Wiki FKKT - User contributions [en]

Rekonstitucija transkripcijsko-translacijskih sklopljenih DNA replikacij znotraj kompleksnih in vitro bioloških sistemov

2026-05-17T17:42:25Z

Tejamohar:

Izhodiščni članek: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-67411-2 Reconstituting transcription–translation-coupled DNA replication within complex in vitro biological systems]

==Uvod==

Znanstveniki si prizadevajo preoblikovati in sintetizirati »žive« sisteme, ki so sposobni izkazovati temeljne značilnosti, kot so replikacija, metabolizem, organiziranje v razdelke in komunikacija. Kot temeljni okvir služi pretok genskih informacij iz DNA v RNA in proteine.
V izbranem članku so predstavili sistem LoopReX (Zanka replikacije DNA in izražanja proteinov), platformo za izražanje genov brez celic (CFE) na osnovi ekstrakta ''E. coli'' dopolnjenega z DNA polimerazo, zasnovano za rekonstitucijo replikacije DNA, sklopljene s transkripcijo in translacijo (TTcDR) in vitro. Sistem združuje štiri ključne module: (1) replikacijo DNA, ki jo poganja DNA polimeraza bakteriofaga phi29 (phi29DNAP), (2) transkripcijo, ki jo posreduje RNA polimeraza bakteriofaga T7 (T7RNAP), (3) translacijo, ki jo podpirajo ribosomi in faktorji, povezani s translacijo, znotraj celičnega ekstrakta, in (4) umetni nukleoid, sestavljen z uporabo bakterijskega ogrodja CipB za prostorsko ločevanje DNA za učinkovitejše procese TTcDR.

==Vzpostavitev LoopReX z rekonstitucijo TTcDR in vitro==

Za vzpostavitev procesa TTcDR in vitro so izbrali sistem CFE na osnovi lizata ''E. coli''. Celični lizati, ki vsebujejo široko paleto naravnih biomolekul in biokatalizatorjev, zagotavljajo kompleksno in dinamično okolje za rekonstrukcijo življenjskih procesov. V CFE sistem so vnesli DNA replikacijski mehanizem, kar so imenovali LoopReX. phi29DNAP kot stroj za replikacijo DNA so izbrali zaradi izjemno visoke procesivnosti in vrhunske natančnosti sinteze DNA, ki jo zagotavlja njegova sposobnost kontrolnega branja. Replikacija DNA v tem sistemu poteka preko amplifikacije s kotalečim se krogom. Najprej so kot matrično DNA uporabili krožno enoverižno DNA (cssDNA) in potrdili, da je phi29DNAP aktiven v sistemu CFE. Nato so matrično cssDNA zamenjali s krožno dvoverižno DNA (cdsDNA, pJL1-T7-sfGFP). Učinkovitost replikacije je bila opazno nižja za cdsDNA v primerjavi s cssDNA, kar nakazuje na to, da cdsDNA zahteva ločitev verig in sintezo začetnih oligonukleotidov za replikacijo (ki niso bili dodani reakciji) preden lahko phi29DNAP sproži proces replikacije DNA. V nasprotju s tem ti predpogoji že obstajajo v reakcijah cssDNA od samega začetka.

===Analiza replikacije DNA in izražanja proteinov v LoopReX===

Hkrati so analizirali replikacijo DNA in izražanje proteinov v sistemu LoopReX z matrico pJL1-T7-sfGFP v obdobju 6 ur. Opazili so, da sta se replikacija DNA in izražanje proteinov pojavili v različnih časovnih skalah. Vsebnost DNA je ostala visoka v prvi uri in se nato v naslednjih 5 urah postopoma zmanjševala, verjetno zaradi razgradnje, ki jo povzročajo nukleaze v celičnem lizatu. Kljub temu je LoopReX dosledno vzdrževal višje ravni DNA kot kontrolni sistem CFE. Izražanje proteinov pa se je v 5 urah enakomerno povečevalo, preden se je ustalilo. Izražanje proteinov v LoopReX je doseglo svoj maksimum prej kot v kontrolnem sistemu CFE, kar kaže na hitrejšo hitrost izražanja, ki ponuja prednosti v učinkovitosti. LoopReX torej prekaša sistem CFE tako pri replikaciji DNA kot pri izražanju proteinov, kar zagotavlja robustno platformo za nadaljnjo optimizacijo.

===Mehanizem začetka replikacije DNA===

Želeli so pojasniti mehanizem začetka replikacije DNA. Najprej so ugotovili, da na učinkovitost replikacije DNA in vitro neposredno vpliva količina T7RNAP. Za nadaljnjo raziskavo mehanizma začetka replikacije DNA s T7RNAP so konstruirali različne plazmide z zamenjavo originalnega promotorja T7 (φ10, razred III), uporabljenega v pJL1-T7-sfGFP, s promotorji različnih razredov. Že v prejšnjih študijah je bilo dokazano, da so se ti promotorji na osnovi T7 med transkripcijo obnašali različno, in proizvedli dve vrsti produktov RNA: abortivne transkripcijske produkte (kratke, nefunkcionalne verige RNA) in mRNA polne dolžine (uporabljajo se za sintezo proteinov). Predlagali so, da T7RNAP in njeni promotorji olajšajo proces začetka replikacije DNA z ustvarjanjem produktov RNA, ki služijo kot začetni oligonukleotidi (upoštevajoč, da se lahko mRNA polne dolžine razgradi tudi v kratke RNA z nukleazami) za replikacijo DNA.

===Povečanje učinkovitosti replikacije DNA===

Da bi povečali učinkovitost replikacije DNA in vitro, so konstruirali plazmide s tandemsko ponovljenimi promotorji, ki so zasnovani kot mesta za začetek replikacije DNA, kar se je izkazalo za učinkovito pri sprožitvi replikacije DNA. Vendar pa so opazili rahlo zmanjšanje izkoristka izraženih proteinov. To kaže, da uporaba promotorjev kot replikacijskih izhodišč uvaja konkurenčno dinamiko med replikacijo DNA in transkripcijo. Nadalje so ugotovilu, da ima tudi položaj promotorjev (tj. umetni ori) ključno vlogo pri uravnavanju replikacije in transkripcije DNA.

==Optimizacija procesa TTcDR v LoopReX s pomočjo strojnega učenja==

V sistemu LoopReX ima T7RNAP ključno vlogo pri sprožitvi replikacije DNA in spodbujanju transkripcije. Vendar pa in vitro procesi za replikacijo, transkripcijo in translacijo DNA pogosto zahtevajo različne in optimizirane pogoje. Za optimizacijo replikacije DNA in izražanja proteinov v LoopReX so uporabili strojno učenje, pri čemer so sistematično raziskali milijone možnih pogojev, da bi identificirali parametre, ki hkrati maksimizirajo učinkovitost obeh procesov.
Za optimizacijo in silico so uporabili XGBoost (eXtreme Gradient Boosting), metodo ansambla, ki temelji na odločitvenem drevesu. Poleg tega XGBoost blaži prekomerno prileganje in izboljšuje posplošitev modela. Modele XGBoost so konstruirali za napovedovanje ravni replikacije DNA in izražanja proteinov z analizo vpliva dejavnikov iz standardnega protokola CFE, vključno z dodatnimi spremenljivkami, kot sta dNTP in DTT.
Za potrditev napovedi so izbrali pet različnih reakcijskih formulacij in izvedli reakcije LoopReX. Eksperimentalni rezultati so pokazali dosledne trende tako v učinkovitosti replikacije DNA kot v učinkovitosti izražanja proteinov, ki so se ujemali z napovedmi modela. Formulacija z optimalno kombinacijo za učinkovito replikacijo DNA in izražanje proteinov, imenovana LoopReX-Opt, je bila nadalje raziskana. Opazili so, da se je vsebnost DNA v sistemu LoopReX-Opt v prvih 0,5 ure približno podvojila. Ekspresija proteinov se je v LoopReX-Opt znatno povečala, saj je dosegla največji izkoristek po samo 3 urah.

==Umetni nukleoid izboljša delovanje in vitro TTcDR==

V naravi imajo evkariontske in prokariontske celice svoje načine organizacije in zaščite DNA. Ključna razlika je v prisotnosti z membrano obdanega jedra pri evkariontih, medtem ko prokarionti vsebujejo nukleoid brez membrane. Raziskovalci so želeli zgraditi umetno, jedru podobno strukturo, da bi izboljšali delovanje in vitro TTcDR. Da bi to dosegli, so izbrali bakterijski kristalni inkluzijski protein (CipB), ki se spontano sestavlja s hidrofobnimi interakcijami in tvori proteinska ogrodja za pritrditev DNA. CipB so fuzirali s streptavidinom (tj. CipB-streptavidin), kar omogoča pritrditev biotinsko modificirane linearne dvoverižne DNA (ldsDNA). Ker nastali kompleks protein-DNA ni obdan z membrano, so ga poimenovali »umetni nukleoid«. Te strukture so se nadalje združile v grozde. Opazili so, da višje koncentracije proteinov zagotavljajo izboljšano zaščito DNA, saj CipB spodbujajo učinkovitejše prekrivanje in kompaktiranje DNA v umetne nukleoide, kar nato ščiti DNA pred razgradnjo z nukleazami v celičnem ekstraktu.
Nadalje so konstruirali umetne nukleoide z uporabo matrične ldsDNA, ki vsebuje umetni ori in gen sfGFP. DNA je bila modificirana z biotinom na prednjem koncu, zadnjem koncu ali na obeh koncih. Najprej so ocenili učinkovitost vezave matrične DNA na umetne nukleoide in ugotovili, da so se vse DNA, modificirane z biotinom, vezale s skoraj 100-odstotno učinkovitostjo, medtem ko je nemodificirana ldsDNA pokazala izrazito nižjo učinkovitost vezave, verjetno zaradi nespecifičnih interakcij. Opazili so, da se je splošna učinkovitost TTcDR izboljšala z umetnimi nukleoidi, ki so vsebovali DNA. Najvišjo učinkovitost je dosegla dvojno biotinsko modificirana DNA, saj sta bila oba konca zaščitena z vezanim CipB, kar je preprečilo razgradnjo in omogočilo več matric za sintezo proteinov.
Nato so v sistem LoopReX-Opt dodali dve dvojno biotinsko modificirani matrični ldsDNA za sočasno izražanje CipB-streptavidina in CipB-LacZ. Ta pristop je omogočil de novo, avtonomno tvorbo umetnih nukleoidov s samosestavljanjem na novo izraženega CipB-streptavidina, CipB-LacZ in dveh matričnih ldsDNA. Nastali umetni nukleoidni kompleks je pokazal dve ključni funkciji: CipB-streptavidin je olajšal pritrditev dvojno biotinsko modificirane ldsDNA, medtem ko je CipB-LacZ deloval kot encim za biokonverzijo. Poleg tega se je po treh krogih samorasti izrazilo in sestavilo več CipB-LacZ, kar je povzročilo povečanje katalitične aktivnosti za pretvorbo o-nitrofenil-β-D-galaktopiranozida (ONPG) v o-nitrofenol (ONP). Poleg tega so uspešno konstruirali dvo-encimsko presnovno pot s soizražanjem StyA (oksigenazna podenota stiren monooksigenaze) in SpEH (epoksid hidrolaza) s CipB-streptavidinom, ki se je samosestavil v umetne nukleoide in kataliziral pretvorbo stirena v (''S'')-1-fenil-1,2-etandiol. Ti rezultati skupaj dokazujejo, da je sistem LoopReX-Opt robusten za de novo, avtonomno tvorbo umetnih nukleoidov, kjer se več bioloških procesov – kot so replikacija DNA, izražanje proteinov, sestavljanje proteinov, vezava DNA in encimska kataliza (presnova) – dogaja na različnih časovno-prostorskih skalah.

==Zaključek==

LoopReX ohranja visoko učinkovitost izražanja proteinov v več ciklih in zagotavlja stabilnost skozi celoten proces, s čimer obravnava potencialne ključne omejitve, ki so ovirale razvoj umetnih življenjskih sistemov. Dodatne prednosti vključujejo znatne prihranke časa in stroškovno učinkovitost v primerjavi s proizvodnjo proteinov in vivo, saj za razliko od sistemov in vivo, LoopReX zaobide kloniranje in gojenje celic, kar omogoča sintezo proteinov neposredno iz DNA v nekaj urah.
LoopReX ima v prihodnje velik potencial za gradnjo umetnih življenjskih sistemov, ki so sposobni izvajati medsebojno povezane celične funkcije. Ta sistem postavlja temelje za razvoj sintetičnih celic z vse bolj kompleksnim vedenjem, kot so samoreplikacija, evolucija in prilagajanje okolju. S tem širi možnosti biotehnoloških aplikacij, od razvoja naprednih terapevtskih sredstev do ustvarjanja biohibridnih sistemov in sintetičnih organizmov.

==Literatura==

Zheng, X., Gao, W., Liu, WQ. et al. Reconstituting transcription–translation-coupled DNA replication within complex in vitro biological systems. Nat Commun 17, 351 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67411-2

Seminarji SB 2025/26

2026-05-17T17:34:58Z

Tejamohar:

V študijskem letu 2025/26 študenti in študentke pri Sintezni biologiji 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.) 
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/OrthologTransformer OrthologTransformer] (Tim David Agrež)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Genetsko_kodirani_biosenzor_za_spremljanje_depolimerizacije_morskih_polisarahidov Genetsko kodirani biosenzor za spremljanje depolimerizacije morskih polisarahidov] (Vanja Vogrič)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Komunikacije_na_podlagi_RNA_v_heterogenih_populacijah_mimetičnih_celic Komunikacije na podlagi RNA v heterogenih populacijah mimetičnih celic] (Marcel Tušek)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Na%C4%8Drtovanje_oscilatorjev_proteinov_na_membrani_vodenih_s_%C5%A1umom_v_%C5%BEivih_celicah Načrtovanje oscilatorjev proteinov na membrani vodenih s šumom v živih celicah] (Varvara Titova)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Samoinducibilno_molekulsko_stikalo_za_biosintezo_hialuronske_kisline_z_nizko_molekulsko_maso Samoinducibilno molekulsko stikalo za biosintezo hialuronske kisline z nizko molekulsko maso] (Nejc Horvat)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Reprogramiranje_metabolizma_bakterije_E.coli_za_fiksacijo_CO₂ Reprogramiranje metabolizma bakterije E. coli za fiksacijo CO₂] (Ana Kastelic)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Organokataliziran_nastanek_protocelic_od_spodaj_navzgor Organokataliziran nastanek protocelic od spodaj navzgor] (Maruša Kristan)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Programabilen_ribocim_za_prenos_signala_RNA Programabilen ribocim za prenos signala RNA] (Klemen Klopčič)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Vnos CU-bogatega elementa v 3′ UTR poveča stabilnost in izražanje sintetične mRNA In Vivo] (Lea Jarm)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Preoblikovanje_centralnega_metabolizma_pri_Komagataella_phaffii_za_učinkovito_sintezo_D-manoze Preoblikovanje centralnega metabolizma pri Komagataella phaffii za učinkovito sintezo D-manoze] (Špela Auer)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Medvrstni_prenos_kromosomov_v_kvasovkah_vodi_do_izboljšanja_fenotipa_in_raznolikih_transkripcijskih_odzivov Medvrstni prenos kromosomov v kvasovkah vodi do izboljšanja fenotipa in raznolikih transkripcijskih odzivov] (Anja Novak)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Logično_vezje_IN,_ki_vključuje_sistem_CRISPR/Cas9_in_HCR_za_natančno_detekcijo_ctDNA Logično vezje IN, ki vključuje sistem CRISPR/Cas9 in HCR za natančno detekcijo ctDNA] (Tiara Pšeničnik)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Ekspresijska_kaseta_za_sintezo_heterolognih_proteinov_v_Y._lipolytica Ekspresijska kaseta za sintezo heterolognih proteinov v Y. lipolytica] (Tonja Oman Sušnik)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Uravnavanje_evolucijskega_potenciala_s_številom_kopij_plazmida_in_regulatorno_arhitekturo Uravnavanje evolucijskega potenciala s številom kopij plazmida in regulatorno arhitekturo] (Neža Pezo Zupančič)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Vpliv_sestave_gojišča_na_delovanje_vezja_na_osnovi_izločevalnega_sistema_tipa_III Vpliv sestave gojišča na delovanje vezja na osnovi izločevalnega sistema tipa III] (Jana Bregar)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Bakterijski_senzor_zelene_svetlobe,_specifičen_za_stacionarno_fazo_rasti,_za_povečanje_proizvodnje_metabolitov Bakterijski senzor zelene svetlobe, specifičen za stacionarno fazo rasti, za povečanje proizvodnje metabolitov] (Vid Kozel)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Načrtovanje_genetskih_programov_v_sesalskih_celicah_z_uporabo_računalniskega_orodja_GCAD Načrtovanje genetskih programov v sesalskih celicah z uporabo računalniškega orodja GCAD] (Filip Petrovič)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Vpliv_optogenetske_stimulacije_na_izražanje_nevronskih_genov_v_človeških_mezenhimskih_matičnih_celicah,_pridobljenih_iz_kostnega_mozga_in_maščobnega_tkiva Vpliv optogenetske stimulacije na izražanje nevronskih genov v človeških mezenhimskih matičnih celicah, pridobljenih iz kostnega mozga in maščobnega tkiva] (Andreja Dimovska)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Cikel_načrtovanja,_izdelave,_testiranja_in_učenja_(DBTL)_pri_razvoju_celičnega_biosenzorja_za_piruvat_na_osnovi_transkripcijskega_faktorja Cikel načrtovanja, izdelave, testiranja in učenja (DBTL) pri razvoju celičnega biosenzorja za piruvat na osnovi transkripcijskega faktorja] (Lenart Bogataj)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/GLYCO-BUILD:_Encimska_platformaza_sintezo_peptidov_z_evkarionstkimi_N-glikani GLYCO-BUILD: Encimska platforma za sintezo peptidov z evkarionstkimi N-glikani] (Anže Perc)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Fagni_infekcijski_cikel_v_sintetičnih_celicah Fagni infekcijski cikel v sintetičnih celicah] (Primož Šenica Pavletič)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Avtonomna_biogeneza_vseh_tridesetih_proteinov_translacijskega_sistema_E._coli Avtonomna biogeneza vseh tridesetih proteinov translacijskega sistema E. coli] (Jan Hvalec)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Konstrukcija_celičnih_tovarn_Escherichia_coli_za_proizvodnjo_L-izolevcina_na_osnovi_propionatne_poti Konstrukcija celičnih tovarn E. coli za proizvodnjo L-izolevcina na osnovi propionatne poti] (Tea Briševac)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php?title=Rekonstitucija_transkripcijsko-translacijskih_sklopljenih_DNA_replikacij_znotraj_kompleksnih_in_vitro_biolo%C5%A1kih_sistemov Rekonstitucija transkripcijsko-translacijskih sklopljenih DNA replikacij znotraj kompleksnih in vitro bioloških sistemov] (Teja Mohar)

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.)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/NomNomNylon NomNomNylon] (Rebeka Ribič)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/FoCas FoCas] (Amber Bervar)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/TasAnchor TasAnchor] (Jasna Čarman)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/SKIPPIT SKIPPIT] (Brina Klinar)
# [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/InkSight InkSight] (Lucija Kovaček)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php?title=KunPeng KunPeng] (Lara Ferjančič)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/NRPieceS NRPieceS] (Katarina Gomiršek)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/Pepcitrus Pepcitrus] (Meri Škorjanc)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/BCoated BCoated] (Meta Smrečnik)
# [https://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/PHOENICS PHOENICS] (Tjaša Lešnik)
(zgornji primer nadomestite s prvim letošnjim seminarjem iz študentskih projektov)

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 najkasneje v ponedeljek do 23:59). Predstavitev seminarja naj bo dolga 15 minut (13-17). Sledila bo približno 5-minutna razprava.

Terminski razpored je razviden iz preglednice na strežniku Google Drive (dostopno samo študentom tekočega letnika).

Kako je videti končni seznam seminarjev, lahko preverite pri lanskem letniku: [[Seminarji_SB_2024/25]].

Rekonstitucija transkripcijsko-translacijskih sklopljenih DNA replikacij znotraj kompleksnih in vitro bioloških sistemov

2026-05-17T17:33:07Z

Tejamohar:

Izhodiščni članek: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-67411-2 Reconstituting transcription–translation-coupled DNA replication within complex in vitro biological systems]

==Uvod==

Znanstveniki si prizadevajo preoblikovati in sintetizirati »žive« sisteme, ki so sposobni izkazovati temeljne značilnosti, kot so replikacija, metabolizem, organiziranje v razdelke in komunikacija. Kot temeljni okvir služi pretok genskih informacij iz DNA v RNA in proteine.
V izbranem članku so predstavili sistem LoopReX (Zanka replikacije DNA in izražanja proteinov), platformo za izražanje genov brez celic (CFE) na osnovi ekstrakta E. coli dopolnjenega z DNA polimerazo, zasnovano za rekonstitucijo replikacije DNA, sklopljene s transkripcijo in translacijo (TTcDR) in vitro. Sistem združuje štiri ključne module: (1) replikacijo DNA, ki jo poganja DNA polimeraza bakteriofaga phi29 (phi29DNAP), (2) transkripcijo, ki jo posreduje RNA polimeraza bakteriofaga T7 (T7RNAP), (3) translacijo, ki jo podpirajo ribosomi in faktorji, povezani s translacijo, znotraj celičnega ekstrakta, in (4) umetni nukleoid, sestavljen z uporabo bakterijskega ogrodja CipB za prostorsko ločevanje DNA za učinkovitejše procese TTcDR.

==Vzpostavitev LoopReX z rekonstitucijo TTcDR in vitro==

Za vzpostavitev procesa TTcDR in vitro so izbrali sistem CFE na osnovi lizata E. coli. Celični lizati, ki vsebujejo široko paleto naravnih biomolekul in biokatalizatorjev, zagotavljajo kompleksno in dinamično okolje za rekonstrukcijo življenjskih procesov. V CFE sistem so vnesli DNA replikacijski mehanizem, kar so imenovali LoopReX. phi29DNAP kot stroj za replikacijo DNA so izbrali zaradi izjemno visoke procesivnosti in vrhunske natančnosti sinteze DNA, ki jo zagotavlja njegova sposobnost kontrolnega branja. Replikacija DNA v tem sistemu poteka preko amplifikacije s kotalečim se krogom. Najprej so kot matrično DNA uporabili krožno enoverižno DNA (cssDNA) in potrdili, da je phi29DNAP aktiven v sistemu CFE. Nato so matrično cssDNA zamenjali s krožno dvoverižno DNA (cdsDNA, pJL1-T7-sfGFP). Učinkovitost replikacije je bila opazno nižja za cdsDNA v primerjavi s cssDNA, kar nakazuje na to, da cdsDNA zahteva ločitev verig in sintezo začetnih oligonukleotidov za replikacijo (ki niso bili dodani reakciji) preden lahko phi29DNAP sproži proces replikacije DNA. V nasprotju s tem ti predpogoji že obstajajo v reakcijah cssDNA od samega začetka.

===Analiza replikacije DNA in izražanja proteinov v LoopReX===

Hkrati so analizirali replikacijo DNA in izražanje proteinov v sistemu LoopReX z matrico pJL1-T7-sfGFP v obdobju 6 ur. Opazili so, da sta se replikacija DNA in izražanje proteinov pojavili v različnih časovnih skalah. Vsebnost DNA je ostala visoka v prvi uri in se nato v naslednjih 5 urah postopoma zmanjševala, verjetno zaradi razgradnje, ki jo povzročajo nukleaze v celičnem lizatu. Kljub temu je LoopReX dosledno vzdrževal višje ravni DNA kot kontrolni sistem CFE. Izražanje proteinov pa se je v 5 urah enakomerno povečevalo, preden se je ustalilo. Izražanje proteinov v LoopReX je doseglo svoj maksimum prej kot v kontrolnem sistemu CFE, kar kaže na hitrejšo hitrost izražanja, ki ponuja prednosti v učinkovitosti. LoopReX torej prekaša sistem CFE tako pri replikaciji DNA kot pri izražanju proteinov, kar zagotavlja robustno platformo za nadaljnjo optimizacijo.

===Mehanizem začetka replikacije DNA===

Želeli so pojasniti mehanizem začetka replikacije DNA. Najprej so ugotovili, da na učinkovitost replikacije DNA in vitro neposredno vpliva količina T7RNAP. Za nadaljnjo raziskavo mehanizma začetka replikacije DNA s T7RNAP so konstruirali različne plazmide z zamenjavo originalnega promotorja T7 (φ10, razred III), uporabljenega v pJL1-T7-sfGFP, s promotorji različnih razredov. Že v prejšnjih študijah je bilo dokazano, da so se ti promotorji na osnovi T7 med transkripcijo obnašali različno, in proizvedli dve vrsti produktov RNA: abortivne transkripcijske produkte (kratke, nefunkcionalne verige RNA) in mRNA polne dolžine (uporabljajo se za sintezo proteinov). Predlagali so, da T7RNAP in njeni promotorji olajšajo proces začetka replikacije DNA z ustvarjanjem produktov RNA, ki služijo kot začetni oligonukleotidi (upoštevajoč, da se lahko mRNA polne dolžine razgradi tudi v kratke RNA z nukleazami) za replikacijo DNA.

===Povečanje učinkovitosti replikacije DNA===

Da bi povečali učinkovitost replikacije DNA in vitro, so konstruirali plazmide s tandemsko ponovljenimi promotorji, ki so zasnovani kot mesta za začetek replikacije DNA, kar se je izkazalo za učinkovito pri sprožitvi replikacije DNA. Vendar pa so opazili rahlo zmanjšanje izkoristka izraženih proteinov. To kaže, da uporaba promotorjev kot replikacijskih izhodišč uvaja konkurenčno dinamiko med replikacijo DNA in transkripcijo. Nadalje so ugotovilu, da ima tudi položaj promotorjev (tj. umetni ori) ključno vlogo pri uravnavanju replikacije in transkripcije DNA.

==Optimizacija procesa TTcDR v LoopReX s pomočjo strojnega učenja==

V sistemu LoopReX ima T7RNAP ključno vlogo pri sprožitvi replikacije DNA in spodbujanju transkripcije. Vendar pa in vitro procesi za replikacijo, transkripcijo in translacijo DNA pogosto zahtevajo različne in optimizirane pogoje. Za optimizacijo replikacije DNA in izražanja proteinov v LoopReX so uporabili strojno učenje, pri čemer so sistematično raziskali milijone možnih pogojev, da bi identificirali parametre, ki hkrati maksimizirajo učinkovitost obeh procesov.
Za optimizacijo in silico so uporabili XGBoost (eXtreme Gradient Boosting), metodo ansambla, ki temelji na odločitvenem drevesu. Poleg tega XGBoost blaži prekomerno prileganje in izboljšuje posplošitev modela. Modele XGBoost so konstruirali za napovedovanje ravni replikacije DNA in izražanja proteinov z analizo vpliva dejavnikov iz standardnega protokola CFE, vključno z dodatnimi spremenljivkami, kot sta dNTP in DTT.
Za potrditev napovedi so izbrali pet različnih reakcijskih formulacij in izvedli reakcije LoopReX. Eksperimentalni rezultati so pokazali dosledne trende tako v učinkovitosti replikacije DNA kot v učinkovitosti izražanja proteinov, ki so se ujemali z napovedmi modela. Formulacija z optimalno kombinacijo za učinkovito replikacijo DNA in izražanje proteinov, imenovana LoopReX-Opt, je bila nadalje raziskana. Opazili so, da se je vsebnost DNA v sistemu LoopReX-Opt v prvih 0,5 ure približno podvojila. Ekspresija proteinov se je v LoopReX-Opt znatno povečala, saj je dosegla največji izkoristek po samo 3 urah.

==Umetni nukleoid izboljša delovanje in vitro TTcDR==

V naravi imajo evkariontske in prokariontske celice svoje načine organizacije in zaščite DNA. Ključna razlika je v prisotnosti z membrano obdanega jedra pri evkariontih, medtem ko prokarionti vsebujejo nukleoid brez membrane. Raziskovalci so želeli zgraditi umetno, jedru podobno strukturo, da bi izboljšali delovanje in vitro TTcDR. Da bi to dosegli, so izbrali bakterijski kristalni inkluzijski protein (CipB), ki se spontano sestavlja s hidrofobnimi interakcijami in tvori proteinska ogrodja za pritrditev DNA. CipB so fuzirali s streptavidinom (tj. CipB-streptavidin), kar omogoča pritrditev biotinsko modificirane linearne dvoverižne DNA (ldsDNA). Ker nastali kompleks protein-DNA ni obdan z membrano, so ga poimenovali »umetni nukleoid«. Te strukture so se nadalje združile v grozde. Opazili so, da višje koncentracije proteinov zagotavljajo izboljšano zaščito DNA, saj CipB spodbujajo učinkovitejše prekrivanje in kompaktiranje DNA v umetne nukleoide, kar nato ščiti DNA pred razgradnjo z nukleazami v celičnem ekstraktu.
Nadalje so konstruirali umetne nukleoide z uporabo matrične ldsDNA, ki vsebuje umetni ori in gen sfGFP. DNA je bila modificirana z biotinom na prednjem koncu, zadnjem koncu ali na obeh koncih. Najprej so ocenili učinkovitost vezave matrične DNA na umetne nukleoide in ugotovili, da so se vse DNA, modificirane z biotinom, vezale s skoraj 100-odstotno učinkovitostjo, medtem ko je nemodificirana ldsDNA pokazala izrazito nižjo učinkovitost vezave, verjetno zaradi nespecifičnih interakcij. Opazili so, da se je splošna učinkovitost TTcDR izboljšala z umetnimi nukleoidi, ki so vsebovali DNA. Najvišjo učinkovitost je dosegla dvojno biotinsko modificirana DNA, saj sta bila oba konca zaščitena z vezanim CipB, kar je preprečilo razgradnjo in omogočilo več matric za sintezo proteinov.
Nato so v sistem LoopReX-Opt dodali dve dvojno biotinsko modificirani matrični ldsDNA za sočasno izražanje CipB-streptavidina in CipB-LacZ. Ta pristop je omogočil de novo, avtonomno tvorbo umetnih nukleoidov s samosestavljanjem na novo izraženega CipB-streptavidina, CipB-LacZ in dveh matričnih ldsDNA. Nastali umetni nukleoidni kompleks je pokazal dve ključni funkciji: CipB-streptavidin je olajšal pritrditev dvojno biotinsko modificirane ldsDNA, medtem ko je CipB-LacZ deloval kot encim za biokonverzijo. Poleg tega se je po treh krogih samorasti izrazilo in sestavilo več CipB-LacZ, kar je povzročilo povečanje katalitične aktivnosti za pretvorbo o-nitrofenil-β-D-galaktopiranozida (ONPG) v o-nitrofenol (ONP). Poleg tega so uspešno konstruirali dvo-encimsko presnovno pot s soizražanjem StyA (oksigenazna podenota stiren monooksigenaze) in SpEH (epoksid hidrolaza) s CipB-streptavidinom, ki se je samosestavil v umetne nukleoide in kataliziral pretvorbo stirena v (S)-1-fenil-1,2-etandiol. Ti rezultati skupaj dokazujejo, da je sistem LoopReX-Opt robusten za de novo, avtonomno tvorbo umetnih nukleoidov, kjer se več bioloških procesov – kot so replikacija DNA, izražanje proteinov, sestavljanje proteinov, vezava DNA in encimska kataliza (presnova) – dogaja na različnih časovno-prostorskih skalah.

==Zaključek==

LoopReX ohranja visoko učinkovitost izražanja proteinov v več ciklih in zagotavlja stabilnost skozi celoten proces, s čimer obravnava potencialne ključne omejitve, ki so ovirale razvoj umetnih življenjskih sistemov. Dodatne prednosti vključujejo znatne prihranke časa in stroškovno učinkovitost v primerjavi s proizvodnjo proteinov in vivo, saj za razliko od sistemov in vivo, LoopReX zaobide kloniranje in gojenje celic, kar omogoča sintezo proteinov neposredno iz DNA v nekaj urah.
LoopReX ima v prihodnje velik potencial za gradnjo umetnih življenjskih sistemov, ki so sposobni izvajati medsebojno povezane celične funkcije. Ta sistem postavlja temelje za razvoj sintetičnih celic z vse bolj kompleksnim vedenjem, kot so samoreplikacija, evolucija in prilagajanje okolju. S tem širi možnosti biotehnoloških aplikacij, od razvoja naprednih terapevtskih sredstev do ustvarjanja biohibridnih sistemov in sintetičnih organizmov.

==Literatura==

Zheng, X., Gao, W., Liu, WQ. et al. Reconstituting transcription–translation-coupled DNA replication within complex in vitro biological systems. Nat Commun 17, 351 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67411-2

Rekonstitucija transkripcijsko-translacijskih sklopljenih DNA replikacij znotraj kompleksnih in vitro bioloških sistemov

2026-05-17T17:23:55Z

Tejamohar: Created page with "Izhodiščni članek: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-67411-2 Reconstituting transcription–translation-coupled DNA replication within complex in vitro biological systems]"

Izhodiščni članek: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-67411-2 Reconstituting transcription–translation-coupled DNA replication within complex in vitro biological systems]

2026-BNT-seminar

2026-05-04T21:04:03Z

Tejamohar: /* Seznam seminarjev */

= Bionanotehnologija 2026- seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
V tabelo] prosim vpišite temo vašega projekta in kratko oznako.

{| class="wikitable"
! datum predstavitve !! naslov !! kratka koda projekta !! predstavlja !! recenzent 1 !! recenzent 2
|-
| 18/03/2025 || Bionanotehnološki pristop k dolgoročnemu arhiviranju digitalnih podatkov z DNA zaporedjem || DNArchive || Kozel, Vid || Bajramovikj, Denis || Ribič, Rebeka
|-
| 18/03/2025 || Sistem za adsorpcijo in razgradnjo gliadina (uporaba v medicini in prehranski industriji) || GlutenBlock || Horvat, Nejc || Šenica Pavletič, Primož || Hvalec, Jan
|-
| 18/03/2025 || Zaščita titanovih implantantov s samoobnovljivim nanofilmom || ImplantShield || Perc, Anže || Agrež, Tim-David || Klopčič, Klemen
|-
| 18/03/2025 || Bionanosenzorski obliž za merjenje cirkadianega ritma preko sline || CircAlign || Kovaček, Lucija || Bervar, Amber || Mohar, Teja
|-
| 25/03/2025 || Mazilo z odzivnimi nanodelci za selektivno zdravljenje atopijskega dermatitisa || SmartDerm || Pezo Zupančič, Neža || Habot, Hanna || Vogrič, Vanja
|-
| 25/03/2025 || Verižica za zaznavanje drog || SafeSip || Bogataj, Lenart || Jarm, Lea || Bajramovikj, Denis
|-
| 25/03/2025 || Nalepka za kožo za neinvazivno spremljanje hidracijskega stanja preko znoja|| HydraShow || Ferjančič, Lara || Todorovska, Milena || Šenica Pavletič, Primož
|-
| 25/03/2025 || Injekcija za hitrejšo rekonstrukcijo sprednje križne vezi (ACL) || RegelAcl || Briševac, Tea || Klinar, Brina || Agrež, Tim-David
|-
| 01/04/2025 || Kontaktne leče za zdravljenje migrene || MigraLens || Pšeničnik, Tiara || Kozel, Vid || Bervar, Amber
|-
| 01/04/2025 || Zaščitna nanoprevleka proti adheziji bakterij v prebavilih || FloraCoat || Jukić, Lea || Horvat, Nejc || Habot, Hanna
|-
| 01/04/2025 || Personalizirana indukcija in moduliranje spanja z uporabo nanoteles || NanoNap || Petrovič, Filip || Perc, Anže || Jarm, Lea
|-
| 01/04/2025 || Sistem za predčasno zaznavanje cvetenja cianobakterij || BloomSense || Novak, Anja || Kovaček, Lucija || Todorovska, Milena
|-
| 01/04/2025 || Sistem za začasno dodatno oskrbo s kisikom pri ovirani ventilaciji || Atmos || Oman Sušnik, Tonja || Pezo Zupančič, Neža || Klinar, Brina
|-
| 08/04/2025 || Pristop k zdravljenju neonatalne zlatenice || ZlatoHome || Auer, Špela || Bogataj, Lenart || Kozel, Vid
|-
| 08/04/2025 || Pametni venski graft za regeneracijo in spremljanje žil || VitaVein || Dimovska, Andreja || Ferjančič, Lara || Horvat, Nejc
|-
| 08/04/2025 || Injekcija za regeneracijo zob || ReDent || Gomiršek, Katarina || Briševac, Tea || Perc, Anže
|-
| 08/04/2025 || Detektor Salmonelle v jajcih (doma, male farme) || EggGuard || Titova, Varvara || Pšeničnik, Tiara || Kovaček, Lucija
|-
| 08/04/2025 || Zaščitna mreža za okna, ki filtrira onesnažen zrak || NanoNet || Kristan, Maruša || Jukić, Lea || Pezo Zupančič, Neža
|-
| 15/04/2025 || Sistemska zaščita pred komarji || DermVeil || Škorjanc, Meri || Petrovič, Filip || Bogataj, Lenart
|-
| 15/04/2025 || NFC biosenzor za zaznavanje kvarjenja jagodičevja na osnovi detekcije etanola z PQQ-ADH
|| PredictaBerry || Bregar, Jana || Novak, Anja || Ferjančič, Lara
|-
| 15/04/2025 || Filter za vodo, onesnaženo s težkimi kovinami || NanoFilter || Smrečnik, Meta || Oman Sušnik, Tonja || Briševac, Tea
|-
| 15/04/2025 || Encimski reaktor za razgrajevanje nanoplastike v pitni vodi || Aquazyme || Tušek, Marcel || Auer, Špela || Pšeničnik, Tiara
|-
| 15/04/2025 ||Biosenzor za zaznavo AMH na podlagi pSi ||NovaTrace AMH || Zupan, Zala || Dimovska, Andreja || Jukić, Lea
|-
| 22/04/2025 || Mikrofluidni nanosenzorski sistem za zgodnje zaznavanje bolezni mačk preko analize urina || LitterLab || Lešnik, Tjaša || Gomiršek, Katarina || Tušek, Marcel
|-
| 22/04/2025 || Lipidni nanodelci za izboljšano terapijo z iRNA proti pršici Varroa destructor || BeeOProtect || Čarman, Jasna || Titova, Varvara || Novak, Anja
|-
| 06/05/2025 || Sistem za tarčno dostavo butirata v aktivirane CAR-T celice || CAR-TNano || Ribič, Rebeka || Kristan, Maruša || Oman Sušnik, Tonja
|-
| 06/05/2025 || Nanodelci za tarčno inhibicijo spermatogeneze || FertiBlock || Hvalec, Jan || Škorjanc, Meri || Auer, Špela
|-
| 06/05/2025 || Zdravljenje Glikogenoze tip 1A z dostavo zdravila v hepatocite || GlucozymeShuttle || Klopčič, Klemen || Bregar, Jana || Dimovska, Andreja
|-
| 06/05/2025 || Hitri diagnostični test za srčni infarkt || HeartCheck || Mohar, Teja || Smrečnik, Meta || Gomiršek, Katarina
|-
| 06/05/2025 || Nanodelci za razgradnjo plastike v morjih|| OceanHeal || Vogrič, Vanja || Petrovič, Filip || Titova, Varvara
|-
| 13/05/2025 || || || Bajramovikj, Denis || Zupan, Zala || Kristan, Maruša
|-
| 13/05/2025 || Zobna zalivka z vgrajenim sintetičnim DNA-identifikacijskim markerjem || ToothTag || Šenica Pavletič, Primož || Lešnik, Tjaša || Škorjanc, Meri
|-
| 13/05/2025 || || || Agrež, Tim-David || Čarman, Jasna || Bregar, Jana
|-
| 13/05/2025 || || || Bervar, Amber || Ribič, Rebeka || Smrečnik, Meta
|-
| 20/05/2025 || || || Habot, Hanna || Hvalec, Jan || Tušek, Marcel
|-
| 20/05/2025 || || || Jarm, Lea || Klopčič, Klemen || Zupan, Zala
|-
| 20/05/2025 || Peroralna dostava inzulina z biorazgradljivimi nanodelci || NanoInsulin || Todorovska, Milena || Mohar, Teja || Lešnik, Tjaša
|-
| 20/05/2025 || || || Klinar, Brina || Vogrič, Vanja || Čarman, Jasna
|-
| 27/05/2025 || || || kratke predstavitve || ||
|}

==Naloga==
Pripravite projektno nalogo iz področja Bionanotehnologije. Najpomembnejša je originalna ideja za nek izvedljiv projekt, ki pa mora biti takšen, da pritegne investitorje. Ker je pomembno tudi kako boste to naredili, morate predstaviti tudi metodo in ne samo ideje. Natančno morate vedeti, kako boste projekt izvedli.

Predlagana struktura teksta:
* Uvod
* Predstavitev problema, znanstvena izhodišča, cilji
* Izvedba projekta, metodologija, tehnike, materiali, vprašanja, hipoteze
* Literatura

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* Elektronska verzija seminarja: avtor, naslov projekta, razširjeni povzetek projekta- 350-400 besed (brez literature) in grafični povzetek (čez približno pol strani). Vse naj bo na maksimalno dveh straneh, a ne sme vsebovati manj kot 350 besed (sem se ne šteje literatura).
* Elektronsko verzijo seminarja oddajte '''dva dni pred predstavitvijo,''' kasneje pa boste vsebino še prekopirali na za to določeno spletno stran, predstavitev pa eno uro pred seminarjem na [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ strežnik].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Predstavitev naj bo dolga 15 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenta morata predlagati vsaj eno izboljšavo predstavljenega projekta.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke poimenujete po naslednjem modelu:
* 26_nano_Priimek.doc za seminar, npr. 26_nano_Craik_Venter.doc
* 26_nano_Priimek.ppt za prezentacijo, npr. 26_nano_Craik_Venter.ppt

==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.

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T20:42:26Z

Tejamohar:

== Uvod ==

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

== Lastnosti plazmida ==

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

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

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

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

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

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

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

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

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

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

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

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

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

=== Heteroplazmija, porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.

Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija.

Ko se gen razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik, a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.

Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane plazmide, druga pa ima vse plazmide nemutirane. Tako hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.

Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od rekombinantnih plazmidov pričakovano, da stalno razporejajo mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.

Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.

== Drugi vplivi na evolucijo ==

Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

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

== Viri ==

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

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

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

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

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

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T20:00:01Z

Tejamohar:

== Uvod ==

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

== Lastnosti plazmida ==

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

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

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

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

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

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

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

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

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

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

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

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

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

=== Heteroplazmija, porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.

Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija.

Ko se gen razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik, a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.

Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane plazmide, druga pa ima vse plazmide nemutirane. Tako hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.

Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od rekombinantnih plazmidov pričakovano, da stalno razporejajo mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.

Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.

== Drugi vplivi na evolucijo ==

Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

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

== Viri ==

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

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

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

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

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

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T19:52:52Z

Tejamohar:

== Uvod ==

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

== Lastnosti plazmida ==

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

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

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

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

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

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

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

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

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

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

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

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

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

=== Heteroplazmija, porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.

Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija.

Ko se gen na kromosomu razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik, a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.

Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane plazmide, druga pa ima vse plazmide nemutirane. Tako hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.

Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od rekombinantnih plazmidov pričakovano, da stalno razporejajo mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.

Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.

== Drugi vplivi na evolucijo ==

Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

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

== Viri ==

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

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

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

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

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

Talk:Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T19:38:37Z

Tejamohar:

Klara Kolenc (Uvod, Lastnosti plazmida, Zaključek)

Veronika Trobiš (Povečano izražanje genov)

Teja Mohar (Heteroplazmija, porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca, Drugi vplivi na evolucijo)

Vloga plazmidov v bakterijski evoluciji

2024-05-06T19:37:57Z

Tejamohar:

== Uvod ==

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

== Lastnosti plazmida ==

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

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

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

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

== Vpliv števila kopij plazmida na evolucijo ==

=== Povečano izražanje genov ===

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

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

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

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

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

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

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

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

=== Heteroplazmija, porazdelitveni odmik in plazmidna interferenca ===

Plazmidi imajo različne načine dedovanja. Celice z velikim številom kopij plazmida se običajno zanašajo na naključno porazdelitev med celično delitvijo. Pri celicah z manjšim številom kopij plazmidov pa ni tako, saj bi se lahko zgodilo, da ena od hčerinskih celic ne bi vsebovala plazmida. Zato take celice uporabljajo sistem aktivnega razdeljevanja, ki med celično delitvijo razdeli po enako število plazmidov v vsako hčerinsko celico.

Tudi če celica vsebuje več kopij istega plazmida, ko se pojavi mutacija na plazmidno-kodiranem genu bo ta prisotna le pri eni kopiji plazmida. Posledično plazmidi, ki nosijo zapise za nove alele, ''sobivajo'' s kopijami prvotnih plazmidov, dokler se sčasoma ne porazdelijo v dve ločeni celični liniji. Soobstoj različnih variant istega plazmida znotraj ene celice se imenuje heteroplazmija.

Porazdelitev mutiranih in nemutiranih kopij plazmidov je lahko popolna ali naključna. Pri popolni razdelitvi obe hčerinski celici vsebujeta enako porazdelitev nemutiranih in mutiranih plazmidov. Pri naključni razdelitvi pa ni nujno, da sta si celici med seboj identični ali identični matični celici. Lahko se zgodi da ena hčerinska celica podeduje vse mutirane plazmide, druga pa ima vse plazmide nemutirane. Tako hčerinske celice pogosto podedujejo alelno sestavo, ki se razlikuje od sestave materinske celice. Evolucija plazmidov je tako podvržena dodatnemu sloju genetskega odmika, tako imenovanega porazdelitvenega odmika. Posledica naključnega dedovanja je spremenjena znotrajcelična frekvenca plazmidno kodiranih alelov. Porazdelitveni odmik podaljša čas fiksacije koristnih mutacij za plazmid v primerjavi s kromosomskimi mutacijami.

Če se pojavi ''dobra'' mutacija pri kopiji plazmida preden je mutacija, ki se je pojavila pred to na drugi kopiji plazmida, fiksirana, se pojavi tako imenovana plazmidna interferenca. Pri plazmidni interferenci istočasno obstajata dve ali več koristnih mutaciji, ki med seboj ''tekmujejo'' za fiksacijo. To zakasni fiksacijo koristnih mutacij pri plazmidih ali pa celo vodi do izgube teh mutacije. Kljub temu pa je od rekombinantnih plazmidov pričakovano, da stalno razporejajo mutacije, ki tekmujejo med seboj, v isti plazmid, kar vpliva na plazmidno interferenco in posledično evolucijo plazmid-kodiranih lastnosti.

Ker imajo plazmidne mutacije daljši čas fiksacije kot kromosomske fiksacije, to negativno vpliva na verjetnost vzpostavitve novih plazmidnih alelov. Po drugi strani pa to pomeni, da plazmidni predeli ostanejo polimorfni več bakterijskih generacij. Posledično plazmidi zagotavljajo vir stalnih genetskih variacij. Te omogočajo, da se pri okoljskih spremembah bakterijska populacija prilagodi z že obstoječimi mutacijami. Taka prilagoditev je hitrejša, kot če bi bilo potrebno uvajanje novih mutacij, kar poveča možnost, da se bakterijske populacije izognejo izumrtju, ki ga povzročijo nenadne okoljske spremembe, kot je na primer zdravljenje z antibiotikom.

Ko se gen na kromosomu razvije do te mere, da pridobi novo funkcijo, izgubi svojo prvotno. Ta kompromis med starimi in novimi aktivnosti ima negativen vpliv, saj predstavlja omejitev pri evoluciji proteinov. Do kompromisov prihaja, ker so lahko mutacije, ki so koristne v enem okolju, v drugem lahko škodljive. Na primer, pri evoluciji odpornosti na antibiotike prevladujejo kompromisi, na račun katerih mutacija povzroči odpornost na nov antibiotik, a se pri tem zmanjša aktivnost proti antibiotiku, na katerega je bila prvotno razvita rezistenca. Posledično, ko sta prisotna oba antibiotika hkrati ali izmenično, kompromisi omejujejo razvoj odpornosti na antibiotike. Če pa sta alela za rezistenco plazmidno-kodirana, soobstajata v celici na stotine bakterijskih generacij pod heteroplazmijo. S tem se razbremenijo omejitve, ki jih postavljajo kompromisi v razvoju odpornosti na antibiotike. Plazmidi so torej odlično ogrodje za razvoj novih funkcij, saj lahko ohranjajo genetsko raznolikost znotraj celice in na populacijski ravni.

== Drugi vplivi na evolucijo ==

Poleg učinkov, ki so posledica tega, da je v celici prisotnih več kopij plazmida, lahko tudi druge lastnosti prispevajo k pospešitvi evolucije bakterij. Na primer med konjugacijo se plazmidi prenesejo kot enoverižne DNA, kar v bakteriji aktivira odziv na stres SOS. SOS odziv usklajuje izražanje večih genov, ki so vključeni v popravilo DNA in kontrolo celičnega cikla. Znano pa je tudi, da spodbujajo razvoj bakterij s povečanjem rekombinacije in mutageneze.

== Zaključek ==

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

== Viri ==

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

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

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

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

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

BIO2 Povzetki seminarjev 2022

2022-11-07T14:17:26Z

Tejamohar: /* Teja Mohar - Encimi za popravilo metabolitov */

= POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2022/23 =
==Tinkara Korošec - Vpliv bakterijskega oponašanja evkariontskih signalnih molekul na človeka==

S koevolucijo patogenov in njegovih gostiteljev so oboji razvili svoje obrambne mehanizme. Pri nekaterih patogenih je ta proces vodil v evolucijo efektorskih proteinov, ki imitirajo evkariontske proteine in manipulirajo z gostiteljevimi signalnimi potimi. Pojav imenujemo imitacija molekul (angl. molecular mimicry). Gre za proteine, zelo podobne evkariontskim proteinom ali njihovim domenam. Patogene bakterije lahko imitirajo GTPazne regulatorje. Ti so dovzetni za biokemijske abnormalnosti, ki so direktno povezane z boleznimi. Največji skupek imitiranih proteinov so odkrili v bakterijskem rodu Legionella. Med okužbo patogen spremeni namembnost gostiteljske celice za optimizacijo pogojev, ki bakteriji omogočijo preživetje. Če se gostiteljske celice zdravijo, je tako okolje manj ugodno za bakterije in obolenje bo težje napredovalo. Z razumevanjem motivne imitacije preko kratkih linearnih motivov ali SLiM-ov, ki jo uporabljajo bakterije med okužbo, lahko razširimo spekter alternativ zdravljenja infekcij. S porastom rezistence na antibiotike, se je povečala tudi potreba po novih antibiotičnih terapijah. Obetavna alternativo antibiotikom predstavlja ciljanje gostitelja, da ta ustvari neugodno okolje za patogen, kar doseže s povzročanjem motenj v SLiM posredovanih interakcijah.

==Pia Kristanc - Toksini kot inhibitorji ionskih kanalov==

Toksini so sestavine živalskih strupov, ki na žrtev delujejo na različne načine. Njihov cilj so pogosto ionski kanali, saj tako lahko že majhna količina strupa močno vpliva na veliko različnih procesov. Toksini pogosto delujejo kot inhibitorji. Kanal lahko inhibirajo tako, da zmotijo mehanizem odpiranja in zapiranja ali pa se vežejo direktno v poro in tako zamašijo kanal. Ionski kanali so tudi zanimivi kot tarče za zdravila, vendar je zelo težko ustvariti takšna, ki bi ciljala točno določen ionski kanal. Znanstveniki so zato začeli raziskovati toksine kot potencialna biološka zdravila. Primer takšnega že potrjenega zdravila je zikonotid, ki se uporablja kot analgetik. Pridobljen je iz strupa stožčastega polža in deluje kot inhibitor od napetosti odvisnega kalcijevega kanala, ki se nahaja v živčevju. Toksin blokira kanalsko poro in tako onemogoči njegovo delovanje. Drug primer sta dva toksina, ki blokirata ionske kanale za zaznavanje kisline (ASIC). Pri teh proton igra vlogo liganda, odgovornega za odprtje in zaprtje, zato je kanal direktno odvisen od pH okolja. Toksina, ki ga lahko inhibirata, sta mambalagin, pridobljen iz kače črne mambe, in π-heksatoksin-Hi1a, pridobljen iz avstralskega pajka. Prvi deluje kot analgetik, drugi pa izboljšuje posledice po ishemični kapi. Raziskovanje delovanja toksinov je pripomoglo k poznavanju delovanja ionskih kanalov, hkrati pa odpira možnosti za razvoj raznih zdravil, predvsem analgetikov, ki ne bi vsebovali opioidov.

==Marcel Tušek - Pomembnost mitofagije, njena vloga ter korelacija z Atg32 receptorjem==

Mitofagija je specifičen proces, ki pomeni, da poteka avtofagija mitohondrija. Ta proces v celici je nastal evolucijsko. To lahko sklepamo po tem, da se aktivira v času pomanjkanja, kar je bilo preteklosti velikokrat prisotno, saj nismo vedno imeli dostopa do hrane. Poznamo tri vrste avtofagije. Celica ima dva procesa s katerima lahko uničuje visoko reaktivne kisikove radikale, ki nastanejo v času oksidativne fosforilacije. To sta mitofagija ter derivat NAC-a, saj obadva razgrajujeta te radikale. Razlika je, da NAC razgradi samo te radikale, medtem ko mitofagija pa kar celoten mitohondrij. Pri mitofagiji je trenutno znanih 32 proteinov, ki so specializirani samo za avtofagijo. Eden najpomembnejših izmed teh proteinov je Atg32, saj če on ni fosforiliran, mitofagija sploh ne more biti inducirana. Atg pomni, da je ta protein avtofagosomsko-povezan. Atg32 je transmembranski receptor, ki celici avtofagosomu sporoča, kam se naj veže. Najdemo ga na zunanji strani membrane mitohondrija. Pokazano je tudi bilo, da če Atg32 vežemo na peroksisome, jih je proces avtofagije sposoben razgraditi.

==Lucija Kovaček - Nekroptoza in njena vloga pri raku==
Nekroptoza je oblika celične smrti, kjer celica nabrekne, membrana poči in sprosti se znotrajcelična vsebina. Ta vsebuje tudi molekulske vzorce povezane s poškodbo celic oziroma DAMP (angl. damage-associated molecular patterns), ki povzročijo provnetni odziv. Nekroptoza je pomembna zlasti pri regulaciji rasti tumorjev in imunskem odzivu. Regulirana je s proteinskimi kinazami povezanimi z receptorji (angl. receptor-interacting protein kinases) ali z RIP kinazami, bolj natančno z RIPK1 in RIPK3. Procesi signalizacije celične smrti imajo ključno vlogo pri regulaciji tumorjev, saj so se rakave celice prilagodile, tako da bi nekroptozi ubežale. RIP kinaze lahko vplivajo na rast tumorjev z uravnavanjem aktivnosti imunskih efektorjev v tumorskem mikrookolju. Smrt rakavih celic z nekroptozo, lahko tako trajno okrepi protitumorsko imunost. Kljub temu pa obstajajo primeri, pri katerih RIP kinaze povzročijo vnetje in pomagajo pri napredovanju tumorja. Znanstveniki zato želijo raziskati, kako je aktivnost RIP kinaz regulirana v tumorjih in v imunskih celicah ter kako se ti procesi med seboj usklajujejo. To nam bi pomagalo bolje razumeti tumorigenezo in možnosti njenega nadzora v prihodnosti. Šele ko bomo popolnoma razumeli mehanizem regulacije nekroptoze pri raku, bomo lahko zasnovali nove terapije za njegovo premagovanje, kjer ne bi več ogrožali imunskih celic.

==Luka Fink - Kako fosforilacija integrinov regulira celične stike in signalizacijo==
Celična adhezija je bistvena za tvorbo organov, celično migracijo in interakcijo s ciljnimi celicami in zunajceličnim matriksom. Integrini so veliki proteinski heterodimeri α in β verige in tvorijo pomembno družino molekul celične adhezije. V zadnjih nekaj letih je prišlo do dramatičnega razvoja razumevanja regulacije integrina in izkazalo se je, da je fosforilacija le-tega temeljnega pomena. V tem seminarju želim razložiti, kako je aktivnost integrina regulirana z njegovo fosforilacijo. Proteinske kinaze in fosfataze inducirajo specifične fosforilacije in defosforilacije integrinov, kar jim omogoča uravnavanje dinamičnih interakcij s citoplazemskimi proteini. Eni izmed zunajceličnih ligandov, ki interagirajo z integrini so kolagen, fibrinogen, fibronektin in veliko drugih proteinov, ki imajo sekvenco, ki jo integrini lahko prepoznajo: –Arg–Gly–Asp– (RGD). Kratek citoplazemski podaljšek α in β podenote vzpostavlja povezave s citoskeletnimi proteini, ki ležijo pod plazmalemo: talin, α-aktinin, vinkulin, paxillin in drugi. Nekateri od teh delujejo kot pozitivni ali pa negativni regulatorji integrinov. S tem se dosežejo spremembe v celični adheziji in signalizaciji. LFA-1 (Lymphocyte function-associated antigen 1) integrin je bil uporabljen kot model za študijo adhezije. Je integrin, ki ga najdemo na limfocitih in levkocitih. Igra ključno vlogo pri migraciji levkocitov iz krvnega obtoka do tkiv. Fosforilacija α verige je nujno potrebna za indukcijo fosforilacije na β verigi v LFA-1. Signalni poti enega in drugega integrina, ki lahko aktivirata ali inaktivirata njuno funkcijo, sta nadzorovani s fosforilacijo β verige.

==Tin Vranjes - Strukturni pogled signalizacije z G proteini povezanih receptorjev v zunanjem segmentu paličice==
V zunanjem segmentu paličice poteka fototransdukcija. To je prevzem svetlobnega signala in njegova pretvorba po signalni poti v spremembo membranskega potenciala paličice. Struktura zunanjega segmenta je specializirana za potek signalne poti, s kupom membranskih diskov med katerimi se nahajajo ključne komponente za fototransdukcijo. S krio-elektronsko tomografijo(krio-ET) lahko dobimo 3- dimenzionalne slike znotraj celičnih okolij z nanometrske ločljivosti in malo motečih artefaktov.V kombinaciji z drugimi metodami nam je omogočila narediti velikostno konsistenten model zunanjega segmenta paličice. Pri sprožitvi kaskade reakcij fototransdukcije in njeni regulaciji je ključen rodopsin in kompleksi, ki jih tvori v svoji aktivirani obliki, s trnsducinom, GRK1 in arestinom. Iz tomografskih slik in strukturnih podatkov o PDE6, ki pretvarja cGMP v neciklično obliko, in GCs, ki pretvarja GMP v ciklično obliko, lahko sklepamo, da proteina delujeta tudi kot steberna proteina pri ohranjanju razdalje med membranskimi cikli. Pri fotostimulacji lahko merimo intrinzične optične signale, ki so posledica podaljšanja fotoreceptorskih celic ob fotostimulaciji. To bi lahko omogočala zgradba PDE6, katerega konformacija se pri aktivaciji spremeni in s tem poveča dolžino med membranskimi cikli. Razumevanje strukture proteinov in okolja v katerem poteka fototransdukcije je ključno za razumevanje bolezni mrežnice.

==Teja Mohar - Encimi za popravilo metabolitov==
V celici med seboj usklajeno deluje stotine metaboličnih encimov, ki so zelo specifični. A encimi niso popolni katalizatorji in zato, kljub njihovi visoki specifičnosti pod fiziološkimi razmerami, številni katalizirajo manj pogoste stranske reakcije, katerih rezultat so stranski produkti - nekanonični metaboliti. Lahko so neuporabna obremenitev metabolizma saj se lahko kopičijo v celicah in so lahko zaviralni in/ali reaktivni, kar včasih povzroči toksičnost. Zato so za trajno delovanje presnovnih poti potrebni mehanizmi za preprečevanje poškodb metabolitov ali za pretvorbo poškodovanih metabolitov nazaj v fiziološke oblike. Večje pomanjkanje encimov za popravilo metabolitov lahko pri ljudeh povzroči različne bolezni, pri višjih vretenčarjih pa ima lahko smrtonosne posledice. To kaže na njihovo pomembno vlogo pri celičnem metabolizmu. En popravljalni encim ima zmožnost katalizirati številne različne popravljalne reakcije. Velike metabolične poti pa lahko potrebujejo tudi več popravljalnih encimov. Glikoliza tako za popravilo napak potrebuje 10 popravljalnih encimov (G6PC3, PGP, ACYP1, NAXD, NAXE, L2HGDH, GLO1, GLO2, FN3K, MDP-1) in prenašalec (G6PT). Odkritje novih metabolitov, encimov in celotnih poti je omogočilo zdravljenje tudi prej slabo razumljenih bolezni. Glede na število popravljalnih encimov, ki so prisotni pri glikolizi je verjetno, da jih je treba odkriti še na stotine, ki ščitijo širok spekter presnovnih poti.

BIO2 Povzetki seminarjev 2022

2022-11-04T22:59:32Z

Tejamohar: /* POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2022/23 */

= POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2022/23 =
==Tinkara Korošec - Vpliv bakterijskega oponašanja evkariontskih signalnih molekul na človeka==

S koevolucijo patogenov in njegovih gostiteljev so oboji razvili svoje obrambne mehanizme. Pri nekaterih patogenih je ta proces vodil v evolucijo efektorskih proteinov, ki imitirajo evkariontske proteine in manipulirajo z gostiteljevimi signalnimi potimi. Pojav imenujemo imitacija molekul (angl. molecular mimicry). Gre za proteine, zelo podobne evkariontskim proteinom ali njihovim domenam. Patogene bakterije lahko imitirajo GTPazne regulatorje. Ti so dovzetni za biokemijske abnormalnosti, ki so direktno povezane z boleznimi. Največji skupek imitiranih proteinov so odkrili v bakterijskem rodu Legionella. Med okužbo patogen spremeni namembnost gostiteljske celice za optimizacijo pogojev, ki bakteriji omogočijo preživetje. Če se gostiteljske celice zdravijo, je tako okolje manj ugodno za bakterije in obolenje bo težje napredovalo. Z razumevanjem motivne imitacije preko kratkih linearnih motivov ali SLiM-ov, ki jo uporabljajo bakterije med okužbo, lahko razširimo spekter alternativ zdravljenja infekcij. S porastom rezistence na antibiotike, se je povečala tudi potreba po novih antibiotičnih terapijah. Obetavna alternativo antibiotikom predstavlja ciljanje gostitelja, da ta ustvari neugodno okolje za patogen, kar doseže s povzročanjem motenj v SLiM posredovanih interakcijah.

==Pia Kristanc - Toksini kot inhibitorji ionskih kanalov==

Toksini so sestavine živalskih strupov, ki na žrtev delujejo na različne načine. Njihov cilj so pogosto ionski kanali, saj tako lahko že majhna količina strupa močno vpliva na veliko različnih procesov. Toksini pogosto delujejo kot inhibitorji. Kanal lahko inhibirajo tako, da zmotijo mehanizem odpiranja in zapiranja ali pa se vežejo direktno v poro in tako zamašijo kanal. Ionski kanali so tudi zanimivi kot tarče za zdravila, vendar je zelo težko ustvariti takšna, ki bi ciljala točno določen ionski kanal. Znanstveniki so zato začeli raziskovati toksine kot potencialna biološka zdravila. Primer takšnega že potrjenega zdravila je zikonotid, ki se uporablja kot analgetik. Pridobljen je iz strupa stožčastega polža in deluje kot inhibitor od napetosti odvisnega kalcijevega kanala, ki se nahaja v živčevju. Toksin blokira kanalsko poro in tako onemogoči njegovo delovanje. Drug primer sta dva toksina, ki blokirata ionske kanale za zaznavanje kisline (ASIC). Pri teh proton igra vlogo liganda, odgovornega za odprtje in zaprtje, zato je kanal direktno odvisen od pH okolja. Toksina, ki ga lahko inhibirata, sta mambalagin, pridobljen iz kače črne mambe, in π-heksatoksin-Hi1a, pridobljen iz avstralskega pajka. Prvi deluje kot analgetik, drugi pa izboljšuje posledice po ishemični kapi. Raziskovanje delovanja toksinov je pripomoglo k poznavanju delovanja ionskih kanalov, hkrati pa odpira možnosti za razvoj raznih zdravil, predvsem analgetikov, ki ne bi vsebovali opioidov.

==Marcel Tušek - Pomembnost mitofagije, njena vloga ter korelacija z Atg32 receptorjem==

Mitofagija je specifičen proces, ki pomeni, da poteka avtofagija mitohondrija. Ta proces v celici je nastal evolucijsko. To lahko sklepamo po tem, da se aktivira v času pomanjkanja, kar je bilo preteklosti velikokrat prisotno, saj nismo vedno imeli dostopa do hrane. Poznamo tri vrste avtofagije. Celica ima dva procesa s katerima lahko uničuje visoko reaktivne kisikove radikale, ki nastanejo v času oksidativne fosforilacije. To sta mitofagija ter derivat NAC-a, saj obadva razgrajujeta te radikale. Razlika je, da NAC razgradi samo te radikale, medtem ko mitofagija pa kar celoten mitohondrij. Pri mitofagiji je trenutno znanih 32 proteinov, ki so specializirani samo za avtofagijo. Eden najpomembnejših izmed teh proteinov je Atg32, saj če on ni fosforiliran, mitofagija sploh ne more biti inducirana. Atg pomni, da je ta protein avtofagosomsko-povezan. Atg32 je transmembranski receptor, ki celici avtofagosomu sporoča, kam se naj veže. Najdemo ga na zunanji strani membrane mitohondrija. Pokazano je tudi bilo, da če Atg32 vežemo na peroksisome, jih je proces avtofagije sposoben razgraditi.

==Lucija Kovaček - Nekroptoza in njena vloga pri raku==
Nekroptoza je oblika celične smrti, kjer celica nabrekne, membrana poči in sprosti se znotrajcelična vsebina. Ta vsebuje tudi molekulske vzorce povezane s poškodbo celic oziroma DAMP (angl. damage-associated molecular patterns), ki povzročijo provnetni odziv. Nekroptoza je pomembna zlasti pri regulaciji rasti tumorjev in imunskem odzivu. Regulirana je s proteinskimi kinazami povezanimi z receptorji (angl. receptor-interacting protein kinases) ali z RIP kinazami, bolj natančno z RIPK1 in RIPK3. Procesi signalizacije celične smrti imajo ključno vlogo pri regulaciji tumorjev, saj so se rakave celice prilagodile, tako da bi nekroptozi ubežale. RIP kinaze lahko vplivajo na rast tumorjev z uravnavanjem aktivnosti imunskih efektorjev v tumorskem mikrookolju. Smrt rakavih celic z nekroptozo, lahko tako trajno okrepi protitumorsko imunost. Kljub temu pa obstajajo primeri, pri katerih RIP kinaze povzročijo vnetje in pomagajo pri napredovanju tumorja. Znanstveniki zato želijo raziskati, kako je aktivnost RIP kinaz regulirana v tumorjih in v imunskih celicah ter kako se ti procesi med seboj usklajujejo. To nam bi pomagalo bolje razumeti tumorigenezo in možnosti njenega nadzora v prihodnosti. Šele ko bomo popolnoma razumeli mehanizem regulacije nekroptoze pri raku, bomo lahko zasnovali nove terapije za njegovo premagovanje, kjer ne bi več ogrožali imunskih celic.

==Luka Fink - Kako fosforilacija integrinov regulira celične stike in signalizacijo==
Celična adhezija je bistvena za tvorbo organov, celično migracijo in interakcijo s ciljnimi celicami in zunajceličnim matriksom. Integrini so veliki proteinski heterodimeri α in β verige in tvorijo pomembno družino molekul celične adhezije. V zadnjih nekaj letih je prišlo do dramatičnega razvoja razumevanja regulacije integrina in izkazalo se je, da je fosforilacija le-tega temeljnega pomena. V tem seminarju želim razložiti, kako je aktivnost integrina regulirana z njegovo fosforilacijo. Proteinske kinaze in fosfataze inducirajo specifične fosforilacije in defosforilacije integrinov, kar jim omogoča uravnavanje dinamičnih interakcij s citoplazemskimi proteini. Eni izmed zunajceličnih ligandov, ki interagirajo z integrini so kolagen, fibrinogen, fibronektin in veliko drugih proteinov, ki imajo sekvenco, ki jo integrini lahko prepoznajo: –Arg–Gly–Asp– (RGD). Kratek citoplazemski podaljšek α in β podenote vzpostavlja povezave s citoskeletnimi proteini, ki ležijo pod plazmalemo: talin, α-aktinin, vinkulin, paxillin in drugi. Nekateri od teh delujejo kot pozitivni ali pa negativni regulatorji integrinov. S tem se dosežejo spremembe v celični adheziji in signalizaciji. LFA-1 (Lymphocyte function-associated antigen 1) integrin je bil uporabljen kot model za študijo adhezije. Je integrin, ki ga najdemo na limfocitih in levkocitih. Igra ključno vlogo pri migraciji levkocitov iz krvnega obtoka do tkiv. Fosforilacija α verige je nujno potrebna za indukcijo fosforilacije na β verigi v LFA-1. Signalni poti enega in drugega integrina, ki lahko aktivirata ali inaktivirata njuno funkcijo, sta nadzorovani s fosforilacijo β verige.

==Tin Vranjes - Strukturni pogled signalizacije z G proteini povezanih receptorjev v zunanjem segmentu paličice==
V zunanjem segmentu paličice poteka fototransdukcija. To je prevzem svetlobnega signala in njegova pretvorba po signalni poti v spremembo membranskega potenciala paličice. Struktura zunanjega segmenta je specializirana za potek signalne poti, s kupom membranskih diskov med katerimi se nahajajo ključne komponente za fototransdukcijo. S krio-elektronsko tomografijo(krio-ET) lahko dobimo 3- dimenzionalne slike znotraj celičnih okolij z nanometrske ločljivosti in malo motečih artefaktov.V kombinaciji z drugimi metodami nam je omogočila narediti velikostno konsistenten model zunanjega segmenta paličice. Pri sprožitvi kaskade reakcij fototransdukcije in njeni regulaciji je ključen rodopsin in kompleksi, ki jih tvori v svoji aktivirani obliki, s trnsducinom, GRK1 in arestinom. Iz tomografskih slik in strukturnih podatkov o PDE6, ki pretvarja cGMP v neciklično obliko, in GCs, ki pretvarja GMP v ciklično obliko, lahko sklepamo, da proteina delujeta tudi kot steberna proteina pri ohranjanju razdalje med membranskimi cikli. Pri fotostimulacji lahko merimo intrinzične optične signale, ki so posledica podaljšanja fotoreceptorskih celic ob fotostimulaciji. To bi lahko omogočala zgradba PDE6, katerega konformacija se pri aktivaciji spremeni in s tem poveča dolžino med membranskimi cikli. Razumevanje strukture proteinov in okolja v katerem poteka fototransdukcije je ključno za razumevanje bolezni mrežnice.

==Teja Mohar - Encimi za popravilo metabolitov==
V celici med seboj usklajeno deluje stotine metaboličnih encimov, ki so zelo specifični. A encimi niso popolni katalizatorji in zato, kljub njihovi visoki specifičnosti pod fiziološkimi razmerami, številni katalizirajo manj pogoste stranske reakcije, katerih rezultat so stranski produkti - nekanonični metaboliti. Lahko so neuporabna obremenitev metabolizma saj se lahko kopičijo v celicah in so lahko zaviralni in/ali reaktivni, kar včasih povzroči toksičnost. Zato so za trajno delovanje presnovnih poti potrebni mehanizmi za preprečevanje poškodb metabolitov ali za pretvorbo poškodovanih metabolitov nazaj v fiziološke oblike. Večje pomanjkanje encimov za popravilo metabolitov lahko pri ljudeh povzroči različne bolezni, pri višjih vretenčarjih pa ima lahko smrtonosne posledice. To kaže na njihovo pomembno vlogo pri celičnem metabolizmu. En popravljalni encim ima zmožnost katalizirati številne različne popravljalne reakcije. Velike metabolične poti pa lahko potrebujejo tudi več popravljalnih encimov. Glikoliza tako za popravilo napak potrebuje 10 popravljalnih encimov (G6PC3, PGP, ACYP1, NAXD, NAXE, L2HGDH, GLO1, GLO2, FN3K, MDP-1) in prenašalec (G6PT). Odkritje novih metabolitov, encimov in celotnih poti je slabo razumljive bolezni pripeljalo do te mere, da jih je mogoče zdraviti. Glede na število popravljalnih encimov, ki so prisotni pri glikolizi je verjetno, da jih je treba odkriti še na stotine, ki ščitijo širok spekter presnovnih poti.

BIO2 Seminar 2022

2022-11-03T16:42:23Z

Tejamohar: /* Seznam seminarjev */

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

== Seznam seminarjev ==
{| class="wikitable"
! ime in priimek !! poglavje !! naslov seminarja !! recenzent 1 !! recenzent 2 !! datum oddaje !! datum recenzije !! datum predstavitve
|-
! Tinkara Korošec
| 12 || Vpliv bakterijskega oponašanja evkariontskih signalih molekul na človeka || Martin Kresal || Lena Kogoj || 24/10/20 || 25/10/20 || 26/10/20
|-
! Marcel Tušek
| 12 || Pomembnost mitofagije, njena vloga ter korelacija z Atg32 receptorjem || Laura Trček || Naja Pečovnik Wutt || 24/10/20 || 25/10/20 || 26/10/20
|-
! Pia Kristanc
| 12 || Toksini kot inhibitorji ionskih kanalov || Filip Petrovič || Matija Novel || 24/10/20 || 25/10/20 || 26/10/20
|-
! Samo Pucihar
| 12 || Vpliv dopaminskega D1 receptorja na raka || Patricija Kolander || Sofija Stevanović || 24/10/20 || 25/10/20 || 26/10/20
|-
! Luka Fink
| 12 || Kako fosforilacija integrinov regulira celične stike in signalizacijo || Tonja Jeromelj || Martin Kresal || 28/10/20 || 31/10/20 || 02/11/20
|-
! Tin Vranješ
| 12 || Strukturni pogled signalizacije z G proteini povezanih receptorjev v zunanjem segmentu paličice|| Marcel Tušek || Laura Trček || 28/10/20 || 31/10/20 || 02/11/20
|-
! Lucija Kovaček
| 12 || Nekroptoza in njena vloga pri raku || Pia Kristanc || Filip Petrovič || 28/10/20 || 31/10/20 || 02/11/20
|-
! Mark Varlamov
| 12 || GPCR-nadzorovana kemotaksa v amebah vrste D. discoideum || Samo Pucihar || Patricija Kolander || 28/10/20 || 31/10/20 || 02/11/20
|-
! Klemen Justin
| 14-15 || || Luka Fink || Tonja Jeromelj || 04/11/20 || 07/11/20 || 09/11/20
|-
! Teja Mohar
| 14-15 || Encimi za popravilo metabolitov || Tin Vranješ || Marcel Tušek || 04/11/20 || 07/11/20 || 09/11/20
|-
! Tea Amidović
| 14-15 || Karakterizacija glikoproteoma || Lucija Kovaček || Pia Kristanc || 04/11/20 || 07/11/20 || 09/11/20
|-
! Taja Pojbič
| 14-15 || Pentoza-fosfatna pot in rak || Mark Varlamov || Samo Pucihar || 04/11/20 || 07/11/20 || 09/11/20
|-
! Deni Krašna
| 16 || Krebsov cikel - zvezdišče viroimunometabolizma || Klemen Justin || Luka Fink || 11/11/20 || 14/11/20 || 16/11/20
|-
! Zara Bunc
| 16 || Krebsov cikel kot tarča za zdravljenje raka || Teja Mohar || Tin Vranješ || 11/11/20 || 14/11/20 || 16/11/20
|-
! Urša Lah
| 16 || Acetil CoA in kromatin || Tea Amidović || Lucija Kovaček || 11/11/20 || 14/11/20 || 16/11/20
|-
! Žiga Koren
| 16 || || Taja Pojbič || Mark Varlamov || 11/11/20 || 14/11/20 || 16/11/20
|-
! Tim-David Agrež
| 17 || || Deni Krašna || Klemen Justin || 18/11/20 || 21/11/20 || 23/11/20
|-
! Aleš Poljanšek
| 17 || || Zara Bunc || Teja Mohar || 18/11/20 || 21/11/20 || 23/11/20
|-
! Tonja Jeromelj
| 17 || || Urša Lah || Tea Amidović || 18/11/20 || 21/11/20 || 23/11/20
|-
! Miha Tomšič
| 17 || || Žiga Koren || Taja Pojbič || 18/11/20 || 21/11/20 || 23/11/20
|-
! Leila Bohorč
| 18 || || Tim-David Agrež || Deni Krašna || 25/11/20 || 28/11/20 || 30/11/20
|-
! Teo Trost
| 18 || || Aleš Poljanšek || Zara Bunc || 25/11/20 || 28/11/20 || 30/11/20
|-
! Ivana Stojić
| 18 || Motnje cikla sečnine v povezavi z zgodnjimi znaki raka || Tinkara Korošec || Urša Lah || 25/11/20 || 28/11/20 || 30/11/20
|-
! Lara Rajterič
| 18 || Vloga metabolizma aminokislin pri zdravljenju raka || Miha Tomšič || Žiga Koren || 25/11/20 || 28/11/20 || 30/11/20
|-
! Primož Šenica Pavletič
| 19 || || Leila Bohorč || Tim-David Agrež || 02/12/20 || 05/12/20 || 07/12/20
|-
! Špela Auer
| 19 || Kompleks II sukcinat dehidrogenaza || Teo Trost || Aleš Poljanšek || 02/12/20 || 05/12/20 || 07/12/20
|-
! Gal Kastelic
| 19 || || Ivana Stojić || Tinkara Korošec || 02/12/20 || 05/12/20 || 07/12/20
|-
! Miljan Trajković
| 19 || || Lara Rajterič || Miha Tomšič || 02/12/20 || 05/12/20 || 07/12/20
|-
! Taja Mužič
| 20 || || Primož Šenica Pavletič || Leila Bohorč || 09/12/20 || 12/12/20 || 14/12/20
|-
! Mia Kobal
| 20 || || Špela Auer || Teo Trost || 09/12/20 || 12/12/20 || 14/12/20
|-
! Laura Simonič
| 20 || || Gal Kastelic || Ivana Stojić || 09/12/20 || 12/12/20 || 14/12/20
|-
! Karin Rak
| 20 || || Miljan Trajković || Lara Rajterič || 09/12/20 || 12/12/20 || 14/12/20
|-
! Ula Mikoš
| 21 || Vitamin E || Taja Mužič || Primož Šenica Pavletič || 16/12/20 || 19/12/20 || 21/12/20
|-
! Lara Zupanc
| 21 || || Mia Kobal || Špela Auer || 16/12/20 || 19/12/20 || 21/12/20
|-
! Lena Kogoj
| 21 || SPM lipidi || Laura Simonič || Gal Kastelic || 16/12/20 || 19/12/20 || 21/12/20
|-
! Naja Pečovnik Wutt
| 22 || || Karin Rak || Miljan Trajković || 16/12/20 || 19/12/20 || 21/12/20
|-
! Matija Novel
| 22 || Kreatin in protitumorna imuniteta T celic || Ula Mikoš || Taja Mužič || 30/12/20 || 02/01/21 || 04/01/21
|-
! Sofija Stevanović
| 22 || || Lara Zupanc || Mia Kobal || 30/12/20 || 02/01/21 || 04/01/21
|-
! Martin Kresal
| 23 || || Lena Kogoj || Laura Simonič || 30/12/20 || 02/01/21 || 04/01/21
|-
! Laura Trček
| 23 || || Naja Pečovnik Wutt || Karin Rak || 30/12/20 || 02/01/21 || 04/01/21
|-
! Filip Petrovič
| 23 || || Matija Novel || Ula Mikoš || 06/01/21 || 09/01/21 || 11/01/21
|-
! Patricija Kolander
| 23 || || Sofija Stevanović || Lara Zupanc || 06/01/21 || 09/01/21 || 11/01/21
|}

*številka v okencu za temo pomeni poglavje v Lehningerju, v katerega naj izbrana tema spada
Razporeditev je začasna in se lahko še spremeni, načeloma pa se termini do vključno 18. poglavja ne bodo spreminjali.
Prosim, da mi sporočite morebitne napake ali če vas nisem razporedil.

== 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 [https://libgen.is/ tukaj].

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* [[BIO2 Povzetki seminarjev 2021|Povzetek seminarja]] opišete na wikiju '''v 200 besedah''' (+- dvajset besed) - najkasneje do dne, ko morate oddati seminar recenzentom. Pvzetek je tudi del pisnega izdelka.
* 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). Obseg seminarja naj bo 2700 do 3000 besed , a ne več kot 3500 besed. Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike, bolje več. 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 15-18 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 okviru 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.docx za seminar, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor.docx
* 312_BIO_Priimek_ime_final.docx za končno verzijo seminarja
* 312_BIO_Priimek_Ime_rec_Priimek2.docx 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.pptx 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.

TBK 2022 Povzetki seminarjev

2022-03-23T00:56:40Z

Tejamohar: /* Mohar, Teja: (Bio)zaznavanje proteinskih interakcij */

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

TBK 2022 Povzetki seminarjev

2022-03-18T22:52:32Z

Tejamohar:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Temelji biokemije 2023 - seminar

2022-03-18T19:22:39Z

Tejamohar: /* Seznam seminarjev */

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

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

== Seznam seminarjev ==

{| class="wikitable"
! Priimek in ime !! Naslov seminarja !! Povezava !! Rok za oddajo !! Rok za recenzijo !! Datum predstavitve !! Recenzent 1 !! Recenzent 2 !! Recenzent 3
|-
| Fink, Luka || Protitumorsko zdravilo spodbuja hujšanje pri miših || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220224140853.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Bunc, Zara || Pečovnik Wutt, Naja || Malik, Lara
|-
| Kogoj, Lena || Umetno narejene proteinske mišice zdaj realnost || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220128141254.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Pucihar, Samo || Pojbič, Taja || Novel, Matija
|-
| Korošec, Tinkara || Superbakterije in novi pristopi k razumevanju vzroka rezistence || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220217181730.htm
|| 04.03. || 07.03. || 10.03. || Kovaček, Lucija || Trček, Laura || Petrovič, Filip
|-
| Krašna, Deni || Odkrit ključ za nadzor celične smrti || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220218100724.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Stojić, Ivana || Bernik, Miha || Kolenc, Klara
|-
| Mezek, Tajda || Multipla skleroza verjetno posledica okužbe z Epstein-Barr virusom || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220113151342.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Trajković, Miljan || Jeromelj, Tonja || Koren, Žiga
|-
| Auer, Špela || Vpliv proteina na vnetja || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220125124029.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Žerovnik, Klara || Poljanšek, Aleš || Matek, Nik
|-
| Mikoš, Ula || Unikaten tubulin, ki se v amebi igra skrivalnice || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220225085843.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Zupanc, Lara || Vogrič, Vanja || Trost, Teo
|-
| Mužič, Taja || Smrtonosna kombinacija, ki neposredno sproži celično smrt || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220113111451.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Petrov, Mario || Vranješ, Tin || Varlamov, Mark
|-
| Rajterič, Lara || Z novim sistemom do hitrejšega nadzora nad nanodelci za dostavo zdravil || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220210114055.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Trobiš, Veronika || Agrež, Tim-David || Justin, Klemen
|-
| Simonič, Laura || Yin in Yang mitohondrijske arhitekture || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220210154147.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Velkovska, Tamara || Bunc, Zara || Kresal, Martin
|-
| Kristanc, Pia || pH odgovoren za bakterijsko rezistenco || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220218080243.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Fink, Luka || Pucihar, Samo || Pečovnik Wutt, Naja
|-
| Lah, Urša || Kolibaktin; bakterijski toksin, ki sproži indukcijo profaga ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220223111242.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Kogoj, Lena || Kovaček, Lucija || Pojbič, Taja
|-
| Mohar, Teja || (Bio)zaznavanje proteinskih interakcij || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220223104855.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Korošec, Tinkara || Stojić, Ivana || Trček, Laura
|-
| Tušek, Marcel || Protein, ki izrazito pospeši izrazitev genov || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220310143750.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Krašna, Deni || Trajković, Miljan || Bernik, Miha
|-
| Brajer, Mirta || Sodelovanje virusov in bakterij pri nastanku raka || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220224112615.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mezek, Tajda || Žerovnik, Klara || Jeromelj, Tonja
|-
| Kastelic, Gal || avtofagija pomaga pri celjenju ran || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220310115134.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Auer, Špela || Zupanc, Lara || Poljanšek, Aleš
|-
| Malik, Lara || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mikoš, Ula || Petrov, Mario || Vogrič, Vanja
|-
| Novel, Matija || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220211102033.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mužič, Taja || Trobiš, Veronika || Vranješ, Tin
|-
| Petrovič, Filip || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220105103131.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Rajterič, Lara || Velkovska, Tamara || Agrež, Tim-David
|-
| Kolenc, Klara ||Odkrili kako virusi povzročijo avtoimune bolezni ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220228103805.htm || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Simonič, Laura || Fink, Luka || Bunc, Zara
|-
| Koren, Žiga || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Kristanc, Pia || Kogoj, Lena || Pucihar, Samo
|-
| Matek, Nik || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Lah, Urša || Korošec, Tinkara || Kovaček, Lucija
|-
| Trost, Teo || Sonogenetika in aktivacija živalskih celic z ultrazvokom || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220209093410.htm || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Mohar, Teja || Krašna, Deni || Stojić, Ivana
|-
| Varlamov, Mark || Razmnoževanje virusa ošpic || https://www.sciencedaily.com/releases/2021/09/210923115553.htm || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Tušek, Marcel || Mezek, Tajda || Trajković, Miljan
|-
| Justin, Klemen || Protein SARS-CoV-2 krivec za okužbe, a tudi pot do rešitve || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220216121828.htm || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Brajer, Mirta || Auer, Špela || Žerovnik, Klara
|-
| Kresal, Martin || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Kastelic, Gal || Mikoš, Ula || Zupanc, Lara
|-
| Pečovnik Wutt, Naja || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Malik, Lara || Mužič, Taja || Petrov, Mario
|-
| Pojbič, Taja || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Novel, Matija || Rajterič, Lara || Trobiš, Veronika
|-
| Trček, Laura || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Petrovič, Filip || Simonič, Laura || Velkovska, Tamara
|-
| Bernik, Miha || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Kolenc, Klara || Kristanc, Pia || Fink, Luka
|-
| Jeromelj, Tonja || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Koren, Žiga || Lah, Urša || Kogoj, Lena
|-
| Poljanšek, Aleš || Nov koncept za boj proti odpornosti bakterij na antibiotike || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220222135331.htm || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Matek, Nik || Mohar, Teja || Korošec, Tinkara
|-
| Vogrič, Vanja || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Trost, Teo || Tušek, Marcel || Krašna, Deni
|-
| Vranješ, Tin || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Varlamov, Mark || Brajer, Mirta || Mezek, Tajda
|-
| Agrež, Tim-David || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Justin, Klemen || Kastelic, Gal || Auer, Špela
|-
| Bunc, Zara || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220307113136.htm || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Kresal, Martin || Malik, Lara || Mikoš, Ula
|-
| Pucihar, Samo || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Pečovnik Wutt, Naja || Novel, Matija || Mužič, Taja
|-
| Dehondt, Johan || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220225100249.htm || 22.04. || 25.04. || 28.04. || || ||
|-
| Vitard, Arthur || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || || ||
|-
| Kovaček, Lucija || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220301192417.htm || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Pojbič, Taja || Petrovič, Filip || Rajterič, Lara
|-
| Stojić, Ivana ||Biološke nevrone kmalu nadomestili umetni ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220222121302.htm || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Trček, Laura || Kolenc, Klara || Simonič, Laura
|-
| Trajković, Miljan || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Bernik, Miha || Koren, Žiga || Kristanc, Pia
|-
| Žerovnik, Klara || ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220314120705.htm || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Jeromelj, Tonja || Matek, Nik || Lah, Urša
|-
| Zupanc, Lara || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220228190958.htm || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Poljanšek, Aleš || Trost, Teo || Mohar, Teja
|-
| Petrov, Mario || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Vogrič, Vanja || Varlamov, Mark || Tušek, Marcel
|-
| Trobiš, Veronika || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Vranješ, Tin || Justin, Klemen || Brajer, Mirta
|-
| Velkovska, Tamara || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Agrež, Tim-David || Kresal, Martin || Kastelic, Gal
|}

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

'''Torej, povzeto''':

1. Seminarsko nalogo avtor do določenega datuma odda [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tukaj], istočasno pa se povzetek v odda [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/TBK2021_Povzetki_seminarjev tukaj].

2. Do določenega datuma recenzenti pregledajo nalogo in oddajo datoteko z morebitnimi komentarji/popravki [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tukaj], istočasno pa oddajo svojo ''recenzentsko'' oceno preko povezave v [https://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

3. Avtor pripravi končno obliko seminarske naloge in jo odda [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tukaj] vsaj 1 dan pred predstavitvijo.

4. Po predstavitvi ''vsi'' (tako recenzenti kot ostali kolegi) oddate oceno predstavitve preko povezave v [https://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

Ne pozabite na pravila pri poimenovanju datotek.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki jih pošiljate, poimenujete po spodnjih pravilih. '''Ne uporabljajte ČŽŠčžš!'''
Poslati morate naslednje datoteke:
* TBK_2022_Priimek_Ime.docx za seminar, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor.docx
* TBK_2022_Priimek_ime_final.docx za končno verzijo seminarja
* TBK_2022_Priimek_Ime_rec_Priimek2.docx za recenzijo ('''''ne''''' TBK_2022_Priimek_Ime.docx_rec_Priimek2.docx), kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* TBK_2022_Priimek_Ime.pdf za prezentacijo (PowerPoint -> Shrani kot PDF), npr TBK_2022_Guncar_Gregor.pdf
* TBK_2022_Priimek_Ime_clanek.pdf za datoteko PDF, ki vsebuje izvirni članek, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor_clanek.pdf

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

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

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

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

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

Temelji biokemije 2023 - seminar

2022-03-11T21:18:11Z

Tejamohar: /* Seznam seminarjev */

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

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

== Seznam seminarjev ==

{| class="wikitable"
! Priimek in ime !! Naslov seminarja !! Povezava !! Rok za oddajo !! Rok za recenzijo !! Datum predstavitve !! Recenzent 1 !! Recenzent 2 !! Recenzent 3
|-
| Fink, Luka || Protitumorsko zdravilo spodbuja hujšanje pri miših || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220224140853.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Bunc, Zara || Pečovnik Wutt, Naja || Malik, Lara
|-
| Kogoj, Lena || Umetno narejene proteinske mišice zdaj realnost || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220128141254.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Pucihar, Samo || Pojbič, Taja || Novel, Matija
|-
| Korošec, Tinkara || Superbakterije in novi pristopi k razumevanju vzroka rezistence || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220217181730.htm
|| 04.03. || 07.03. || 10.03. || Kovaček, Lucija || Trček, Laura || Petrovič, Filip
|-
| Krašna, Deni || Odkrit ključ za nadzor celične smrti || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220218100724.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Stojić, Ivana || Bernik, Miha || Kolenc, Klara
|-
| Mezek, Tajda || Multipla skleroza verjetno posledica okužbe z Epstein-Barr virusom || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220113151342.htm || 04.03. || 07.03. || 10.03. || Trajković, Miljan || Jeromelj, Tonja || Koren, Žiga
|-
| Auer, Špela || Vpliv proteina na vnetja || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220125124029.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Žerovnik, Klara || Poljanšek, Aleš || Matek, Nik
|-
| Mikoš, Ula || Unikaten tubulin, ki se v bakteriji igra skrivalnice || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220225085843.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Zupanc, Lara || Vogrič, Vanja || Trost, Teo
|-
| Mužič, Taja || Smrtonosna kombinacija, ki neposredno sproži celično smrt || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220113111451.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Petrov, Mario || Vranješ, Tin || Varlamov, Mark
|-
| Rajterič, Lara || Z novim sistemom do hitrejšega nadzora nad nanodelci za dostavo zdravil || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220210114055.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Trobiš, Veronika || Agrež, Tim-David || Justin, Klemen
|-
| Simonič, Laura || Yin in Yang mitohondrijske arhitekture || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220210154147.htm || 11.03. || 14.03. || 17.03. || Velkovska, Tamara || Bunc, Zara || Kresal, Martin
|-
| Kristanc, Pia || Proteinska struktura odkriva mehanizem rezistence proti zdravilom pri bakterijah || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220218080243.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Fink, Luka || Pucihar, Samo || Pečovnik Wutt, Naja
|-
| Lah, Urša || Kolibaktin; bakterijski toksin, ki sproži indukcijo profaga ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220223111242.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Kogoj, Lena || Kovaček, Lucija || Pojbič, Taja
|-
| Mohar, Teja || Zaznavanje proteinskih interakcij || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220223104855.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Korošec, Tinkara || Stojić, Ivana || Trček, Laura
|-
| Tušek, Marcel || Prihodnost shranjevanja podatkov je v obliki dvojnega heliksa || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220303162030.htm || 18.03. || 21.03. || 24.03. || Krašna, Deni || Trajković, Miljan || Bernik, Miha
|-
| Brajer, Mirta || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220224112615.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mezek, Tajda || Žerovnik, Klara || Jeromelj, Tonja
|-
| Kastelic, Gal || Popravilo poškodb v DNK || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220308155623.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Auer, Špela || Zupanc, Lara || Poljanšek, Aleš
|-
| Malik, Lara || || || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mikoš, Ula || Petrov, Mario || Vogrič, Vanja
|-
| Novel, Matija || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220211102033.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Mužič, Taja || Trobiš, Veronika || Vranješ, Tin
|-
| Petrovič, Filip || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220105103131.htm || 25.03. || 28.03. || 31.03. || Rajterič, Lara || Velkovska, Tamara || Agrež, Tim-David
|-
| Kolenc, Klara ||Odkrili kako virusi povzročijo avtoimune bolezni ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220228103805.htm || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Simonič, Laura || Fink, Luka || Bunc, Zara
|-
| Koren, Žiga || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Kristanc, Pia || Kogoj, Lena || Pucihar, Samo
|-
| Matek, Nik || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Lah, Urša || Korošec, Tinkara || Kovaček, Lucija
|-
| Trost, Teo || || || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Mohar, Teja || Krašna, Deni || Stojić, Ivana
|-
| Varlamov, Mark || Razmnoževanje virusa ošpic || https://www.sciencedaily.com/releases/2021/09/210923115553.htm || 01.04. || 04.04. || 07.04. || Tušek, Marcel || Mezek, Tajda || Trajković, Miljan
|-
| Justin, Klemen || Protein SARS-CoV-2 krivec za okužbe, a tudi pot do rešitve || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220216121828.htm || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Brajer, Mirta || Auer, Špela || Žerovnik, Klara
|-
| Kresal, Martin || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Kastelic, Gal || Mikoš, Ula || Zupanc, Lara
|-
| Pečovnik Wutt, Naja || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Malik, Lara || Mužič, Taja || Petrov, Mario
|-
| Pojbič, Taja || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Novel, Matija || Rajterič, Lara || Trobiš, Veronika
|-
| Trček, Laura || || || 08.04. || 11.04. || 14.04. || Petrovič, Filip || Simonič, Laura || Velkovska, Tamara
|-
| Bernik, Miha || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Kolenc, Klara || Kristanc, Pia || Fink, Luka
|-
| Jeromelj, Tonja || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Koren, Žiga || Lah, Urša || Kogoj, Lena
|-
| Poljanšek, Aleš || Nov koncept za boj proti odpornosti bakterij na antibiotike || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220222135331.htm || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Matek, Nik || Mohar, Teja || Korošec, Tinkara
|-
| Vogrič, Vanja || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Trost, Teo || Tušek, Marcel || Krašna, Deni
|-
| Vranješ, Tin || || || 15.04. || 18.04. || 21.04. || Varlamov, Mark || Brajer, Mirta || Mezek, Tajda
|-
| Agrež, Tim-David || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Justin, Klemen || Kastelic, Gal || Auer, Špela
|-
| Bunc, Zara || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Kresal, Martin || Malik, Lara || Mikoš, Ula
|-
| Pucihar, Samo || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || Pečovnik Wutt, Naja || Novel, Matija || Mužič, Taja
|-
| Dehondt, Johan || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || || ||
|-
| Vitard, Arthur || || || 22.04. || 25.04. || 28.04. || || ||
|-
| Kovaček, Lucija || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Pojbič, Taja || Petrovič, Filip || Rajterič, Lara
|-
| Stojić, Ivana ||Biološke nevrone kmalu nadomestili umetni ||https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220222121302.htm || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Trček, Laura || Kolenc, Klara || Simonič, Laura
|-
| Trajković, Miljan || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Bernik, Miha || Koren, Žiga || Kristanc, Pia
|-
| Žerovnik, Klara || || || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Jeromelj, Tonja || Matek, Nik || Lah, Urša
|-
| Zupanc, Lara || || https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220228190958.htm || 29.04. || 02.05. || 05.05. || Poljanšek, Aleš || Trost, Teo || Mohar, Teja
|-
| Petrov, Mario || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Vogrič, Vanja || Varlamov, Mark || Tušek, Marcel
|-
| Trobiš, Veronika || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Vranješ, Tin || Justin, Klemen || Brajer, Mirta
|-
| Velkovska, Tamara || || || 06.05. || 09.05. || 12.05. || Agrež, Tim-David || Kresal, Martin || Kastelic, Gal
|}

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

'''Torej, povzeto''':

1. Seminarsko nalogo avtor do določenega datuma odda [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tukaj], istočasno pa se povzetek v odda [http://wiki.fkkt.uni-lj.si/index.php/TBK2021_Povzetki_seminarjev tukaj].

2. Do določenega datuma recenzenti pregledajo nalogo in oddajo datoteko z morebitnimi komentarji/popravki [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tukaj], istočasno pa oddajo svojo ''recenzentsko'' oceno preko povezave v [https://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

3. Avtor pripravi končno obliko seminarske naloge in jo odda [http://bio.ijs.si/~zajec/tbk/poslji/ tukaj] vsaj 1 dan pred predstavitvijo.

4. Po predstavitvi ''vsi'' (tako recenzenti kot ostali kolegi) oddate oceno predstavitve preko povezave v [https://ucilnica.fkkt.uni-lj.si/ spletni učilnici].

Ne pozabite na pravila pri poimenovanju datotek.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki jih pošiljate, poimenujete po spodnjih pravilih. '''Ne uporabljajte ČŽŠčžš!'''
Poslati morate naslednje datoteke:
* TBK_2022_Priimek_Ime.docx za seminar, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor.docx
* TBK_2022_Priimek_ime_final.docx za končno verzijo seminarja
* TBK_2022_Priimek_Ime_rec_Priimek2.docx za recenzijo ('''''ne''''' TBK_2022_Priimek_Ime.docx_rec_Priimek2.docx), kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* TBK_2022_Priimek_Ime.pdf za prezentacijo (PowerPoint -> Shrani kot PDF), npr TBK_2022_Guncar_Gregor.pdf
* TBK_2022_Priimek_Ime_clanek.pdf za datoteko PDF, ki vsebuje izvirni članek, npr. TBK_2022_Guncar_Gregor_clanek.pdf

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

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

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

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

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