Wiki FKKT - User contributions [en]

Klasifikacija plazmidov

2024-04-22T19:52:45Z

Nika Makuc: /* Klasifikacija PTU */

== Uvod ==

Potreba po klasifikaciji se je pojavila že pred vpeljavo pojma plazmid. Takrat imenovani »episomi« so bili razporejeni v tri skupine: F-plazmidi, plazmidi, ki nosijo zapis za kolicin, in tisti, ki nosijo zapis za rezistenco. Tak način klasifikacije se je hitro izkazal kot nezadosten, zato so se sproti, ob odkrivanju plazmidov različnih bakterij, razvijali novi načini razvrščanja. Klasifikacije so najprej temeljile na fenotipskih značilnostih, kot so zmožnost konjugativnega prenosa in obstoja različnih plazmidov v isti gostiteljski celici, nato na podlagi zaporedij replikonov in najnovejše na podlagi celotnih genomov plazmidov. Ob primerjavi zaporedij plazmidov se pojavi potreba po definiciji »vrst« plazmidov, ki razkriva njihove biološke značilnosti [1].

== Postopki klasifikacije ==

=== Klasifikacija po nezdružljivosti ===

Klasifikacija plazmidov v različne nezdružljivostne skupine (angl. Incompatibility groups, Inc groups) temelji na eksperimentalnih opažanjih, da plazmidi s podobnim replikonom pogosto ne morejo stabilno obstajati v isti gostiteljski celici. Takšna plazmida se ob delitvi bakterije porazdelita med hčerinski celici namesto, da bi se v hčerinskih celicah njuno število ohranilo. To je posledica nerazlikovanja med replikonoma plazmidov med njuno rastjo, zato se en izmed plazmidov množi hitreje kot drug. Nezdružljivost se je določevalo na podlagi stabilnosti plazmidov, ki sta bila v bakterijo vstavljena s konjugacijo, po obdobju rasti. Eksperimentalna določitev združljivosti ni vedno jasna, saj so lahko plazmidi le delno združljivi. Prav tako ni nujno, da se bosta združljiva plazmida še vedno podvojevala in razdvojevala enako, če se en izmed njiju vstavi v bakterijski kromosom. Z lažjim dostopom do sekvenciranja in prenehanjem testiranja združjivosti zaradi zahtevnosti se je uveljavil en izmed trenutnih načinov klasifikacije; klasifikacija po replikonih ali replikonska tipizacija [1].

=== Klasifikacija po replikonih ===

Vsak plazmid ima vsaj eno mesto ori, zato plazmide pri replikonski tipizaciji razporejamo v skupine glede na analizo sekvence replikonov [1]. Replikon je območje DNA ali RNA, ki se podvojuje iz enega samega mesta replikacije in ima zase značilne podvojevalne in razdvojevalne proteine [2]. Njegovo sekvenco lahko analiziramo z orodji kot je PlasmidFinder, ki vsebuje 471 sekvenc replikonov družin Enterobacteriaceae, Staphylococcaceae, Enterococcaceae, Bacillaceae, Clostridiaceae in Lactobacillaceae [1]. Orodje temelji na urejeni podatkovni zbirki replikonov plazmidov, namenjeni prepoznavanju plazmidov v genomskih zaporedjih bakterij. PlasmidFinder ob prepoznavanju replikonov dodeli še preučevane plazmide v skupine in poveže značilnosti skupin z obstoječimi informacijami o Inc skupinah [2]. Uporaba baze je omejena predvsem na epidemiološko uporabo, za zaznavanje zaporedij plazmidov, ki nosijo zapise za odpornost proti antibiotikom, saj v bazo ni vključeno veliko rodov in celo nekaterih debel bakterij. Pri večreplikonskih plazmidih je zanimivo, da takšni plazmidi redko nosijo več kot en zapis za relaksazo, ki je edini skupen element pri podvajanju kompatibilnih plazmidov, kar predstavlja dobro izhodišče za klasifikacijo plazmidov po zapisu gena za relaksazo. Takšno razporejanje je ponovno omejeno in ne vključuje plazmidov, ki konjugativnega prenosa niso sposobni [1]. Opisani klasifikaciji imata svoje omejitve, zato stremimo k boljšemu, bolj univerzalnemu načinu razporejanja plazmidov v skupine.

=== Genska klasifikacija ===

Klasifikacijo plazmidov lahko izvajamo tudi s pomočjo uporabe dendrogramov oziroma omrežij, s čimer prikažemo povezave med plazmidi, ki si delijo določene gene. Omrežja so lahko pri tem enodelna oziroma dvodelna, oboje pa opisujemo s pomočjo vozlišč in pripadajočih povezav med njimi (robov). V enodelnem sistemu, lahko z debelino povezave med vozliščema ponazorimo število skupnih genov, kar imenujemo uteženo omrežje. Med tem pa je posebnost dvodelnega omrežja dodatna skupina vozlišč, ki predstavljajo homologne proteinske skupine. V tem primeru robovi povezujejo tako vozlišča plazmidov, kot vozlišča homolognih proteinskih družin, če plazmid vsebuje gen, ki pripada obema [1].

Slabost opisane metode je, da temelji le na primerjavah posameznih genov in ne celotnega plazmidnega genoma. Hkrati zato ne odgovori na vprašanje ali plazmidi sploh tvorijo vrste ali zaradi visoke stopnje rekombinacije mej med plazmidi ni [1].

=== Genomska klasifikacija ===

Razvili so se postopki, ki temeljijo na oceni parnih razdalj med genomi tako, da zaporedja DNA najprej po dolžini razdelimo na krajša podzaporedja dolžine k, imenovana k-mer, in na podlagi teh izračunamo Jaccardov indeks (JI) oziroma unijo množice podzaporedij. Primera takih metod sta Mash in BinDash. Dobljene matrike lahko ponovno ponazorimo kot omrežja z vožlišči in robovi, pri čemer lahko vozlišča tokrat uvrščamo v skupine. Tista, ki imajo gostejše povezave znotraj skupine kot zunaj nje, opredelimo kot omrežno skupnost. Skupnosti se naprej delijo v ‘tolpe’ in ‘paratolpe’ glede na število povezav med člani v omrežju. Znotraj tolpe je značilno, da so med seboj povezani vsi plazmidi, med tem ko pri paratolpah to ni nujno [1].

== Metode in algoritmi ==

=== pATLAS ===

Procesi za razvrščanje plazmidov so pomembni, saj si običajno le-ti znotraj skupnosti delijo tudi določene lastnosti. V ta namen so razvili številne metode za klasifikacijo plazmidov, med njimi tudi javno dostopen pATLAS, z vizualnimi analitičnimi orodji za raziskovanje povezav med plazmidi. Po podatkovni zbirki je omogočeno iskanje po imenu plazmida, bakterijskem sevu, prisotnosti rezistence na antibiotike, virulenci, dolžini zaporedja in podobnosti. Podatki za metodo so vzeti iz zbirke NCBI RefSeq, ki temelji na uporabi že omenjenega postopka Mash [3]. Njegova pomanjkljivost je, da se ne ukvarja z razvrščanjem plazmidov v skupnosti oziroma kakršnokoli podrobnejšo klasifikacijo [1].

=== Plazmidne tolpe ===

S pomočjo postopka BinDash in algoritma OSLOM (angl. Ordered Statistics Local Optimization Method) so se nato lotili preiskovanja plazmidnih skupnosti. Plazmide so lahko uvrstili v skupaj 566 tolp, od katerih je 561 skupin vsebovalo tri ali več plazmide. 88 plazmidov je pri tem pripadalo več skupinam tolp. Tolpe so si v večini primerov delile enako bakterijsko družino in podobne gene. Rezultati so omogočili predvidevanja o horizontalnem prenosu genov (HGT) preko interakcij med posamenimi tolpami, hkrati pa so pokazali, da se tudi skupine tolp skladajo s filogenetsko hierarhijo bakterijskih gostiteljev [1].

=== MOB-suite ===

Eno izmed pomembnejših bioinformacijskih orodij za klasifikacijo in analizo mobilnih bakterijskih proteinov (MOB) oziroma plazmidov je MOB-suite. Temelji na postopku Mash in sestoji iz treh metod za združevanje (MOB-cluster), rekonstrukcijo (MOB-recon) in tipizacijo plazmidov (MOB-typer). MOB-recon rekonstruira posamezna zaporedja plazmidov iz genoma, ki ga zagotavlja orodje MOB-cluster. Slednji izračuna vse parne genomske razdalje za plazmide, s čimer tvori skupine plazmidov (klastre), informacije pa dobi s pomočjo orodja MOB-typer, ki ima vlogo indetifikatorja različnih tipov plazmidov [4].

== Klasifikacija PTU ==

Na podlagi do sedaj omenjenih načinov klasifikacij so razvili še klasifikacijo plazmidov s pomočjo PTU (angl. plasmid taxonomy units). PTU so plazmidne taksonomske enote, skupine, ki jih tvorijo posamezni plazmidi glede na skupno povprečno identičnost nukleotidov oz. ANI (angl. average nucleotide identity). ANI je merilo za genomsko podobnost na ravni nukleotidov med kodirajočimi območji dveh genomov [5]. Omogoča torej primerjavo celotnih genomov in ne le posameznih genov. Izračun ANI vključuje fragmentacijo dveh zaporedij genoma, ki ju primerjamo, in iskanje najboljših dvosmernih ujemanj med fragmenti. Ti morajo imeti vsaj 70-odstotno identičnost nukleotidov in 70-odstotno pokritost krajšega izmed zaporedij [1].
V PTU so prisotni plazmidi brez nezdružljivostne skupine (Inc) ali dodelitve replikona v PlasmidFinder-ju, v kolikor jih ta ne zazna. Posledično je znotraj posamezne PTU pogosta variabilnost replikonskih zaporedij. Replikonska zaporedja, ki jih lahko najdemo v PlasmidFinder-ju, so namreč lahko omejena na eno PTU z značilnim replikonom, lahko se isti replikon nahaja v različnih PTU ali pa PTU vsebuje replikon, ki ga v PlasmidFinder-ju sploh ni. To pomeni, da isti replikon v PlasmidFinder-ju ni nujen pogoj za ohranjanje visoke splošne genomske identičnosti [1].

Med plazmidi je pričakovana združljivost, če so pripadniki iste PTU, čeprav imajo različne replikone. Če imajo plazmidi, ki so pripadniki iste PTU, isto zgradbo replikona, se uporabi strožji prag pokritosti oz. ujemanja, da ne pride do večkratnih poravnav na različnih zaporedjih replikona. Če imajo plazmidi različne replikone, a pripadajo istemu PTU, pomeni, da lahko plazmidi iste PTU sobivajo v istem gostitelju. Nastanek novih PTU omogočajo prehodi plazmidov glede na njihovo mobilnost, npr. iz konjugativnih plazmidov v mobilne, saj so povezani s spremembami v naboru genov. Te spremembe vključujejo izgubo mesta konjugacije in zamenjavo vrste replikacije. V določeni PTU so plazmidi, ki imajo drugačno vrsto mobilnosti, bolj ohlapno povezani z drugimi plazmidi te PTU, kar pomeni, da so v omrežju vzpostavili manj povezav [1].

=== Gostiteljska območja ===

Na podlagi klasifikacije PTU in podatkov o bakterijskih gostiteljih plazmidov PTU, je bila uvedena šeststopenjska lestvica gostiteljskega območja. Ta temelji na znanstveni klasifikaciji živih bitij v vrsto, rod, družino, red, razred, deblo, kraljestvo in domeno. Kot omenjeno je lestvica razdeljena na šest razredov, kjer razred I predstavlja PTU, katerih pripadniki so prisotni le v izolatih iste bakterije, razred VI pa pripadnike, ki so lahko prisotni v različnih razredih pripadajočega taksonomskega debla bakterije. Večina mobilnih in konjugativnih PTU je razdeljenih v razred III, saj so se pripadniki sposobni nahajati v bakterijah različnih rodov iste taksonomske družine. Večina nemobilnih PTU pa je omejenih na razreda I ali II, saj so prisotni v isti vrsti ali rodu. Ko je vsaki PTU dodeljena stopnja gostiteljskega območja, je mogoče odkriti potencialne poti izmenjave plazmidov glede na bakterijsko taksonomijo [1].

PTU imajo torej značilne gostitelje in pogosto posebne genetske determinante, kot so dejavniki virulence ali geni za odpornost proti antibiotikom. To s pomočjo genomskega sekvenciranja omogoča sledenje širjenju plazmidov v bakterijskih populacijah [1].

== Zaključek ==

Od prvih poskusov razvrščanja do sodobnih genomskih analiz se je razvilo veliko novih metod, algoritmov in programov za klasifikacijo plazmidov. Zaradi njihove kompleksnosti in variabilnosti razvrščanje še ni popolnoma dokončano. Nadaljnje raziskave na tem področju so zato bistvenega pomena za izboljšanje razumevanja plazmidov, njihovih medsebojnih povezav in vlog v različnih bioloških procesih.

== Viri ==

[1] M. P. Garcillán-Barcia, S. Redondo-Salvo, in F. De La Cruz, “Plasmid classifications,” Plasmid, let. 126, str. 102684, maj 2023, doi: 10.1016/j.plasmid.2023.102684.

[2] A. Carattoli idr., “In Silico Detection and Typing of Plasmids using PlasmidFinder and Plasmid Multilocus Sequence Typing,” Antimicrob Agents Chemother, let. 58, št. 7, str. 3895–3903, jul. 2014, doi: 10.1128/AAC.02412-14.

[3] T. S. Jesus, B. Ribeiro-Gonçalves, D. N. Silva, V. Bortolaia, M. Ramirez, in J. A. Carriço, “Plasmid ATLAS: plasmid visual analytics and identification in high-throughput sequencing data,” Nucleic Acids Research, let. 47, št. D1, št. D188–D194, nov. 2018, doi: 10.1093/nar/gky1073.

[4] J. A. Robertson in J. H. E. Nash, “MOB-suite: software tools for clustering, reconstruction and typing of plasmids from draft assemblies,” Microbial Genomics, let. 4, št. 8, aug. 2018, doi: 10.1099/mgen.0.000206.

[5] S. Redondo-Salvo idr., „COPLA, a taxonomic classifier of plasmids“, BMC Bioinformatics, let. 22, št. 1, str. 390, dec. 2021, doi: 10.1186/s12859-021-04299-x.

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

BIO2 Povzetki seminarjev 2023

2023-11-13T17:10:46Z

Nika Makuc:

= 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.