliva za revije, ki ustrezajo vašim iskalnim kriterijem. Zadetkov za posamezno revijo je več zato, ker so navedeni faktorji vpliva za posamezno leto. Za tekoče leto faktorji vpliva še niso objavljeni, zato se orientirajte po faktorjih vpliva zadnjih par let. Če faktorja vpliva za vašo izbrano revijo ne najdete v bazi COBISS, potem izberite članek iz kakšne druge revije.

==Citiranje virov==
Citiranje je možno po več shemah, važno je, da se v seminarju držite ene same. Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati. Sicer pa ima vsaka revija lahko svoj način citiranja, ki ga je treba pri pisanju članka upoštevati. '''Citiranje knjig:''' Priimek, I. ''Naslov''. Kraj: Založba, letnica. Priimek, I. ''Naslov: podnaslov''. Izdaja. Kraj: Založba, letnica. Zbirka, številka. ISBN. Boyer, R. ''Temelji biokemije''. Ljubljana: Študentska založba, 2005. Glick BR in Pasternak JJ. ''Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA''. 3. izdaja. Washington: ASM Press, 2003. ISBN 1-55581-269-4. Če so avtorji trije, je beseda in med drugim in tretjim avtorjem. Če so avtorji več kot trije, napišemo samo prvega in dopišemo ''et al''. (in drugi, po latinsko). Vse, kar je latinsko, pišemo poševno (npr. tudi imena rastlin in živali, pojme ''in vivo'', ''in vitro'' ipd.). '''Citiranje člankov:''' Priimek, I. Naslov. ''Naslov revije'', letnica, letnik, številka, strani. Lartigue C. ''et al''. Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 2007, letn. 317, str. 632-638.Alternativni način citiranja (predvsem v družboslovju) je po pravilih APA, kjer članke citirajo takole: Priimek, I. (letnica, številka). Naslov. Naslov revije, strani. Lartigue C. ''et al.'' (2007, 317) Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 632-638.Revija Science uporablja skrajšani zapis: C. Lartigue ''et al''. Science 317, 632 (2007) V diplomah na FKKT je treba navesti vire tako, da izpišete tudi naslov citiranega dela in strani od-do (ne samo začetne). '''Citiranje spletnih virov:''' Priimek, I. ''Naslov dokumenta''. Izdaja. Kraj: Založnik, letnica. Datum zadnjega popravljanja. [Datum citiranja.] spletni naslov strangeguitars. ''On the brink of artificial life''. 6. 10. 2007. [citirano 13. 11. 2007] http://www.metafilter.com/65331/On-the-brink-of-artificial-life Navedemo čim več podatkov; pogosto vseh iz pravila ne boste našli.