Wiki FKKT - User contributions [en]

Shranjevanje digitalnih podatkov v DNA

2020-05-17T17:07:43Z

Samo Purič:

''Povzeto po'': [https://www.nature.com/articles/nature11875 Goldman, N. ''et al.'' Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. ''Nature'' '''494''', 77–80 (2013)]

=== Uvod ===

Ideja o shranjevanju digitalnih podatkov v molekulah DNA ni nova. Kot medij za shranjevanje genetskih informacij, je DNA prisotna vse od začetka življenja na zemlji, velika verjentost pa je, da so se njeni osnovni gradniki pojavili že veliko prej. Tako pravzaprav ni nobeno naključje, da so raziskovalci že v sredini prejšnjega stoletja začeli razmišljati v tej smeri. Leta 1959 je fizik Richard Feynman predlagal koncept uporabe umetno zasnovanih objektov/procesov, ki bi med drugim posnemali tudi biološke molekule/sisteme. Prvi primer dejanskega shranjevanja podatkov je iz leta 1988, ko so raziskovalci iz Harvarda, v sodelovanju z umetnikom Joe Davisom, v DNA sekvenco v ''E.coli'' shranili sliko germanske rune. Razvoj je bil sprva zelo počasen (in je še danes), največjo oviro namreč predstavljata cena in pa dolgotrajnost postopkov zapisovanja in branja podatkov.1,2

V zadnjih nekaj letih smo ustvarili in shranili večjo količino podatkov, kot pred tem v celotni zgodovini človeštva. Količina generiranih podatkov se eksponentno povečuje iz leta v leto. Klasični (t.j. magnetni ali optični) nosilci informacij ne predstavljajo trajne rešitve saj je, poleg relativno kratke življenjske dobe, njihova glavna pomanjkljivost ogromna količina energije ki je potrebna za delovanje podatkovnih centrov. V luči konstantnega napredka na področju tehnologije DNA, večjih hitrostih in pa predvsem nižanju cen sinteze in sekvenciranja, predstavlja uporaba DNA za shranjevanje podatkov izredno zanimivo alternativo klasičnim trdim diskom. Poleg tega molekula DNA predstavlja enostavno in robustno platformo, ki omogoča shranjevanje podatkov za daljše časovno obdobje.1,3

== Praktičen način shranjevanja podatkov z visoko kapaciteto ==

'''Prednosti DNA sistemov:'''

- Visoka kapaciteta oz. izredna gostota kodiranja informacij

- Dolgotrajna obstojnost pri lahko lahko dosegljivih pogojih

- Evolucijsko dokazana učinkovitost in zanesljivost ohranjanja zapisanih informacij

'''Slabosti prvih DNA sistemov:'''

- Shranjevanje majhnih količin podatkov (težave pri razširjanju obsega)

- Odsotnost robustnih popravljalnih mehanizmov oziroma sistemov

- Visoka cena zapisovanja in branja podatkov

Kljub temu, da so tehnike za manipulacijo, shranjevanje in kopiranje velikih količin DNA v veljavi že leta, glavno težavo pri uporabi DNA, kot medija za shranjevanje digitalnih informacij, predstavlja ''de novo'' sinteza dolgih zaporedij DNA po točno določenem načrtu. Pristop, ki so ga ubrali raziskovalci iz Evropskega inštituta za bioinformatiko (EBI), je temeljil na hipotetični dolgi molekuli DNA, ki je bila kodirana ''in vitro'' z uporabo krajših fragmentov. Za razliko od uporabe živih vektorjev, tako zasnovan sistem omogoča preprost dostop do informacij in dolgotrajno shranjevanje, poleg tega pa je cenovno veliko bolj učinkovit.

=== Kodiranje digitalnih informacij ===

Za analizo delovanja načrtovanega sistema shranjevanja informacij je bilo izbranih 5 datotek zapisanih v sledečih računalniških formatih: '''ASCII''' tekst, '''PDF''' format, '''JPEG''' format in '''MP3''' format. Bajti, ki sestavljajo vsako posamezno datoteko so predstavljeni kot enoverižno DNA zaporedje. Le-to ne vsebuje nobenih homopolimerov (t.j. zaporednih ponovitev identičnih baz), saj ti znatno prispevajo k pojavu napak v procesu obsežnejšega sekvenciranja. Odsotnost ponovitev je bila dosežena z uporabo Huffmanovega algoritma, ki vsak bajt v zaporedju zamenja s petimi ali šestimi '''base-3''' števili oz. triti (ternarni sistem – 0, 1, 2). Vsak od 256 možnih bajtov je tako predstavljen z petimi ali šestimi triti. Nato je vsak trit kodiran z nukleotidom, ki je izbran po principu, da ne sme biti enak kot prejšnji (Tabela 1). Vsako posamezno DNA zaporedje sestavlja 100 nukleotidov, razdeljeno pa je na prekrivajoče se segmente (prekrivanje 75 nukleotidov) s čimer je zagotovljena 4x redundantnost. Poleg tega je vsak drug segment pretvorjen v svoj reverzni komplement (s tem je zmanjšana možnost sistemskih napak, ki bi povzročile izgubo podatkov). Vsakemu segmentu pripada tudi 17 nukleotidov dolgo registrsko zaporedje, ki vsebuje informacije o datoteki, ki ji segment pripada in o njegovi lokacija znotraj le-te. Končni produkt je set segmentov celotnega DNA zaporedja z dolžino 117 nukleotidov. Uniformna dolžina segmentov in odsotnost zaporednih ponovitev enakih nukleotidov kažeta na to, da gre za sintetične molekule DNA, ki ne izvirajo iz narave.

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto; text-align:center; border: none; background: none;"
|+Tabela 1: Shema pretvarjanja tritov v nukleotide, ki preprečuje nastanek homopolimerov.
| style="background: #FCFCFC;" |
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | predhoden nukleotid
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 0
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 1
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 2
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
|}

Štirikratna redundantnost pomeni, da je vsaka baza kodirana v štirih različnih DNA segmentih, od katerih sta dva reverzna komplementa. Zaradi tega lahko vsako sistemsko ali naključno napako v sintezi ali sekvenciranju popravimo s t.i. »majority vote-om« (večinskim glasovanjem) ali pa z uporabo bolj dovršenih bralnih mehanizmov, ki upoštevajo možnost nastanka takšnih napak.
Sintetizirane oligonukeotide, ki ustrezajo načrtovanim DNA segmentom lahko v liofilizirani obliki shranjujemo ali transportiramo pri sobni temperaturi, brez uporabe specializiranega pakiranja. Po resuspendiranju, pomnoževanju in čiščenju je moč vzorec sekvencirati in iz posameznih segmentov ''in silico'' rekonstruirati celotno DNA zaporedje in iz njega dekodirati informacijo (brez kakršnih koli dodatnih informacij).

=== Dekodiranje in poprava napak ===

Po opravljenem sekvenciranju se segmenti naložijo v pripravljen program, ki s procesom, obratnim od tistega za kodiranje informacije (opisano zgoraj), izlušči informacije v sklopu štirih stopenj (postopno branje segmentov ob upoštevanju prekrivanja). Pri tem se znebimo skoraj vseh sistemskih in naključnih napak, ki so nastale v procesu priprave informacijske knjižnice. Štiri od petih originalnih datotek so bile rekonstruirane s 100-odstotno natančnostjo brez človeškega posredovanja. Pri peti je prišlo do izgube dveh regij (25 nukleotidov), ki pa ju je bilo moč, z predvidevanjem glede na okoliške nukleotide, ročno dopolniti. Ob pregledu teh dveh regij, se je izkazalo, da gre za regije ki se nahajata znotraj dolgih ponovitev 20 nukleotidov dolgega motiva:

5ʹ-GAGCATCTGCAGATGCTCAT-3ʹ

ki je reverzno komplementaren sam sebi in kot tak predstavlja težavo saj v pogojih sekvenciranja pride do nastanka zanke znotraj tarčnega zaporedja kar inhibira sam proces. Iz tega razloga je pomembno, da se pri načrtovanju sheme kodiranja upošteva tudi možnost nastanka dolgih samo-komplementarnih zaporedij, ki nato motijo proces sekvenciranja in v celotno DNA verigo vnašajo luknje.4

== Dolgoročno arhiviranje digitalnih podatkov ==

Pomembno vprašanje za dolgoročno shranjevanje podatkov je, kako lahko bo sisteme za shranjevanje informacij na osnovi DNA uporabiti za razširjenje aplikacije. Število baz, ki so potrebne za kodiranje podatkov seveda raste linearno s samo količino podatkov, ki jih želimo shraniti. A vendar to ni edini sestavni del segmentov ki jih uporabljamo. Dolžina registrskega zaporedja, ki je potrebno za klasifikacijo posameznega segmenta, raste kot logaritem števila segmentov, ki jih moramo označiti. Iz tega razloga celotna količina DNA, ki jo je potrebno sintetizirati ne raste linearno. Največjo oviro pri vsem tem pa še vedno predstavlja dolžina posameznega fragmenta, ki je trenutno še omejena. Z napredkom na tem področju in z optimizacijo redundance v sistemu kodiranja pa bo tudi ta težava v bližnji prihodnosti odpravljena.

Že ob upoštevanju trenutnih stroškov povezanih s sintezo in sekvenciranjem DNA verig, predstavlja opisani način zapisovanja informacij v DNA možno alternativo klasičnim sistemom v primerih kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do informacij. Takšen je tudi sistem CASTOR pospeševalnika v Cernu, ki je leta 2012 vseboval 80 PB in ima letni prirast 15 PB. Le majhen delež teh podatkov je shranjen na disku, za preostanek pa se uporabljajo magnetni trakovi, ki zasedejo veliko prostora in ne predstavljajo dolgoročne rešitve saj jih je treba na vsake 10 let presnemavati. V primerih, kjer bo dostop do določenih informacij potreben šele čez nekaj deset let v primeru preverjanja podatkov, je sistem na osnovi DNA cenovno ugoden že danes.

Ocenjeni stroški uporabe dotične metode (leta 2013) so naslednji: $12,400 MB-1 za shranjevanje informacije in $220 MB-1 za dekodiranje podatkov. V primerjavi z klasičnimi shranjevalnimi mediji (npr. magnetni trakovi), se torej uporaba DNA izkaže kot primerna opcija v primerih, kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do podatkov (dolgotrajno shranjevanje). Količina izluščenih podatkov: 757,051 bajtov podatkov iz 337 pg DNA (podatkovna gostota: 2,2 PB/g DNA. Za primerjavo, leta 2017 so raziskovalci iz univerze Columbia objavili metodo, imenovano DNA fontana, ki omogoča shranjevanje do 215 PB podatkov na gram DNA, vendar pa metoda zaradi svoje cene ni primerna za razširjeno uporabo v večjih sistemih.1,4,5,6

== Zaključek ==

Predstavljen sistem shranjevanja digitalnih informacij v DNA predstavlja pomemben napredek na tem področju in je nekakšna odskočna deska za nadaljnje raziskave. Z napredkom na področju tehnologije DNA, nižanjem cen sinteze in sekvenciranja ter uveljavljanjem novih metod kodiranja podatkov, bodo sistemi na osnovi DNA v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo v shranjevanju vedno večje količine podatkov, ki jih ustvarja človeštvo.

== Viri in literatura ==

1. Ceze, L., Nivala, J. & Strauss, K. Molecular digital data storage using DNA. Nature Reviews Genetics vol. 20 456–466 (2019).

2. Extance, A. Could the molecule known for storing genetic information also store the world’s data? Nature 537, 22–24 (2016).

3. DNA Data Storage Is Closer Than You Think - Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dna-data-storage-is-closer-than-you-think/.

4. Goldman, N. et al. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature 494, 77–80 (2013).

5. Akram, F., Haq, I. ul, Ali, H. & Laghari, A. T. Trends to store digital data in DNA: an overview. Molecular Biology Reports vol. 45 1479–1490 (2018).

6. Erlich, Y. & Zielinski, D. DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture. Science 355, 950–954 (2017).

Shranjevanje digitalnih podatkov v DNA

2020-05-17T17:07:05Z

Samo Purič:

''Povzeto po'': [https://www.nature.com/articles/nature11875 Goldman, N. ''et al.'' Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. ''Nature'' '''494''', 77–80 (2013)]

=== Uvod ===

Ideja o shranjevanju digitalnih podatkov v molekulah DNA ni nova. Kot medij za shranjevanje genetskih informacij, je DNA prisotna vse od začetka življenja na zemlji, velika verjentost pa je, da so se njeni osnovni gradniki pojavili že veliko prej. Tako pravzaprav ni nobeno naključje, da so raziskovalci že v sredini prejšnjega stoletja začeli razmišljati v tej smeri. Leta 1959 je fizik Richard Feynman predlagal koncept uporabe umetno zasnovanih objektov/procesov, ki bi med drugim posnemali tudi biološke molekule/sisteme. Prvi primer dejanskega shranjevanja podatkov je iz leta 1988, ko so raziskovalci iz Harvarda, v sodelovanju z umetnikom Joe Davisom, v DNA sekvenco v ''E.coli'' shranili sliko germanske rune. Razvoj je bil sprva zelo počasen (in je še danes), največjo oviro namreč predstavljata cena in pa dolgotrajnost postopkov zapisovanja in branja podatkov.1,2

V zadnjih nekaj letih smo ustvarili in shranili večjo količino podatkov, kot pred tem v celotni zgodovini človeštva. Količina generiranih podatkov se eksponentno povečuje iz leta v leto. Klasični (t.j. magnetni ali optični) nosilci informacij ne predstavljajo trajne rešitve saj je, poleg relativno kratke življenjske dobe, njihova glavna pomanjkljivost ogromna količina energije ki je potrebna za delovanje podatkovnih centrov. V luči konstantnega napredka na področju tehnologije DNA, večjih hitrostih in pa predvsem nižanju cen sinteze in sekvenciranja, predstavlja uporaba DNA za shranjevanje podatkov izredno zanimivo alternativo klasičnim trdim diskom. Poleg tega molekula DNA predstavlja enostavno in robustno platformo, ki omogoča shranjevanje podatkov za daljše časovno obdobje.1,3

== Praktičen način shranjevanja podatkov z visoko kapaciteto ==

Prednosti DNA sistemov:

- Visoka kapaciteta oz. izredna gostota kodiranja informacij

- Dolgotrajna obstojnost pri lahko lahko dosegljivih pogojih

- Evolucijsko dokazana učinkovitost in zanesljivost ohranjanja zapisanih informacij

Slabosti prvih DNA sistemov:

- Shranjevanje majhnih količin podatkov (težave pri razširjanju obsega)

- Odsotnost robustnih popravljalnih mehanizmov oziroma sistemov

- Visoka cena zapisovanja in branja podatkov

Kljub temu, da so tehnike za manipulacijo, shranjevanje in kopiranje velikih količin DNA v veljavi že leta, glavno težavo pri uporabi DNA, kot medija za shranjevanje digitalnih informacij, predstavlja ''de novo'' sinteza dolgih zaporedij DNA po točno določenem načrtu. Pristop, ki so ga ubrali raziskovalci iz Evropskega inštituta za bioinformatiko (EBI), je temeljil na hipotetični dolgi molekuli DNA, ki je bila kodirana ''in vitro'' z uporabo krajših fragmentov. Za razliko od uporabe živih vektorjev, tako zasnovan sistem omogoča preprost dostop do informacij in dolgotrajno shranjevanje, poleg tega pa je cenovno veliko bolj učinkovit.

=== Kodiranje digitalnih informacij ===

Za analizo delovanja načrtovanega sistema shranjevanja informacij je bilo izbranih 5 datotek zapisanih v sledečih računalniških formatih: '''ASCII''' tekst, '''PDF''' format, '''JPEG''' format in '''MP3''' format. Bajti, ki sestavljajo vsako posamezno datoteko so predstavljeni kot enoverižno DNA zaporedje. Le-to ne vsebuje nobenih homopolimerov (t.j. zaporednih ponovitev identičnih baz), saj ti znatno prispevajo k pojavu napak v procesu obsežnejšega sekvenciranja. Odsotnost ponovitev je bila dosežena z uporabo Huffmanovega algoritma, ki vsak bajt v zaporedju zamenja s petimi ali šestimi '''base-3''' števili oz. triti (ternarni sistem – 0, 1, 2). Vsak od 256 možnih bajtov je tako predstavljen z petimi ali šestimi triti. Nato je vsak trit kodiran z nukleotidom, ki je izbran po principu, da ne sme biti enak kot prejšnji (Tabela 1). Vsako posamezno DNA zaporedje sestavlja 100 nukleotidov, razdeljeno pa je na prekrivajoče se segmente (prekrivanje 75 nukleotidov) s čimer je zagotovljena 4x redundantnost. Poleg tega je vsak drug segment pretvorjen v svoj reverzni komplement (s tem je zmanjšana možnost sistemskih napak, ki bi povzročile izgubo podatkov). Vsakemu segmentu pripada tudi 17 nukleotidov dolgo registrsko zaporedje, ki vsebuje informacije o datoteki, ki ji segment pripada in o njegovi lokacija znotraj le-te. Končni produkt je set segmentov celotnega DNA zaporedja z dolžino 117 nukleotidov. Uniformna dolžina segmentov in odsotnost zaporednih ponovitev enakih nukleotidov kažeta na to, da gre za sintetične molekule DNA, ki ne izvirajo iz narave.

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto; text-align:center; border: none; background: none;"
|+Tabela 1: Shema pretvarjanja tritov v nukleotide, ki preprečuje nastanek homopolimerov.
| style="background: #FCFCFC;" |
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | predhoden nukleotid
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 0
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 1
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 2
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
|}

Štirikratna redundantnost pomeni, da je vsaka baza kodirana v štirih različnih DNA segmentih, od katerih sta dva reverzna komplementa. Zaradi tega lahko vsako sistemsko ali naključno napako v sintezi ali sekvenciranju popravimo s t.i. »majority vote-om« (večinskim glasovanjem) ali pa z uporabo bolj dovršenih bralnih mehanizmov, ki upoštevajo možnost nastanka takšnih napak.
Sintetizirane oligonukeotide, ki ustrezajo načrtovanim DNA segmentom lahko v liofilizirani obliki shranjujemo ali transportiramo pri sobni temperaturi, brez uporabe specializiranega pakiranja. Po resuspendiranju, pomnoževanju in čiščenju je moč vzorec sekvencirati in iz posameznih segmentov ''in silico'' rekonstruirati celotno DNA zaporedje in iz njega dekodirati informacijo (brez kakršnih koli dodatnih informacij).

=== Dekodiranje in poprava napak ===

Po opravljenem sekvenciranju se segmenti naložijo v pripravljen program, ki s procesom, obratnim od tistega za kodiranje informacije (opisano zgoraj), izlušči informacije v sklopu štirih stopenj (postopno branje segmentov ob upoštevanju prekrivanja). Pri tem se znebimo skoraj vseh sistemskih in naključnih napak, ki so nastale v procesu priprave informacijske knjižnice. Štiri od petih originalnih datotek so bile rekonstruirane s 100-odstotno natančnostjo brez človeškega posredovanja. Pri peti je prišlo do izgube dveh regij (25 nukleotidov), ki pa ju je bilo moč, z predvidevanjem glede na okoliške nukleotide, ročno dopolniti. Ob pregledu teh dveh regij, se je izkazalo, da gre za regije ki se nahajata znotraj dolgih ponovitev 20 nukleotidov dolgega motiva:

5ʹ-GAGCATCTGCAGATGCTCAT-3ʹ

ki je reverzno komplementaren sam sebi in kot tak predstavlja težavo saj v pogojih sekvenciranja pride do nastanka zanke znotraj tarčnega zaporedja kar inhibira sam proces. Iz tega razloga je pomembno, da se pri načrtovanju sheme kodiranja upošteva tudi možnost nastanka dolgih samo-komplementarnih zaporedij, ki nato motijo proces sekvenciranja in v celotno DNA verigo vnašajo luknje.4

== Dolgoročno arhiviranje digitalnih podatkov ==

Pomembno vprašanje za dolgoročno shranjevanje podatkov je, kako lahko bo sisteme za shranjevanje informacij na osnovi DNA uporabiti za razširjenje aplikacije. Število baz, ki so potrebne za kodiranje podatkov seveda raste linearno s samo količino podatkov, ki jih želimo shraniti. A vendar to ni edini sestavni del segmentov ki jih uporabljamo. Dolžina registrskega zaporedja, ki je potrebno za klasifikacijo posameznega segmenta, raste kot logaritem števila segmentov, ki jih moramo označiti. Iz tega razloga celotna količina DNA, ki jo je potrebno sintetizirati ne raste linearno. Največjo oviro pri vsem tem pa še vedno predstavlja dolžina posameznega fragmenta, ki je trenutno še omejena. Z napredkom na tem področju in z optimizacijo redundance v sistemu kodiranja pa bo tudi ta težava v bližnji prihodnosti odpravljena.

Že ob upoštevanju trenutnih stroškov povezanih s sintezo in sekvenciranjem DNA verig, predstavlja opisani način zapisovanja informacij v DNA možno alternativo klasičnim sistemom v primerih kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do informacij. Takšen je tudi sistem CASTOR pospeševalnika v Cernu, ki je leta 2012 vseboval 80 PB in ima letni prirast 15 PB. Le majhen delež teh podatkov je shranjen na disku, za preostanek pa se uporabljajo magnetni trakovi, ki zasedejo veliko prostora in ne predstavljajo dolgoročne rešitve saj jih je treba na vsake 10 let presnemavati. V primerih, kjer bo dostop do določenih informacij potreben šele čez nekaj deset let v primeru preverjanja podatkov, je sistem na osnovi DNA cenovno ugoden že danes.

Ocenjeni stroški uporabe dotične metode (leta 2013) so naslednji: $12,400 MB-1 za shranjevanje informacije in $220 MB-1 za dekodiranje podatkov. V primerjavi z klasičnimi shranjevalnimi mediji (npr. magnetni trakovi), se torej uporaba DNA izkaže kot primerna opcija v primerih, kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do podatkov (dolgotrajno shranjevanje). Količina izluščenih podatkov: 757,051 bajtov podatkov iz 337 pg DNA (podatkovna gostota: 2,2 PB/g DNA. Za primerjavo, leta 2017 so raziskovalci iz univerze Columbia objavili metodo, imenovano DNA fontana, ki omogoča shranjevanje do 215 PB podatkov na gram DNA, vendar pa metoda zaradi svoje cene ni primerna za razširjeno uporabo v večjih sistemih.1,4,5,6

== Zaključek ==

Predstavljen sistem shranjevanja digitalnih informacij v DNA predstavlja pomemben napredek na tem področju in je nekakšna odskočna deska za nadaljnje raziskave. Z napredkom na področju tehnologije DNA, nižanjem cen sinteze in sekvenciranja ter uveljavljanjem novih metod kodiranja podatkov, bodo sistemi na osnovi DNA v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo v shranjevanju vedno večje količine podatkov, ki jih ustvarja človeštvo.

== Viri in literatura ==

1. Ceze, L., Nivala, J. & Strauss, K. Molecular digital data storage using DNA. Nature Reviews Genetics vol. 20 456–466 (2019).

2. Extance, A. Could the molecule known for storing genetic information also store the world’s data? Nature 537, 22–24 (2016).

3. DNA Data Storage Is Closer Than You Think - Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dna-data-storage-is-closer-than-you-think/.

4. Goldman, N. et al. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature 494, 77–80 (2013).

5. Akram, F., Haq, I. ul, Ali, H. & Laghari, A. T. Trends to store digital data in DNA: an overview. Molecular Biology Reports vol. 45 1479–1490 (2018).

6. Erlich, Y. & Zielinski, D. DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture. Science 355, 950–954 (2017).

Shranjevanje digitalnih podatkov v DNA

2020-05-17T17:06:11Z

Samo Purič:

''Povzeto po'': [https://www.nature.com/articles/nature11875 Goldman, N. ''et al.'' Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. ''Nature'' '''494''', 77–80 (2013)]

=== Uvod ===

Ideja o shranjevanju digitalnih podatkov v molekulah DNA ni nova. Kot medij za shranjevanje genetskih informacij, je DNA prisotna vse od začetka življenja na zemlji, velika verjentost pa je, da so se njeni osnovni gradniki pojavili že veliko prej. Tako pravzaprav ni nobeno naključje, da so raziskovalci že v sredini prejšnjega stoletja začeli razmišljati v tej smeri. Leta 1959 je fizik Richard Feynman predlagal koncept uporabe umetno zasnovanih objektov/procesov, ki bi med drugim posnemali tudi biološke molekule/sisteme. Prvi primer dejanskega shranjevanja podatkov je iz leta 1988, ko so raziskovalci iz Harvarda, v sodelovanju z umetnikom Joe Davisom, v DNA sekvenco v ''E.coli'' shranili sliko germanske rune. Razvoj je bil sprva zelo počasen (in je še danes), največjo oviro namreč predstavljata cena in pa dolgotrajnost postopkov zapisovanja in branja podatkov.1,2

V zadnjih nekaj letih smo ustvarili in shranili večjo količino podatkov, kot pred tem v celotni zgodovini človeštva. Količina generiranih podatkov se eksponentno povečuje iz leta v leto. Klasični (t.j. magnetni ali optični) nosilci informacij ne predstavljajo trajne rešitve saj je, poleg relativno kratke življenjske dobe, njihova glavna pomanjkljivost ogromna količina energije ki je potrebna za delovanje podatkovnih centrov. V luči konstantnega napredka na področju tehnologije DNA, večjih hitrostih in pa predvsem nižanju cen sinteze in sekvenciranja, predstavlja uporaba DNA za shranjevanje podatkov izredno zanimivo alternativo klasičnim trdim diskom. Poleg tega molekula DNA predstavlja enostavno in robustno platformo, ki omogoča shranjevanje podatkov za daljše časovno obdobje.1,3

== Praktičen način shranjevanja podatkov z visoko kapaciteto ==

Prednosti DNA sistemov:
- Visoka kapaciteta oz. izredna gostota kodiranja informacij
- Dolgotrajna obstojnost pri lahko lahko dosegljivih pogojih
- Evolucijsko dokazana učinkovitost in zanesljivost ohranjanja zapisanih informacij
Slabosti prvih DNA sistemov:
- Shranjevanje majhnih količin podatkov (težave pri razširjanju obsega)
- Odsotnost robustnih popravljalnih mehanizmov oziroma sistemov
- Visoka cena zapisovanja in branja podatkov
Kljub temu, da so tehnike za manipulacijo, shranjevanje in kopiranje velikih količin DNA v veljavi že leta, glavno težavo pri uporabi DNA, kot medija za shranjevanje digitalnih informacij, predstavlja ''de novo'' sinteza dolgih zaporedij DNA po točno določenem načrtu. Pristop, ki so ga ubrali raziskovalci iz Evropskega inštituta za bioinformatiko (EBI), je temeljil na hipotetični dolgi molekuli DNA, ki je bila kodirana ''in vitro'' z uporabo krajših fragmentov. Za razliko od uporabe živih vektorjev, tako zasnovan sistem omogoča preprost dostop do informacij in dolgotrajno shranjevanje, poleg tega pa je cenovno veliko bolj učinkovit.

=== Kodiranje digitalnih informacij ===

Za analizo delovanja načrtovanega sistema shranjevanja informacij je bilo izbranih 5 datotek zapisanih v sledečih računalniških formatih: '''ASCII''' tekst, '''PDF''' format, '''JPEG''' format in '''MP3''' format. Bajti, ki sestavljajo vsako posamezno datoteko so predstavljeni kot enoverižno DNA zaporedje. Le-to ne vsebuje nobenih homopolimerov (t.j. zaporednih ponovitev identičnih baz), saj ti znatno prispevajo k pojavu napak v procesu obsežnejšega sekvenciranja. Odsotnost ponovitev je bila dosežena z uporabo Huffmanovega algoritma, ki vsak bajt v zaporedju zamenja s petimi ali šestimi '''base-3''' števili oz. triti (ternarni sistem – 0, 1, 2). Vsak od 256 možnih bajtov je tako predstavljen z petimi ali šestimi triti. Nato je vsak trit kodiran z nukleotidom, ki je izbran po principu, da ne sme biti enak kot prejšnji (Tabela 1). Vsako posamezno DNA zaporedje sestavlja 100 nukleotidov, razdeljeno pa je na prekrivajoče se segmente (prekrivanje 75 nukleotidov) s čimer je zagotovljena 4x redundantnost. Poleg tega je vsak drug segment pretvorjen v svoj reverzni komplement (s tem je zmanjšana možnost sistemskih napak, ki bi povzročile izgubo podatkov). Vsakemu segmentu pripada tudi 17 nukleotidov dolgo registrsko zaporedje, ki vsebuje informacije o datoteki, ki ji segment pripada in o njegovi lokacija znotraj le-te. Končni produkt je set segmentov celotnega DNA zaporedja z dolžino 117 nukleotidov. Uniformna dolžina segmentov in odsotnost zaporednih ponovitev enakih nukleotidov kažeta na to, da gre za sintetične molekule DNA, ki ne izvirajo iz narave.

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto; text-align:center; border: none; background: none;"
|+Tabela 1: Shema pretvarjanja tritov v nukleotide, ki preprečuje nastanek homopolimerov.
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | predhoden nukleotid
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 0
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 1
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 2
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
|}

Štirikratna redundantnost pomeni, da je vsaka baza kodirana v štirih različnih DNA segmentih, od katerih sta dva reverzna komplementa. Zaradi tega lahko vsako sistemsko ali naključno napako v sintezi ali sekvenciranju popravimo s t.i. »majority vote-om« (večinskim glasovanjem) ali pa z uporabo bolj dovršenih bralnih mehanizmov, ki upoštevajo možnost nastanka takšnih napak.
Sintetizirane oligonukeotide, ki ustrezajo načrtovanim DNA segmentom lahko v liofilizirani obliki shranjujemo ali transportiramo pri sobni temperaturi, brez uporabe specializiranega pakiranja. Po resuspendiranju, pomnoževanju in čiščenju je moč vzorec sekvencirati in iz posameznih segmentov ''in silico'' rekonstruirati celotno DNA zaporedje in iz njega dekodirati informacijo (brez kakršnih koli dodatnih informacij).

=== Dekodiranje in poprava napak ===

Po opravljenem sekvenciranju se segmenti naložijo v pripravljen program, ki s procesom, obratnim od tistega za kodiranje informacije (opisano zgoraj), izlušči informacije v sklopu štirih stopenj (postopno branje segmentov ob upoštevanju prekrivanja). Pri tem se znebimo skoraj vseh sistemskih in naključnih napak, ki so nastale v procesu priprave informacijske knjižnice. Štiri od petih originalnih datotek so bile rekonstruirane s 100-odstotno natančnostjo brez človeškega posredovanja. Pri peti je prišlo do izgube dveh regij (25 nukleotidov), ki pa ju je bilo moč, z predvidevanjem glede na okoliške nukleotide, ročno dopolniti. Ob pregledu teh dveh regij, se je izkazalo, da gre za regije ki se nahajata znotraj dolgih ponovitev 20 nukleotidov dolgega motiva:

5ʹ-GAGCATCTGCAGATGCTCAT-3ʹ

ki je reverzno komplementaren sam sebi in kot tak predstavlja težavo saj v pogojih sekvenciranja pride do nastanka zanke znotraj tarčnega zaporedja kar inhibira sam proces. Iz tega razloga je pomembno, da se pri načrtovanju sheme kodiranja upošteva tudi možnost nastanka dolgih samo-komplementarnih zaporedij, ki nato motijo proces sekvenciranja in v celotno DNA verigo vnašajo luknje.4

== Dolgoročno arhiviranje digitalnih podatkov ==

Pomembno vprašanje za dolgoročno shranjevanje podatkov je, kako lahko bo sisteme za shranjevanje informacij na osnovi DNA uporabiti za razširjenje aplikacije. Število baz, ki so potrebne za kodiranje podatkov seveda raste linearno s samo količino podatkov, ki jih želimo shraniti. A vendar to ni edini sestavni del segmentov ki jih uporabljamo. Dolžina registrskega zaporedja, ki je potrebno za klasifikacijo posameznega segmenta, raste kot logaritem števila segmentov, ki jih moramo označiti. Iz tega razloga celotna količina DNA, ki jo je potrebno sintetizirati ne raste linearno. Največjo oviro pri vsem tem pa še vedno predstavlja dolžina posameznega fragmenta, ki je trenutno še omejena. Z napredkom na tem področju in z optimizacijo redundance v sistemu kodiranja pa bo tudi ta težava v bližnji prihodnosti odpravljena.

Že ob upoštevanju trenutnih stroškov povezanih s sintezo in sekvenciranjem DNA verig, predstavlja opisani način zapisovanja informacij v DNA možno alternativo klasičnim sistemom v primerih kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do informacij. Takšen je tudi sistem CASTOR pospeševalnika v Cernu, ki je leta 2012 vseboval 80 PB in ima letni prirast 15 PB. Le majhen delež teh podatkov je shranjen na disku, za preostanek pa se uporabljajo magnetni trakovi, ki zasedejo veliko prostora in ne predstavljajo dolgoročne rešitve saj jih je treba na vsake 10 let presnemavati. V primerih, kjer bo dostop do določenih informacij potreben šele čez nekaj deset let v primeru preverjanja podatkov, je sistem na osnovi DNA cenovno ugoden že danes.

Ocenjeni stroški uporabe dotične metode (leta 2013) so naslednji: $12,400 MB-1 za shranjevanje informacije in $220 MB-1 za dekodiranje podatkov. V primerjavi z klasičnimi shranjevalnimi mediji (npr. magnetni trakovi), se torej uporaba DNA izkaže kot primerna opcija v primerih, kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do podatkov (dolgotrajno shranjevanje). Količina izluščenih podatkov: 757,051 bajtov podatkov iz 337 pg DNA (podatkovna gostota: 2,2 PB/g DNA. Za primerjavo, leta 2017 so raziskovalci iz univerze Columbia objavili metodo, imenovano DNA fontana, ki omogoča shranjevanje do 215 PB podatkov na gram DNA, vendar pa metoda zaradi svoje cene ni primerna za razširjeno uporabo v večjih sistemih.1,4,5,6

== Zaključek ==

Predstavljen sistem shranjevanja digitalnih informacij v DNA predstavlja pomemben napredek na tem področju in je nekakšna odskočna deska za nadaljnje raziskave. Z napredkom na področju tehnologije DNA, nižanjem cen sinteze in sekvenciranja ter uveljavljanjem novih metod kodiranja podatkov, bodo sistemi na osnovi DNA v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo v shranjevanju vedno večje količine podatkov, ki jih ustvarja človeštvo.

== Viri in literatura ==

1. Ceze, L., Nivala, J. & Strauss, K. Molecular digital data storage using DNA. Nature Reviews Genetics vol. 20 456–466 (2019).

2. Extance, A. Could the molecule known for storing genetic information also store the world’s data? Nature 537, 22–24 (2016).

3. DNA Data Storage Is Closer Than You Think - Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dna-data-storage-is-closer-than-you-think/.

4. Goldman, N. et al. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature 494, 77–80 (2013).

5. Akram, F., Haq, I. ul, Ali, H. & Laghari, A. T. Trends to store digital data in DNA: an overview. Molecular Biology Reports vol. 45 1479–1490 (2018).

6. Erlich, Y. & Zielinski, D. DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture. Science 355, 950–954 (2017).

Seminarji SB 2019/20

2020-05-17T17:04:30Z

Samo Purič:

V študijskem letu 2019/20 študentje 1. letnika predstavljajo naslednje teme:

RAZISKOVALNI ČLANKI

(Vpišite naslov seminarja v slovenščini in ga povežite z novo stranjo, kjer bo povzetek. Na tej novi strani naj bo pod naslovom povezava do izhodiščnega članka na spletu.) 

1 [[Robustno večcelično računanje z uporabo gensko kodiranih vrat NE-ALI in kemičnih 'žic']] (Tanja Zupan) 
2 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Proizvodnja_%C5%A1inorina%2C_naravne_za%C5%A1%C4%8Dite_pred_soncem%2C_z_uporabo_cianobakterije Proizvodnja šinorina, naravne zaščite pred soncem, z uporabo cianobakterije] (Tina Turel) 
3 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Prenos_informacije_med_bakterijami_v_sesalskem_%C4%8Drevesju_z_uporabo_sistema_zaznavanja_gostote_populacije Prenos informacije med bakterijami v sesalskem črevesju z uporabo sistema zaznavanja gostote populacije] (Anže Jenko) 
4 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Sinhronizirani_cikli_lize_bakterijskih_celic_za_in_vivo_dostavo_terapevtikov Sinhronizirani cikli lize bakterijskih celic za ''in vivo'' dostavo terapevtikov](Milica Janković) 
5 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Sintezna_pot_fiksacije_ogljikovega_dioksida Sintezna pot fiksacije ogljikovega dioksida] (Ana Obaha) 
6 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Sistem_za_brezcelično_sintezno_biologijo_na_osnovi_E.coli Sistem za brezcelično sintezno biologijo na osnovi ''E.coli''] (Ajda Lenardič) 
7 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Engineering_Customized_Cell_Sensing_and_Response_Behaviors_Using_Synthetic_Notch_Receptors Engineering Customized Cell Sensing and Response Behaviors Using Synthetic Notch Receptors] (Jelena Štrbac) 
8 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Programabilni_enocelični_sesalski_bioračunalniki Programabilni enocelični sesalski bioračunalniki] (Andreja Habič) 
9 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Priprava_sistema_s_proteinskimi_logi%C4%8Dnimi_vrati_na_povr%C5%A1ini_lipidnih_membran Priprava sistema s proteinskimi logičnimi vrati na površini lipidnih membran] (Uroš Prešern) 
10 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Kompleksno_celi%C4%8Dno_logi%C4%8Dno_ra%C4%8Dunanje_z_RNA-napravami Kompleksno celično logično računanje z RNA-napravami] (Peter Škrinjar) 
11 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Daljinsko_upravljanje_s_sesalskimi_celicami%2C_na_podlagi_temperaturno_reguliranih_genetskih_stikal_s_svetlobno-toplotnimi_utripi Daljinsko upravljanje s sesalskimi celicami, na podlagi temperaturno reguliranih genetskih stikal s svetlobno-toplotnimi utripi] (Luka Gregorič) 
12 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Komunikacija_na_osnovi_DNA_v_populacijah_sinteticnih_protocelic Komunikacija na osnovi DNA v populacijah sintetičnih protocelic] (Urban Hribar) 
13 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Na%C4%8Drtovanje_mikrobnih_konzorcijev_z_dolo%C4%8Denimi_dru%C5%BEbenimi_interakcijami Načrtovanje mikrobnih konzorcijev z določenimi družbenimi interakcijami] (Jerneja Nimac) 
14 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Orodje_za_modularno_sestavljanje_večgenskih_konstruktov_v_kvasovki: Sistem za modularno sestavljanje večgenskih konstruktov v kvasovki] (Katja Doberšek) 
15 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Genetski_programi_zgrajeni_iz_več_plasti_logičnih_vrat_v_posameznih_celicah Genetski programi zgrajeni iz več plasti logičnih vrat v posameznih celicah] (Daria Latysheva) 
16 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Modularni_klonirni_sistem_MoClo_za_biološko_sintezo_v_mikroalgi_C._reinhardtii Modularni klonirni sistem MoClo za biološko sintezo v mikroalgi ''C. reinhardtii''] (Veronika Razpotnik) 
17 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Vpliv_sinteznih_metabolnih_poti_glikolata_na_produktivnost_rastlin Vpliv sinteznih metabolnih poti glikolata na produktivnost rastlin] (Ines Medved) 
18 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/A_synthetic_biology_approach_to_transform_Yarrowia_Lypolytica_into_a_competitive_biotechnological_producer_of_%CE%B2-carotene: A synthetic biology approach to transform Yarrowia Lypolytica into a competitive biotechnological producer of β-carotene] (Željka Erić) 
19 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/In%C5%BEenirsko_pripravljeni_promotorji%2C_ki_omogo%C4%8Dajo_izra%C5%BEanje_ne_glede_na_%C5%A1tevilo_kopij Inženirsko pripravljeni promotorji, ki omogočajo izražanje ne glede na število kopij] (Benjamin Malovrh) 
20 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Shranjevanje_digitalnih_podatkov_v_DNA Shranjevanje digitalnih podatkov v DNA] (Samo Purič) 

NAGRAJENI ŠTUDENTSKI PROJEKTI

(Vpišite naslov seminarja v slovenščini in ga povežite z novo stranjo, kjer bo povzetek. Na tej novi strani naj bo pod naslovom povezava do wiki strani študentske ekipe, katere projekt opisujete.) 

1 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/PETEXE_-_sistem_za_filtracijo_mikroplastike_v_pralnih_strojih PETEXE - sistem za filtracijo mikroplastike v pralnih strojih]
(Lana Vogrinec) 
2 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Magi.Coli:_sinteza_psilocibina_s_pomo%C4%8Djo_E.coli Magi.Coli: sinteza psilocibina s pomočjo ''E.coli''] (Luka Lavrič) 
3 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/SONOBE_-_proteinski_sistem_za_agregacijo_mikroplastike SONOBE - proteinski sistem za agregacijo mikroplastike] (Vesna Podgrajšek) 
4 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/The_real_MVP:_ekspresijski_sistem_za_pripravo_modularnih_virusom_podobnih_delcev The real MVP: ekspresijski sistem za pripravo modularnih virusom podobnih delcev] (Žiga Vičič) 
5 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BI%28OIL%29OGICAL_FACTORY_-_sistem_za_proizvodnjo_sestavin_palmovega_olja_v_mikroalgi BI(OIL)OGICAL FACTORY - sistem za proizvodnjo sestavin palmovega olja v mikroalgi](Dunia Sahir) 
6 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Antihipertenzivni_probiotik_-_nov_pristop_zni%C5%BEevanja_krvnega_tlaka Antihipertenzivni probiotik - nov pristop zniževanja krvnega tlaka] (Nika Testen) 
7 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/ProQuorum:_probiotik_kot_zdravilo_proti_okužbi_s_C._difficile ProQuorum: probiotik kot zdravilo proti okužbi s ''C. difficile''] (Ana Maklin) 
8 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/ALiVE_%E2%80%93_analiza_%C5%BEivih_celic_z_vezikularnim_izvozom ALiVE – analiza živih celic z vezikularnim izvozom] (Sara Korošec) 
9 [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/NoTox_%E2%80%93_sistem_za_prepre%C4%8Devanje_botulinskih_izbruhov NoToX-sistem za preprečevanje botulinskih izbruhov] (Patricija Miklavc) 
10[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/To_bee...Hornet_to_bee,_ali_uporaba_bakterij_za_boj_proti_invazivni_vrsti To bee...Hornet to bee, ali uporaba bakterij za boj proti invazivni vrsti] (Primož Bembič) 

Povzetki v slovenščini naj imajo 1200-1500 besed (viri v to vsoto ne štejejo). Povzetek je treba objaviti dva dni pred predstavitvijo do polnoči (za seminarje v sredo torej v ponedeljek). Predstavitev seminarja naj bo dolga 15 minut (13-17). Sledila bo razprava, ki praviloma ne bo daljša od 5 minut.

----

Razpored po datumih predstavitev (pri vsakem terminu so možni največ 4 seminarji; vpišite ime in priimek pri dnevu, ko želite predstaviti seminar):

15.4. 
1 Tanja Zupan 
2 Lana Vogrinec 
3 Luka Lavrič 
4 Vesna Podgrajšek 

21.4. 
1 Žiga Vičič 
2 Tina Turel 
3 Anže Jenko 
4 Dunia Sahir 

22.4. 
1 Milica Janković 
2 Nika Testen 
3 Ana Obaha 
4 Ana Maklin 

5.5. 
1 Ajda Lenardič 
2 Jelena Štrbac 
3 Andreja Habič 
4 Uroš Prešern 

6.5. 
1 Sara Korošec 
2 Peter Škrinjar 
3 Luka Gregorič 
4 Urban Hribar 

12.5. 
1 Jerneja Nimac 
2 Katja Doberšek 
3 Daria Latysheva 
4 Veronika Razpotnik 

13.5. 
1 Ines Medved 
2 Željka Erić 
3 Patricija Miklavc 
4 Benjamin Malovrh 

19.5. 
1 Samo Purič 
2 Sara Jereb 
3 Primož Bembič 
4 Andrej Race 

20.5. 
1 Katja Malenšek 
2 Vid Modic 
3 Andrej Ivanovski 
4 Maja Globočnik 

26.5. 
1 Nika Zaveršek 
2 Janina Gea Cvikl 
3 
4 

27.5. Rezervni termin 
1 
2 
3 
4

Shranjevanje digitalnih podatkov v DNA

2020-05-17T17:01:45Z

Samo Purič:

''Povzeto po'': [https://www.nature.com/articles/nature11875 Goldman, N. ''et al.'' Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. ''Nature'' '''494''', 77–80 (2013)]

=== Uvod ===

Ideja o shranjevanju digitalnih podatkov v molekulah DNA ni nova. Kot medij za shranjevanje genetskih informacij, je DNA prisotna vse od začetka življenja na zemlji, velika verjentost pa je, da so se njeni osnovni gradniki pojavili že veliko prej. Tako pravzaprav ni nobeno naključje, da so raziskovalci že v sredini prejšnjega stoletja začeli razmišljati v tej smeri. Leta 1959 je fizik Richard Feynman predlagal koncept uporabe umetno zasnovanih objektov/procesov, ki bi med drugim posnemali tudi biološke molekule/sisteme. Prvi primer dejanskega shranjevanja podatkov je iz leta 1988, ko so raziskovalci iz Harvarda, v sodelovanju z umetnikom Joe Davisom, v DNA sekvenco v ''E.coli'' shranili sliko germanske rune. Razvoj je bil sprva zelo počasen (in je še danes), največjo oviro namreč predstavljata cena in pa dolgotrajnost postopkov zapisovanja in branja podatkov.1,2

V zadnjih nekaj letih smo ustvarili in shranili večjo količino podatkov, kot pred tem v celotni zgodovini človeštva. Količina generiranih podatkov se eksponentno povečuje iz leta v leto. Klasični (t.j. magnetni ali optični) nosilci informacij ne predstavljajo trajne rešitve saj je, poleg relativno kratke življenjske dobe, njihova glavna pomanjkljivost ogromna količina energije ki je potrebna za delovanje podatkovnih centrov. V luči konstantnega napredka na področju tehnologije DNA, večjih hitrostih in pa predvsem nižanju cen sinteze in sekvenciranja, predstavlja uporaba DNA za shranjevanje podatkov izredno zanimivo alternativo klasičnim trdim diskom. Poleg tega molekula DNA predstavlja enostavno in robustno platformo, ki omogoča shranjevanje podatkov za daljše časovno obdobje.1,3

== Praktičen način shranjevanja podatkov z visoko kapaciteto ==

Prednosti DNA sistemov:
- Visoka kapaciteta oz. izredna gostota kodiranja informacij
- Dolgotrajna obstojnost pri lahko lahko dosegljivih pogojih
- Evolucijsko dokazana učinkovitost in zanesljivost ohranjanja zapisanih informacij
Slabosti prvih DNA sistemov:
- Shranjevanje majhnih količin podatkov (težave pri razširjanju obsega)
- Odsotnost robustnih popravljalnih mehanizmov oziroma sistemov
- Visoka cena zapisovanja in branja podatkov
Kljub temu, da so tehnike za manipulacijo, shranjevanje in kopiranje velikih količin DNA v veljavi že leta, glavno težavo pri uporabi DNA, kot medija za shranjevanje digitalnih informacij, predstavlja ''de novo'' sinteza dolgih zaporedij DNA po točno določenem načrtu. Pristop, ki so ga ubrali raziskovalci iz Evropskega inštituta za bioinformatiko (EBI), je temeljil na hipotetični dolgi molekuli DNA, ki je bila kodirana ''in vitro'' z uporabo krajših fragmentov. Za razliko od uporabe živih vektorjev, tako zasnovan sistem omogoča preprost dostop do informacij in dolgotrajno shranjevanje, poleg tega pa je cenovno veliko bolj učinkovit.

=== Kodiranje digitalnih informacij ===

Za analizo delovanja načrtovanega sistema shranjevanja informacij je bilo izbranih 5 datotek zapisanih v sledečih računalniških formatih: '''ASCII''' tekst, '''PDF''' format, '''JPEG''' format in '''MP3''' format. Bajti, ki sestavljajo vsako posamezno datoteko so predstavljeni kot enoverižno DNA zaporedje. Le-to ne vsebuje nobenih homopolimerov (t.j. zaporednih ponovitev identičnih baz), saj ti znatno prispevajo k pojavu napak v procesu obsežnejšega sekvenciranja. Odsotnost ponovitev je bila dosežena z uporabo Huffmanovega algoritma, ki vsak bajt v zaporedju zamenja s petimi ali šestimi '''base-3''' števili oz. triti (ternarni sistem – 0, 1, 2). Vsak od 256 možnih bajtov je tako predstavljen z petimi ali šestimi triti. Nato je vsak trit kodiran z nukleotidom, ki je izbran po principu, da ne sme biti enak kot prejšnji (Tabela 1). Vsako posamezno DNA zaporedje sestavlja 100 nukleotidov, razdeljeno pa je na prekrivajoče se segmente (prekrivanje 75 nukleotidov) s čimer je zagotovljena 4x redundantnost. Poleg tega je vsak drug segment pretvorjen v svoj reverzni komplement (s tem je zmanjšana možnost sistemskih napak, ki bi povzročile izgubo podatkov). Vsakemu segmentu pripada tudi 17 nukleotidov dolgo registrsko zaporedje, ki vsebuje informacije o datoteki, ki ji segment pripada in o njegovi lokacija znotraj le-te. Končni produkt je set segmentov celotnega DNA zaporedja z dolžino 117 nukleotidov. Uniformna dolžina segmentov in odsotnost zaporednih ponovitev enakih nukleotidov kažeta na to, da gre za sintetične molekule DNA, ki ne izvirajo iz narave.

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto; text-align:center; border: none; background: none;"
|+Tabela 1: Shema pretvarjanja tritov v nukleotide, ki preprečuje nastanek homopolimerov.
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | predhoden nukleotid
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 0
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 1
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 2
|-
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
|-
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
|-
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
|-
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
|}

Štirikratna redundantnost pomeni, da je vsaka baza kodirana v štirih različnih DNA segmentih, od katerih sta dva reverzna komplementa. Zaradi tega lahko vsako sistemsko ali naključno napako v sintezi ali sekvenciranju popravimo s t.i. »majority vote-om« (večinskim glasovanjem) ali pa z uporabo bolj dovršenih bralnih mehanizmov, ki upoštevajo možnost nastanka takšnih napak.
Sintetizirane oligonukeotide, ki ustrezajo načrtovanim DNA segmentom lahko v liofilizirani obliki shranjujemo ali transportiramo pri sobni temperaturi, brez uporabe specializiranega pakiranja. Po resuspendiranju, pomnoževanju in čiščenju je moč vzorec sekvencirati in iz posameznih segmentov ''in silico'' rekonstruirati celotno DNA zaporedje in iz njega dekodirati informacijo (brez kakršnih koli dodatnih informacij).

=== Dekodiranje in poprava napak ===

Po opravljenem sekvenciranju se segmenti naložijo v pripravljen program, ki s procesom, obratnim od tistega za kodiranje informacije (opisano zgoraj), izlušči informacije v sklopu štirih stopenj (postopno branje segmentov ob upoštevanju prekrivanja). Pri tem se znebimo skoraj vseh sistemskih in naključnih napak, ki so nastale v procesu priprave informacijske knjižnice. Štiri od petih originalnih datotek so bile rekonstruirane s 100-odstotno natančnostjo brez človeškega posredovanja. Pri peti je prišlo do izgube dveh regij (25 nukleotidov), ki pa ju je bilo moč, z predvidevanjem glede na okoliške nukleotide, ročno dopolniti. Ob pregledu teh dveh regij, se je izkazalo, da gre za regije ki se nahajata znotraj dolgih ponovitev 20 nukleotidov dolgega motiva:

5ʹ-GAGCATCTGCAGATGCTCAT-3ʹ

ki je reverzno komplementaren sam sebi in kot tak predstavlja težavo saj v pogojih sekvenciranja pride do nastanka zanke znotraj tarčnega zaporedja kar inhibira sam proces. Iz tega razloga je pomembno, da se pri načrtovanju sheme kodiranja upošteva tudi možnost nastanka dolgih samo-komplementarnih zaporedij, ki nato motijo proces sekvenciranja in v celotno DNA verigo vnašajo luknje.4

== Dolgoročno arhiviranje digitalnih podatkov ==

Pomembno vprašanje za dolgoročno shranjevanje podatkov je, kako lahko bo sisteme za shranjevanje informacij na osnovi DNA uporabiti za razširjenje aplikacije. Število baz, ki so potrebne za kodiranje podatkov seveda raste linearno s samo količino podatkov, ki jih želimo shraniti. A vendar to ni edini sestavni del segmentov ki jih uporabljamo. Dolžina registrskega zaporedja, ki je potrebno za klasifikacijo posameznega segmenta, raste kot logaritem števila segmentov, ki jih moramo označiti. Iz tega razloga celotna količina DNA, ki jo je potrebno sintetizirati ne raste linearno. Največjo oviro pri vsem tem pa še vedno predstavlja dolžina posameznega fragmenta, ki je trenutno še omejena. Z napredkom na tem področju in z optimizacijo redundance v sistemu kodiranja pa bo tudi ta težava v bližnji prihodnosti odpravljena.

Že ob upoštevanju trenutnih stroškov povezanih s sintezo in sekvenciranjem DNA verig, predstavlja opisani način zapisovanja informacij v DNA možno alternativo klasičnim sistemom v primerih kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do informacij. Takšen je tudi sistem CASTOR pospeševalnika v Cernu, ki je leta 2012 vseboval 80 PB in ima letni prirast 15 PB. Le majhen delež teh podatkov je shranjen na disku, za preostanek pa se uporabljajo magnetni trakovi, ki zasedejo veliko prostora in ne predstavljajo dolgoročne rešitve saj jih je treba na vsake 10 let presnemavati. V primerih, kjer bo dostop do določenih informacij potreben šele čez nekaj deset let v primeru preverjanja podatkov, je sistem na osnovi DNA cenovno ugoden že danes.

Ocenjeni stroški uporabe dotične metode (leta 2013) so naslednji: $12,400 MB-1 za shranjevanje informacije in $220 MB-1 za dekodiranje podatkov. V primerjavi z klasičnimi shranjevalnimi mediji (npr. magnetni trakovi), se torej uporaba DNA izkaže kot primerna opcija v primerih, kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do podatkov (dolgotrajno shranjevanje). Količina izluščenih podatkov: 757,051 bajtov podatkov iz 337 pg DNA (podatkovna gostota: 2,2 PB/g DNA. Za primerjavo, leta 2017 so raziskovalci iz univerze Columbia objavili metodo, imenovano DNA fontana, ki omogoča shranjevanje do 215 PB podatkov na gram DNA, vendar pa metoda zaradi svoje cene ni primerna za razširjeno uporabo v večjih sistemih.1,4,5,6

== Zaključek ==

Predstavljen sistem shranjevanja digitalnih informacij v DNA predstavlja pomemben napredek na tem področju in je nekakšna odskočna deska za nadaljnje raziskave. Z napredkom na področju tehnologije DNA, nižanjem cen sinteze in sekvenciranja ter uveljavljanjem novih metod kodiranja podatkov, bodo sistemi na osnovi DNA v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo v shranjevanju vedno večje količine podatkov, ki jih ustvarja človeštvo.

== Viri in literatura ==

1. Ceze, L., Nivala, J. & Strauss, K. Molecular digital data storage using DNA. Nature Reviews Genetics vol. 20 456–466 (2019).

2. Extance, A. Could the molecule known for storing genetic information also store the world’s data? Nature 537, 22–24 (2016).

3. DNA Data Storage Is Closer Than You Think - Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dna-data-storage-is-closer-than-you-think/.

4. Goldman, N. et al. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature 494, 77–80 (2013).

5. Akram, F., Haq, I. ul, Ali, H. & Laghari, A. T. Trends to store digital data in DNA: an overview. Molecular Biology Reports vol. 45 1479–1490 (2018).

6. Erlich, Y. & Zielinski, D. DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture. Science 355, 950–954 (2017).

Shranjevanje digitalnih podatkov v DNA

2020-05-17T16:59:03Z

Samo Purič: New page: ''Povzeto po'': [https://www.nature.com/articles/nature11875 Goldman, N. ''et al.'' Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. ''Nature'' '''...

''Povzeto po'': [https://www.nature.com/articles/nature11875 Goldman, N. ''et al.'' Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. ''Nature'' '''494''', 77–80 (2013)]

=== UVOD ===

Ideja o shranjevanju digitalnih podatkov v molekulah DNA ni nova. Kot medij za shranjevanje genetskih informacij, je DNA prisotna vse od začetka življenja na zemlji, velika verjentost pa je, da so se njeni osnovni gradniki pojavili že veliko prej. Tako pravzaprav ni nobeno naključje, da so raziskovalci že v sredini prejšnjega stoletja začeli razmišljati v tej smeri. Leta 1959 je fizik Richard Feynman predlagal koncept uporabe umetno zasnovanih objektov/procesov, ki bi med drugim posnemali tudi biološke molekule/sisteme. Prvi primer dejanskega shranjevanja podatkov je iz leta 1988, ko so raziskovalci iz Harvarda, v sodelovanju z umetnikom Joe Davisom, v DNA sekvenco v E.coli shranili sliko germanske rune. Razvoj je bil sprva zelo počasen (in je še danes), največjo oviro namreč predstavljata cena in pa dolgotrajnost postopkov zapisovanja in branja podatkov.1,2

V zadnjih nekaj letih smo ustvarili in shranili večjo količino podatkov, kot pred tem v celotni zgodovini človeštva. Količina generiranih podatkov se eksponentno povečuje iz leta v leto. Klasični (t.j. magnetni ali optični) nosilci informacij ne predstavljajo trajne rešitve saj je, poleg relativno kratke življenjske dobe, njihova glavna pomanjkljivost ogromna količina energije ki je potrebna za delovanje podatkovnih centrov. V luči konstantnega napredka na področju tehnologije DNA, večjih hitrostih in pa predvsem nižanju cen sinteze in sekvenciranja, predstavlja uporaba DNA za shranjevanje podatkov izredno zanimivo alternativo klasičnim trdim diskom. Poleg tega molekula DNA predstavlja enostavno in robustno platformo, ki omogoča shranjevanje podatkov za daljše časovno obdobje.1,3

== Praktičen način shranjevanja podatkov z visoko kapaciteto ==

Prednosti DNA sistemov:
- Visoka kapaciteta oz. izredna gostota kodiranja informacij
- Dolgotrajna obstojnost pri lahko lahko dosegljivih pogojih
- Evolucijsko dokazana učinkovitost in zanesljivost ohranjanja zapisanih informacij
Slabosti prvih DNA sistemov:
- Shranjevanje majhnih količin podatkov (težave pri razširjanju obsega)
- Odsotnost robustnih popravljalnih mehanizmov oziroma sistemov
- Visoka cena zapisovanja in branja podatkov
Kljub temu, da so tehnike za manipulacijo, shranjevanje in kopiranje velikih količin DNA v veljavi že leta, glavno težavo pri uporabi DNA, kot medija za shranjevanje digitalnih informacij, predstavlja de novo sinteza dolgih zaporedij DNA po točno določenem načrtu. Pristop, ki so ga ubrali raziskovalci iz Evropskega inštituta za bioinformatiko (EBI), je temeljil na hipotetični dolgi molekuli DNA, ki je bila kodirana in vitro z uporabo krajših fragmentov. Za razliko od uporabe živih vektorjev, tako zasnovan sistem omogoča preprost dostop do informacij in dolgotrajno shranjevanje, poleg tega pa je cenovno veliko bolj učinkovit.

=== Kodiranje digitalnih informacij ===

Za analizo delovanja načrtovanega sistema shranjevanja informacij je bilo izbranih 5 datotek zapisanih v sledečih računalniških formatih: ASCII tekst, PDF format, JPEG format in MP3 format. Bajti, ki sestavljajo vsako posamezno datoteko so predstavljeni kot enoverižno DNA zaporedje. Le-to ne vsebuje nobenih homopolimerov (t.j. zaporednih ponovitev identičnih baz), saj ti znatno prispevajo k pojavu napak v procesu obsežnejšega sekvenciranja. Odsotnost ponovitev je bila dosežena z uporabo Huffmanovega algoritma, ki vsak bajt v zaporedju zamenja s petimi ali šestimi base-3 števili oz. triti (ternarni sistem – 0, 1, 2). Vsak od 256 možnih bajtov je tako predstavljen z petimi ali šestimi triti. Nato je vsak trit kodiran z nukleotidom, ki je izbran po principu, da ne sme biti enak kot prejšnji (Tabela 1). Vsako posamezno DNA zaporedje sestavlja 100 nukleotidov, razdeljeno pa je na prekrivajoče se segmente (prekrivanje 75 nukleotidov) s čimer je zagotovljena 4x redundantnost. Poleg tega je vsak drug segment pretvorjen v svoj reverzni komplement (s tem je zmanjšana možnost sistemskih napak, ki bi povzročile izgubo podatkov). Vsakemu segmentu pripada tudi 17 nukleotidov dolgo registrsko zaporedje, ki vsebuje informacije o datoteki, ki ji segment pripada in o njegovi lokacija znotraj le-te. Končni produkt je set segmentov celotnega DNA zaporedja z dolžino 117 nukleotidov. Uniformna dolžina segmentov in odsotnost zaporednih ponovitev enakih nukleotidov kažeta na to, da gre za sintetične molekule DNA, ki ne izvirajo iz narave.

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto; text-align:center; border: none; background: none;"
|+Tabela 1: Shema pretvarjanja tritov v nukleotide, ki preprečuje nastanek homopolimerov.
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" |
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | naslednji trit
|-
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | predhoden nukleotid
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 0
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 1
! style="width: 90px; background: #B3C88A;" | 2
|-
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
|-
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
|-
| style="background: #FCFCFC;" |G
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
|-
| style="background: #FCFCFC;" |T
| style="background: #FCFCFC;" |A
| style="background: #FCFCFC;" |C
| style="background: #FCFCFC;" |G
|}

Štirikratna redundantnost pomeni, da je vsaka baza kodirana v štirih različnih DNA segmentih, od katerih sta dva reverzna komplementa. Zaradi tega lahko vsako sistemsko ali naključno napako v sintezi ali sekvenciranju popravimo s t.i. »majority vote-om« (večinskim glasovanjem) ali pa z uporabo bolj dovršenih bralnih mehanizmov, ki upoštevajo možnost nastanka takšnih napak.
Sintetizirane oligonukeotide, ki ustrezajo načrtovanim DNA segmentom lahko v liofilizirani obliki shranjujemo ali transportiramo pri sobni temperaturi, brez uporabe specializiranega pakiranja. Po resuspendiranju, pomnoževanju in čiščenju je moč vzorec sekvencirati in iz posameznih segmentov in silico rekonstruirati celotno DNA zaporedje in iz njega dekodirati informacijo (brez kakršnih koli dodatnih informacij).

=== Dekodiranje in poprava napak ===

Po opravljenem sekvenciranju se segmenti naložijo v pripravljen program, ki s procesom, obratnim od tistega za kodiranje informacije (opisano zgoraj), izlušči informacije v sklopu štirih stopenj (postopno branje segmentov ob upoštevanju prekrivanja). Pri tem se znebimo skoraj vseh sistemskih in naključnih napak, ki so nastale v procesu priprave informacijske knjižnice. Štiri od petih originalnih datotek so bile rekonstruirane s 100-odstotno natančnostjo brez človeškega posredovanja. Pri peti je prišlo do izgube dveh regij (25 nukleotidov), ki pa ju je bilo moč, z predvidevanjem glede na okoliške nukleotide, ročno dopolniti. Ob pregledu teh dveh regij, se je izkazalo, da gre za regije ki se nahajata znotraj dolgih ponovitev 20 nukleotidov dolgega motiva:

5ʹ-GAGCATCTGCAGATGCTCAT-3ʹ

ki je reverzno komplementaren sam sebi in kot tak predstavlja težavo saj v pogojih sekvenciranja pride do nastanka zanke znotraj tarčnega zaporedja kar inhibira sam proces. Iz tega razloga je pomembno, da se pri načrtovanju sheme kodiranja upošteva tudi možnost nastanka dolgih samo-komplementarnih zaporedij, ki nato motijo proces sekvenciranja in v celotno DNA verigo vnašajo luknje.4

== Dolgoročno arhiviranje digitalnih podatkov ==

Pomembno vprašanje za dolgoročno shranjevanje podatkov je, kako lahko bo sisteme za shranjevanje informacij na osnovi DNA uporabiti za razširjenje aplikacije. Število baz, ki so potrebne za kodiranje podatkov seveda raste linearno s samo količino podatkov, ki jih želimo shraniti. A vendar to ni edini sestavni del segmentov ki jih uporabljamo. Dolžina registrskega zaporedja, ki je potrebno za klasifikacijo posameznega segmenta, raste kot logaritem števila segmentov, ki jih moramo označiti. Iz tega razloga celotna količina DNA, ki jo je potrebno sintetizirati ne raste linearno. Največjo oviro pri vsem tem pa še vedno predstavlja dolžina posameznega fragmenta, ki je trenutno še omejena. Z napredkom na tem področju in z optimizacijo redundance v sistemu kodiranja pa bo tudi ta težava v bližnji prihodnosti odpravljena.

Že ob upoštevanju trenutnih stroškov povezanih s sintezo in sekvenciranjem DNA verig, predstavlja opisani način zapisovanja informacij v DNA možno alternativo klasičnim sistemom v primerih kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do informacij. Takšen je tudi sistem CASTOR pospeševalnika v Cernu, ki je leta 2012 vseboval 80 PB in ima letni prirast 15 PB. Le majhen delež teh podatkov je shranjen na disku, za preostanek pa se uporabljajo magnetni trakovi, ki zasedejo veliko prostora in ne predstavljajo dolgoročne rešitve saj jih je treba na vsake 10 let presnemavati. V primerih, kjer bo dostop do določenih informacij potreben šele čez nekaj deset let v primeru preverjanja podatkov, je sistem na osnovi DNA cenovno ugoden že danes.

Ocenjeni stroški uporabe dotične metode (leta 2013) so naslednji: $12,400 MB-1 za shranjevanje informacije in $220 MB-1 za dekodiranje podatkov. V primerjavi z klasičnimi shranjevalnimi mediji (npr. magnetni trakovi), se torej uporaba DNA izkaže kot primerna opcija v primerih, kjer ni potrebe po konstantnem dostopanju do podatkov (dolgotrajno shranjevanje). Količina izluščenih podatkov: 757,051 bajtov podatkov iz 337 pg DNA (podatkovna gostota: 2,2 PB/g DNA. Za primerjavo, leta 2017 so raziskovalci iz univerze Columbia objavili metodo, imenovano DNA fontana, ki omogoča shranjevanje do 215 PB podatkov na gram DNA, vendar pa metoda zaradi svoje cene ni primerna za razširjeno uporabo v večjih sistemih.1,4,5,6

== Zaključek ==

Predstavljen sistem shranjevanja digitalnih informacij v DNA predstavlja pomemben napredek na tem področju in je nekakšna odskočna deska za nadaljnje raziskave. Z napredkom na področju tehnologije DNA, nižanjem cen sinteze in sekvenciranja ter uveljavljanjem novih metod kodiranja podatkov, bodo sistemi na osnovi DNA v prihodnosti gotovo igrali pomembno vlogo v shranjevanju vedno večje količine podatkov, ki jih ustvarja človeštvo.

== Viri in literatura ==

1. Ceze, L., Nivala, J. & Strauss, K. Molecular digital data storage using DNA. Nature Reviews Genetics vol. 20 456–466 (2019).

2. Extance, A. Could the molecule known for storing genetic information also store the world’s data? Nature 537, 22–24 (2016).

3. DNA Data Storage Is Closer Than You Think - Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dna-data-storage-is-closer-than-you-think/.

4. Goldman, N. et al. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature 494, 77–80 (2013).

5. Akram, F., Haq, I. ul, Ali, H. & Laghari, A. T. Trends to store digital data in DNA: an overview. Molecular Biology Reports vol. 45 1479–1490 (2018).

6. Erlich, Y. & Zielinski, D. DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture. Science 355, 950–954 (2017).

Diagnostika virusnih okužb

2018-05-05T19:47:51Z

Samo Purič:

== '''Uvod''' ==

Virusne okužbe predstavljajo velik izziv v svetu medicine, saj zaradi njih letno umre več tisoč ljudi. Zato so se čez čas razvile mnoge metode za dokazovanje virusov, ki se med seboj razlikujejo po več parametrih: natančnost, točnost, občutljivost in specifičnost. Poleg tega pa je pri posamezni metodi pomembna tudi zahtevnost njene izvedbe, cena in čas med vzetim vzorcem in dobljenimi rezultati.

== '''Virusna izolacija''' ==

Vzorec, v katerem iščemo virus, inokuliramo v enega izmed sistemov za razmnoževanje virusov: 
- celične kulture 
- poskusne živali 
- oplojena jajca 

Najpogosteje se uporabljajo celične kulture. V teh se lahko razvijejo različni virusi, zato je pomembno, da izberemo pravilno celično kulturo glede na naš virus.
Razmnoževanje virusov v celični kulturi je opazno preko morfoloških sprememb, ki jim pravimo citopatski učinki (CPU). Čeprav so spremembe značilne za nekatere vrste virusov, redko spoznamo vrsto le preko CPU, zato za dokaz vrste navadno uporabimo imunoflourescenčno barvanje.
Metoda virusne izolacije potrebuje kar nekaj časa (nekaj tednov), da pokaže rezultate, prav tako pa so za interpretacijo rezultatov potrebni strokovnjaki z veliko izkušnjami. Poleg tega vse vrste virusov ne rastejo v celičnih kulturah ali pa ne pokažejo vidnih CPU.

== '''Detekcija virusnih antigenov in antivirusnih protiteles''' ==

Virusne antigene in antivirusna protitelesa dokazujemo s podobnimi metodami, ki jih uvrščamo v skupino imuno metod. Antivirusna protitelesa pa lahko poleg tega dokažemo tudi z dvema starejšima testoma, ki nista več pogosto v uporabi: reakcija vezave komplementa in inhibicija hemaglutinacije

'''IMUNO METODE''' 

Poznamo: 
- radioimunsko metodo 
- encimskoimunsko metodo 
- imunoflourescenčno metodo 
- imunsko blot metodo 

Encimskoimunska metoda (EIA oz. ELISA) je najbolj razširjena metoda v svetu virusne diagnostike in je dolgo časa veljala tudi za referenčno metodo. Je visoko specifična in občutljiva metoda. Za označitev se najpogosteje uporablja alkalna fosfataza ali hrenova peroksidaza.
Princip za dokazovanje virusnih antigenov ali antivirusnih protiteles je podoben. Pri dokazovanju virusnih antigenov na nosilec vežemo primarna protitelesa. Te vežejo virus v našem vzorcu in nato dodamo sekundarna, z encimom označena, protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Na koncu dodamo še primeren substrat, ki po delovanju encima spremeni barvo. Pri dokazovanju serumskih protiteles je sistem podoben, le da je na nosilec na začetku vezan virusni antigen, nato dodamo serumska protitelesa in na koncu z encimom označena sekundarna protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Iz količine razgrajenega substrata nato sklepamo o številu protiteles v serumu. Slabosti imuno metod so predvsem interference zaradi katerih pride do lažno pozitivnih oz. lažno negativnih rezultatov.

== '''Molekularne metode''' ==

V zadnjih letih so velik vzpon na področju virusne diagnostike doživele molekularne metode. Predvsem metode, ki temeljijo na pomnoževanju delcev nukleinskih kislin, so iz laboratorijev izrinile nekatere klasične metode, kot so izolacija virusov in nekatere serološke metode ter postale celo referenčne metode in glede na njih določamo občutljivost drugih tehnik. Njihove največje prednosti so: manjše količine vzorcev, visoka specifičnost, točnost, natančnost, hitrost in avtomatizacija. Poznamo hibridizacijske metode, metode pomnoževanja nukleinskih kislin in mikromreže.

'''HIBRIDIZACIJSKE METODE'''

Pri hibridizacijskih metodah želimo dokazati del virusne DNA oz. RNA, ki je značilen za določeno vrsto virusa. To naredimo tako, da na vzorčno denaturirano DNA s ponovno renaturacijo vežemo označen, komplementaren, za virus značilen del nukleinske kisline. Temu delu pravimo lovka oz. sonda in je lahko označen z radioaktivnimi označevalci, encimi ali kemiluminescenčnimi označevalci. Če opazimo, da se je sonda vezala na vzorčno DNA, to pomeni, da je virus prisoten v vzorcu. Slabost teh tehnik je njihovo slaba občutljivost. Najbolj znane so: in situ, tekočinska in dot-blot hibridizacija.

'''METODE POMNOŽEVANJA DELCEV NUKLEINSKIH KISLIN'''

Osnovna verižna reakcija s polimerazo (PCR) poteka tako, da izolirani DNA dodamo mešanico, ki vsebuje encim polimerazo, dva začetna oligonukleotida, deoksiribonukleotidne trifosfate (dNTPs), soli (običajno MgCl2) in za polimerazo primeren pufer. Mešanico za kratek čas inkubiramo pri treh točno določenih temperaturah, kar pomeni en ciklus PCR. Pri 95°C se dvojna vijačnica denaturira v dve enojni vijačnici DNA. Pri temperaturi, ki je navadno med 50 in 65 °C, se začetna oligonukleotida pripneta na komplementarni del na DNA. Pri 72 °C se začne sinteza komplementarne verige v smeri od 5' proti 3' koncu s pomočjo polimeraze. Tako dobimo dve novi dvovijačni verigi DNA. V naslednjem ciklusu jih dobimo 4, nato 8 in tako naprej. Navadno imamo 25 do 40 ponovitev (n), število pomnoženih delov DNA pa je 2n.Po PCR reakciji se lahko rezultat običajno preverja z elektroforezo.
V praksi se največ uporabljata kvantitativna različica PCR in reverzno transkriptazna PCR. Pri kvantitativni različici PCR sta pomnoževanje in detekcija narejena hkrati ( zato se v ang. Imenuje real-time PCR), kar precej skrajša celoten postopek in tudi kontaminacijo. Reverzno transkriptazno PCR pa uporabljamo za viruse z RNA, kjer pred začetkom reakcij PCR reverzna transkriptaza prepiše RNA v komplementarno DNA.

'''TEHNOLOGIJA MIKROMREŽ'''

DNA mikromreža je sestavljena iz številnih DNA oligonukleotidov, ki so pritrjeni na podlago na določenih točkah. Tem oligonukleotidom pravimo lovke oz. sonde in pri virusni diagnostiki so to značilne sekvence različnih tipov virusov. Nato inkubiramo mikromrežo z našo vzorčno DNA, ki smo jo predhodno označili, in po inkubaciji preverimo, kateri fragmenti so se hibridizirali s sondami. Če opazimo vzorec označenih fragmentov, ki so se hibridizirali z oligonukleotidi določenega virusa, lahko sklepamo, da je v vzorcu prisoten ta virus.
Prednost te tehnologije je predvsem ta, da lahko preverja okuženost za več virosov hkrati.

== '''Detekcija človeškega virusa Influence A z metodo LAMP''' ==

Virus influence je zelo pogost povzročitelj respiratornih infekcij povsod po svetu in poleg človeka okuži tudi druge sesalce (ptice, prašiči itd.). Virus vsebuje negativno enoverižno RNA z osmimi genskimi segmenti (PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M in NS). Danes pojavnost novih oblik virusa influence predstavlja pomemben globalen problem saj lahko mutacija podtipa virusa privede do nove epidemije (npr.: epidemija prašičje gripe leta 2009). Gen M je iz vidika klinične mikrobiologije zanimiv, ker kodira tako za membranske kot tudi citosolne proteine (proteina M1 in M2) in je od vseh osmih segmentov najbolj ohranjen. M1 protein (citosolni) ima ključno vlogo pri nastanku novih virusnih delcev. M2 je membranski protein, ki je umeščen v virusno ovojnico in igra pomembno vlogo v interakciji z imunskim sistemom gostitelja (zunajcelična domena), poleg tega pa transmembranska domena proteina kaže aktivnost ionskega kanala.

'''Metoda LAMP'''

LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) je izotermna tehnika amplifikacije DNA. V osnovi gre za metodo, ki je zelo podobna PCR (verižni reakciji s polimerazo), s to razliko, da se celoten proces odvija pri konstantni temperaturi, z uporabo 2-3 setov začetnih oligonukleotidov in polimerazo, ki ima, poleg replikacijske aktivnosti, tudi sposobnost razmikanja verig. Izolirana virusna RNA (klinični vzorec) se najprej pretvoriti v cDNA z uporabo reverzne transkriptaze. Osnova dokazovanja prisotnosti virusa po metodi LAMP je tudi identifikacija dobro ohranjene regije virusne RNA (M gena) in načrtovanje ustreznih začetnih oligonukleotidov. Za razliko od PCR (kjer je potreben en par začetnih oligonukleotidov), potrebujemo za metodo LAMP dva para specifičnih oligonukleotidov za vezavo na šest neodvisnih vezavnih mest tarčne sekvence (F3, F2 in F1 regije na 3'-koncu ter B1, B2 in B3 regije na 5'-koncu verige tarčne DNA).

[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC540134/figure/f1/ Shema vezavnih mest gena M (Fig.1 - A)] 
'''Načrtovanje začetnih oligonukleotidov'''

Za potek analize potrebujemo 4 tipe začetnih oligonukleotidov oz. >>primerjev<<, ki se ujemajo z 6 značilnimi regijami na izbranem (tarčnem) genu. FIP (Forward Inner Primer) je sestavljen iz F2 regije (na 3'-koncu), ki je komplementarna F2c regiji in pa zaporedja F1c. F3 primer (Forward Outer Primer) sestavlja F3 regija, ki je komplementarna F3c. BIP (Backward Inner Primer) je sestavljen iz B2 regije (na svojem 3'-koncu), ki je komplementarna B2c in pa zaporedja B1c (na svojem 5'-koncu). B3 primer (Backward Outer Primer) sestavlja B3 regija tarčne DNA, ki je komplementarna B3c regiji.

'''Proces ciklične amplifikacije'''

[http://loopamp.eiken.co.jp/e/lamp/img/principle_13.jpg Shema korakov ciklične amplifikacije] 

Ob prisotnosti tarčne sekvence DNA in vseh potrebnih reagentov ob inkubaciji potečejo naslednji koraki: 

1. Ker je pri teh pogojih tarčna sekvenca v obliki dsDNA (dvojne vijačnice) se lahko eden od začetnih oligonukleotidov spoji s komplementarno sekvenco dsDNA in povzroči iniciacijo sinteze DNA s pomočjo prisotne DNA polimeraze, ki ima poleg svoje polimerazne aktivnosti tudi sposobnost razklopa vijačnic. Pride do ločitve verig in nastanka ssDNA na katero se veže FIP. 
2. DNA polimeraza nato sintetizira komplementarno verigo matrični DNA z začetkom na 3'-koncu F2 regije FIP. 
3. F3 Primer se poveže z F3c komplementarno regijo in povzroči odstranitev FIP-povezane komplementarne verige. 
4. Sinteza dsDNA (veriga matrične DNA + veriga sintetizirane DNA iz F3 začetnega oligonukleotida). 
5. FIP-vezana komplementarna veriga se sprosti kot ssDNA zaradi delovanja DNA polimeraze in tvori zanko na 5'-koncu zaradi komplementarnih zaporedij F1 in F1c. 
6. Nastala ssDNA deluje naprej kot matrica za sintezo DNA, ki jo inducira BIP (potek podoben kot v koraku 2, zanka na 5'-koncu začasno izgine). Dobimo komplementarno verigo, ki se začne na B2 regiji BIP. Za tem B3 primer izpodrine novonastalo komplementarno verigo in začne sintezo dsDNA. 
7. Sinteza dsDNA (FIP-vezana veriga DNA + komplementarna sintetizirana DNA iz B3 začetnega oligonukleotida). 
8. BIP-povezana komplementarna veriga DNA tvori značilno strukturo z zanko na obeh koncih (dumbbell-like structure, ker po obliki spominja na utež za treniranje) in predstavlja osnovo za cikličen proces amplifikacije metode LAMP. 
9. Pride do krožnega procesa reakcij med strukturo z dvema stebelnima zankama in začetnimi nukleotidi. Rezultat je nastanek različno velikih struktur virusne DNA, ki jih gradijo alternativno izmenjujoče se ponovitve tarčnega zaporedja, ki se uredijo v nekakšno cik-cak strukturo. 

Metoda LAMP tako predstavlja zelo učinkovit način pomnoževanja virusne DNA in omogoča izredno selektivno določanje prisotnosti virusnega genoma v preiskovanem vzorcu. Analiza vzorcev običajno poteka s pomočjo elektroforeze.

== '''Viri''' ==

1. Avšič-Županc, T., Drinovec, B., Marin, J., Poljak, M. & Littera picta). Splošna medicinska virologija. (Medicinski razgledi, 2007). 
2. Souf, S. Recent advances in diagnostic testing for viral infections. Biosci. Horizons 9, (2016). 
3. Storch, G. A. Diagnostic Virology. Clin. Infect. Dis. 31, 739–751 (2000). 
4. Cobo, F. Application of molecular diagnostic techniques for viral testing. Open Virol. J. 6, 104–14 (2012). 
5. Poon, L. L. M. et al. Detection of human influenza A viruses by loop-mediated isothermal amplification. J. Clin. Microbiol. 43, 427–30 (2005). 

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

Talk:Diagnostika virusnih okužb

2018-05-05T19:41:32Z

Samo Purič: New page: Peter Škrinjar: Uvod - Molekularne metode Samo Purič: Detekcija človeškega virusa Influence A z metodo LAMP

Peter Škrinjar: Uvod - Molekularne metode 

Samo Purič: Detekcija človeškega virusa Influence A z metodo LAMP

Diagnostika virusnih okužb

2018-05-05T19:37:14Z

Samo Purič:

== '''Uvod''' ==

Virusne okužbe predstavljajo velik izziv v svetu medicine, saj zaradi njih letno umre več tisoč ljudi. Zato so se čez čas razvile mnoge metode za dokazovanje virusov, ki se med seboj razlikujejo po več parametrih: natančnost, točnost, občutljivost in specifičnost. Poleg tega pa je pri posamezni metodi pomembna tudi zahtevnost njene izvedbe, cena in čas med vzetim vzorcem in dobljenimi rezultati.

== '''Virusna izolacija''' ==

Vzorec, v katerem iščemo virus, inokuliramo v enega izmed sistemov za razmnoževanje virusov: 
- celične kulture 
- poskusne živali 
- oplojena jajca 

Najpogosteje se uporabljajo celične kulture. V teh se lahko razvijejo različni virusi, zato je pomembno, da izberemo pravilno celično kulturo glede na naš virus.
Razmnoževanje virusov v celični kulturi je opazno preko morfoloških sprememb, ki jim pravimo citopatski učinki (CPU). Čeprav so spremembe značilne za nekatere vrste virusov, redko spoznamo vrsto le preko CPU, zato za dokaz vrste navadno uporabimo imunoflourescenčno barvanje.
Metoda virusne izolacije potrebuje kar nekaj časa (nekaj tednov), da pokaže rezultate, prav tako pa so za interpretacijo rezultatov potrebni strokovnjaki z veliko izkušnjami. Poleg tega vse vrste virusov ne rastejo v celičnih kulturah ali pa ne pokažejo vidnih CPU.

== '''Detekcija virusnih antigenov in antivirusnih protiteles''' ==

Virusne antigene in antivirusna protitelesa dokazujemo s podobnimi metodami, ki jih uvrščamo v skupino imuno metod. Antivirusna protitelesa pa lahko poleg tega dokažemo tudi z dvema starejšima testoma, ki nista več pogosto v uporabi: reakcija vezave komplementa in inhibicija hemaglutinacije

'''IMUNO METODE''' 

Poznamo: 
- radioimunsko metodo 
- encimskoimunsko metodo 
- imunoflourescenčno metodo 
- imunsko blot metodo 

Encimskoimunska metoda (EIA oz. ELISA) je najbolj razširjena metoda v svetu virusne diagnostike in je dolgo časa veljala tudi za referenčno metodo. Je visoko specifična in občutljiva metoda. Za označitev se najpogosteje uporablja alkalna fosfataza ali hrenova peroksidaza.
Princip za dokazovanje virusnih antigenov ali antivirusnih protiteles je podoben. Pri dokazovanju virusnih antigenov na nosilec vežemo primarna protitelesa. Te vežejo virus v našem vzorcu in nato dodamo sekundarna, z encimom označena, protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Na koncu dodamo še primeren substrat, ki po delovanju encima spremeni barvo. Pri dokazovanju serumskih protiteles je sistem podoben, le da je na nosilec na začetku vezan virusni antigen, nato dodamo serumska protitelesa in na koncu z encimom označena sekundarna protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Iz količine razgrajenega substrata nato sklepamo o številu protiteles v serumu. Slabosti imuno metod so predvsem interference zaradi katerih pride do lažno pozitivnih oz. lažno negativnih rezultatov.

== '''Molekularne metode''' ==

V zadnjih letih so velik vzpon na področju virusne diagnostike doživele molekularne metode. Predvsem metode, ki temeljijo na pomnoževanju delcev nukleinskih kislin, so iz laboratorijev izrinile nekatere klasične metode, kot so izolacija virusov in nekatere serološke metode ter postale celo referenčne metode in glede na njih določamo občutljivost drugih tehnik. Njihove največje prednosti so: manjše količine vzorcev, visoka specifičnost, točnost, natančnost, hitrost in avtomatizacija. Poznamo hibridizacijske metode, metode pomnoževanja nukleinskih kislin in mikromreže.

'''HIBRIDIZACIJSKE METODE'''

Pri hibridizacijskih metodah želimo dokazati del virusne DNA oz. RNA, ki je značilen za določeno vrsto virusa. To naredimo tako, da na vzorčno denaturirano DNA s ponovno renaturacijo vežemo označen, komplementaren, za virus značilen del nukleinske kisline. Temu delu pravimo lovka oz. sonda in je lahko označen z radioaktivnimi označevalci, encimi ali kemiluminescenčnimi označevalci. Če opazimo, da se je sonda vezala na vzorčno DNA, to pomeni, da je virus prisoten v vzorcu. Slabost teh tehnik je njihovo slaba občutljivost. Najbolj znane so: in situ, tekočinska in dot-blot hibridizacija.

'''METODE POMNOŽEVANJA DELCEV NUKLEINSKIH KISLIN'''

Osnovna verižna reakcija s polimerazo (PCR) poteka tako, da izolirani DNA dodamo mešanico, ki vsebuje encim polimerazo, dva začetna oligonukleotida, deoksiribonukleotidne trifosfate (dNTPs), soli (običajno MgCl2) in za polimerazo primeren pufer. Mešanico za kratek čas inkubiramo pri treh točno določenih temperaturah, kar pomeni en ciklus PCR. Pri 95°C se dvojna vijačnica denaturira v dve enojni vijačnici DNA. Pri temperaturi, ki je navadno med 50 in 65 °C, se začetna oligonukleotida pripneta na komplementarni del na DNA. Pri 72 °C se začne sinteza komplementarne verige v smeri od 5' proti 3' koncu s pomočjo polimeraze. Tako dobimo dve novi dvovijačni verigi DNA. V naslednjem ciklusu jih dobimo 4, nato 8 in tako naprej. Navadno imamo 25 do 40 ponovitev (n), število pomnoženih delov DNA pa je 2n.Po PCR reakciji se lahko rezultat običajno preverja z elektroforezo.
V praksi se največ uporabljata kvantitativna različica PCR in reverzno transkriptazna PCR. Pri kvantitativni različici PCR sta pomnoževanje in detekcija narejena hkrati ( zato se v ang. Imenuje real-time PCR), kar precej skrajša celoten postopek in tudi kontaminacijo. Reverzno transkriptazno PCR pa uporabljamo za viruse z RNA, kjer pred začetkom reakcij PCR reverzna transkriptaza prepiše RNA v komplementarno DNA.

'''TEHNOLOGIJA MIKROMREŽ'''

DNA mikromreža je sestavljena iz številnih DNA oligonukleotidov, ki so pritrjeni na podlago na določenih točkah. Tem oligonukleotidom pravimo lovke oz. sonde in pri virusni diagnostiki so to značilne sekvence različnih tipov virusov. Nato inkubiramo mikromrežo z našo vzorčno DNA, ki smo jo predhodno označili, in po inkubaciji preverimo, kateri fragmenti so se hibridizirali s sondami. Če opazimo vzorec označenih fragmentov, ki so se hibridizirali z oligonukleotidi določenega virusa, lahko sklepamo, da je v vzorcu prisoten ta virus.
Prednost te tehnologije je predvsem ta, da lahko preverja okuženost za več virosov hkrati.

== '''Detekcija človeškega virusa Influence A z metodo LAMP''' ==

Virus influence je zelo pogost povzročitelj respiratornih infekcij povsod po svetu in poleg človeka okuži tudi druge sesalce (ptice, prašiči itd.). Virus vsebuje negativno enoverižno RNA z osmimi genskimi segmenti (PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M in NS). Danes pojavnost novih oblik virusa influence predstavlja pomemben globalen problem saj lahko mutacija podtipa virusa privede do nove epidemije (npr.: epidemija prašičje gripe leta 2009). Gen M je iz vidika klinične mikrobiologije zanimiv, ker kodira tako za membranske kot tudi citosolne proteine (proteina M1 in M2) in je od vseh osmih segmentov najbolj ohranjen. M1 protein (citosolni) ima ključno vlogo pri nastanku novih virusnih delcev. M2 je membranski protein, ki je umeščen v virusno ovojnico in igra pomembno vlogo v interakciji z imunskim sistemom gostitelja (zunajcelična domena), poleg tega pa transmembranska domena proteina kaže aktivnost ionskega kanala.

'''Metoda LAMP'''

LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) je izotermna tehnika amplifikacije DNA. V osnovi gre za metodo, ki je zelo podobna PCR (verižni reakciji s polimerazo), s to razliko, da se celoten proces odvija pri konstantni temperaturi, z uporabo 2-3 setov začetnih oligonukleotidov in polimerazo, ki ima, poleg replikacijske aktivnosti, tudi sposobnost razmikanja verig. Izolirana virusna RNA (klinični vzorec) se najprej pretvoriti v cDNA z uporabo reverzne transkriptaze. Osnova dokazovanja prisotnosti virusa po metodi LAMP je tudi identifikacija dobro ohranjene regije virusne RNA (M gena) in načrtovanje ustreznih začetnih oligonukleotidov. Za razliko od PCR (kjer je potreben en par začetnih oligonukleotidov), potrebujemo za metodo LAMP dva para specifičnih oligonukleotidov za vezavo na šest neodvisnih vezavnih mest tarčne sekvence (F3, F2 in F1 regije na 3'-koncu ter B1, B2 in B3 regije na 5'-koncu verige tarčne DNA).

'''Načrtovanje začetnih oligonukleotidov'''

Za potek analize potrebujemo 4 tipe začetnih oligonukleotidov oz. >>primerjev<<, ki se ujemajo z 6 značilnimi regijami na izbranem (tarčnem) genu. FIP (Forward Inner Primer) je sestavljen iz F2 regije (na 3'-koncu), ki je komplementarna F2c regiji in pa zaporedja F1c. F3 primer (Forward Outer Primer) sestavlja F3 regija, ki je komplementarna F3c. BIP (Backward Inner Primer) je sestavljen iz B2 regije (na svojem 3'-koncu), ki je komplementarna B2c in pa zaporedja B1c (na svojem 5'-koncu). B3 primer (Backward Outer Primer) sestavlja B3 regija tarčne DNA, ki je komplementarna B3c regiji.

'''Proces ciklične amplifikacije'''

Ob prisotnosti tarčne sekvence DNA in vseh potrebnih reagentov ob inkubaciji potečejo naslednji koraki: 

1. Ker je pri teh pogojih tarčna sekvenca v obliki dsDNA (dvojne vijačnice) se lahko eden od začetnih oligonukleotidov spoji s komplementarno sekvenco dsDNA in povzroči iniciacijo sinteze DNA s pomočjo prisotne DNA polimeraze, ki ima poleg svoje polimerazne aktivnosti tudi sposobnost razklopa vijačnic. Pride do ločitve verig in nastanka ssDNA na katero se veže FIP. 
2. DNA polimeraza nato sintetizira komplementarno verigo matrični DNA z začetkom na 3'-koncu F2 regije FIP. 
3. F3 Primer se poveže z F3c komplementarno regijo in povzroči odstranitev FIP-povezane komplementarne verige. 
4. Sinteza dsDNA (veriga matrične DNA + veriga sintetizirane DNA iz F3 začetnega oligonukleotida). 
5. FIP-vezana komplementarna veriga se sprosti kot ssDNA zaradi delovanja DNA polimeraze in tvori zanko na 5'-koncu zaradi komplementarnih zaporedij F1 in F1c. 
6. Nastala ssDNA deluje naprej kot matrica za sintezo DNA, ki jo inducira BIP (potek podoben kot v koraku 2, zanka na 5'-koncu začasno izgine). Dobimo komplementarno verigo, ki se začne na B2 regiji BIP. Za tem B3 primer izpodrine novonastalo komplementarno verigo in začne sintezo dsDNA. 
7. Sinteza dsDNA (FIP-vezana veriga DNA + komplementarna sintetizirana DNA iz B3 začetnega oligonukleotida). 
8. BIP-povezana komplementarna veriga DNA tvori značilno strukturo z zanko na obeh koncih (dumbbell-like structure, ker po obliki spominja na utež za treniranje) in predstavlja osnovo za cikličen proces amplifikacije metode LAMP. 
9. Pride do krožnega procesa reakcij med strukturo z dvema stebelnima zankama in začetnimi nukleotidi. Rezultat je nastanek različno velikih struktur virusne DNA, ki jih gradijo alternativno izmenjujoče se ponovitve tarčnega zaporedja, ki se uredijo v nekakšno cik-cak strukturo. 

Metoda LAMP tako predstavlja zelo učinkovit način pomnoževanja virusne DNA in omogoča izredno selektivno določanje prisotnosti virusnega genoma v preiskovanem vzorcu. Analiza vzorcev običajno poteka s pomočjo elektroforeze.

== '''Viri''' ==

1. Avšič-Županc, T., Drinovec, B., Marin, J., Poljak, M. & Littera picta). Splošna medicinska virologija. (Medicinski razgledi, 2007). 
2. Souf, S. Recent advances in diagnostic testing for viral infections. Biosci. Horizons 9, (2016). 
3. Storch, G. A. Diagnostic Virology. Clin. Infect. Dis. 31, 739–751 (2000). 
4. Cobo, F. Application of molecular diagnostic techniques for viral testing. Open Virol. J. 6, 104–14 (2012). 
5. Poon, L. L. M. et al. Detection of human influenza A viruses by loop-mediated isothermal amplification. J. Clin. Microbiol. 43, 427–30 (2005). 

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

Molekularna biologija virusov

2018-05-05T19:33:24Z

Samo Purič:

Seminarji pri Molekularni biologiji v študijskem letu 2017/18 obravnavajo področje virusov, saj v naslednjem letu ne boste imeli možnosti vpisa izbirnega predmeta Virologija. Tematika je razdeljena na 16 poglavij. Okvirni naslovi oz. teme so navedeni na prvem seznamu.

Vsako temo obdelata praviloma dva študenta, nekatere teme pa omogočajo tudi razdelitev snovi na tri dele (to je označeno na prvem seznamu). Vsaka skupina mora pripraviti povzetek seminarja z vsaj 1000 besedami in ne več kot 1500 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 1000 besed), ki ste jih uporabili.
Vsaka skupina mora objaviti povzetek seminarja na wikiju najkasneje 24 h pred začetkom seminarjev. Kateri del povzetka je napisal kdo, navedite v zavihku 'discussion'.
Pripravite tudi predstavitev, dolgo pribl. 20 minut (tolerančni okvir je 18-23 min.), temu pa bo sledila razprava, dolga 5-10 min. 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 čim manj splošnega uvoda. Ne opisujte potekov bolezni, če to ni nujno zaradi povezave z biokemijskimi značilnostmi virusov!

Predstavitve seminarjev po datumih so razvidne iz spletne učilnice.

Vsebina seminarjev je izpitna snov. Iz teme seminarjev sta običajno dve vprašanji od ~30, kolikor jih ima celoten izpit.

Poglavja za seminarje so:

1. Herpesvirusi in sorodni dsDNA-virusi (lahko 3) 
2. Parvovirusi in sorodni ssDNA-virusi 
3. Reovirusi in drugi dsRNA-virusi 
4. Pikornavirusi in drugi RNA(+)-virusi 
5. Rabdovirusi in drugi RNA(-)-virusi 
6. Retrovirusi (lahko 3) 
7. Hepadnavirusi in kavlimovirusi (DNA-virusi z reverzno transkripcijo) 
8. Nitasti fagi 
9. Ikozaedrični fagi (lahko 3) 
10. Viroidi in satelitski virusi 
11. Evolucija virusov 
12. Diagnostika virusnih okužb 
13. Rastlinski virusi (lahko 3) 
14. Protivirusna zdravila (lahko 3) 
15. Protivirusna cepiva 
16. Virusi in rak 
17. Virusi, ki jih uporabljamo pri genskem zdravljenju

----

Za seminar se prijavite tako, da se vpišete v oklepaj za naslovom seminarja:

1. Herpesvirusi in sorodni dsDNA-virusi (Ines Medved, Veronika Razpotnik, Andrej Ivanovski) 
2. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Parvovirusi_in_sorodni_ssDNA-virusi Parvovirusi in sorodni ssDNA-virusi] (Milica Jankovic, Andrej Race) 
3. [[Reovirusi in drugi dsRNA-virusi]](Anže Jenko, Ana Maklin) 
4. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Pikorna_virusi_in_drugi_RNA(+)_virusi Pikornavirusi in drugi RNA(+)-virusi] (Tanja Zupan, Ajda Krč) 
5. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Rabdovirusi_in_drugi_RNA(-)-virusi Rabdovirusi in drugi RNA(-)-virusi] (Anja Černe, Špela Deučman) 
6. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Retrovirusi Retrovirusi] (Katja Doberšek, Špela Supej, Barbara Slapnik) 
7. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Hepadnavirusi_in_kavlimovirusi_%28DNA-virusi_z_reverzno_transkripcijo%29 Hepadnavirusi in kavlimovirusi (DNA-virusi z reverzno transkripcijo)] (Nika Zaveršek, Nika Goršek) 
8. Nitasti fagi () 
9. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php?title=Ikozaedri%C4%8Dni_fagi&oldid=14142 Ikozaedrični fagi] (Urban Hribar, Luka Gregorič, Luka Fratina) 
10. Viroidi in satelitski virusi (Lea Knez, Patrik Levačić) 
11. Evolucija virusov () 
12. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Diagnostika_virusnih_oku%C5%BEb Diagnostika virusnih okužb] (Samo Purič, Peter Škrinjar) 
13. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Rastlinski_virusi Rastlinski virusi] (Katja Dolenc, Martin Špendl) 
14. Protivirusna zdravila (Tina Turel, Maja Vrabec, Polona Skrt) 
15. Protivirusna cepiva (Daria Latysheva, Jerneja Nimac) 
16. [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Virusi_in_rak Virusi in rak] (Ana Obaha, Lija Srnovršnik) 
17. Virusi, ki jih uporabljamo pri genskem zdravljenju (Andreja Habič, Uroš Prešern)

Ko boste pripravljali povzetek, naslov teme povežite z novo wiki-stranjo, ki vsebuje povzetek. Na koncu besedila (pod viri) v novo vrstico dodajte oznaki: <nowiki>[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]</nowiki> 
Primer, kako so bili urejeni seminarji v prejšnjih letih, si lahko ogledate na primer na strani [[Struktura kromatina]] (2013/14).

#[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Herpesvirusi_in_sorodni_dsDNA_virusi Herpesvirusi in sorodni dsDNA virusi] (Veronika Razpotnik, Ines Medved, Andrej Ivanovski)

Diagnostika virusnih okužb

2018-05-05T19:29:34Z

Samo Purič:

== '''Uvod''' ==

Virusne okužbe predstavljajo velik izziv v svetu medicine, saj zaradi njih letno umre več tisoč ljudi. Zato so se čez čas razvile mnoge metode za dokazovanje virusov, ki se med seboj razlikujejo po več parametrih: natančnost, točnost, občutljivost in specifičnost. Poleg tega pa je pri posamezni metodi pomembna tudi zahtevnost njene izvedbe, cena in čas med vzetim vzorcem in dobljenimi rezultati.

== '''Virusna izolacija''' ==

Vzorec, v katerem iščemo virus, inokuliramo v enega izmed sistemov za razmnoževanje virusov: 
- celične kulture 
- poskusne živali 
- oplojena jajca 

Najpogosteje se uporabljajo celične kulture. V teh se lahko razvijejo različni virusi, zato je pomembno, da izberemo pravilno celično kulturo glede na naš virus.
Razmnoževanje virusov v celični kulturi je opazno preko morfoloških sprememb, ki jim pravimo citopatski učinki (CPU). Čeprav so spremembe značilne za nekatere vrste virusov, redko spoznamo vrsto le preko CPU, zato za dokaz vrste navadno uporabimo imunoflourescenčno barvanje.
Metoda virusne izolacije potrebuje kar nekaj časa (nekaj tednov), da pokaže rezultate, prav tako pa so za interpretacijo rezultatov potrebni strokovnjaki z veliko izkušnjami. Poleg tega vse vrste virusov ne rastejo v celičnih kulturah ali pa ne pokažejo vidnih CPU.

== '''Detekcija virusnih antigenov in antivirusnih protiteles''' ==

Virusne antigene in antivirusna protitelesa dokazujemo s podobnimi metodami, ki jih uvrščamo v skupino imuno metod. Antivirusna protitelesa pa lahko poleg tega dokažemo tudi z dvema starejšima testoma, ki nista več pogosto v uporabi: reakcija vezave komplementa in inhibicija hemaglutinacije

'''IMUNO METODE''' 

Poznamo: 
- radioimunsko metodo 
- encimskoimunsko metodo 
- imunoflourescenčno metodo 
- imunsko blot metodo 

Encimskoimunska metoda (EIA oz. ELISA) je najbolj razširjena metoda v svetu virusne diagnostike in je dolgo časa veljala tudi za referenčno metodo. Je visoko specifična in občutljiva metoda. Za označitev se najpogosteje uporablja alkalna fosfataza ali hrenova peroksidaza.
Princip za dokazovanje virusnih antigenov ali antivirusnih protiteles je podoben. Pri dokazovanju virusnih antigenov na nosilec vežemo primarna protitelesa. Te vežejo virus v našem vzorcu in nato dodamo sekundarna, z encimom označena, protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Na koncu dodamo še primeren substrat, ki po delovanju encima spremeni barvo. Pri dokazovanju serumskih protiteles je sistem podoben, le da je na nosilec na začetku vezan virusni antigen, nato dodamo serumska protitelesa in na koncu z encimom označena sekundarna protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Iz količine razgrajenega substrata nato sklepamo o številu protiteles v serumu. Slabosti imuno metod so predvsem interference zaradi katerih pride do lažno pozitivnih oz. lažno negativnih rezultatov.

== '''Molekularne metode''' ==

V zadnjih letih so velik vzpon na področju virusne diagnostike doživele molekularne metode. Predvsem metode, ki temeljijo na pomnoževanju delcev nukleinskih kislin, so iz laboratorijev izrinile nekatere klasične metode, kot so izolacija virusov in nekatere serološke metode ter postale celo referenčne metode in glede na njih določamo občutljivost drugih tehnik. Njihove največje prednosti so: manjše količine vzorcev, visoka specifičnost, točnost, natančnost, hitrost in avtomatizacija. Poznamo hibridizacijske metode, metode pomnoževanja nukleinskih kislin in mikromreže.

'''HIBRIDIZACIJSKE METODE'''

Pri hibridizacijskih metodah želimo dokazati del virusne DNA oz. RNA, ki je značilen za določeno vrsto virusa. To naredimo tako, da na vzorčno denaturirano DNA s ponovno renaturacijo vežemo označen, komplementaren, za virus značilen del nukleinske kisline. Temu delu pravimo lovka oz. sonda in je lahko označen z radioaktivnimi označevalci, encimi ali kemiluminescenčnimi označevalci. Če opazimo, da se je sonda vezala na vzorčno DNA, to pomeni, da je virus prisoten v vzorcu. Slabost teh tehnik je njihovo slaba občutljivost. Najbolj znane so: in situ, tekočinska in dot-blot hibridizacija.

'''METODE POMNOŽEVANJA DELCEV NUKLEINSKIH KISLIN'''

Osnovna verižna reakcija s polimerazo (PCR) poteka tako, da izolirani DNA dodamo mešanico, ki vsebuje encim polimerazo, dva začetna oligonukleotida, deoksiribonukleotidne trifosfate (dNTPs), soli (običajno MgCl2) in za polimerazo primeren pufer. Mešanico za kratek čas inkubiramo pri treh točno določenih temperaturah, kar pomeni en ciklus PCR. Pri 95°C se dvojna vijačnica denaturira v dve enojni vijačnici DNA. Pri temperaturi, ki je navadno med 50 in 65 °C, se začetna oligonukleotida pripneta na komplementarni del na DNA. Pri 72 °C se začne sinteza komplementarne verige v smeri od 5' proti 3' koncu s pomočjo polimeraze. Tako dobimo dve novi dvovijačni verigi DNA. V naslednjem ciklusu jih dobimo 4, nato 8 in tako naprej. Navadno imamo 25 do 40 ponovitev (n), število pomnoženih delov DNA pa je 2n.Po PCR reakciji se lahko rezultat običajno preverja z elektroforezo.
V praksi se največ uporabljata kvantitativna različica PCR in reverzno transkriptazna PCR. Pri kvantitativni različici PCR sta pomnoževanje in detekcija narejena hkrati ( zato se v ang. Imenuje real-time PCR), kar precej skrajša celoten postopek in tudi kontaminacijo. Reverzno transkriptazno PCR pa uporabljamo za viruse z RNA, kjer pred začetkom reakcij PCR reverzna transkriptaza prepiše RNA v komplementarno DNA.

'''TEHNOLOGIJA MIKROMREŽ'''

DNA mikromreža je sestavljena iz številnih DNA oligonukleotidov, ki so pritrjeni na podlago na določenih točkah. Tem oligonukleotidom pravimo lovke oz. sonde in pri virusni diagnostiki so to značilne sekvence različnih tipov virusov. Nato inkubiramo mikromrežo z našo vzorčno DNA, ki smo jo predhodno označili, in po inkubaciji preverimo, kateri fragmenti so se hibridizirali s sondami. Če opazimo vzorec označenih fragmentov, ki so se hibridizirali z oligonukleotidi določenega virusa, lahko sklepamo, da je v vzorcu prisoten ta virus.
Prednost te tehnologije je predvsem ta, da lahko preverja okuženost za več virosov hkrati.

== '''Detekcija človeškega virusa Influence A z metodo LAMP''' ==

Virus influence je zelo pogost povzročitelj respiratornih infekcij povsod po svetu in poleg človeka okuži tudi druge sesalce (ptice, prašiči itd.). Virus vsebuje negativno enoverižno RNA z osmimi genskimi segmenti (PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M in NS). Danes pojavnost novih oblik virusa influence predstavlja pomemben globalen problem saj lahko mutacija podtipa virusa privede do nove epidemije (npr.: epidemija prašičje gripe leta 2009). Gen M je iz vidika klinične mikrobiologije zanimiv, ker kodira tako za membranske kot tudi citosolne proteine (proteina M1 in M2) in je od vseh osmih segmentov najbolj ohranjen. M1 protein (citosolni) ima ključno vlogo pri nastanku novih virusnih delcev. M2 je membranski protein, ki je umeščen v virusno ovojnico in igra pomembno vlogo v interakciji z imunskim sistemom gostitelja (zunajcelična domena), poleg tega pa transmembranska domena proteina kaže aktivnost ionskega kanala.

'''Metoda LAMP'''

LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) je izotermna tehnika amplifikacije DNA. V osnovi gre za metodo, ki je zelo podobna PCR (verižni reakciji s polimerazo), s to razliko, da se celoten proces odvija pri konstantni temperaturi, z uporabo 2-3 setov začetnih oligonukleotidov in polimerazo, ki ima, poleg replikacijske aktivnosti, tudi sposobnost razmikanja verig. Izolirana virusna RNA (klinični vzorec) se najprej pretvoriti v cDNA z uporabo reverzne transkriptaze. Osnova dokazovanja prisotnosti virusa po metodi LAMP je tudi identifikacija dobro ohranjene regije virusne RNA (M gena) in načrtovanje ustreznih začetnih oligonukleotidov. Za razliko od PCR (kjer je potreben en par začetnih oligonukleotidov), potrebujemo za metodo LAMP dva para specifičnih oligonukleotidov za vezavo na šest neodvisnih vezavnih mest tarčne sekvence (F3, F2 in F1 regije na 3'-koncu ter B1, B2 in B3 regije na 5'-koncu verige tarčne DNA).

'''Načrtovanje začetnih oligonukleotidov'''

Za potek analize potrebujemo 4 tipe začetnih oligonukleotidov oz. >>primerjev<<, ki se ujemajo z 6 značilnimi regijami na izbranem (tarčnem) genu. FIP (Forward Inner Primer) je sestavljen iz F2 regije (na 3'-koncu), ki je komplementarna F2c regiji in pa zaporedja F1c. F3 primer (Forward Outer Primer) sestavlja F3 regija, ki je komplementarna F3c. BIP (Backward Inner Primer) je sestavljen iz B2 regije (na svojem 3'-koncu), ki je komplementarna B2c in pa zaporedja B1c (na svojem 5'-koncu). B3 primer (Backward Outer Primer) sestavlja B3 regija tarčne DNA, ki je komplementarna B3c regiji.

'''Proces ciklične amplifikacije'''

Ob prisotnosti tarčne sekvence DNA in vseh potrebnih reagentov ob inkubaciji potečejo naslednji koraki: 

1. Ker je pri teh pogojih tarčna sekvenca v obliki dsDNA (dvojne vijačnice) se lahko eden od začetnih oligonukleotidov spoji s komplementarno sekvenco dsDNA in povzroči iniciacijo sinteze DNA s pomočjo prisotne DNA polimeraze, ki ima poleg svoje polimerazne aktivnosti tudi sposobnost razklopa vijačnic. Pride do ločitve verig in nastanka ssDNA na katero se veže FIP. 
2. DNA polimeraza nato sintetizira komplementarno verigo matrični DNA z začetkom na 3'-koncu F2 regije FIP. 
3. F3 Primer se poveže z F3c komplementarno regijo in povzroči odstranitev FIP-povezane komplementarne verige. 
4. Sinteza dsDNA (veriga matrične DNA + veriga sintetizirane DNA iz F3 začetnega oligonukleotida). 
5. FIP-vezana komplementarna veriga se sprosti kot ssDNA zaradi delovanja DNA polimeraze in tvori zanko na 5'-koncu zaradi komplementarnih zaporedij F1 in F1c. 
6. Nastala ssDNA deluje naprej kot matrica za sintezo DNA, ki jo inducira BIP (potek podoben kot v koraku 2, zanka na 5'-koncu začasno izgine). Dobimo komplementarno verigo, ki se začne na B2 regiji BIP. Za tem B3 primer izpodrine novonastalo komplementarno verigo in začne sintezo dsDNA. 
7. Sinteza dsDNA (FIP-vezana veriga DNA + komplementarna sintetizirana DNA iz B3 začetnega oligonukleotida). 
8. BIP-povezana komplementarna veriga DNA tvori značilno strukturo z zanko na obeh koncih (dumbbell-like structure, ker po obliki spominja na utež za treniranje) in predstavlja osnovo za cikličen proces amplifikacije metode LAMP. 
9. Pride do krožnega procesa reakcij med strukturo z dvema stebelnima zankama in začetnimi nukleotidi. Rezultat je nastanek različno velikih struktur virusne DNA, ki jih gradijo alternativno izmenjujoče se ponovitve tarčnega zaporedja, ki se uredijo v nekakšno cik-cak strukturo. 

Metoda LAMP tako predstavlja zelo učinkovit način pomnoževanja virusne DNA in omogoča izredno selektivno določanje prisotnosti virusnega genoma v preiskovanem vzorcu. Analiza vzorcev običajno poteka s pomočjo elektroforeze.

== '''Viri''' ==

1. Avšič-Županc, T., Drinovec, B., Marin, J., Poljak, M. & Littera picta). Splošna medicinska virologija. (Medicinski razgledi, 2007). 
2. Souf, S. Recent advances in diagnostic testing for viral infections. Biosci. Horizons 9, (2016). 
3. Storch, G. A. Diagnostic Virology. Clin. Infect. Dis. 31, 739–751 (2000). 
4. Cobo, F. Application of molecular diagnostic techniques for viral testing. Open Virol. J. 6, 104–14 (2012). 
5. Poon, L. L. M. et al. Detection of human influenza A viruses by loop-mediated isothermal amplification. J. Clin. Microbiol. 43, 427–30 (2005).

Diagnostika virusnih okužb

2018-05-05T19:26:24Z

Samo Purič: New page: == '''Uvod''' == Virusne okužbe predstavljajo velik izziv v svetu medicine, saj zaradi njih letno umre več tisoč ljudi. Zato so se čez čas razvile mnoge metode za dokazovanje virusov...

== '''Uvod''' ==

Virusne okužbe predstavljajo velik izziv v svetu medicine, saj zaradi njih letno umre več tisoč ljudi. Zato so se čez čas razvile mnoge metode za dokazovanje virusov, ki se med seboj razlikujejo po več parametrih: natančnost, točnost, občutljivost in specifičnost. Poleg tega pa je pri posamezni metodi pomembna tudi zahtevnost njene izvedbe, cena in čas med vzetim vzorcem in dobljenimi rezultati.

== '''Virusna izolacija''' ==

Vzorec, v katerem iščemo virus, inokuliramo v enega izmed sistemov za razmnoževanje virusov: 
- celične kulture 
- poskusne živali 
- oplojena jajca 

Najpogosteje se uporabljajo celične kulture. V teh se lahko razvijejo različni virusi, zato je pomembno, da izberemo pravilno celično kulturo glede na naš virus.
Razmnoževanje virusov v celični kulturi je opazno preko morfoloških sprememb, ki jim pravimo citopatski učinki (CPU). Čeprav so spremembe značilne za nekatere vrste virusov, redko spoznamo vrsto le preko CPU, zato za dokaz vrste navadno uporabimo imunoflourescenčno barvanje.
Metoda virusne izolacije potrebuje kar nekaj časa (nekaj tednov), da pokaže rezultate, prav tako pa so za interpretacijo rezultatov potrebni strokovnjaki z veliko izkušnjami. Poleg tega vse vrste virusov ne rastejo v celičnih kulturah ali pa ne pokažejo vidnih CPU.

== '''Detekcija virusnih antigenov in antivirusnih protiteles''' ==

Virusne antigene in antivirusna protitelesa dokazujemo s podobnimi metodami, ki jih uvrščamo v skupino imuno metod. Antivirusna protitelesa pa lahko poleg tega dokažemo tudi z dvema starejšima testoma, ki nista več pogosto v uporabi: reakcija vezave komplementa in inhibicija hemaglutinacije

'''IMUNO METODE''' 

Poznamo: 
- radioimunsko metodo 
- encimskoimunsko metodo 
- imunoflourescenčno metodo 
- imunsko blot metodo 

Encimskoimunska metoda (EIA oz. ELISA) je najbolj razširjena metoda v svetu virusne diagnostike in je dolgo časa veljala tudi za referenčno metodo. Je visoko specifična in občutljiva metoda. Za označitev se najpogosteje uporablja alkalna fosfataza ali hrenova peroksidaza.
Princip za dokazovanje virusnih antigenov ali antivirusnih protiteles je podoben. Pri dokazovanju virusnih antigenov na nosilec vežemo primarna protitelesa. Te vežejo virus v našem vzorcu in nato dodamo sekundarna, z encimom označena, protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Na koncu dodamo še primeren substrat, ki po delovanju encima spremeni barvo. Pri dokazovanju serumskih protiteles je sistem podoben, le da je na nosilec na začetku vezan virusni antigen, nato dodamo serumska protitelesa in na koncu z encimom označena sekundarna protitelesa, ki se vežejo na prej nastali kompleks. Iz količine razgrajenega substrata nato sklepamo o številu protiteles v serumu. Slabosti imuno metod so predvsem interference zaradi katerih pride do lažno pozitivnih oz. lažno negativnih rezultatov.

== '''Molekularne metode''' ==

V zadnjih letih so velik vzpon na področju virusne diagnostike doživele molekularne metode. Predvsem metode, ki temeljijo na pomnoževanju delcev nukleinskih kislin, so iz laboratorijev izrinile nekatere klasične metode, kot so izolacija virusov in nekatere serološke metode ter postale celo referenčne metode in glede na njih določamo občutljivost drugih tehnik. Njihove največje prednosti so: manjše količine vzorcev, visoka specifičnost, točnost, natančnost, hitrost in avtomatizacija. Poznamo hibridizacijske metode, metode pomnoževanja nukleinskih kislin in mikromreže.

'''HIBRIDIZACIJSKE METODE'''

Pri hibridizacijskih metodah želimo dokazati del virusne DNA oz. RNA, ki je značilen za določeno vrsto virusa. To naredimo tako, da na vzorčno denaturirano DNA s ponovno renaturacijo vežemo označen, komplementaren, za virus značilen del nukleinske kisline. Temu delu pravimo lovka oz. sonda in je lahko označen z radioaktivnimi označevalci, encimi ali kemiluminescenčnimi označevalci. Če opazimo, da se je sonda vezala na vzorčno DNA, to pomeni, da je virus prisoten v vzorcu. Slabost teh tehnik je njihovo slaba občutljivost. Najbolj znane so: in situ, tekočinska in dot-blot hibridizacija.

'''METODE POMNOŽEVANJA DELCEV NUKLEINSKIH KISLIN'''

Osnovna verižna reakcija s polimerazo (PCR) poteka tako, da izolirani DNA dodamo mešanico, ki vsebuje encim polimerazo, dva začetna oligonukleotida, deoksiribonukleotidne trifosfate (dNTPs), soli (običajno MgCl2) in za polimerazo primeren pufer. Mešanico za kratek čas inkubiramo pri treh točno določenih temperaturah, kar pomeni en ciklus PCR. Pri 95°C se dvojna vijačnica denaturira v dve enojni vijačnici DNA. Pri temperaturi, ki je navadno med 50 in 65 °C, se začetna oligonukleotida pripneta na komplementarni del na DNA. Pri 72 °C se začne sinteza komplementarne verige v smeri od 5' proti 3' koncu s pomočjo polimeraze. Tako dobimo dve novi dvovijačni verigi DNA. V naslednjem ciklusu jih dobimo 4, nato 8 in tako naprej. Navadno imamo 25 do 40 ponovitev (n), število pomnoženih delov DNA pa je 2n.Po PCR reakciji se lahko rezultat običajno preverja z elektroforezo.
V praksi se največ uporabljata kvantitativna različica PCR in reverzno transkriptazna PCR. Pri kvantitativni različici PCR sta pomnoževanje in detekcija narejena hkrati ( zato se v ang. Imenuje real-time PCR), kar precej skrajša celoten postopek in tudi kontaminacijo. Reverzno transkriptazno PCR pa uporabljamo za viruse z RNA, kjer pred začetkom reakcij PCR reverzna transkriptaza prepiše RNA v komplementarno DNA.

'''TEHNOLOGIJA MIKROMREŽ'''

DNA mikromreža je sestavljena iz številnih DNA oligonukleotidov, ki so pritrjeni na podlago na določenih točkah. Tem oligonukleotidom pravimo lovke oz. sonde in pri virusni diagnostiki so to značilne sekvence različnih tipov virusov. Nato inkubiramo mikromrežo z našo vzorčno DNA, ki smo jo predhodno označili, in po inkubaciji preverimo, kateri fragmenti so se hibridizirali s sondami. Če opazimo vzorec označenih fragmentov, ki so se hibridizirali z oligonukleotidi določenega virusa, lahko sklepamo, da je v vzorcu prisoten ta virus.
Prednost te tehnologije je predvsem ta, da lahko preverja okuženost za več virosov hkrati.

== '''Detekcija človeškega virusa Influence A z metodo LAMP''' ==

Virus influence je zelo pogost povzročitelj respiratornih infekcij povsod po svetu in poleg človeka okuži tudi druge sesalce (ptice, prašiči itd.). Virus vsebuje negativno enoverižno RNA z osmimi genskimi segmenti (PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M in NS). Danes pojavnost novih oblik virusa influence predstavlja pomemben globalen problem saj lahko mutacija podtipa virusa privede do nove epidemije (npr.: epidemija prašičje gripe leta 2009). Gen M je iz vidika klinične mikrobiologije zanimiv, ker kodira tako za membranske kot tudi citosolne proteine (proteina M1 in M2) in je od vseh osmih segmentov najbolj ohranjen. M1 protein (citosolni) ima ključno vlogo pri nastanku novih virusnih delcev. M2 je membranski protein, ki je umeščen v virusno ovojnico in igra pomembno vlogo v interakciji z imunskim sistemom gostitelja (zunajcelična domena), poleg tega pa transmembranska domena proteina kaže aktivnost ionskega kanala.

'''Metoda LAMP'''

LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) je izotermna tehnika amplifikacije DNA. V osnovi gre za metodo, ki je zelo podobna PCR (verižni reakciji s polimerazo), s to razliko, da se celoten proces odvija pri konstantni temperaturi, z uporabo 2-3 setov začetnih oligonukleotidov in polimerazo, ki ima, poleg replikacijske aktivnosti, tudi sposobnost razmikanja verig. Izolirana virusna RNA (klinični vzorec) se najprej pretvoriti v cDNA z uporabo reverzne transkriptaze. Osnova dokazovanja prisotnosti virusa po metodi LAMP je tudi identifikacija dobro ohranjene regije virusne RNA (M gena) in načrtovanje ustreznih začetnih oligonukleotidov. Za razliko od PCR (kjer je potreben en par začetnih oligonukleotidov), potrebujemo za metodo LAMP dva para specifičnih oligonukleotidov za vezavo na šest neodvisnih vezavnih mest tarčne sekvence (F3, F2 in F1 regije na 3'-koncu ter B1, B2 in B3 regije na 5'-koncu verige tarčne DNA).

'''Načrtovanje začetnih oligonukleotidov'''

Za potek analize potrebujemo 4 tipe začetnih oligonukleotidov oz. >>primerjev<<, ki se ujemajo z 6 značilnimi regijami na izbranem (tarčnem) genu. FIP (Forward Inner Primer) je sestavljen iz F2 regije (na 3'-koncu), ki je komplementarna F2c regiji in pa zaporedja F1c. F3 primer (Forward Outer Primer) sestavlja F3 regija, ki je komplementarna F3c. BIP (Backward Inner Primer) je sestavljen iz B2 regije (na svojem 3'-koncu), ki je komplementarna B2c in pa zaporedja B1c (na svojem 5'-koncu). B3 primer (Backward Outer Primer) sestavlja B3 regija tarčne DNA, ki je komplementarna B3c regiji.

'''Proces ciklične amplifikacije'''

Ob prisotnosti tarčne sekvence DNA in vseh potrebnih reagentov ob inkubaciji potečejo naslednji koraki: 

1. Ker je pri teh pogojih tarčna sekvenca v obliki dsDNA (dvojne vijačnice) se lahko eden od začetnih oligonukleotidov spoji s komplementarno sekvenco dsDNA in povzroči iniciacijo sinteze DNA s pomočjo prisotne DNA polimeraze, ki ima poleg svoje polimerazne aktivnosti tudi sposobnost razklopa vijačnic. Pride do ločitve verig in nastanka ssDNA na katero se veže FIP. 
2. DNA polimeraza nato sintetizira komplementarno verigo matrični DNA z začetkom na 3'-koncu F2 regije FIP. 
3. F3 Primer se poveže z F3c komplementarno regijo in povzroči odstranitev FIP-povezane komplementarne verige. 
4. Sinteza dsDNA (veriga matrične DNA + veriga sintetizirane DNA iz F3 začetnega oligonukleotida). 
5. FIP-vezana komplementarna veriga se sprosti kot ssDNA zaradi delovanja DNA polimeraze in tvori zanko na 5'-koncu zaradi komplementarnih zaporedij F1 in F1c. 
6. Nastala ssDNA deluje naprej kot matrica za sintezo DNA, ki jo inducira BIP (potek podoben kot v koraku 2, zanka na 5'-koncu začasno izgine). Dobimo komplementarno verigo, ki se začne na B2 regiji BIP. Za tem B3 primer izpodrine novonastalo komplementarno verigo in začne sintezo dsDNA. 
7. Sinteza dsDNA (FIP-vezana veriga DNA + komplementarna sintetizirana DNA iz B3 začetnega oligonukleotida). 
8. BIP-povezana komplementarna veriga DNA tvori značilno strukturo z zanko na obeh koncih (dumbbell-like structure, ker po obliki spominja na utež za treniranje) in predstavlja osnovo za cikličen proces amplifikacije metode LAMP. 
9. Pride do krožnega procesa reakcij med strukturo z dvema stebelnima zankama in začetnimi nukleotidi. Rezultat je nastanek različno velikih struktur virusne DNA, ki jih gradijo alternativno izmenjujoče se ponovitve tarčnega zaporedja, ki se uredijo v nekakšno cik-cak strukturo. 

Metoda LAMP tako predstavlja zelo učinkovit način pomnoževanja virusne DNA in omogoča izredno selektivno določanje prisotnosti virusnega genoma v preiskovanem vzorcu. Analiza vzorcev običajno poteka s pomočjo elektroforeze.

== '''Viri''' ==

1. Avšič-Županc, T., Drinovec, B., Marin, J., Poljak, M. & Littera picta). Splošna medicinska virologija. (Medicinski razgledi, 2007). 
2. Souf, S. OUP accepted manuscript. Biosci. Horizons 9, (2016). 
3. Storch, G. A. Diagnostic Virology. Clin. Infect. Dis. 31, 739–751 (2000). 
4. Cobo, F. Application of molecular diagnostic techniques for viral testing. Open Virol. J. 6, 104–14 (2012). 
5. Poon, L. L. M. et al. Detection of human influenza A viruses by loop-mediated isothermal amplification. J. Clin. Microbiol. 43, 427–30 (2005).

Molekularna biologija virusov

2018-03-15T21:23:31Z

Samo Purič:

Seminarji pri Molekularni biologiji v študijskem letu 2017/18 obravnavajo področje virusov, saj v naslednjem letu ne boste imeli možnosti vpisa izbirnega predmeta Virologija. Tematika je razdeljena na 16 poglavij. Okvirni naslovi oz. teme so navedeni na prvem seznamu.

Vsako temo obdelata praviloma dva študenta, nekatere teme pa omogočajo tudi razdelitev snovi na tri dele (to je označeno na prvem seznamu). Vsaka skupina mora pripraviti povzetek seminarja z vsaj 1000 besedami in ne več kot 1500 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 1000 besed), ki ste jih uporabili.
Vsaka skupina mora objaviti povzetek seminarja na wikiju najkasneje 24 h pred začetkom seminarjev. Kateri del povzetka je napisal kdo, navedite v zavihku 'discussion'.
Pripravite tudi predstavitev, dolgo pribl. 20 minut (tolerančni okvir je 18-23 min.), temu pa bo sledila razprava, dolga 5-10 min. 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 čim manj splošnega uvoda. Ne opisujte potekov bolezni, če to ni nujno zaradi povezave z biokemijskimi značilnostmi virusov!

Predstavitve seminarjev po datumih so razvidne iz spletne učilnice.

Vsebina seminarjev je izpitna snov. Iz teme seminarjev sta običajno dve vprašanji od ~30, kolikor jih ima celoten izpit.

Poglavja za seminarje so:

1. Herpesvirusi in sorodni dsDNA-virusi (lahko 3) 
2. Parvovirusi in sorodni ssDNA-virusi 
3. Reovirusi in drugi dsRNA-virusi 
4. Pikornavirusi in drugi RNA(+)-virusi 
5. Rabdovirusi in drugi RNA(-)-virusi 
6. Retrovirusi (lahko 3) 
7. Hepadnavirusi in kavlimovirusi (DNA-virusi z reverzno transkripcijo) 
8. Nitasti fagi 
9. Ikozaedrični fagi (lahko 3) 
10. Viroidi in satelitski virusi 
11. Evolucija virusov 
12. Virusi in rak 
13. Rastlinski virusi (lahko 3) 
14. Protivirusna zdravila (lahko 3) 
15. Protivirusna cepiva 
16. Diagnostika virusnih okužb 

----

Za seminar se prijavite tako, da se vpišete v oklepaj za naslovom seminarja:

1. Herpesvirusi in sorodni dsDNA-virusi (Ines Medved, Veronika Razpotnik) 
2. Parvovirusi in sorodni ssDNA-virusi (Milica Jankovic) 
3. Reovirusi in drugi dsRNA-virusi (Anže Jenko, Ana Maklin) 
4. Pikornavirusi in drugi RNA(+)-virusi 
5. Rabdovirusi in drugi RNA(-)-virusi (Anja Černe, Špela Deučman) 
6. Retrovirusi (Katja Doberšek, Špela Supej, Barbara Slapnik) 
7. Hepadnavirusi in kavlimovirusi (DNA-virusi z reverzno transkripcijo) (Nika Zaveršek, Nika Goršek) 
8. Nitasti fagi 
9. Ikozaedrični fagi 
10. Viroidi in satelitski virusi(Ivanovski) 
11. Evolucija virusov (Polona Skrt) 
12. Virusi in rak (Ana Obaha, Lija Srnovršnik) 
13. Rastlinski virusi (Katja Dolenc, Martin Špendl) 
14. Protivirusna zdravila (Tina Turel, Maja Vrabec) 
15. Protivirusna cepiva (Daria Latysheva, Jerneja Nimac) 
16. Diagnostika virusnih okužb (Samo Purič) 

Ko boste pripravljali povzetek, naslov teme povežite z novo wiki-stranjo, ki vsebuje povzetek. Na koncu besedila (pod viri) v novo vrstico dodajte oznaki: [[Category:SEM]] [[Category:BMB]]
Primer, kako so bili urejeni seminarji v prejšnjih letih, si lahko ogledate na primer na strani [[Struktura kromatina]] (2013/14).

BIO2 Povzetki seminarjev 2016

2016-12-07T14:20:41Z

Samo Purič:

== Biokemija- Povzetki seminarjev 2016/2017 ==
Nazaj na osnovno [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Seminar_2016 stran]
=== Karmen Žbogar: Oksidativna fosforilacija v rakavih celicah ===
Mitohondriji so celični organeli, ki imajo pomembno vlogo pri spremembah metabolizma, presnovnih poteh, prav tako pa nadzorujejo življenje in smrt celic. Rakave celice za svoje preživetje prilagodijo svoj metabolizem in okolje. Pri oksidativni fosforilaciji mitohondriji za sintezo ATP porabijo skoraj ves celični kisik, med samim procesom pa proizvajajo stranske produkte imenovane ROS (reaktivne kisikove spojine), ki so eden od vzrokov za karcinogenezo. Eden od pomembnih encimov v rakavih celicah je HK-II in povišanje njegove koncentracije v celicah je ena od presnovnih sprememb v tumorskih mitohondrijih. V tumorjih se pojavljajo še naslednje spremembe: zmanjšana oksidacija substratov, spremenjeno izražanje in aktivnost podenot dihalne verige, mutacije mtDNA, spremenjen nadzor apoptoze, oslabljena organizacija tako ATP-aze kot kompleksov dihalne verige. Kako natančno so mitohondrijske funkcije in rak povezani, je še nerazrešeno in pomembno vprašanje v biokemiji. Kljub številnim študijam, celovita celična in molekularna osnova za združitev tumorjev z bioenergetiko mitohondrijev še ni popolnoma opredeljena. V tumorskih mitohondrijih so najdene velike spremenljivosti mehanizmov in ravno raziskave teh mehanizmov bodo v prihodnosti prispevale koristne informacije za diagnosticiranje raka in tudi terapevtske pristope.

=== Kristina Piškur: Presnova neesencialnih aminokislin pri raku dojke ===
Človeško telo je zgrajeno iz različnih vrst celic, ki nadzorovano rastejo in se delijo, ko je za organizem to potrebno. S celično delitvijo nastajajo nove celice, ki so nujno potrebne za obnavljanje tkiv in ohranitev zdravega organizma. V nekaterih primerih, zaradi različnih vzrokov in posledice mutacij v genih, pride do čezmerne delitve in kopičenja telesnih celic, kar lahko privede do nastanka raka. Študije so v zadnjih letih pokazala, da odnos med rakom in presnovnimi potmi razkriva nove biološke označevalce in terapevtske cilje. Še posebej obetavna se zdi terapija stradanja metabolizma z odstranitvijo ali omejevanjem dostopnosti določenega metabolita, saj je v primerjavi s kemoterapijo ali obsevanjem manj toksična za pacienta. Izkazalo se je, da so neesencialne aminokisline obetavni metaboliti za takšno terapijo, saj jih lahko sintetiziramo z normalnimi celicami, pri katerih zunajcelični vir ni potreben za njihovo zdravje, medtem ko mnoge tumorske celice potrebujejo zunanjo oskrbo neesencialnih aminokislin. Tako lahko ob upoštevanju te razlike in z odstranitvijo določenih aminokislin inhibiramo rast tumorskih celic. V seminarju se bom osredotočila na dve različni presnovni poti neesencialnih aminokislin, ki kažejo velik potencial za njihovo aplikacijo kot biomarkerjev in terapevtskih ciljev pri zdravljenju raka dojke. Sprva bom govorila o presnovni poti glutamin- glutamat, v nadaljevanju, pa o presnovni poti serin- glicin.

=== Natalija Pucihar: Izkoriščanje katabolizma maščobnih kislin za goriva in druge kemijske produkte ===
Zaradi vse večjih skrbi glede preskrbljenosti z nafto in ostalimi fosilnimi gorivi, kot tudi zaradi toplogrednih plinov, ki imajo škodljiv učinek na globalno ozračje, postaja proizvodnja obnovljivih kemičnih produktov vse potencijalnejša. Tako imenovana, zelena kemija, omogoča razvijanje kemikalij z dodanimi vrednostmi, ki niso pridobljene z običajnimi petrokemičnimi procesi. Dandanes se veliko raziskav osredotoča na naslednje generacije pridobivanja biogoriv. Glavna tema raziskav je biosinteza mikrobnih maščobnih kislin, s ciljem proizvodnje maščobnih kislin oz. derivatov, za zamenjavo dizelskega goriva. Oksidacijske poti maščobnih kislin so zelo zanimive za metabolne inženirske namene zaradi njihove ciklične narave, kot tudi njihovih reakcij, ki dovoljujejo selektivno funkcionalizacijo alkilne verige. Te lastnosti omogočajo nastanek različnih kemikalij kot so alkoholi, alkani, ketoni in hidroksi kisline v širokem razponu ogljikovega števila. V seminarju bom govorila o nedavnem napredku metaboličnih inženirskih strategij za produkcijo kemikalij skozi oksidacijsko pot maščobnih kislin. Za nadaljnje raziskave je predvsem pomembno poznavanje delovanja in aktivnosti encimov, ki katalizirajo ali inhibirajo metabolične poti. Opisala bom tri zasnovane maščobno kislinske oksidativne poti in sicer α, ß in ω- oksidacijo in eno nemaščobno ß oksidacijo ter produkcijo prostih maščobnih kislin v E. coli. V članku je bila sicer predstavljena platforma oksidacije maščobnih kislin, zato pričakujem, da igra ključno vlogo pri tem prizadevanju, vendar pa se smatra kot enega glavnih izzivov selektivna produkcija funkcionalnih kemikalij z specifično dolžino ogljikove verige.

=== Vida Štrancar: Zaznavanje vročine pri rastlinah ===
V zadnjem obdobju smo zaradi globalnih klimatskih sprememb priča vse daljšim vročinskim valom. Ker so rastline pritrjeni organizmi, neugodnim razmeram ne morejo ubežati. Na neugodne razmere se prilagajajo tako, da se posledično zmanjša njihov pridelek. Zato je raziskovanje načinov aklimatizacije in celičnih signalnih poti zelo aktualno. Rastline vročino zaznavajo na celičnem nivoju in sicer s pomočjo več različnih sistemov. Vročina v celicah vpliva na strukturo proteinov, nabiranje reaktivnih kisikovih zvrsti, fluidnost membrane. Celica lahko s pomočjo molekul, ki zaznavajo te spremembe aktivira gene, ki sprožijo odziv na povišanje temperature. Verjetno imajo najpomembnejšo vlogo pri sporočanju kalcijevi ioni, ki v celico vdrejo preko kalcijevih kanalčkov, ki se odprejo ob povišani temperaturi. V celici se poviša tudi koncentracija lipidnih signalnih molekul, ki regulirajo gene za odziv na vročino. Pri tovrstnem stresu pride do spremembe strukture proteinov. Te popravlja sistemski odziv, ki vključuje proteine toplotnega šoka (Hsp). Ti preprečujejo agregacijo proteinov, ki bi lahko posledično vodila v hude napake delovanja. Kot signal so v celici uporabljene reaktivne kisikove zvrsti (ROS), ki nastajajo kot produkt pri metabolnih procesih. V jedru se nahaja termosenzor, histon H2A.Z, ki se temperaturno odvisno veže na promotorje genov, ki so povezani z odzivom na temperaturne spremembe. Sistem zaznavanja vročine je pri rastlinah zelo kompleksen, povezave med različnimi potmi pa zaenkrat ostajajo še neznane.

=== Janja Murn: Wnt signalizacija in njena regulacija ===
Wnt signalizacija, ki jo sproži vezava wnt proteina na Fzd membranski receptor, igra eno ključnih vlog v embrionalnem razvoju in pri obnavljanju poškodovanega tkiva. V jedru tarčne celice namreč spodbudi izražanje rastnih faktorjev, ki usmerjajo diferenciacijo embrionalnih oz. odraslih matičnih celic v ustrezno vrsto celic. Pri signalizaciji ima pomembno vlogo β-katenin, ki v jedru tarčne celice deluje kot ko-aktivator transkripcije prej omenjenih rastnih faktorjev. V odsotnosti wnt liganda poteka v citosolu ubikvitinacija β-katenina v t. i. uničevalnem kompleksu in posledična njegova proteoliza. Vezava wnt-liganda na receptor pa povzroči konformacijske spremembe in razpad uničevalnega kompleksa. Koncentracija β-katenina naraste in zato se le ta lahko prenese v jedro. Napake v wnt signalizaciji celice lahko privedejo do nenadzorovanih celičnih delitev, razvoja tumorja, kot tudi do nepopolnega razvoja centralnega živčnega sistema in posledične motorične ter mentalne zaostalosti. V kratkem so bili v membrani odkriti regulatorni mehanizmi, ki zmanjšujejo možnost nastanka napak v signalizaciji in razvoj omenjenih bolezni. Notum protein na primer zaustavi signalizacijo s preoblikovanjem wnt liganda, ki se zato ne veže na receptor. Med tem ko sta ZNRF3/RNF43 značilni ubikvitinin ligazi, ki z razgradnjo receptorskega kompleksa uravnavajo pretirano signalizacijo. V kratkem pa so bili odkriti tudi specifični ko-faktorji, ki povečujejo specifičnost signalizacije. Dobro poznavanje regulatornih mehanizmov pa v zdravstvu predstavlja potencial razvoja novih terapevtskih metod za uspešen boj z zgoraj naštetimi boleznimi.

=== Katarina Petra van Midden: Nekroptoza - programirana celična smrt ===
Dolgo časa so bili znanstveniki prepričani, da obstajata le dve vrsti celične smrti. Programirana apoptoza ter naključna in neurejena nekroza. Pred približno dvajsetimi leti so odkrili, da nekatere tipe nekroze vodijo signalne poti in ni tako nekontrolirana, kot so prvotno mislili. Tako obliko celične smrti so poimenovali nekroptoza. Za razliko od apoptoze za njeno izvedbo ne potrebujemo kaspaz (cistein-aspartatnih proteaz), morfološko pa je podobna nekrozi. Sproži jo lahko več dejavnikov. V tem seminarju sem opisala signalno pot, ki jo sproži vezava TNFα na receptor TNFR1. Vezava na ta receptor uravnava tri procese. Preživetje celice, apoptozo in nekroptozo. Kateri izmed njih se bo zgodil je odvisno od tvorbe TNFR1 kompleksov I in II in nekrosomskega kompleksa, ter spleta signalnih molekul, ki uravnavajo prehode med njimi. Aktivatorja nekroptoze sta kinazi RIP1 in RIP3, ki postaneta aktivni, ko je kaspaza 8 in s tem apoptotična celična smrt inhibirana. Taka oblika nekroptoze je že dokaj dobro raziskana, čeprav njen evolucijski pomen še ni popolnoma jasen. Najverjetneje se je razvila kot pomožna oblika celične smrti, v primeru, da je apoptoza blokirana. V nekaterih primerih, ko nekroptoza omogoči hitrejši odziv na nevarnost pa se pojavlja tudi kot preferenčna oblika celične smrti. Nekroptoza igra pomembno vlogo pri različnih vnetnih, infekcijskih in degenerativnih boleznih, zato je raziskovanje njenega mehanizma pomembno tudi v medicinske namene.

=== Maksimiljan Adamek: Avksin in njegova vloga v fototropizmu rastlin ===
Hormoni kot signalne molekule niso pomembni zgolj v živalskih, temveč tudi v rastlinskih organizmih. Najbolj raziskano skupino rastlinskih hormonov predstavljajo avksini, med katerimi prevladuje indol-3-ocetna kislina. Znano je, da so avksini vpleteni v številne rastlinske procese: embriogenezo, organogenezo in različne tropizme. Avksin določa spremembe celičnih procesov na podlagi omogočanja transkripcije genov s specifičnim zaporedjem ARE v promotorski regiji. Izražanje teh genov inhibirajo proteini Aux/IAA. Klasična signalna pot avksina vključuje vezavo hormona na receptorje v jedru, kar preko promoviranja potrebnih proteinov vodi v ubikvitinacijo inhibitorjev transkripcije, razgradnjo inhibitorjev s proteasomom 26S in sprostitev transkripcije genov. Molekule avksina imajo tudi zanimivo lastnost prehajanja med celicami in tkivi. V transport avksina po rastlini so preko sistemov fosforilacij, defosforilacij in klatrinskih veziklov vključeni različni proteini, med katerimi so pomembni predvsem proteini PIN. Poleg klasične signalne poti imajo avksini še druge pomembne vloge v rastlini. Primer tega je vloga avksina v fototropizmu, kjer se rastlina obrne in začne rasti proti svetlobi. Neenakomerna osvetlitev rastline sproži odziv, ki tok avksina usmeri na manj osvetljeno stran rastline. Tam avksin spodbudi rast celic in to povečanje celic na zgolj eni strani rastline spremeni smer njene rasti. Čeprav so omenjeni mehanizmi relativno dobro poznani, je veliko delov teh mehanizmov še neznanih in tako ponujajo priložnosti za nove raziskave.

=== David Dolhar: Delovanje interferonov tipa I pri imunskem odzivu ===

Interferoni tipa I so ene od ključnih molekul pridobljenega imunskega sistema. Z vezavo na IFNAR receptor ti citokini sprožijo signalne poti znotraj celice, katerih rezultat je ustavitev transkripcije virusnega genskega materiala. Preko encimov Janus kinaze 1 ter tirozin kinaze 2 poteka fosforilacija STAT1 ter STAT2 molekul. Ob dimerizaciji teh dveh molekul se STAT1-STAT2 homodimer poveže z regulatornim faktorjem IRF9, ta kompleks pa nato sproži prepis genov, stimuliranih s strani interferonov (interferon stimulated genes). IFNAR receptor lahko aktivira tudi druge signalne poti, kot na primer mTOR signalno pot, ki uravnava celično proliferacijo, avtofagijo ter transkripcijo genov za sintezo proteinov. Primer ISG je gen za prepis Mx1, ki pri okužbi z virusom gripe onemogoča prepis genskega materiala tega virusa. Predstavljena je raziskava, ki dokazuje pomembno vlogo STAT-1 aktivatorja transkripcije pri tej signalni poti. Interferoni tipa I sodelujejo v pridobljenem (specifičnem) imunskem sistemu v povezavi z dendritskimi celicami. Poleg tega interferoni tipa I po potrebi aktivirajo delovanje limfocitov T. Poleg pozitivnih učinkov lahko prekomerno izločanje interferonov tipa I v tkivu povzroči vnetne reakcije ter privede do imunosupresije. Naveden je primer virusa HIV-1, ki preko okuženih plazmacitoidnih dendritskih celic sproži signal za apoptozo drugače zdravih celic pomagalk. Rezultati predstavljenih študij nakazujejo na dvoreznost delovanja interferonov pri imunskem odzivu.

=== Dominik Rebek: Vloga proteinske družine Bcl-2 pri apoptozi ===

Programirana celična smrt je nepogrešljiv del mnogih bioloških procesov, od embrionalnega razvoja, delovanja imunskega sistema do delovanja živčnega sistema. Posledično je vpletena v mnoga bolezenska stanja. Med ta spada velik del težkih bolezenskih stanj, za katera še ne poznamo zdravila oziroma rešitve, in sicer nekatere nevrodegenerativne bolezni, rak, avtoimunske bolezni, atrofije, virusne okužbe itd. Zato so raziskave na področju regulacije apoptoze toliko bolj atraktivne in tudi obetajoče. Vemo, da apoptoza ni edina oblika celične smrti, je pa prevladujoča oblika programirane celične smrti. Ne povzroča vnetnega odziva, zato menim, da je nekroptoza na nekaterih področjih nikakor ne more nadomestiti. Naše znanje obsega poznavanje dveh poti apoptoze, intrinzične in ekstrinzične, ki se sicer lahko v določenih primerih tudi prepletata. Osnovni princip delovanja intrinzične poti je preko kaskade, ki vključuje člane proteinske družine Bcl-2 in aktivira kaspaze. Kaskada deluje po sistemu promotor aktivatorja kaspaz – inhibitor aktivatorja kaspaz – aktivator kaspaz – adapterska kaspaza – efektoska kaspaza. Mnogo poti in interakcij med molekulami vključenimi v celoten proces je še neraziskanih, obstoječe raziskave pa namigujejo na zelo kompleksen, raznolik in medsebojno prepleten sistem. Evolucija preferira tak sistem, saj ob nedelovanju posamezne poti ali komponente, ne zataji celoten sistem, ampak je mogoče okvaro obiti.

=== Lana Vogrinec: Metabolizem laktata v možganih ===

Možgani so sestavljeni iz različnih tipov celic, med katerimi so najbolj pomembni nevroni in glia celice. Najpogostejša vrsta glia celic so astrociti, ki nadzorujejo prenos hranil iz krvožilnega sistema do nevronov. Že nekaj časa je znano, da imajo različne možganske celice tudi različne metabolne profile. V astrocitih je močno izražen proces aerobne glikolize, pri katerem se glukoza pretvarja v laktat kljub prisotnosti kisika. Nasprotno je v nevronih bolj izražen oksidativen del metabolizma, glukoza pa večinoma vstopa v pentoza-fosfatno pot. Zaradi teh razlik mora obstajati metabolna povezava med obema tipoma celic. Ena izmed najbolj priznanih hipotez je model ANLS, ki predlaga, da obstaja prenašalni sistem za laktat v smeri iz astrocitov do nevronov. Tak prenašalni sistem se sproži ob aktivaciji nevronov, pri čemer je glavni signal zanj glutamat, ki se po vezavi na postinaptično celico reciklira v astrocitih. Po prejetju signala začnejo astrociti aktivno vnašati glukozo in jo pretvarjati v laktat. Ta se nato po MCT-transporterjih prenese do nevronov, ki ga uporabijo kot primarni vir energije med prenosom signala. Vse kaže, da ima laktat še druge pomembne funkcije v možganih, bolj raziskana je njegova vloga pri tvorbi dolgotrajnega spomina. Raziskave na tem področju torej niso pomembne samo za razumevanje kompleksnih možganskih poti, ampak predstavljajo tudi možnost za zdravljenje določenih nevrodegenerativnih bolezni, povezanih z okvarami spomina.

=== Ajda Cafun: Transkripcijska regulacija lipogeneze ter njena povezava z razvojem hepatosteatoze ===

Jetra so centralni organ za procesiranje in distribucijo lipidov v organizmih. Po obroku bogatem z ogljikovimi hidrati, se presežek glukoze v jetrih v procesu de novo lipogeneze pretvori v maščobne kisline, te pa v triacilglicerole (TAG), ki jih maščobne celice shranijo kot vir energije. Prevelika stopnja lipogeneze in sinteze TAG v jetrih povzroči hepatosteatozo, tj. akumulacijo TAG v jetrih. 90% obolelih za hepatosteatozo posledično razvije resistenco na inzulin in s tem diabetes tipa 2. Raziskave so pokazale, da imajo encimi, ki sodelujejo pri metabolizmu lipidov v jetrih, na promotorskih regijah genov nekatera enaka prepoznavna mesta za vezavo transkripcijskih faktorjev, ki aktivirajo transkripcijo genov. To pomeni, da je izražanje teh encimov koordinativno regulirano. Transkripcijski faktorji, ki regulirajo metabolizem lipidov v jetrih so USF, SREBP1C, LXR in ChREBP. Signal insulina sproži PI3K/Akt signalno pot, ki vpliva na aktivacijo USF in SREBP1C, medtem ko signal glukoze sproži signalno pot, ki aktivira ChREBP. Aktivirani transkripcijski faktorji se vežejo na pripadajoče regije promotorjev in povzročijo transkripcijo genov. Prevelika raven izražanja transkripcijskih faktorjev vodi do preintenzivne lipogeneze in s tem do razvoja hepatosteatoze. Ker so omenjeni transkripcijski faktorji ključni regulatorji metabolizma lipidov v jetrih, imajo velik potencial kot tarčni proteini pri zdravljenju jetrnih obolenj.

=== Anja Šantl: Vloga FOXO proteinov pri sladkorni bolezni tipa 2 ===

Sladkorna bolezen tipa 2 je najpogosteje posledica nezdravega načina življenja. Začetno stanje je inzulinska rezistenca do katere pride, kadar normalna količina inzulina ne zadošča, da pride do pravilnega odziva tkiv. Na površju celic se nahaja inzulinski receptor, ki nadzoruje vstop sladkorja v celice. Pri nezdravi prehrani (hrana z visokim glikemičnim indeksom) lahko pride do okvar receptorjev, celice pa postanejo odporne na inzulin. Če sladkorne bolezni ne zdravimo in traja dlje časa, pride do izčrpanosti beta celic, saj celice niso zmožne konstantne povečane proizvodnje inzulina. Višek inzulina v telesu povzroča celo vrsto nevšečnosti: bolezni srca in ožilja, zvišan krvni pritisk, slepoto, odpoved ledvic… Raziskovanje 'forkhead box' proteinov, transkripcijskih faktorjev, je omogočila nov pogled na inzulinsko aktivnost. V skupino FOX spada veliko transkripcijskih faktorjev, ki opravljajo najrazličnejše biološke funkcije za spodbujanje fleksibilnost metabolizma. Pri vplivu na sladkorno bolezen je najpomembnejši FOXO1, ki vpliva na rast, funkcije in diferenciacijo beta celic. FOXO1 je pomemben tudi pri vzdrževanju funkcij in lastnosti beta celic v stanju metaboličnega stresa. Ta vodi do apoptoze, napak pri delitvi celic ter do dediferenciacije. Odkrite povezave FOXO in beta celic predstavljajo potencial za razvoj novih načinov zdravljenja diabetesa tipa 2.

=== Zala Živič: Vpliv intermediatov Krebsovega cikla na staranje organizma ===

Med staranjem in metabolizmom obstaja še zaenkrat slabo raziskovana povezava. Pojavile so se mnoge teorije, kot je ideja o vplivu intermediatov krebsovega cikla. Izpostavljeni so 2-oksoglutarat, fumarat in sukcinat, ki so regulatorji posebne družine 2-oksoglutarat odvisnih dioksigenaz (2-OGDO). Ti encimi so hidroksilaze in demetilaze raznih aminokislinskih ostankov in vplivajo na sintezo kolagena, hipoksične odzive ter epigenetske vplive. Predvsem epigenetski vplivi so tesno povezani s staranjem celice, saj je epigenetski relief močno spremenjen v starejših celicah. Med te vplive spadajo vsi, ki spreminjajo transkripcijo genov brez vpliva na sam zapis v DNA. Encimi, opisani v seminarju imajo epigenetske vplive preko demetilacije in hidroksilacije DNA ter demetilacije histonov. Te modifikacije lahko inhibirajo ali pa stimulirajo transkripcijo genov in s tem vplivajo na samo delovanje celice. Zaradi okvar v krebsovem ciklu, povezanih predvsem z upadom delovanja encimov, se pri staranju v citosolu kopičita sukcinat ter 2-oksoglutarat. 2-oksoglutarat je nujno potreben za delovanje encimov 2-OGDO, sukcinat pa inhibira njihovo delovanje, torej je pri staranju njihovo delovanje močno spremenjeno. Prav tako pride globalno do povečane metilacije DNA in histonov v somatskih celicah, kar je lahko posledica motenega delovanja 2-OGDO. Intermediati krebsovega cikla so torej zelo pomemben dejavnik pri spreminjanju epienetskega reliefa ter posledično staranju organizma.

=== Valentina Novak: Alternativni načini organizacije cikla citronske kisline v rastlinah ===
Rastline so v evolucijskem razvoju prilagodile svoj metabolizem dolgim obdobjem neugodnih pogojev, s katerimi so se prisiljene soočiti zaradi svoje pritrjenosti v tla. Med temi procesi je cikel citronske kisline največkrat primarno predstavljen v kontekstu pridobivanja energije v obliki ATP v mitohondriju. Vendar pa imajo intermediati cikla citronske kisline prav tako pomembne vloge tudi v biosintetskih procesih, kot je na primer asimilacija dušikovih spojin iz tal s sledečo sintezo aminokislin. Izkaže se, da v nekaterih rastlinskih tkivih delovanje klasične oblike cikla vsem tem vlogam ne zadosti. Raziskovalci zato predvidevajo, da nekateri okoljski pogoji lahko povzročijo reorganzacijo cikla citronske kisline. Nastale nove poti po obliki največkrat ne spominjajo na cikel, a je za njihovo delovanje nujno potrebnih več intermediatov in encimov, ki sodelujejo v klasičnem ciklu citronske kisline. Pri rastlinah so alternativni načini organizacije najbolje raziskani v osvetljenih listih, pri nekaterih vrstah pa so bili opaženi tudi v razvijajočih se semenih in ob izpostavitvi organizma anoksičnim pogojem. Ta seminar bo ponudil razlago zgradbe in funkcije večine do sedaj oblikovanih alternativnih modelov organizacije cikla citronske kisline, ki so bili pridobljeni s pomočjo različnih eksperimentalnih in bioinformatičnih metod.

=== Iztok Štuhec: Vpliv povišanih koncentracij intermediatov citratnega cikla na nastanek tumorjev ===

Citratni cikel je osrednja pot v metabolizmu sladkorjev, lipidov in aminokislin. Vendar pa novejše raziskave razkrivajo, da igrajo tako intermediati kot encimi citratnega cikla več vlog, kot le tisto, ki jim jo pripisujemo, ko govorimo o metabolizmu. Citratni cikel je tako še vedno zanimiv za raziskave, sploh za nekatera novejša področja biokemije in sorodnih ved, kot je na primer molekularna medicina. V seminarju se osredotočam na izvor tumorjev, ki nastanejo kot posledice defektov na encimih citratnega cikla oz. prekomernem nabiranju intermediatov cikla. Sploh kritični so encimi fumarat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza in sukcinat dehidrogenaza. Mutacije na teh encimih poleg motenega metabolizma celice lahko privedejo tudi do hipoksičnega odziva, pospešene rasti in deljenja ter zmanjšanja diferenciacije, sposobne vplivati na signalne poti in s tem na transkripcijske faktorje ter izražanje genov s čimer lahko spremenijo samo naravo celic. Vse to pa je ključno za rast tumorjev. Tako si lahko razložimo tudi, kako tumorji organizem prisilijo v tvorbo novih krvnih žil in zakaj tumorji energijo pridobivajo iz glikolize. Raziskave na tem in podobnih področjih so spet zelo priljubljene in bodo v prihodnosti morda ključ do razumevanja genetsko dedovanih tumorjev, njihovega zdravljenja in preventive.

=== Aljaž Božič: Regulacija katabolizma maščob: vpliv vadbe in okoljskega stresa ===
Maščobe so pomemben vir energije za človeško telo. Njihov katabolizem vključuje mobilizacijo iz maščobnih kapljic, transport po krvi in v celice, aktivacijo, transport v mitohondrij in oksidacijo v mitohondrij. Tako človeško telo dobi energijo. Katabolizem maščob je natančno reguliran. Regulacijo delimo na dve skupini. Kratkoročna regulacija poteka prek inhibicije ali aktivacije posameznih encimov z alosteričnimi regulatorji, fosforilacijo in spremembo afinitete do regulatorja. Dolgoročna regulacija pa poteka s kontrolo izražanja genov za posamezne encime in transporterje, ki sodelujejo v katabolizmu maščob. Ob športni aktivnosti ali pri stresu iz okolja pa se regulacija katabolizmu maščob spremeni, saj pride do sprememb v potrebi po energiji. Spremeni se tudi najugodnejši vir energije za celico. Tako ob nizko intenzivni športni aktivnosti oksidacija maščobnih kislin poveča, saj so potrebe po energiji v organizmu večje, proces pa je dovolj hiter, da priskrbi to energijo. To se spremeni ob visoko intenzivni fizični aktivnosti, saj oksidacija maščobnih kislin ne more zagotoviti energije tako hitro kot jo organizem porablja. Takrat so encimi katabolizma maščob inhibirani, za energijo pa se porabljajo predvsem ogljikovi hidrati. Tudi okoljski stres kot je hipoksija ali spremembe v temperaturi vplivajo tako na kratkoročno, kot tudi dolgoročno regulacijo katabolizma maščob.

===Ajda Lenardič: Ketonska telesca-nova vrsta dopinga?===
Čeprav so ketonska telesca poznana že dolgo, je bila njihova pozitivna vloga in potencialno ugoden vpliv na metabolizem, nekoliko zanemarjena zaradi negativne konotacije, ki je predvsem posledica povezanosti ketonskih telesc z diabetesom. V zadnjem času pa so številne raziskave pokazale, da lahko ketonska telesca spremenijo mišični metabolizem med naporom in celo povečajo vzdržljivost športnikov pri maksimalnem naporu za približno 2%. Znanstveniki napovedujejo, da bodo v obliki prehranskega dopolnila na voljo že prej kot v enem letu. Mehanizem vplivanja ketonskih telesc na mišični metabolizem še ni popolnoma raziskan, kljub temu pa vemo, da je za njegovo razumevanje ključno poznavanje »tekmovanja substratov« za oksidacijo med mišičnim naporom. Za razlago tega procesa si lahko pomagamo s tako imenovanim Randlovim ciklom, ki opisuje regulacijo katabolizma glukoze z maščobnimi kislinami in obratno. Med naporom ta cikel sicer ne velja v celoti, vendar pa tudi pod takšnimi pogoji ostaja izhodišče razlage mišičnega metabolizma, le regulacija se nekoliko spremeni. Če poleg Randlovega cikla upoštevamo še energijski vidik oksidacije posameznih substratov, lahko dobimo približno predstavo o tem, zakaj ketonska telesca nadvladajo Randlov cikel, oziroma kako spremenijo mišični metabolizem. Prednost ketonskih telesc je predvsem v tem, da so zelo enostavna za razgradnjo in je razgradnja energijsko ugodna.

===Tanja Peric: Vpliv fitokemikalij na regulacijo katabolizma maščobnih kislin===
Katabolizem maščobnih kislin je kompleksno reguliran sistem. Ena važnejših signalnih poti v njegovi regulaciji je AMPK signalna pot. Ta protein, ki ga hormonsko uravnavajo adrenalin, noradrenalin, leptin in adiponektin, inhibira sintezo maščobnih kislin in sproži več transkripcijskih faktorjev. Pomembni so tudi UPC proteini, ki razklopijo dihalno verigo od sinteze ATP. Odprejo namreč kanalčke, preko katerih se protoni iz medmembranskega prostora vračajo v matriks mitohondrija, ne da bi pri tem prečkali ATP sintazo. Temu procesu pavimo termogeneza, saj se ob tem sprošča toplota. Prek teh dveh mehanizmov delujejo na naš metabolizem številne fitokemiklije (neesencialne snovi rastlinskega izvora). Fitokemikalije ločimo na polifenole, alkaloide in izoprenoide. Najdemo jih v številnem sadju, čaju, vinu, papriki, kakavu, popru... Večinoma delujejo tako, da preko hormonov ali kako drugače (mehanizmi večinoma niso znani) aktivirajo AMPK, torej v smeri katabolizma maščobnih kislin ali pa povečajo izražanje UCP in s tem termogenezo. To bi bilo lahko za ljudi koristno pri hujšanju. Pri debelosti gre namreč za kopičenje maščobnih kislin v telesu, te pa se porabljajo tako pri razgradnji kot pri termogenezi. Debelost je namreč zelo razširjen problem in lahko privede do veliko hujših zapletov kot so sladkorna bolezen tipa 2 in srčno-žilne bolezni.

===Nejc Arh: Metabolizem L-arginina in imunski sistem===
L-arginin ima v telesu poleg izgradnje proteinov še številne druge funkcije. V imunskem sistem je pomemben predvsem kot subtrat dvema encimoma: arginazi (ARG) in sintazi dušikovega oksida (NOS). Ravnotežje med njunim delovanjem je ključno za usmerjanje imunskega sistema k vnetnemu oz. protivnetnemu odzivu. V M1 makrofagih prevladuje NOS2, ki skrbi za sintezo mikroorganizmom-toksičnega NO. V M2 makrofagih arginaza z znižanjem zunajcelične koncentracije L-arginina pripomore k supresiji T-celic, L-ornitin pa se pretvori naprej: med drugimim tudi v poliamine, ki vzpodbudijo celično delitev in regeneracijo tkiva. Posebna populacija delno diferenciiranih celic mieloične linije (MDSC) z akivnostjo tako ARG kot NOS po več različnih mehanizmih zavirajo število in odzivnost T-celic. Med načini inhibicije so izguba CD3ζ verige, prekinitev IL-2 signalizacije, sprožitev apoptoze (preko več poti) in zavrtje G0-G1 faze celičnega cikla. Dolgotrajno povečanje MDSC populacije je značilno za raka in nekatera kronična obolenja saj lahko popolnoma izniči odziv T-limfocitov na določen antigen. Številne terapije so trenutno v razvoju, med drugim: inhibitorji ARG/NOS, ki zavrejo delovanje imunosupresivnih celic; vitamin A/D3, ki vzpodbudi diferenciacijo MDSC v »odrasle« mieloične celice in prehrambeno dopolnilo L-arginina v primeru malarije, vnetja črevesa in okužb pri novorojenčkih.

===Tomaž Žigon: Vpliv ureaz v naravi===
Z oksidacijo proteinov in aminokislin se med drugim tvori tudi urea. Ta je bogat vir dušika, vendar jo organizmi kot tako lahko uporabijo šele, ko jo razgradijo. Tu nastopijo ureaze, ki katalizirajo razpad uree na amonijak in ogljikov dioksid. Na tak način nekateri organizmi lahko uporabljajo ureo kot edini vir dušika. Ureaze so v naravi zelo uporabne. Rastline iz nje pridobivajo dušik (z lastno razgradnjo in s pomočjo mikroorganizmov), kar s pridom izkorišča tudi človek pri gnojenju. V seminarju je opisan vpliv takšnega gnojenja na naravo, opisana je tudi regulacija izražanja genov z zapisom za ureaze in transport substrata (uree) po celici. Ker sesalci ne sintetiziramo ureaz, ureo pa, so patogeni mikroorganizmi to dejstvo obrnili sebi v prid in nam tako povzročajo nemalo preglavic. Čeprav urea velja za prvo organsko molekulo, ki je bila sintetizirana iz anorganskih komponent in je bila ureaza kristalizirana že leta 1926, še vedno ostaja veliko odprtih vprašanj glede njenega točnega delovanja in obnašanja v celici. Vloga ureaz v naših življenjih pa je očitno zelo velika, čeprav se tega pogosto sploh ne zavedamo. Z razgradnjo uree in produkcijo amonijaka ter ogljikovega dioksida spreminja pH okolice in tako posega na različna področja. Če torej želimo natančno vedeti kako izboljšati kakovost življenja, bomo morali ureaze z dodatnimi raziskavami še bolje proučiti.

===Urban Ferčec: Možganska glutaminaza in njena vloga v metabolizmu===
Glutaminaza je pomemben encim metabolizma aminokislin, ki s cepitvijo vezi med amino skupino in glutaminom tvori glutamat ter prosto amino skupino, kar omogoča njen transport skozi krvni obtok. Ob dveh prevladujočih izoformah tega encima smo se omejili na glutaminazo ledvic (KGA), ki je v zadnjem desetletju zaradi odkrivanja pomembnih funkcij v možganih požela ogromno zanimanja. V okviru teh spoznamo vpliv KGA na kar 32 različnih proteinskih enot v nevronih, katerih funkcije segajo od osnovne funkcije sinteze ATPja vse do specializiranih funkcij metabolizma aminokislin. Tako odkriti proteini so tesno povezani v medsebojno mreži interakcij, pri katerih ima pomembno vlogo kalcijev ion ter celo glutaminaza jeter. Ob podrobnem pregledu interakcije KGA z proteinsko enoto Bmcc1s, pomembnega citoskeletnega regulatorja aminotransferaz in aminokislinskih hidrogenaz, spoznamo medsebojen vpliv obeh komponent, funkcionalne enote kompleksa ter njegovo 3D strukturo, kar nam daje podrobnejše razumevanje delovanja tega glutaminaznega izoencima. Številne novejše raziskave pripisujejo glutaminazi pomembno vlogo pri rakavih obolenjih, nevrodegenerativnih boleznih ter številnih drugih anomalijah, ki pa bodo podrobneje preučene v okviru prihodnjih raziskav.

=== Eva Klemenčič: Mitohondrijske kriste in lepota njihove dinamičnosti ===
O oksidativni fosforilaciji in njenemu namenu se je začelo razmišljati že pred francosko revolucijo. Odkritju mitohondrija so sledile razprave, kaj se dogaja med oksidativno fosforilacijo in katere komponente vplivajo na potek le te. Kmalu po odkritju mitohondrija so videli, kako dinamičen je ta organel. Njegova zgradba, velikost, lokacija in število se ves čas spreminjajo. Mitohondrij je sestavljen iz dveh mebran, zunanje in notranje. Kompartmente notranje mebrane imenujemo kriste, ki imajo pomembno vlogo pri pravilnem delovanju mitohondrija, pri poteku oksidativne fosforilacije, regulaciji ROS in pri ostalih procesih. Tudi oblika, velikost in število krist se v mitohondriju konstantno spreminja. Spreminjanje krist je odvisno od več dejavnikov, od lipidne komponente mitohondrijskih membran, kardiolipina, do proteinskih komponent in poteka fuzije in fizije. Na obliko krist vpliva tudi ATP sintaza, in sicer, če je prisoten dimer ATP sintaz je večja možnost nastanka krist in posledično je potek oksidativne fosforilacije bolj ugoden. Pri kristah in poteku oksidativne fosforilacije ne smemo pozabiti protonskega gradienta.
Vse komponente, ki vplivajo na obliko krist, posledično vplivajo tudi na dogajanje v mitohondriju in potek oksidativne fosforilacijo, saj so kriste glavne bioenergetske membrane celice, v njih se nahajajo vsi kompleksi potrebni za celično respiracijo.

=== David Titovšek: Nastanek in odstranjevanje ROS v mitohondrijih ===
Mitohondirji so pomemben gradnik evkariontskih celic. Proces oksidativne fosforilacije zagotavlja učinkovito izrabo hranil. Prenos elektronov pa ima tudi škodljive učinke za celico. Pri prenosu prenašalci za kratek čas postanejo prosti radikali, če se elektron nato prenese na naslednji prenašalec, je veriga uspešna . Do poškodb pa pride, ko radikal reagira z napačno spojino (npr. s kisikom). Znano je, da lahko proteini dihalne verige na ta način prenesejo elektron na kisik in tako tvorijo zelo reaktiven superoksid, poleg tega pa še ostale reaktivne kisikove spojine (ROS). Te lahko nato poškodujejo druge molekule in tako škodljivo vplivajo na celico. Do danes je bilo odkritih že več kot devet mitohondrijskih proteinov, ki so zmožni proizvajanja ROS. Nakateri izmed njih delujejo tudi kot celični signalizatorji. Znanstveniki ROS povezujejo s staranjem in številnimi obolenji kot so na primer nevrodegenerativne bolezni, zato je poznavanje nastajanja zelo pomembno za nadaljne raziskave. Za obrambo pred temi spojinami so mitohondriji razvili učinkovit sistem, ki najprej pretvori reaktivnejše kisikove spojine v manj reaktivne (superoksid v peroksid), nato pa te do kisika. Pri tem se porablja NADPH. Predvsem zaradi učinkovitega odstranjevanja ROS, mitohondriji v očeh znanstvenikov ne predstavljajo glavnega središča, kjer bi prihajalo do nalaganja ROS.

=== Pia Lavriha: Vpogled v strukturo in delovanje celuloznih sintaz pri rastlinah ter bakterijah ===

Celuloza je eden izmed najpogostejših biopolimerov, ki ga sintetizirajo rastline, bakterije, alge in nekatere živali. Sintetizirajo jo proteini celulozne sintaze, ki spadajo v družino glikoziltransferaz-2, imajo GT-A zvitje katalitične domene, mehanizem katalize pa spremeni konfiguracijo glukoze na anomernem ogljikovem atomu iz α v β, kar vodi do nastanka β(14) glikozidne vezi. Nahajajo se v plazmalemi posamično ali pri rastlinah in nekaterih algah v večjih kompleksih sinteze celuloze, ki ne sintetizirajo le posameznega celuloznega vlakna ampak celotno celulozno mikrofibrilo. Nedavno je bila določena struktura dela bakterijskega kompleksa sinteze celuloze (Bcs) – heterodimera BcsA-B. BcsA je katalitično aktivna podenota, BcsB pa translocira nastajajoči polimer na površino celične stene. S primerjavo BcsA in de novo modelirane strukture rastlinskega proteina celulozne sintaze (CESA) rastline Ghossipium hirstum so določili vlogo funkcionalnih motivov celuloznih sintaz. Za katalitično aktivnost je potreben motiv (D,D,D,QxxRW), ki se nahaja v notranjosti katalitične domene. Razjasnjuje se tudi funkcija za rastline specifičnih domen P-CR (ang. »plant conserved region«) in CSR (ang. »class specific region«). Prva naj bi imela vlogo povezovanja rastlinskih CESA v komplekse sinteze celuloze, CSR pa uravnavanja sinteze celuloze glede na razvojne in fiziološke dejavnike. Bližanje nedvoumno določeni strukturi rastlinskega CESA nudi informacije o povezovanju CESA v komplekse sinteze celuloze in odpira možnosti za modificiranje lastnosti celuloze kot industrijskega materiala ter zdravljenje bolezni rastlin povezanih z nepravilno sintezo le-te.

=== Ela Hudovernik: Nevarnost za zdravje s sladkim priokusom: fruktoza-"lipidogeni" sladkor ===

Še do nedavnega je prevladovalo mnenje, da so s prehrano zaužite maščobe glavni krivec za debelost in z njo povezano od alkohola neodvisno jetrno steatozo (ang. non-alcoholic fatty liver disease; NAFLD), toda najnovejše raziskave kažejo nasprotno. Mnogo bolj problematično je uživanje večjih količin fruktoze (in saharoze,) ki imata glavni vpliv na DNL (de novo sinteza lipidov) in z njo povezano kopičenje maščob v jetrih ter drugih organih. Metabolizem fruktoze se od metabolizma glukoze namreč precej razlikuje. Bistvena razlika je v tem, da fruktoza deluje kot boljši neposredni substrat za DNL, poleg tega pa interferira tudi z imunskim sistemom in vpliva na transkripcijske faktorje, pomembne v metabolizmu maščob in ogljikovih hidratov, kot sta ChREBP in SREBP1c.
Zamaščena jetra povzročajo jetrno rezistenco na inzulin, ki se kasneje razvije v sistemsko inzulinsko rezistenco, kar vodi v debelost in sladkorno bolezen tipa 2. Da bi zmanjšali problematiko NAFLD in tudi širše, svetovno problematiko debelosti, je zmanjševanje količine zaužite fruktoze eden izmed prvih in bistvenih ukrepov. Poleg tega je ena izmed možnih rešitev tudi keto(gena) dieta, ki temelji na zmanjšanem vnosu ogljikovih hidratov in povečanem vnosu zdravih maščob.

=== Samo Purič: Glikozilacija bakterijskih proteinov in vpliv na njihovo funkcionalnost ===

Površina bakterij je prepredena z najrazličnejšimi glikokonjugati kot so na primer kapsule, lipopolisharidi in peptidoglikani.Glikozilacija proteinov je zelo pomemben aspekt preučevanja bakterij saj se je izkazalo, da je zelo velik delež proteinov, ki se v njih izražajo, glikoziliran. Raziskave sinteze in strukture glikanov, ki se pripenjajo na proteine, pa so pokazale veliko mero raznolikosti tako znotraj vrst kot tudi med njimi. Z raziskavami na področju delovanja bakterijskih celic je postalo jasno, da so le-te razvile povsem nove in do sedaj še nikoli videne sisteme glikozilacije, ki se v veliki meri razlikujejo od tistih, ki jih je moč opaziti pri evkariontih. Kljub napredku v razumevanju biosinteze glikanov in proteinov ki so tarča glikozilacije pa vloga modifikacij bakterijskih proteinov in vpliv le-teh na samo delovanje mikrobov še vedno ostaja neznanka oz. daje odlično priložnost za prihodnje raziskave. Zanimivo je, da je velika večina glikoziliranih proteinov, ki so bili odkriti v bakterijah, lociranih na površju celic, vključno z membranskimi proteini in podenotami filamentov, ki štrlijo iz površja celice, kot so na primer bički (gibanje) in pili tipa IV (pripenjanje na različne površine in agregacija bakterijskih celic). Poleg tega, glikozilacija površinsko izpostavljenih proteinov kaže na to, da bi glikani lahko imeli pomemben vpliv na imunski odgovor organizma in njegovo modulacijo.

BIO2 Seminar 2016

2016-12-07T14:18:47Z

Samo Purič:

= Biokemijski seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Ime Priimek'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''poglavje'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Naslov seminarja'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 1'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 2'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum oddaje'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum recenzije'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum predstavitve'''
|-
| Vida Štrancar || 12 || Zaznavanje vročine pri rastlinah || Jošt Hočevar || Neli Sedej || 19/10/16 || 21/10/16 || 26/10/16
|-
| Janja Murn || 12 || Wnt signalizacija in njena regulacija || Ana Halužan Vasle || Domen Vaupotič || 19/10/16 || 21/10/16 || 26/10/16
|-
| Katarina Petra van Midden || 12 || Nekroptoza- programirana celična smrt || Veronika Razpotnik || Tina Ivančir || 19/10/16 || 21/10/16 || 26/10/16
|-
| Dominik Rebek || 12 || Vloga proteinske družine Bcl-2 pri apoptozi || Maša Bratkovič || Katja Malenšek || 26/10/16 || 28/10/16 || 02/11/16
|-
| Maksimiljan Adamek || 12 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Maksimiljan_Adamek:_Avksin_in_njegova_vloga_v_fototropizmu_rastlin Avksin in njegova vloga v fototropizmu rastlin] || David Dolhar || Maša Zorman || 26/10/16 || 28/10/16 || 02/11/16
|-
| David Dolhar || 12 || Delovanje interferonov tipa I pri imunskem odzivu || Andrej Ivanovski || Jurij Nastran || 26/10/16 || 28/10/16 || 02/11/16
|-
| Anja Šantl || 14-15 || Vloga FOXO proteinov pri sladkorni bolezni tipa 2 || Vida Štrancar || Jošt Hočevar || 02/11/16 || 04/11/16 || 09/11/16
|-
| Lana Vogrinec || 14-15 || Metabolizem laktata v možganih || Janja Murn || Ana Halužan Vasle || 02/11/16 || 04/11/16 || 09/11/16
|-
| Ajda Cafun || 14-15 || Transkripcijska regulacija hepatičnega metabolizma lipidov || Katarina Petra van Midden || Ana Obaha || 02/11/16 || 04/11/16 || 09/11/16
|-
| Iztok Štuhec || 16 || Vpliv povišanih koncentracij intermediatov citratnega cikla na nastanek tumorjev || Dominik Rebek || Maša Bratkovič || 09/11/16 || 11/11/16 || 16/11/16
|-
| Valentina Novak || 16 ||[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Valentina_Novak:_Alternativni_na.C4.8Dini_organizacije_cikla_citronske_kisline_v_rastlinah Alternativni načini organizacije cikla citronske kisline v rastlinah] || Maksimiljan Adamek || David Dolhar || 09/11/16 || 11/11/16 || 16/11/16
|-
| Zala Živič || 16 || Vpliv intermediatov Krebsovega cikla na staranje organizma || Ana Obaha || Andrej Ivanovski || 09/11/16 || 11/11/16 || 16/11/16
|-
| Natalija Pucihar || 17 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Natalija_Pucihar:_Izkori.C5.A1.C4.8Danje_katabolizma_ma.C5.A1.C4.8Dobnih_kislin_za_goriva_in_druge_kemijske_produkte Izkoriščanje katabolizma maščobnih kislin za goriva in druge kemijske produkte] || Mateja Luzar || Kristina Piškur || 15/11/16 || 17/11/16 || 22/11/16
|-
| Aljaž Božič || 17 || Regulacija katabolizma maščob: vpliv vadbe in okoljskega stresa || Anja Šantl || Vida Štrancar || 16/11/16 || 18/11/16 || 23/11/16
|-
| Ajda Lenardič || 17 || Ketonska telesca-nova vrsta dopinga? || Lana Vogrinec || Janja Murn || 16/11/16 || 18/11/16 || 23/11/16
|-
| Tanja Peric || 17 || Vpliv fitokemikalij na regulacijo katabolizma maščobnih kislin || Ajda Cafun || Katarina Petra van Midden || 16/11/16 || 18/11/16 || 23/11/16
|-
| Kristina Piškur || 18 || || Natalija Pucihar || Mateja Luzar || 22/11/16 || 25/11/16 || 29/11/16
|-
| Nejc Arh || 18 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Metabolizem_L-arginina_in_imunski_sistem Metabolizem L-arginina in imunski sistem] || Iztok Štuhec || Dominik Rebek || 23/11/16 || 26/11/16 || 30/11/16
|-
| Tomaž Žigon || 18 || Vloga ureaz v naravi [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Toma.C5.BE_.C5.BDigon:_Vpliv_ureaz_v_naravi] || Valentina Novak || Maksimiljan Adamek || 23/11/16 || 26/11/16 || 30/11/16
|-
| Urban Ferčec || 18 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Urban_Ferčec:_Možganska_glutaminaza_in_njena_vloga_v_metabolizmu Možganska glutaminaza in njena vloga v metabolizmu] || Zala Živič || Veronika Razpotnik || 23/11/16 || 26/11/16 || 30/11/16
|-
| Eva Klemenčič || 19 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Eva_Klemenčič:_Mitohondrijske_kriste_in_lepota_njihove_dinamičnosti Mitohondrijske kriste in lepota njihove dinamičnosti] || Aljaž Božič || Anja Šantl || 30/11/16 || 03/12/16 || 07/12/16
|-
| David Titovšek || 19 || Nastanek in odstranjevanje ROS v mitohondrijih || Ajda Lenardič || Lana Vogrinec || 30/11/16 || 03/12/16 || 07/12/16
|-
| Karmen Žbogar || 19 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Karmen_.C5.BDbogar:_Oksidativna_fosforilacija_v_rakavih_celicah Oksidativna fosforilacija v rakavih celicah] || Tanja Peric || Ajda Cafun || 30/11/16 || 03/12/16 || 07/12/16
|-
| Aljoša Marinko || 20 || || Nejc Arh || Iztok Štuhec || 07/12/16 || 10/12/16 || 14/12/16
|-
| Pia Lavriha || 20 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Pia_Lavriha:_Vpogled_v_strukturo_in_delovanje_celuloznih_sintaz_pri_rastlinah_ter_bakterijah Vpogled v strukturo in delovanje celuloznih sintaz pri rastlinah ter bakterijah] || Tomaž Žigon || Valentina Novak || 07/12/16 || 10/12/16 || 14/12/16
|-
| Samo Purič || 20 ||Glikozilacija bakterijskih proteinov in vpliv na njihovo funkcionalnost || Urban Ferčec || Zala Živič || 07/12/16 || 10/12/16 || 14/12/16
|-
| Mateja Luzar || 21 || || Kristina Piškur || Natalija Pucihar || 13/12/16 || 16/12/16 || 20/12/16
|-
| Ela Hudovernik || 21 ||[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Ela_Hudovernik:_Nevarnost_za_zdravje_s_sladkim_priokusom:_fruktoza-.22lipidogeni.22_sladkor Nevarnost za zdravje s sladkim priokusom: fruktoza - "lipidogeni" sladkor] || Eva Klemenčič || Aljaž Božič || 14/12/16 || 17/12/16 || 21/12/16
|-
| Neli Sedej || 21 || || David Titovšek || Ajda Lenardič || 14/12/16 || 17/12/16 || 21/12/16
|-
| Domen Vaupotič || 21 || || Karmen Žbogar || Tanja Peric || 14/12/16 || 17/12/16 || 21/12/16
|-
| Tina Ivančir || 22 || Biosinteza serotonina iz triptofana v povezavi s prehrano in počutjem || Aljoša Marinko || Nejc Arh || 28/12/16 || 02/01/16 || 04/01/17
|-
| Katja Malenšek || 22 || || Pia Lavriha || Tomaž Žigon || 28/12/16 || 02/01/16 || 04/01/17
|-
| Maša Zorman || 22 || || Samo Purič || Urban Ferčec || 28/12/16 || 02/01/16 || 04/01/17
|-
| Jurij Nastran || 23 || || Ela Hudovernik || Eva Klemenčič || 04/01/17 || 07/01/17 || 11/01/17
|-
| Jošt Hočevar || 23 || || Neli Sedej || David Titovšek || 04/01/17 || 07/01/17 || 11/01/17
|-
| Ana Halužan Vasle || 23 || || Domen Vaupotič || Karmen Žbogar || 04/01/17 || 07/01/17 || 11/01/17
|-
| Ana Obaha || 23 || || Tina Ivančir || Aljoša Marinko || 10/01/17 || 13/01/17 || 17/01/17
|-
| Maša Bratkovič || 23 || || Katja Malenšek || Pia Lavriha || 11/01/17 || 14/01/17 || 18/01/17
|-
| Veronika Razpotnik || 23 || || Maša Zorman || Samo Purič|| 11/01/17 || 14/01/17 || 18/01/17
|-
| Andrej Ivanovski || 23 || || Jurij Nastran || Ela Hudovernik || 11/01/17 || 14/01/17 || 18/01/17
|}

*številka v okencu za temo pomeni poglavje v Lehningerju, v katerega naj izbrana tema spada

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja in seminarje najdete na http://bio.ijs.si/~zajec/bio2/
username: bio2
password: samozame

==Naloga==
'''Vaša naloga za seminar je: '''
Samostojno pripraviti seminar o seminarski temi, ki vam je bila dodeljena. Za osnovo morate vzeti pregledni članek iz revije, ki ima faktor vpliva nad 5 (npr. [http://www.sciencedirect.com/science/journal/09680004/ TIBS]. Poiskati morate še vsaj tri znanstvene članke, ki se nanašajo na opisano temo in jih uporabiti kot podlago za seminarsko nalogo! Članki so dostopni [http://93.174.95.27/scimag/ tukaj].

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* [[BIO2 Povzetki seminarjev 2016|Povzetek seminarja]] opišete na wikiju '''v 200 besedah''' (+- dvajset besed) - najkasneje do dne ko morate oddati seminar recenzentom.
* Povezavo do povzetka vnesete v tabelo seminarjev tekočega letnika.
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge na ~5-12 straneh A4 (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Zelo pomembno je, da je obseg od 2700 do 3000 besed , a ne več kot 3500 besed. Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike. Eno sliko morate narisati sami in to pod sliko posebej označiti. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Recenzenti do dneva določenega v tabeli določijo popravke (v elektronski obliki) in podajo oceno pisnega dela. Popravljen seminar oddajte z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 20 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo oceno predstavitve in postavijo najmanj dve vprašanji.Vsi ostali morajo postaviti še dve dodatni vprašanji v toku celega seminarskega obdobja. Vprašanja, ki ste jih postavili vpišite na [https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdV9OFlNzI3XyS8FRGnuIbG89gwH_36uwz29ocigV--2CXSbQ/viewform tukaj].
* Na dan predstavitve morate docentu še pred predstavitvijo oddati končno (popravljeno) in natisnjeno verzijo seminarja v enem izvodu, elektronsko verzijo seminarja in predstavitev pa oddati na strežnik na dan predstavitve do polnoči.
* Seminarska naloga in povzetek morajo biti v slovenskem jeziku, razen za študente, katerih materni jezik ni slovenščina. Ti lahko oddajo seminar v angleškem jeziku.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki mi jih pošiljate poimenujete po naslednjem receptu:
* 312_BIO_Priimek_Ime.doc(x) za seminar, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor.docx
* 312_BIO_Priimek_ime_final.doc(x) za končno verzijo seminarja
* 312_BIO_Priimek_Ime_rec_Priimek2.doc(x) za recenzijo, kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* 312_BIO_Priimek_Ime.ppt(x) za prezentacijo, npr 312_BIO_Guncar_Gregor.pptx
* 312_BIO_Priimek_ime_poprava.doc(x) za popravljeno končno verzijo seminarja, če so popravki manjši

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1EQDYwFO-DEzZ2R7jf8DhLqIeV4FFxRd3-ScceEASpt4/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do 21:00, en dan pred predstavitvijo seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik odda svoje mnenje o predstavitvi takoj po predstavitvi z online glasovanjem.

==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'.''

==Citiranje virov==
Citiranje je možno po več shemah, važno je, da se držite ene same. V seminarskih nalogah in diplomskih nalogah FKKT uprabljajte shemo citiranja, ki je pobarvana zeleno.
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.
Za citate v naravoslovju je najpogostejše citiranje po pravilniku ISO 690. [http://www.zveza-zotks.si/gzm/dokumenti/literatura.html Pravila], ki upoštevajo omenjeni standard, so pripravili pri ZTKS. 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., Glass, J. I., Alperovich, N., Pieper, R., Parmar, P. P., Hutchison III, C. A., Smith, H. O. in Venter, J. C.
Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 2007, 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). Navesti morate tudi vse avtorje dela, razen v primeru, ko jih je 10 ali več. Takrat navedite le prvih devet, za ostale pa uporabite okrajšavo in sod. (in sodelavci). Pred zadnjim avtorjem naj bo vedno besedica "in".

'''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.

BIO2 Seminar 2016

2016-11-22T23:06:07Z

Samo Purič:

= Biokemijski seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Ime Priimek'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''poglavje'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Naslov seminarja'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 1'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 2'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum oddaje'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum recenzije'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum predstavitve'''
|-
| Vida Štrancar || 12 || Zaznavanje vročine pri rastlinah || Jošt Hočevar || Neli Sedej || 19/10/16 || 21/10/16 || 26/10/16
|-
| Janja Murn || 12 || Wnt signalizacija in njena regulacija || Ana Halužan Vasle || Domen Vaupotič || 19/10/16 || 21/10/16 || 26/10/16
|-
| Katarina Petra van Midden || 12 || Nekroptoza- programirana celična smrt || Veronika Razpotnik || Tina Ivančir || 19/10/16 || 21/10/16 || 26/10/16
|-
| Dominik Rebek || 12 || Vloga proteinske družine Bcl-2 pri apoptozi || Maša Bratkovič || Katja Malenšek || 26/10/16 || 28/10/16 || 02/11/16
|-
| Maksimiljan Adamek || 12 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Maksimiljan_Adamek:_Avksin_in_njegova_vloga_v_fototropizmu_rastlin Avksin in njegova vloga v fototropizmu rastlin] || David Dolhar || Maša Zorman || 26/10/16 || 28/10/16 || 02/11/16
|-
| David Dolhar || 12 || Delovanje interferonov tipa I pri imunskem odzivu || Andrej Ivanovski || Jurij Nastran || 26/10/16 || 28/10/16 || 02/11/16
|-
| Anja Šantl || 14-15 || Vloga FOXO proteinov pri sladkorni bolezni tipa 2 || Vida Štrancar || Jošt Hočevar || 02/11/16 || 04/11/16 || 09/11/16
|-
| Lana Vogrinec || 14-15 || Metabolizem laktata v možganih || Janja Murn || Ana Halužan Vasle || 02/11/16 || 04/11/16 || 09/11/16
|-
| Ajda Cafun || 14-15 || Transkripcijska regulacija hepatičnega metabolizma lipidov || Katarina Petra van Midden || Ana Obaha || 02/11/16 || 04/11/16 || 09/11/16
|-
| Iztok Štuhec || 16 || Vpliv povišanih koncentracij intermediatov citratnega cikla na nastanek tumorjev || Dominik Rebek || Maša Bratkovič || 09/11/16 || 11/11/16 || 16/11/16
|-
| Valentina Novak || 16 ||[http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Valentina_Novak:_Alternativni_na.C4.8Dini_organizacije_cikla_citronske_kisline_v_rastlinah Alternativni načini organizacije cikla citronske kisline v rastlinah] || Maksimiljan Adamek || David Dolhar || 09/11/16 || 11/11/16 || 16/11/16
|-
| Zala Živič || 16 || Vpliv intermediatov Krebsovega cikla na staranje organizma || Ana Obaha || Andrej Ivanovski || 09/11/16 || 11/11/16 || 16/11/16
|-
| Natalija Pucihar || 17 || [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BIO2_Povzetki_seminarjev_2016#Natalija_Pucihar:_Izkori.C5.A1.C4.8Danje_katabolizma_ma.C5.A1.C4.8Dobnih_kislin_za_goriva_in_druge_kemijske_produkte Izkoriščanje katabolizma maščobnih kislin za goriva in druge kemijske produkte] || Mateja Luzar || Kristina Piškur || 15/11/16 || 17/11/16 || 22/11/16
|-
| Aljaž Božič || 17 || Regulacija katabolizma maščob: vpliv vadbe in okoljskega stresa || Anja Šantl || Vida Štrancar || 16/11/16 || 18/11/16 || 23/11/16
|-
| Ajda Lenardič || 17 || Ketonska telesca-nova vrsta dopinga? || Lana Vogrinec || Janja Murn || 16/11/16 || 18/11/16 || 23/11/16
|-
| Tanja Peric || 17 || Vpliv fitokemikalij na regulacijo katabolizma maščobnih kislin || Ajda Cafun || Katarina Petra van Midden || 16/11/16 || 18/11/16 || 23/11/16
|-
| Kristina Piškur || 18 || || Natalija Pucihar || Mateja Luzar || 22/11/16 || 24/11/16 || 29/11/16
|-
| Nejc Arh || 18 || || Iztok Štuhec || Dominik Rebek || 23/11/16 || 25/11/16 || 30/11/16
|-
| Tomaž Žigon || 18 || || Valentina Novak || Maksimiljan Adamek || 23/11/16 || 25/11/16 || 30/11/16
|-
| Urban Ferčec || 18 || || Zala Živič || Veronika Razpotnik || 23/11/16 || 25/11/16 || 30/11/16
|-
| Eva Klemenčič || 19 || || Aljaž Božič || Anja Šantl || 30/11/16 || 02/12/16 || 07/12/16
|-
| David Titovšek || 19 || || Ajda Lenardič || Lana Vogrinec || 30/11/16 || 02/12/16 || 07/12/16
|-
| Karmen Žbogar || 19 || || Tanja Peric || Ajda Cafun || 30/11/16 || 02/12/16 || 07/12/16
|-
| Aljoša Marinko || 20 || || Nejc Arh || Iztok Štuhec || 07/12/16 || 09/12/16 || 14/12/16
|-
| Pia Lavriha || 20 || || Tomaž Žigon || Valentina Novak || 07/12/16 || 09/12/16 || 14/12/16
|-
| Samo Purič || 20 ||Glikozilacija bakterijskih proteinov || Urban Ferčec || Zala Živič || 07/12/16 || 09/12/16 || 14/12/16
|-
| Mateja Luzar || 21 || || Kristina Piškur || Natalija Pucihar || 13/12/16 || 15/12/16 || 20/12/16
|-
| Ela Hudovernik || 21 || || Eva Klemenčič || Aljaž Božič || 14/12/16 || 16/12/16 || 21/12/16
|-
| Neli Sedej || 21 || || David Titovšek || Ajda Lenardič || 14/12/16 || 16/12/16 || 21/12/16
|-
| Domen Vaupotič || 21 || || Karmen Žbogar || Tanja Peric || 14/12/16 || 16/12/16 || 21/12/16
|-
| Tina Ivančir || 22 || || Aljoša Marinko || Nejc Arh || 21/12/16 || 23/12/16 || 04/01/17
|-
| Katja Malenšek || 22 || || Pia Lavriha || Tomaž Žigon || 21/12/16 || 23/12/16 || 04/01/17
|-
| Maša Zorman || 22 || || Samo Purič || Urban Ferčec || 21/12/16 || 23/12/16 || 04/01/17
|-
| Jurij Nastran || 23 || || Ela Hudovernik || Eva Klemenčič || 04/01/17 || 06/01/17 || 11/01/17
|-
| Jošt Hočevar || 23 || || Neli Sedej || David Titovšek || 04/01/17 || 06/01/17 || 11/01/17
|-
| Ana Halužan Vasle || 23 || || Domen Vaupotič || Karmen Žbogar || 04/01/17 || 06/01/17 || 11/01/17
|-
| Ana Obaha || 23 || || Tina Ivančir || Aljoša Marinko || 10/01/17 || 12/01/17 || 17/01/17
|-
| Maša Bratkovič || 23 || || Katja Malenšek || Pia Lavriha || 11/01/17 || 13/01/17 || 18/01/17
|-
| Veronika Razpotnik || 23 || || Maša Zorman || Samo Purič|| 11/01/17 || 13/01/17 || 18/01/17
|-
| Andrej Ivanovski || 23 || || Jurij Nastran || Ela Hudovernik || 11/01/17 || 13/01/17 || 18/01/17
|}

*številka v okencu za temo pomeni poglavje v Lehningerju, v katerega naj izbrana tema spada

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja in seminarje najdete na http://bio.ijs.si/~zajec/bio2/
username: bio2
password: samozame

==Naloga==
'''Vaša naloga za seminar je: '''
Samostojno pripraviti seminar o seminarski temi, ki vam je bila dodeljena. Za osnovo morate vzeti pregledni članek iz revije, ki ima faktor vpliva nad 5 (npr. [http://www.sciencedirect.com/science/journal/09680004/ TIBS]. Poiskati morate še vsaj tri znanstvene članke, ki se nanašajo na opisano temo in jih uporabiti kot podlago za seminarsko nalogo! Članki so dostopni [http://93.174.95.27/scimag/ tukaj].

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* [[BIO2 Povzetki seminarjev 2016|Povzetek seminarja]] opišete na wikiju '''v 200 besedah''' (+- dvajset besed) - najkasneje do dne ko morate oddati seminar recenzentom.
* Povezavo do povzetka vnesete v tabelo seminarjev tekočega letnika.
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge na ~5-12 straneh A4 (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Zelo pomembno je, da je obseg od 2700 do 3000 besed , a ne več kot 3500 besed. Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike. Eno sliko morate narisati sami in to pod sliko posebej označiti. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Recenzenti do dneva določenega v tabeli določijo popravke (v elektronski obliki) in podajo oceno pisnega dela. Popravljen seminar oddajte z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 20 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo oceno predstavitve in postavijo najmanj dve vprašanji.Vsi ostali morajo postaviti še dve dodatni vprašanji v toku celega seminarskega obdobja. Vprašanja, ki ste jih postavili vpišite na [https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdV9OFlNzI3XyS8FRGnuIbG89gwH_36uwz29ocigV--2CXSbQ/viewform tukaj].
* Na dan predstavitve morate docentu še pred predstavitvijo oddati končno (popravljeno) in natisnjeno verzijo seminarja v enem izvodu, elektronsko verzijo seminarja in predstavitev pa oddati na strežnik na dan predstavitve do polnoči.
* Seminarska naloga in povzetek morajo biti v slovenskem jeziku, razen za študente, katerih materni jezik ni slovenščina. Ti lahko oddajo seminar v angleškem jeziku.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki mi jih pošiljate poimenujete po naslednjem receptu:
* 312_BIO_Priimek_Ime.doc(x) za seminar, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor.docx
* 312_BIO_Priimek_ime_final.doc(x) za končno verzijo seminarja
* 312_BIO_Priimek_Ime_rec_Priimek2.doc(x) za recenzijo, kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* 312_BIO_Priimek_Ime.ppt(x) za prezentacijo, npr 312_BIO_Guncar_Gregor.pptx
* 312_BIO_Priimek_ime_poprava.doc(x) za popravljeno končno verzijo seminarja, če so popravki manjši

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1EQDYwFO-DEzZ2R7jf8DhLqIeV4FFxRd3-ScceEASpt4/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do 21:00, en dan pred predstavitvijo seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik odda svoje mnenje o predstavitvi takoj po predstavitvi z online glasovanjem.

==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'.''

==Citiranje virov==
Citiranje je možno po več shemah, važno je, da se držite ene same. V seminarskih nalogah in diplomskih nalogah FKKT uprabljajte shemo citiranja, ki je pobarvana zeleno.
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.
Za citate v naravoslovju je najpogostejše citiranje po pravilniku ISO 690. [http://www.zveza-zotks.si/gzm/dokumenti/literatura.html Pravila], ki upoštevajo omenjeni standard, so pripravili pri ZTKS. 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., Glass, J. I., Alperovich, N., Pieper, R., Parmar, P. P., Hutchison III, C. A., Smith, H. O. in Venter, J. C.
Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. ''Science'', 2007, 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). Navesti morate tudi vse avtorje dela, razen v primeru, ko jih je 10 ali več. Takrat navedite le prvih devet, za ostale pa uporabite okrajšavo in sod. (in sodelavci). Pred zadnjim avtorjem naj bo vedno besedica "in".

'''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.

TBK2015 Povzetki seminarjev

2015-04-24T17:05:47Z

Samo Purič:

[[TBK2015-seminar|Nazaj na osnovno stran]]

=== Uroš Zavrtanik: Mehanizem popravljanja DNA: NER (faktor XPC) ===

Od samega nastanka naprej se življenje spopada s fundamentalnim problemom kemijske nestabilnosti genetske informacije, shranjene v DNA. Molekula DNA je izpostavljena številnim fizikalnim ter kemijskim dejavnikom, ki lahko vplivajo na njeno strukturo in posredno ali neposredno tudi na samo informacijo. Ker pa predstavlja ohranjanje informacije eden izmed ključnih in pomembnejših aspektov življenja samega, so se tekom evolucije razvili številni mehanizmi popravljanja DNA. Eden izmed teh mehanizmov je popravljanje DNA z izrezom nukleotidov (ang. Nucleotide Excision Repair-NER). NER je popravljalni proces za odstranjevanje in popravo večjih strukturnih nepravilnosti v strukturi DNA, ki so v glavnem posledica radiacije (UV, gama) ter okolijskih dejavnikov (specifične molekule, ki lahko strukturno poškodujejo DNA). NER predstavlja pri človeku edini mehanizem za popravljanje poškodb povzročenih zaradi UV radiacije. Največji izziv NER je, kako najti vse poškodovane dele DNA v celotnem genomu. Na podlagi eksperimentalnih ugotovitev raziskovalci ugotavljajo, da bi lahko bil ''ključ do uspeha'' naključna vezava proteina XPC (začetni faktor NER) na nespecifično mesto v DNA ter nato vzdolžna difuzija XPC do poškodovanega (specifičnega) mesta, kjer XPC za trenutek obstane, kar je signal za sprožitev popravljalnega procesa. Odkritje bi lahko predstavljalo generalni koncept mehanizma še vedno malo raziskane interakcije protein-DNA.

=== Gašper Virant: Vezava agonista na adenozinske receptorje lajša kronično bolečino ===
Kronična bolečina je posledica okvare živčevja. Ločimo nociceptivno kronično bolečino, ki jo povzroča draženje bolečinskih receptorjev (nociceptorjev) v tkivih notranjih organov ter mišičnoskeletnega sistema, in nevropatsko kronično bolečino, ki nastane kot posledica okvare, poškodbe ali motenega delovanja perifernega ali osrednjega živčevja . Najbolj uspešni pristopi lajšanja tovrstne bolečine temeljijo na uporabi mehanizma kalcijevih kanalčkov, opioidov, in adrenergikov. Pogosto pa imajo ta zdravila stranske učinke, ki nastopijo ob neprestani uporabi. Prav tako telo razvije toleranco do njih, kar pomeni, da je za enak učinek potreben vedno večji odmerek, kar vodi v zmanjšano učinkovanje zdravila. Kot močno ne-narkotično in ne-opoidno sredstvo za lajšanje tovrstne bolečine se je izkazal adenozin. Adenozin oz. nekateri še bolj selektivni agonisti se vežejo na zunajcelične adenozinske receptorje in s tem zmanjšajo zaznavanje bolečine. Adenozin v zunajceličem prostoru ni obstojen, vendar lahko njegovo življensko dobo podaljšamo z inhibicijo andenozin kinaz in deaminaz ter tako posledično podaljšamo tudi protibolečinsko delovanje. Visoko selektiven agonist z veliko afiniteto do A3 podskupine adenozinskih receptorjev bi tudi pomembno odpravil neželene stranske učinke.

=== Klara Lenart: Permanentno označevanje nevronskih povezav ===

Preučevanje nevronskih povezav je precej neraziskano področje. Za raziskave teh povezav uporabljajo proteine, najpogosteje skupino proteinov imenovano GCaMP, ki oddajajo fluorescenčno svetlobo kratek čas po zaznavi spremembe v koncentraciji kalcijevih ionov v celici. Skupina znanstvenikov z medicinskega inštituta Howard Hughes je razvila nov protein, imenovan CaMPARI(podoben je skupini GCaMP-jev), ki označuje aktivne nevrone glede na spremembo koncentracije Ca2+ v njih. Proteini, podobni CaMPARI-ju obstajajo že zadnjih 20 let, a posebnost novega proteina je permanentna fluorescenca, ki jo oddaja ob povečanju koncentracije kalcija v celici ter sočasnem obsevanju z vijolično svetlobo. Glavni del CaMPARI-ja je fluorescenten protein EosFP, ki spremeni barvo iz zelene v rdečo ob obsvetljevanju z vijolično svetlobo. Ko so EosFP spojili z kalmodulinom in peptidom M13, katera sta potrebna za vezavo kalcijevih ionov, je nastal CaMPARI. Ponuja možnost raziskav nevronskih povezav med kompleksnejšim vedenjem, na primer med učenjem. Prav tako je uporaben, ker lahko z reguliranim obsvetljevanjem vplivamo, kdaj bo potekala pretvorba iz zelene v rdečo in kdaj ne. Preizkusili so ga v štirih poskusih; na ličinkah in odraslih osebkih vinske mušice, na ličinkah cebrice in na odraslih miših. Vsi poskusi so potrdili že znana dejstva, kar dokazuje njegovo zanesljivost, ter ponuja mnogo možnosti za nadaljnje raziskave.

=== Blaž Lebar: Preučitev imunskega odziva komarja po piku ===

Malarija je bolezen, ki jo prenaša komar mrzličar ali Anopheles. Na leto se okuži na stotine milijonov ljudi, nekaj milijonov jih tudi umre. Povzročitelj te bolezni so različne vrste plazmodijev, ki se uspešno množijo v komarju, ki nato po piku okuži svojo žrtev. Vendar kako uspe tako inferiorno bitje kot je komar okužiti tako kompleksno bitje kot je človek, morda celo smrtno, sam komar pa normalno funkcionira navkljub patogenom v lastnem v organizmu?
Za komarjev imunski sistem so odgovorni LRIMi, bilo naj bi jih nekaj več kot 24, vendar delovanja večine še ne poznajo. Najpomembnejša za imunski sistem komarja naj bi bila člena sistema komplementa: LRIM1 in APL1C v hemolimfi, ki se z LRRji povežeta z TEP1cut in tako izvedeta uspešno lizo in melanizacijo patogenov, vendar sta se izkazala kot popolnoma neučinkovita pri eliminaciji P. berghei. V tej študiji pa so se osredotočili na LRIM9, protein v imunskem sistemu, ki naj bi imel najpomembnejšo vlogo pri borbi z plazmodiji. Najpogostejša tehnika je bila qRT-PCR, preverjali pa so namnožitev, reprodukcijo in melanizacijo P. berghei pri komarjih vrste A. gambiae ob prehranjevanju s krvjo miši, ter različne vplive na izražanje LRIM9 (prehranjevanje, bakterije, imunost…). Ugotovili so tudi povezavo izražanja LRIM9 in hormona »ecdysone«, ki se izloča iz jajčnikov samic.
Danih je bilo veliko odgovorov, ki pa so odprli nova vprašanja, katera bodo zahtevala še veliko raziskav.

=== Ema Gašperšič: Dvojedrni bakrov kompleks naj bi preprečil širjenje raka ===
Čeprav je v zadnjem času opazen napredek na področju zdravljenja raka, še vedno obstajajo določene pomanjkljivosti. Eno izmed najbolj pogosto uporabljenih zdravil za različne vrste raka je cisplatin, ki se veže na dušikove baze DNA in s tem povzroči celično smrt oz. apoptozo. Cisplatin pa kljub vsemu ni vedno učinkovit in ima precej stranskih učinkov, zato so raziskovalci želeli razviti alternativno zdravilo. Razvili so citotoksični dvojedrni kompleks z bakrom, ki se s pomočjo molekularne prepoznave veže na dve sosednji fosfatni skupini na vijačnici DNA, kar prepreči celične delitve in uniči patološko celico. Z različnimi anorganskimi in biokemijskimi metodami, spektroskopijo in metodami na posameznih molekulah so dokazali, da dvojedrni Cu2 kompleks zavira sintezo DNA in je citotoksična za človeške rakave celice. V članku je predstavljena sinteza prvega kompleksa iz te družine molekul, bakrovega Cu2 kompleksa ter različne metode, s katerimi so dokazali sposobnost ustrezne koordinacije Cu2(2+), sposobnost močne vezave Cu2(2+) na DNA, sposobnost inhibicije sinteze DNA ter citotoksičnost kompleksa. Iz dobljenih rezultatov znanstveniki predpostavljajo učinkovito interakcijo med Cu2(2+) in DNA in vitro ter v živih celicah. Nadaljnje klinične in medicinske raziskave pa bodo še odločale o tem, kako, in če sploh, bo bakrov kompleks resnično preizkušen na pacientih z rakom.

=== Tjaša Lukšič: Ključne biološke funkcije skakajočih genov ===

Dobro polovico človeškega genoma sestavljajo ponavljajoči se genetski elementi, katerim v preteklosti niso pripisovali posebne vloge, danes pa vse bolj postaja jasno, da njihova prisotnost v genomu prinaša svojevrstne biološke funkcije. Alu sekvence so primer takšnih transpozicijskih elementov, katerih prepisovanje je običajno minimalizirano, vendar se ob virusnih infekcijah ali stresu močno poveča. Po klasifikaciji so podvrsta kratkih razpršenih jedrnih elementov (SINE), ki se lahko transponirajo po genomu prek RNA intermediata, vendar ne kodirajo proteinov. Alu sekvence prepisuje RNA polimeraza III, Alu RNA pa ima značilno sekundarno strukturo dveh rok, ki omogoča tvorbo kompleksov s proteinskimi dimeri SRP9/14. Nastanek takšnih Alu ribonukleoproteinov (RNP) v običajnih celičnih razmerah ni pogost, saj je kljub veliki količini monomerov SRP9 in SRP14 stopnja pojavljanja Alu RNA-jev veliko manjša. Tvorba Alu RNP-jev prepreči iniciacijo prevajanja mRNA v aminokislinsko zaporedje in tvorbo polisomov. Po vezavi Alu RNP-ja na ribosomsko podenoto 40S, Alu RNA lahko zapusti kompleks in sodeluje v nadaljnjih prenosih novih SRP9/14. Mehanizem delovanja takšnih kompleksov je relativno nepoznan in odpira nove poglede na smisel ohranitve transpozicijskih elementov skozi evolucijo. Alu sekvence je predstavljajo perspektivno področje za preučevanje ravno zaradi njihovega prispevka k zaščiti translacijskih procesov celice v neugodnih razmerah in zaradi drugih še neodkritih, potencialnih bioloških funkcij.

=== Špela Malenšek: Smo zaradi endogenih retrovirusov pametnejši? ===

Človeški endogeni retrovirusi (ERV), genetsko podedovani ostanki preteklih virusnih infekcij, so klasično obravnavani kot človeku oziroma gostitelju neuporabni del genoma, tako imenovani "junk DNA". Njihovo delovanje je v običajnih somatskih celicah (fibroblasti, hepatocite, bele krvne celice …) nadzorovano z epigenetskim mehanizmom metilacije DNA, kjer se metilna skupina doda citozinu ali adeninu in tako prepreči izražanje virusnih delov genoma. V nevronskih izvornih celicah naj bi med drugim izražanje endogenih retrovirusnih elementov nadzoroval tudi protein TRIM28. Deluje namreč kot korepresor, ki z modifikacijo histonov zatre prepisovanje genetskega materiala. Raziskave na univerzah Lund in EPLF so pokazale, da se ob izbrisu TRIM28 v celicah nakopičita dve večji skupini ERV, ki pri miših vplivata na izražanje gena BC048671 in služita kot startni točki za IncRNA (dolga nekodirajoča RNA). Hkrati izbris proteina TRIM28 povzroči tako kompleksne vedenjske spremembe kot tudi abnormalne vedenjske fenotipe modelnih organizmov (miši), ki se izkažejo podobne nekaterim človeškim psihološkim motnjam. Klasični hipotezi o nefunkcionalnosti ERV se tako zoperstavlja nova ideja, ki trdi, da aktivnost ERV vpliva na izražanje genov v nevronskih izvornih celicah in na kompleksnost nevronske mreže v možganih. S tem se odpira popolnoma nova molekularna perspektiva na analizo kompleksnih vedenjskih vzorcev, možganskih motenj in samega delovanja nevronske mreže.

=== Nejc Kejžar: Novi 'pametni' inzulin ===

Z odkritjem biotehnoloških metod za umetno sintezo inzulina s pomočjo bakterije E. coli ali kvasovk je življenje s sladkorno boleznijo postalo mogoče, še vedno pa so prisotni zapleti, ki jih povzročata hipoglikemija in hiperglikemija. Današnje inzulinske terapije se osredotočajo na konstanto merjenje koncentracij glukoze v krvi in intravenozni vnos inzulina glede na izmerjeno koncentracijo, kar pa je kljub nujnosti (še posebej za paciente diabetesa tipa 1) zelo nadležno. Do težav lahko pride zaradi neupoštevanja terapije ali slabe glikemične kontrole, kar lahko v resnih stanjih hipoglikemije privede do kome ali smrti, hiperglikemija pa lahko vodi do kardiovaskularnih obolenj, težav s celjenjem ran ali celo do raka. Za učinkovitejše nadziranje krvne koncentracije glukoze in olajšano življenje pacientov je skupina znanstvenikov iz MIT razvila ‘pametni’ inzulin, ki ima nase pritrjen konjugat sestavljen iz alifatske verige 11 ogljikovih atomov in fenilborove kisline. Alifatska veriga povzroča podaljšano delovanje inzulina, fenilborova kislina pa služi kot ‘stikalo’, ki aktivira delovanje inzulina samo ob povečani koncentracije glukoze v krvi. Ta sintetični derivat je zmožen hitrejšega obnavljanja normalnih koncentracij krvne glukoze kot naravni in klinični inzulin, večkratnega zaporednega odziva na porast glukoze, prav tako pa ima nižji hipoglikemični indeks ob administraciji v času normalnih koncentracij glukoze, kar pomeni, da je tveganje za hipoglikemijo manjše. V najbolj zgovornem testu je bilo pokazano, da je učinkovitost pametnega inzulina primerljiva z delovanjem zdravega pankreasa.

=== Simon Aleksič: Zorenje mRNA pri lignjih zaznamujejo A-I deaminacije ===

Informacijska RNA je po prepisu iz DNA podvržena dodatnim procesom, tako v jedru kot tudi v citoplazmi. Izrezovanje intronov je le en izmed procesov, ki zagotavlja strukturno variabilnost proteinov. Za variabilnost strukture poskrbijo tudi malo raziskane deaminacije nukleotidov . Deaminacije nukleotidov so katalitski kemijski procesi, ki omogočajo spreminjanje tripletov kodonov v zapisih mRNA s pomočjo proteinov ADAR. Za takšne procese so predvidevali, da so v organizmih redki in nimajo posebnega vpliva na delovanje proteinov v telesu. A študija univerze v Tel Avivu je pokazala, da so deaminacije adenozina v inozin v živčnih tkivih lignjev eden poglavitnih procesov, ki se zgodijo pred translacijo mRNA v proteine. Deaminacije s spremembami tripletov povzročijo zamenjave aminokislin v proteinih, raziskava pa dokaže, da se stabilnejše aminokisline zamenjajo z manj stabilnimi. Manj stabilne aminokisline v območju aktivnega mesta in hidrofobnega jedra povzročijo, da je protein sam manj občutljiv na nižje temperature okolja in lahko ostane delujoč pri spremenjenih razmerah okolja. Deaminacije so posebno pogoste v mRNA prepisih genov, ki zapisujejo proteine vključene v živčni sistem in citoskelet. Novejše raziskave mutacije genov za protein ADAR pri človeku povezujejo z različnimi imunskimi boleznimi, kot so ADA-SCID in sindrom Aicardi–Goutières.

=== Gašper Žun: Antibiotiki betalaktami uničujejo bakterije z okvaro mehanizma za izgradnjo celične stene ===
Antibiotiki β-laktami, med katere spada tudi penicilin, predstavljajo eno izmed najdlje in najsplošneje uporabnih terapij pri bakterijskih okužbah. Učinkujejo tako, da z vezavo na penicilin-vezavne proteine (PBP) okvarijo mehanizem za sintezo celične stene. S tem onemogočijo zamreženje nastajajočih verig peptidoglikanov (PG) v matriks, v manjši meri pa se nove verige še vedno lahko sintetizirajo. Celična stena takih bakterij je zato neobičajnih oblik, med delitvijo pa se lahko na določenih mestih pretrga in celica propade. Zaradi nastajanja enoverižnih PG se vključijo v proces encimi (Slt), ki take neobičajne verige razgrajujejo. Lastnosti celične stene na tak način ostajajo funkcionalne, vendar pa zaradi vključenega brezuspešnega cikla sinteze in razgradnje celične stene pride do prekomerne porabe za celico pomembnih snovi, kar le še prispeva k toksičnemu delovanja antibiotikov. Obrambni mehanizmi proti antibiotični aktivnosti vključujejo encime (β-laktamaze), ki razgrajujejo β-laktame. Vse večja odpornost bakterij na antibiotike je posledica povečane frekvence genskega zapisa za β-laktamaze, ki se med bakterijami prenaša s plazmidi. Ker je za uspešen boj proti bakterijam potreben nenehen razvoj novih zdravil in terapij, je potrebno dodobra spoznati tako način učinkovanja antibiotikov kot način delovanja bakterij. Članek prispeva nov vpogled v delovanje encima Slt za razgradnjo nezamreženega novo nastalega PG, saj mu pripisuje vlogo kontrole nad kvaliteto izgradnje celične stene, kar pa v resnici potencira uničujoče posledice antibiotikov.

=== Rok Miklavčič: Kontrola prenašalnih RNA na CCA-dodajajočem encimu ===
tRNA je ena od biološko najpomembnejših molekul v živih organizmih in ima ključno vlogo pri sintezi proteinov, zato je pomembno, da so vse tRNA, ki na ribosome prinašajo aminokisline, funkcionalne. Od prepisa dalje grejo zato tRNA prepisi skozi serijo procesov in modifikacij, ki na koncu privedejo do popolnoma funkcionalnih tRNA. V predzadnji fazi urejanja tRNA sodeluje CCA-dodajajoči encim, ki na 3'-konec prepisov tRNA pripne končno nukleotidno zaporedje CCA, v zadnji fazi pa se na zadnji adenin nukleotid veže še ustrezna aminokislina. CCA-dodajajoči encim pa ima v sintezi tRNA še eno nedavno odkrito funkcijo: nestabilnim prepisom tRNA pripne nukleotidno zaporedje CCACCA, ki je signal za razgradnjo. Na ta način encim kontrolira kvaliteto tRNA in pripomore k optimizaciji same sinteze proteinov. Na CCA-dodajajočem encimu se razlike med stabilnimi in nestabilnimi tRNA prepisi pokažejo po vezavi prvega zaporedja CCA, in sicer pri premiku encima. Stabilne tRNA se ob premiku odcepijo z encima, medtem ko pri nestabilnih tRNA premik povzroči transformacijo njihove sekundarne strukture, ob tem pa nastane na tRNA izboklina. Za transformirane nestabilne tRNA se cikel dodajanja zaporedja CCA nato izvede še enkrat, kar privede do končnega zaporedja CCACCA. Po končanem drugem ciklu se ob nadaljnjem premiku encima z njega odcepijo tudi nestabilne tRNA.

=== Tilen Tršelič: Transport proteinov v celico s pomočjo nanodelcev ===
Nanotehnologija v moderni znanosti že dolgo igra pomembno vlogo. Raziskovalci so ugotovili, da lahko s pomočjo nanodelcev v celice dostavljajo nukleotide in nekatere druge manjše molekule. Medicina je zato kmalu izrazila željo, da bi v celico lahko dostavljali tudi delujoče, zaključene proteine, ki bi pomagali pri zdravljenju različnih bolezni.
Na Univerzi v Kaliforniji so nedavno odkrili način, kako bi nanotehnologijo res lahko uporabljali za transport proteinov v celice. Ugotovili so, da obstajajo delci, ki so zmožni vezati protein, ga prenašati in ob laserskem obsevanju sprostiti v celico. Podobne metode so že bile testirane, a je njihova uporabna vrednost majhna, saj je lasersko obsevanje zaradi visoke energije pogosto poškodovalo tkiva in organizme.
Raziskava, predstavljena v seminarju, je z uporabo zlatih nanodelcev in posebnega fluorescentnega proteina GFP dokazala, da je neškodljiv, natančen transport proteinov v celice le mogoč. Izbrana metoda transporta prav tako omogoča velik nadzor nad lokacijo in časom sprostitve izbranega proteina v okolje. Znanstveniki so na zlat nanodelec vezali poseben prenašalec, ki je sposoben vezati histidinizirane proteine, jih dostaviti v celico in jih nato ob laserskem obsevanju z nizko energijo sprostiti v okolje.
Raziskava in njeni izsledki imajo velik pomen, saj bi predstavljena metoda lahko omogočila vodeno diferenciacijo matičnih celic ali vodeno celično smrt in s tem zdravljenje nekaterih težjih bolezni.

=== Lovro Kotnik: Acetilacija lizina in spremembe v proteomu astrocitov možganske skorje pri okužbi s Toxoplasma gondii ===
Toxoplasma gondii je znotrajcelični zajedavec, ki ga lahko najdemo pri večini vrst toplokrvnih živali. Tudi človek ni izjema, okužena pa naj bi bila kar tretjina svetovne populacije. V zdravih ljudeh to ne predstavlja nevarnosti, saj lahko zdrav organizem popolnoma ustavi razmnoževanje Toxoplasma gondii in prepreči s tem zajedavcem povezano bolezen toksoplazmozo. Bolezen je nevarna samo za ljudi z oslabljenim imunskim sistemom in za nosečnice (Toxoplazma gondii lahko okuži tudi otroka in povzroči hude deformacije).
Pri tem zajedavcu je znano , da lahko spremeni obnašanje miši in podgan, vendar do sedaj mehanizem teh sprememb v obnašanju še ni bil znan. Nedavna raziskava je pokazala, da ob infekciji s Toxoplasma gondii v celicah potečejo določene spremembe. Spreminjati se začne izražanje genske kode, koncentracije proteinov in oblika proteinov. Do danes točen mehanizem še ni znan, možna pa je povezava z eno od post-translacijskih sprememb na proteinih: acetilacijo lizina.
Študija, na osnovi katere sem napisal svoj seminar je izvedla raziskavo proteoma astrocitov možganske skorje v miših (Rattus norvegicus), poiskala število proteinov, ki so vsebovali lizin z acetilno skupino in dokumentirala natančne položaje teh lizinov na vsakem izmed proteinov, nato pa podobno raziskavo izvedla še na astrocitih okuženih s Toxoplasmo gondii in primerjala rezultate obeh raziskav.

=== Katja Brezovar: HIV nadzoruje svojo aktivnost neodvisno od gostiteljske celice ===
HIV je retrovirus, ki napada limfocite T, predvsem CD4+ T celice in spada pod skupino lentivirusov. Problematičnost zdravljenja HIV-a je posledica virusne latence, ki virusu omogoča dolgoročno prisotnost v gostiteljski celici, ne glede na dolgoletno izpostavljenost protiretrovirusnim zdravilom. Do nedavnega je veljalo prepričanje, da je latentnost virusa HIV odvisna od stanja celice – torej ali je celica v aktivnem ali mirujočem stanju. Sedaj je bilo, z računalniškim modeliranjem in sintetičnim kontroliranjem HIV Tat pozitivne povratne zanke, predstavljeno, da je latentnost virusa neodvisna od celičnega stanja. Avtonomnost virusnega delovanja nam pomaga pri razlagi zakaj agenti, ki naj bi prekinjali latentnost niso delovali – ti so to poskušali storiti z vplivom na celično stanje, ki pa po najnovejših raziskavah nima vpliva na virusno aktivnost. Razlaga, da je latenca posledica avtonomnega virusnega vezja, postavi tudi vprašanje kakšen je evolucijski izvor in pomen le te. Latenca naj bi bila evolucijska strategija, katere cilj je maksimalni virusni prenos in zmanjševanje virusnega izumrtja med mukoznimi okužbami. Razumevanje latence in tega, kaj jo nadzoruje predstavlja pomemben korak za iskanje novih pristopov k zdravljenju bolezni AIDS.

=== Urša Čerček: Odkrita struktura encima Dbr1 predstavlja nove možnosti za zdravljenje ALS in FTD ===
ALS in FTD sta neurodegenerativni bolezni, ki ju povzročata proteina TDP-43 in FUS. Do sedaj so odkrili le zdravilo, ki blaži njune učinke ne pozdravi pa bolezni v celoti. Že nekaj let nazaj so znanstveniki dokazali, da odsotnost encima Dbr1 zavira delovanje mutiranih proteinov TDP-43. Dbr1 hidrolizira 2',5'-fosfodiestersko vez v ciklični strukturi nekodirajoče mRNA imenovani lariat. Lariatna struktura deluje kot vaba, na katero se protein TDP-43 veže raje kot na prosto mRNA in tako prepreči škodljive interakcije, ki vodijo do pojava bolezni. Z uporabo inhibitorjev encima Dbr1, s katerimi bi preprečili razgradnjo lariatnih struktur in posledično zavrli delovanje toksičnih TDP-43, bi lahko zdravili ti dve do sedaj neozdravljivi bolezni. Da bi lahko našli primerne inhibitorje, so znanstveniki analizirali strukturo encima in tako poskušali dobiti boljši vpogled v njegovo funkcijo in najti povezave med funkcijo in strukturo. Ugotovili so, da se Dbr1 loči od ostalih, podobnih encimov v treh ključnih strukturnih lastnostih. Te so prisotnost LRL in posebne CTD skupine ter Cys14 ostanka v aktivnem mestu. Da bi do sedaj znana dejstva lahko uporabili za zdravljenje ALS in FTD so potrebne še nadaljnje raziskave, potrebno pa je tudi preveriti, kakšne posledice bi imela delna inhibicija encima Dbr1 in kako bi do nje prišli.

=== Niko Šetar: Preprečevanje širjenja raka z inhibicijo ERK1/2 kaskade ===
Rak je v splošnem definiran kot maligen tumor, ki nastane kot posledica pretirane rasti celic, ta pretirana rast pa je večinoma posledica okvare oz. mutacije v signalnih poteh celice. Iz tega razloga se večina do sedaj razvitih zdravil fokusira na inhibicijo teh signalnih poteh, praviloma v inhibicijo t.i. ERK1/2 kaskade, ki je odgovorna predvsem za proliferacijo in apoptozo svoje tarčne celice. Na primer, PLX4032, eno izmed najbolj razširjenih zdravil proti raku, inhibira ERK1/2 kaskado le specifično v primeru mutiranega proteina B-Raf, kar vključuje zelo ozek spekter rakov. Drugo zdravilo, U0126, pa inhibira ERK1/2 in MAPK kaskado že v zelo zgodnjih fazah kar vodi do nizke učinkovitosti in mnogih stranskih učinkov. Znanstveniki, ki so se ukvarjali z razvojem novega zdravila, so sintetizirali tri nove peptide, ki temeljijo na strukturi NTS (Nuclear Translocation Signal), peptid Scr (SPS), fosfomimetični peptid EPE in nefosforilabilni peptid APA, vsi izmed katerih naj bi preprečevali vezavo ERK2 na Importin 7 in s tem njegov vstop v jedro tarčne celice. Takšna pozna inhibicija naj bi bila bolj učinkovita kot zgodnejše, nudila zdravljenje širšega spektra rakov in imela manj stranskih učinkov. Izmed testiranih peptidov se je najbolje obnesel EPE, in do sedaj izvedeni eksperimenti tako v kulturi, kot na laboratorijskih miših s človeškimi tumorskimi ksenografti, so pokazali rezultate v prid tej hipotezi.

=== Aleksandra Uzar: Optogenetska aktivacija holinergičnih nevronov vzbuja REM fazo ===
Dober spanec je ključnega pomena, da lahko človeško telo pravilno deluje. Naraven spanec je sestavljen iz ciklov REM/non-REM faze, pri katerem je REM faza pomembna za učenje, sanjanje. Gre za intervale spanca za katerega je značilno hitro in naklučno premikanje oči. Cilj raziskave je bil ugotoviti, kakšni sta vloga in vpliv holinergičnih nevronov – nevroni, ki sproščajo nevrotransmiter acetilholin – na REM fazo. Osnova za raziskavo je bila optogenetika. To je metoda pri kateri aktivirajo določene nevrone s pomočjo svetlobo. Z izrazitvijo ionskega kanala rodopsina-2, ki se pod vplivom modre svetlobe aktivira (odpre), so s stimulacijami vplivali le na holinergične nevrone v PPT in LDT – strukturi v možganskem deblu. Raziskava je pokazala, da ti nevroni povzročajo REM fazo ter z daljšanjem stimulacij med non-REM fazo ugotovili, da se poveča število intervalov REM faze, vendar ne njihovo trajanje. S pomočjo sorodnih raziskav so ugotovitve pokazale, da naj bi bili holinergični nevroni v PPT in LDT pomembni sprožilci REM faze, ne pa glavni vzdrževalci. Raziskovalci poudarjajo, da je za potrditev potrebno več raziskav, saj so celotni mehanizmi faze se vedno dokaj nerazumljivi. S podrobnim znanjem o delovanju bi lahko ugotovitve aplicirali na ljudi s motnjami spanja.

=== Tadej Satler: Določanje zaporedja DNK s pomočjo grafena ===
V letih, odkar je bilo prvič znano celotno zaporedje človeškega genoma, je prišlo do hitrega razvoja tehnologije , ki omogočajo dobro analizo zaporedja DNK (imenovano "next-generation sequencing "). Ti novi pristopi k določanju zaporedja obljubljajo popolno genomsko analizo, ki bi bila izvajana s strani rutinske klinične diagnostike. Električni senzorji iz grafena lahko zaradi svoje izjemne občutljivosti zaznajo adsorbirane molekule na njegovi površini, na čemer temelji tudi zaznavanje zaporedja DNK, ki je odvisno od molekularno specifičnih interakcij s površino grafena. Tako lahko veliko hitreje, bolj zanesljivo, natančneje in ceneje določamo zaporedja DNK v primerjavi s trenutnimi metodami, kar vodi vposodobitev in razvoj raznih medicinskih raziskav in testov. Avstralski znanstveniki so to tudi dokazali, saj so s pomočjo grafena zaznali tri osnovne nukleotide, ki tvorijo DNK , ter jih prepoznali na podlagi specifičnih interakcij med grafitom in njimi. Na grafenu so posamezno izpostavili vse štiri osnovne dušikove baze, ki gradijo DNK (adenin, citozin, timin in gvanin) in opazovali učinke molekularne adsorpcije individualne baze na njem.

=== Samo Purič: Dešifrirana enigma virusne infekcije ===
Od rinovirusa, ki povzroča vsem znan prehlad, do virusa hepaptitisa C ali HIV-a, virusna obolenja v večini primerov povzročajo nelagodje, v nekaterih primerih pa huda bolezenjska stanja. Enoverižni RNA virusi (med katere spadajo zgoraj našteti) so se razvili med prvimi in še dandanes ostajajo med najnevarnejšimi za človekovo zdravje. Virusi so v osnovi zgrajeni iz nukleinske kilsine in proteinskega ovoja, ki ga imenujemo kapsida. Virus injecira svoj DNA/RNA v gostiteljsko celico in prevzame delovanje celotne celice za proizvodnjo novih virusov. Že desetletja razumemo, da mRNA nosi genetska navodila, ki omogočajo nastanek novih virusnih proteinov (tako kapsidnih kot tudi glikoproteinov ki tvorijo dodatno virusno ovojnico) potem ko virus vstopi v celico. Znastveniki iz univerz v Leedsu in Yorku pa so šele nedavno ugotovili, da se v zaporedju črk, ki jih uporabljamo za označevanje genetskih informacij, skriva šifra, ki narekuje kako se bo virus v gostiteljski celici ponovno sestavil. Do odkritja so prišli z opazovanjem enkapsidacije enoverižnega RNA virusa v zunanjo lupino/ovojnico nato pa so sestavili matematične algoritme s katerimi so razbili šifro in posledično razvili računalniški model, ki je sposoben dešifrirati zaporedja rastlinskih virusov. Ob tem so raziskovalci naredili še korak naprej in namignili na možnost razvijanja molekul, ki bi interfirale z kodo in efektivno ustavile delovanje virusa.

TBK2015-seminar

2015-02-26T11:47:28Z

Samo Purič: /* Seznam seminarjev */

= Temelji biokemije- seminar =

Seminarje vodi prof. dr. Brigita Lenarčič. Seminarji so obvezni.

Ocena seminarjev (6-10) predstavlja enako število odstotkov, ki se prištejeh končnipisni 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.

== Seznam seminarjev ==
{| border="1" cellpadding="4" cellspacing="0" style="border:#c9c9c9 1px solid; margin: 1em 1em 1em 0; border-collapse: collapse;"
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Ime in priimek'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Naslov seminarja'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Povezava'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Rok za oddajo'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Rok za recenzijo'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Datum predstavitve'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 1'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 2'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''Recenzent 3'''
|-
| Klara Lenart||naslov||povezava||10.03.||13.03.||16.03.||Maja Zupanc||Matej Hvalec||Urša Kopač
|-
| Uroš Zavrtanik||||||10.03.||13.03.||16.03.||Eva Rajh||Lara Jerman||Neža Koritnik
|-
| Blaž Lebar||||||10.03.||13.03.||16.03.||Elvira Boršić||Kristjan Stibilj||Katja Čop
|-
| Gašper Žun||||||17.03.||20.03.||23.03.||Nejc Kejžar||Samo Smole||Klara Kuret
|-
| Rok Miklavčič||||||17.03.||20.03.||23.03.||Tilen Tršelič||Miha Koprivnikar Krajnc||Matej Hvalec
|-
| Simon Aleksič||||||17.03.||20.03.||23.03.||Klara Lenart||Maja Zupanc||Lara Jerman
|-
| Tjaša Lukšič||||||17.03.||20.03.||23.03.||Uroš Zavrtanik||Eva Rajh||Kristjan Stibilj
|-
| Špela Malenšek||||||24.03.||27.03.||30.03.||Blaž Lebar||Elvira Boršić||Samo Smole
|-
| Ema Gašperšič||||||24.03.||27.03.||30.03.||Gašper Žun||Nejc Kejžar||Miha Koprivnikar Krajnc
|-
| Tilen Tršelič||||||24.03.||27.03.||30.03.||Miha Koprivnikar Krajnc||Klara Kuret||Samo Purič
|-
| Gašper Virant||||||24.03.||27.03.||30.03.||Simon Aleksič||Klara Lenart||Eva Rajh
|-
| Manca Zupan||||||07.04.||10.04.||13.04.||Tjaša Lukšič||Uroš Zavrtanik||Elvira Boršić
|-
| Urša Čerček||||||07.04.||10.04.||13.04.||Špela Malenšek||Blaž Lebar||Nejc Kejžar
|-
| Katja Brezovar||||||07.04.||10.04.||13.04.||Ema Gašperšič||Gašper Žun||Tilen Tršelič
|-
| Lovro Kotnik||||||07.04.||10.04.||13.04.||Petra Hruševar||Rok Miklavčič||Klara Lenart
|-
| Maruša Grošelj||||||14.04.||17.04.||20.04.||Gašper Virant||Simon Aleksič||Uroš Zavrtanik
|-
| Tadej Satler||||||14.04.||17.04.||20.04.||Manca Zupan||Tjaša Lukšič||Blaž Lebar
|-
| Aleksandra Uzar||||||14.04.||17.04.||20.04.||Urša Čerček||Špela Malenšek||Gašper Žun
|-
| Niko Šetar||||||14.04.||17.04.||20.04.||Katja Brezovar||Ema Gašperšič||Rok Miklavčič
|-
| Lija Srnovršnik||||||24.04.||30.04.||04.05.||Lovro Kotnik||Petra Hruševar||Simon Aleksič
|-
| Sara Tekavec||||||24.04.||30.04.||04.05.||Maruša Grošelj||Gašper Virant||Tjaša Lukšič
|-
| Jaka Kos||||||24.04.||30.04.||04.05.||Tadej Satler||Manca Zupan||Špela Malenšek
|-
| Samo Purič||Desifrirana enigma: virusne infekcije||http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150204075224.htm||24.04.||30.04.||04.05.||Aleksandra Uzar||Urša Čerček||Ema Gašperšič
|-
| Urša Kopač||||||05.05.||08.05.||11.05.||Niko Šetar||Katja Brezovar||Petra Hruševar
|-
| Neža Koritnik||||||05.05.||08.05.||11.05.||Lija Srnovršnik||Lovro Kotnik||Gašper Virant
|-
| Katja Čop||||||05.05.||08.05.||11.05.||Sara Tekavec||Maruša Grošelj||Manca Zupan
|-
| Klara Kuret||||||05.05.||08.05.||11.05.||Jaka Kos||Tadej Satler||Urša Čerček
|-
| Matej Hvalec||||||12.05.||15.05.||18.05.||Samo Purič||Aleksandra Uzar||Katja Brezovar
|-
| Lara Jerman||||||12.05.||15.05.||18.05.||Urša Kopač||Niko Šetar||Lovro Kotnik
|-
| Kristjan Stibilj||||||12.05.||15.05.||18.05.||Neža Koritnik||Lija Srnovršnik||Maruša Grošelj
|-
| Samo Smole||||||12.05.||15.05.||18.05.||Katja Čop||Sara Tekavec||Tadej Satler
|-
| Miha Koprivnikar Krajnc||||||19.05.||22.05.||25.05.||Klara Kuret||Jaka Kos||Aleksandra Uzar
|-
| Maja Zupanc||||||19.05.||22.05.||25.05.||Matej Hvalec||Samo Purič||Niko Šetar
|-
| Eva Rajh||||||19.05.||22.05.||25.05.||Lara Jerman||Urša Kopač||Lija Srnovršnik
|-
| Elvira Boršić||||||19.05.||22.05.||25.05.||Kristjan Stibilj||Neža Koritnik||Sara Tekavec
|-
| Nejc Kejžar||Novi 'pametni' inzulin||http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150209161141.htm||26.05.||29.05.||01.06.||Samo Smole||Katja Čop||Jaka Kos
|-
| Petra Hruševar||||||26.05.||29.05.||01.06.||Rok Miklavčič||Tilen Tršelič||Maja Zupanc
|}

==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 2014. 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 v PubMed povezavi [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ tukaj]
* naslov izbrane teme in povezavo do novice vpišite v tabelo seminarjev takoj ko ste si izbrali temo, najkasneje pa en teden pred rokom za oddajo
* [[TBK2015 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 12 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 8 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!
* TBK_2015_Priimek_Ime.doc(x) za seminar, npr. TBK_2015_Guncar_Gregor.docx
* TBK_2015_Priimek_ime_final.doc(x) za končno verzijo seminarja
* TBK_2015_Priimek_Ime_rec_Priimek2.doc(x) za recenzijo, kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. TBK_2015_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* TBK_2015_Priimek_Ime.ppt(x) za prezentacijo, npr TBK_2015_Guncar_Gregor.pptx

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [[https://docs.google.com/forms/d/1Hdg2OHCyG24qwLTnFt09yZTng46RIwaIiUqnKOdsJxQ/viewform recenzentsko poročilo]] na spletu.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik '''mora''' oceniti seminar tako, da odda svoje [https://docs.google.com/forms/d/1VvE-jaKikfiDO5Gdybqgp9mf_0uJZfBbIK8PLXKDaS0/viewform 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 [http://www.cobiss.si/scripts/cobiss?command=CONNECT&base=JCR COBISS-u]. V polje "Naslov revije" vnesite ime revije za katero želite izvedeti faktor vpliva in pritisnite na gumb POIŠČI. 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 leto 2011 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.Za citate v naravoslovju je najpogostejše citiranje po pravilniku ISO 690. [http://www.google.com/url?sa=t&source=web&cd=6&sqi=2&ved=0CEUQFjAF&url=http%3A%2F%2Fwww.tre.sik.si%2Fmain%2Fpomoc%2Ffiles%2Fcitiranje_in_navajanje_virov.pdf&rct=j&q=citiranje%20po%20pravilniku%20ISO%20690&ei=jPBqTe6FC9DKswaWk-TmDA&usg=AFQjCNF8r6X9Y781sanDObaXNdCew4suUg&sig2=cTqKObSJsTicekWGRGa72g&cad=rja Pravila], ki upoštevajo omenjeni standard, so pripravili pri ZTKS. 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.