TBK 2022 Povzetki seminarjev

Ime in priimek: Naslov seminarja

Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae dicta sunt explicabo. Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit aspernatur aut odit aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores eos qui ratione voluptatem sequi nesciunt. Neque porro quisquam est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, consectetur, adipisci velit, sed quia non numquam eius modi tempora incidunt ut labore et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. Ut enim ad minima veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis suscipit laboriosam, nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? Quis autem vel eum iure reprehenderit qui in ea voluptate velit esse quam nihil molestiae consequatur, vel illum qui dolorem eum fugiat quo voluptas nulla pariatur?

Živa Urh: Zmanjšanje transkripcijske aktivnosti povzroči stresno pogojena jedrna kondenzacija NELF

V stresnih razmerah celice preklopijo iz običajnega v bolj omejen način delovanja, da se zaščitijo pred poškodbami. Pri tem si pomagajo na različne načine. Eden od načinov je varnostni program imenovan toplotni šok, ki je povezan s hitro regulacijo genske aktivnosti (zmanjšanjem transkripcije) v stresnih situacijah. Stres povzroči nastanek jedrnih kondenzatov NELF, ki nastanejo, ko NELF tvori kapljice. NELF ali negativni podaljševalni dejavnik, je proteinski kompleks iz več podenot, ki se ob jedrnem signalu oblikuje v kondenzate oz. kapljice. Vezava kompleksa NELF na promotorje vzdrževalnih genov je tista, ki povzroči slabšo mobilnost RNA polimeraze II in posledično slabše prepisovanje genov ter tako zmanjša proizvodnjo proteinov, ki niso nujni v stresnih razmerah. Mehanizem nastanka jedrnih kondenzatov je povezan z defosforilacijo NELF in nadaljnjo SUMOilacijo. Ta dva procesa spadata pod posebne post-translacijske modifikacije (PTM), ki so bistvene za kondenzacijo NELF. Pomembno vlogo pri formaciji kondenzatov NELF imajo tudi neurejene regije (IDR), ki jih najdemo pri posameznih podenotah tega proteinskega kompleksa. IDR so deli proteinov brez fiksne strukture in delujejo kot lovke. Povezave med lovkami podenot A in E med so bistvenega pomena za tvorbo kapljic oz. kondenzatov. Celice, ki zaradi pomanjkanja lovk pri podenotah ne tvorijo kondenzatov NELF tudi ne zmanjšajo transkripcije. Posledično take celice normalno prepisujejo gene in so tako bolj dovzetne za celično smrt.

Tinkara Butara: Kako rastline zaznajo napad herbivorov

Rastline niso nemočni opazovalci dogajanja okoli njih, ampak se na okoliške dražljaje tudi odzivajo. Skozi evolucijo so razvile posebne obrambne mehanizme, ki se sprožijo kot odgovor na elicitorje. Elicitorji so kemijske zvrsti, ki jih lahko izločajo herbivori ali pa rastline same. Te kemijske zvrsti se vežejo na proteinske receptorje na celični membrani in tako sprožijo odziv, na primer na objedanje. Sporočilo o nevarnosti se nato širi do lokalno poškodovanih delov rastline in sistemsko opozarja celotno rastlino na poškodbo. Rastlini lastni elicitorji so najpreprostejši tip, med katerimi je najbolj univerzalen zunajcelični ATP. Primerni elicitorji herbivorov so prebavni encimi v njihovi slini ter konjugati maščobnih kislin in aminokislin. Odziv rastline na napad herbivora pa je lahko povezan tudi s simbiotskimi organizmi herbivora. Ti lahko izločajo snovi s katerimi omogočijo lažji razvoj insekta ali pa s tem pomagajo rastlini. Pomemben sprožilec rastlinskega odziva na herbivore so tudi fizični dražljaji, ki jih ti povzročajo. Pri tem se sproščajo hlapne snovi, ki lahko služijo privabljanju naravnih sovražnikov herbivora ali pa širijo sporočilo o nevarnosti do drugih rastlin. Kot odziv na elicitorje se v večini primerov tvorita rastlinska hormona jasmonska in salicilna kislina, ki sta del obrambnih mehanizmov rastlin. Karakterizacija rastlinskih elicitorjev nam ponuja orodje za razvoj agrokemikalij, ki bodo odganjale herbivore in hkrati ščitile rastline.

Pia Špehar: Mehanizem delovanja proteina omogoča odpornost na zdravila proti raku

Leta 1986 je celični biokemik Kazumitsu Ueda odkril, da ima protein ABCB1 zmožnost, da iz rakavih celic transportira mnoge kemoterapevtike in tako telesu omogoči odpornost na kemoterapijo. ABCB1 spada med ABC-prenašalce, in sicer je eden izmed tistih prenašalcev, ki iz celic izločajo toksične hidrofobne komponente. Najdemo ga v membranah celic v jetrih, možganih, testisih in placenti. Skoraj 30 let po odkritju funkcije proteina, je Ueda s svojo ekipo lahko določil še mehanizem njegovega delovanja, in sicer z izvedbo več raziskav. Sprva so protein kristalizirali v stanju pred in po transportu substrata ter primerjali stanji med seboj, izvedli pa so tudi analizo s FRET tehniko. Ugotovili so, da substrat vstopi v osrednjo votlino skozi del proteina v notranjosti celice. Nato se veže na vrh osrednje votline proteina, kjer se nahaja hidrofobno aromatsko omrežje, ki ima pomembno vlogo pri prepoznavanju substratov. Vezava substrata na to omrežje sproži konformacijsko spremembo proteina. Za spremembo je potrebna tudi energija, ki jo priskrbi molekula ATP. Vezava ATP-ja sproži tudi nastanek omrežja, ki povzroči, da se protein začne zvijati in obračati, skrči se tudi osrednja votlina proteina. Ko se osrednja votlina skrči, se substrat izloči v zunajcelični prostor. Pri celotnem procesu je pomembna tudi hidroliza ATP, ki služi temu, da se protein vrne nazaj v prvotno stanje.

Pia Trošt: Barvna povezava v sposobnosti korale, da preživi višje temperature

Zaradi naraščajočega vpliva antropogenih dejavnikov koralni grebeni hitro propadajo in korale se morajo prilagoditi vse bolj stresnemu okolju. Acropora tenuis je ena glavnih vrst koral ob obali Okinave na Japonskem in se pojavlja v treh barvnih različicah (N, G in P), med katerimi je bila opažena različna stopnja beljenja pri povišani temperaturi. Korale živijo v sožitju z algami iz družine Symbiodiniaceae. Pri različicah N in P je bila zaznana zmanjšana fotosintetska aktivnost simbiontov, medtem ko je različica G ohranila aktivnost tudi pri povišani temperaturi. Raziskava je pokazala, da vse barvne različice gostijo isti klad simbiontov, torej različne temperaturne odpornosti ni mogoče pripisati razliki v Symbiodiniaceae. Ker je bil genom A. tenuis dekodiran, je bilo mogoče identificirati gene za fluorescenčne proteine (GFP, CFP, RFP in ChrP). Poletna raziskava profilov izražanja posameznih proteinov je pokazala, da je bilo izražanje CFP in RFP pri vseh različicah nizko, različica P je pokazala višje izražanje ChrP, različica G pa višje izražanje GFP, ki se je ohranilo tudi pri višji temperaturi. Rezultati kažejo, da imajo vse različice enak nabor genov za fluorescenco, torej so barvne različice vzrok različnega izražanja genov FP, ki povečajo odpornost koral proti beljenju.

Gašper Struna: Kako sistem toksin-antitoksin vpliva na odpornost bakterij na antibiotike

Sistemi toksin-antitoksin (TA) imajo pomembno vlogo v bakterijah. Vplivajo na stabilnost plazmida in imajo pomembno vlogo pri postsegregacijskem propadu. Če plazmida ni, antitoksin ne prepreči delovanja toksina in toksin povzroči propad celice. Poznamo sedem tipov TA sistemov, med katerimi je najpogostejši tip II. Pri tem tipu antitoksin prepreči delovanje toksina tako, da se močno veže nanj in s tem inhibira njegovo delovanje. TA sistem tipa II najdemo tudi v bakteriji Pseudoaltermonas rubra, in sicer je ta TA sistem predstavnik para ParE/PF03693. V raziskavi so ugotovili, da antitoksin (PrpA) iz tega para zmanjša delovanje toksina na več načinov, in sicer tako da se neposredno veže na toksin ali pa se veže na promotor TA operona in deluje kot represor. PrpA ima pomembno vlogo tudi pri replikaciji, saj se lahko veže na podobno mesto kot iniciatorski protein RepB in s tem onemogoči začetek replikacije. PrpA ima na N-koncu vezavno mesto za DNA, s C-koncem pa interagira s toksinom, je tudi labilen, vezava na toksin pa ga stabilizira. Pari ParE/PF03693 so tudi v nekaterih virulentnih bakterijah in njihova nadaljnja študija bi lahko pripomogla k boljšemu razumevanju odpornosti bakterij na antibiotike in njihovem virulentnem delovanju.

Nuša Kos Thaler: Hitra evolucija litičnih genov v enoverižnih RNA bakteriofagih

Levivirusi so bakteriofagi z majhnim enoverižnim RNA genomom, ki ga sestavljajo 3–4 geni. Eden od njih je gen sgl (ang. single gene lysis), ki kodira protein za sprožitev avtolize gostiteljske celice in sprostitev virionov. Za razliko od dvoverižnih DNA bakteriofagov, ki encimsko razgradijo peptidoglikan (glavno enoto celične stene bakterijskih celic), protein Sgl pri lizi po navadi deluje kot nekompetitivni inhibitor in preprečuje njegov nastanek. Geni sgl so zelo majhni, raznoliki in pogosto vstavljeni v druge gene, zaradi česar jih težko odkrijemo. V nedavnih raziskavah so našli več deset tisoč genomov levivirusov, ki jih pred kratkim še nismo poznali. V določenih so odkrili gene sgl in preizkušali njihovo aktivnost na E. coli ter ugotovili, da lahko hitro ustvarijo gen sgl. Bazna zaporedja najdenih genov sgl imajo zelo malo ali celo nobene podobnosti z baznimi zaporedji že preučevanih genov sgl. V genomu posameznega bakteriofaga se lahko pojavlja več genov sgl, kar pomeni, da bi lahko levivirusi hkrati okužili in lizirali celice evolucijsko oddaljenih bakterijskih vrst. Zaradi svoje raznolikosti, hitre evolucije in zmožnosti spreminjanja so potencialni vir za razvoj proteinskih antibiotikov in fagne terapije.

Nataša Vujović: How HER2 positive breast cancer cells evade treatments that utilize T cells

Immunotherapy continues to show exciting promise in more effectively treating cancer especially hematologic malignancies but they have not proven effective in treating solid tumors. The T lymphocyte is of key importance to the immune system and is at the core of adaptive immunity. Their roles include directly killing infected host cells, activating other immune cells, producing cytokines and regulating the immune response. Global research efforts centering on T cell-engaging therapies like T-cell bispecific antibodies (TCBs) and chimeric antigen receptors (CARs), are conducted in hope of finding a more effective treatment for cancer. TCBs are typically designed to bind to a selected tumor-associated antigen and to a T cell receptor (TCR). CAR T cells are T cells that have been genetically engineered to produce an artificial T cell receptor for use in immunotherapy. Researchers have now found a novel mechanism of resistance to T cell therapies used by HER2 positive breast cancer cells. The resistance is obtained by disruption of interferon-gamma signaling. IFN-γ has a critical role in recognizing and eliminating pathogens. The disruption of its pathways happens by JAK2 down-modulation. The kinase JAK2 transduces the signal initiated by interferon-gamma. JAK2 was shown to be repeatedly disrupted in several resistant models.

Urša Zevnik: FOXO3, gen, povezan z dolgoživostjo, ščiti možganske matične celice pred stresom

Forkhead box O3 (FOXO3) je protein, ki sodeluje pri številnih procesih, ki podaljšujejo življenjsko dobo in zavirajo s starostjo povezane bolezni. Ugotovili so, da imajo posamezniki z določeno različico tega gena kar trikrat večjo možnost, da dočakajo sto let. Ena izmed njegovih funkcij je tudi obramba nevralnih matičnih celic pred oksidativnim stresom. V oksidirajočih pogojih v celici pride do oksidacije cisteina na FOXO3, kar prepreči njegovo fosforilacijo. Tak protein se transportira v jedro, kjer deluje kot transkripcijski faktor. Med drugim poveča prepisovanje encima glicin-N-metiltransferaze (GNMT), ki katalizira reakcijo, pri kateri se porablja S-adenozil metionin (SAM). SAM kot metilni donor omogoča dozoritev jedrnih laminov, ker pa je zaradi več GNMT njegova razpoložljivost manjša, lamini ne dozorijo pravilno in se združujejo v skupke. To privede do prepustnosti jedrne membrane, iz jedra uhajajo fragmenti DNA, celica jih zamenja za virusne nukleotide in sproži interferonski odziv tipa I. Ta povzroči, da nevralne matične celice preidejo v dormantno stanje in se prenehajo deliti. To je ugodno, saj nevroni, nastali v stresnih razmerah, nebi preživeli, celice pa bi se pri delitvah izčrpavale. Tkivo bi torej prej izgubilo sposobnost obnavljanja in se prej postaralo.

Sara Borišek: Dieta z visoko vsebnostjo maščob lahko prekomerno aktivira destruktivni protein NOX-2

Debelost je prisotna pri ljudeh že od nekdaj, v zadnjih letih pa je odstotek debelosti pri ljudeh kar precej narasel, predvsem pri mladih, s tem pa so narasle tudi zdravstvene težave ljudi s prekomerno težo. Predvsem je z debelostjo asociirana prehrana, ki vsebuje velik delež maščob ta pa s srčnimi obolenji. V ospredju je hipertrofija levega srčnega prekata, ki je eno izmed glavnih srčnih obolenj in povečuje tveganje za smrt. Hipertrofija levega prekata je zgostitev in povečanje sten levega prekata. Vse več pozornosti zato dobiva NADPH oksidaza 2 ali NOX-2, ki ima zaradi svojega vpliva na oksidativno škodo, povzročeno s prehrano, glavno vlogo pri ustvarjanju bioaktivnega superoksida. Znanstveniki so v raziskavi, ki je potekala na Šoli za biološko znanost Univerze v Readingu preverili ali obstaja povezava med proteinom NOX-2 in prehrano, ki vsebuje visok odstotek maščob pri hipertrofiji levega prekata. Trenutne ugotovitve so, da prehrana z visoko vsebnostjo maščob povzroči oksidativni stres, ki ga nadzira protein NOX-2, kar podpira hipertrofijo levega srčnega prekata. Zanimanje za selektivno ciljanje na protein NOX-2 kot terapevtsko strategijo je naraslo, zato so v raziskavi predlagali specifično ciljanje aktivacije srčnega proteina NOX-2, ki bi lahko bil izvedljiv pristop k ohranjanju funkcije miokarda v presnovnih pogojih.

Nika Ferk: Formulacije na osnovi biomaterijalov za boj proti virusnim nalezljivim boleznim

V seminarski nalogi si bomo podrobneje pogledali kako se človeštvo in današnja znanost spopadata z izzivi patogenih delcev in boleznimi, ki jih le te povzročajo. Z nalezljivo kužnimi boleznimi se človeštvo soča že od nekdaj. Skozi razvijanje tehnologij smo ustvarili cepiva. Običajno se klasična cepiva, pridobljena iz živih oslabljenih patogenov in inaktiviranih virusov, rekombinantnih proteinov in sintetičnih peptidov. S cepivi v telesu povzročimo imunski odziv in nastanek protiteles. Skozi napredovanje tehnologije, natančneje biotehnologije in nanotehnologije so na trg prišli biomateriali. Biomateriali imajo dober potencial za boj proti kužnim boleznim, predvsem zaradi njihovih lasnosti kot so: oblike in značilnosti površine, ki skupaj močno vplivajo na učinkovit način prenosa delcev. Še pomembneje pa je, da biomateriali omogočajo dostavo antigenov in imunsko stimulirajočih snovi, ki predstavljajo močan pristop cepljenja pri aktivaciji imunskih odzivov. Same pa lahko tudi vplivajo na zaščito materiala, ki ga nosijo in s tem lahko podaljšajo sproščanje. Raziskani in najbolj potencialni biomaterijali so sintetični in naravni polimerni delci, lipidi, samosestavljeni proteini, virusom podobni delci (VPD) in anorganski delci. Eden izmed najbolj uspešnejših biološko razgradljivih biomaterijalov je PLGA ali poli(mlečno-ko-glikolna kislina). Poleg kisline so bili tudi zelo uspešni anorganski nano delci, formulirani so bili kot sistem za dajenje cepiv zaradi njihovih ustreznih fiziokemijskih lastnosti.

Špela Rapuš: Kako mikobakterije tvorijo membranske vezikle

Mikobakterije sicer uvrščamo med Grampozitivne bakterije, vendar imajo precej bolj zapleteno celično ovojnico. Ta sestoji iz notranje membrane, sloja peptidoglikana in dodatne mikomembrane, v kateri so značilne mikolične kisline. Odkrili so, da te bakterije tvorijo membranske vezikle na dva različna načina, odvisno od zunanjih pogojev, katerim so podvržene. Če mikobakterijo izpostavimo poškodovanju DNA se bo sprožil proces, angl. bubbling cell death, pri katerem se bodo tvorili membranski vezikli iz notranje membrane. Če pa bakterijo izpostavimo stresu na celično ovojnico, se ta odzove s procesom imenovanim angl. mycomembrane blebbing, pri katerem se iz mikomembrane odcepljajo vezikli. Kot modelni organizem so pri raziskavi uporabili Corynebacterium glutamicum in jo izpostavili mitomicinu C, ki je induciral stres na DNA in penicilinu G oz. deficitu biotina, ki sta zavirala biosintezo celične stene. Pri tem so se tvorili membranski vezikli na različne načine. Preučili so tudi lipidno sestavo membranskih veziklov in z rezultati skušali dokazati njihov izvor. Do podobnih ugotovitev pa so prišli tudi pri nekaterih drugih mikobakterijah. Membranski vezikli so izrednega pomena v proizvodnji cepiv in antibiotikov, zato so njihova dognanja velikega pomena.

Leila Bohorč: Dokaz o obstoju različnih mehanizmov delovanja majhnih molekul, ki inhibirajo vstop filovirusov v celico

Virusa ebola in Marburg spadata v družino filovirusov, ki veljajo za ene najnevarnejših patogenov na svetu. Za vstop v celice uporabljajo mehanizem, ki je posredovan z enim samim glikoproteinom na površini virusa. Odkritih je bilo že mnogo potencialnih inhibitorjev, a je ravno visoka smrtnost eden izmed razlogov za slabo poznavanje mehanizmov. Majhne molekule, ki lahko inhibirajo vstop filovirusov v celico, so lahko že odobrena zdravila, ki se sicer uporabljajo pri zdravljenju drugih bolezni. Na glikoproteinu virusa ebola je primarno vezavno mesto hidrofoben žep na območju notranje fuzijske zanke. Dve izmed številnih molekul, ki se lahko vežejo tja, sta ospemifen in toremifen, ki se razlikujeta le v stranski verigi. Toremifen se lahko zaradi bazične aminske funkcionalne skupine akumulira tudi v lizosomih, kar poveča njegovo učinkovitost. Dimetilaminska stranska veriga na tej molekuli pa nima posebne vloge pri direktni vezavi molekule na hidrofoben žep. Na glikoproteinu ebole obstaja še sekundarno vezavno mesto na območju domene HR2. Na bazični žep v tej regiji se vežejo le specifične molekule kot sta fluoksetin in toremifen. Ti molekuli proti eboli delujeta sinergično, proti Marburgu pa antagonistično. Na glikoproteinu virusa Marburg je domena HR2 primarno vezavno mesto.

Ivana Vukšinić: Sekvestracija žvepla v času pomanjkanja hranil pospeši nastanek mnogoceličnega organizma

Ko je v okolju na voljo dovolj hranil, gliva sluzavka vrste Dictyostelium discoideum obstaja v obliki enoceličnega organizma, ob morebitnem nastopu stradanja pa se posamezne celice začnejo združevati in tvorijo agregat, ki se obnaša kot mnogoceličen organizem. Med kulminacijo se iz njega razvije sorokarp s sporangijem, v katerem se tvorijo spore, ki populaciji omogočijo preživetje neugodnih razmer. To sposobnost uravnava novo odkrit mehanizem, s katerim od žvepla odvisno metabolično stikalo narekuje celično diferenciacijo. V času pomanjkanja hranil pride do porasta reaktivnih kisikovih spojin (ROS), ki so v velikih količinah celici škodljive, kar privede do velike potrebe po sintezi antioksidanta glutationa (GSH). To povzroči sekvestracijo cisteina, enega izmed prekurzorjev GSH, kar omeji razpoložljivost te aminokisline za potrebe drugih procesov v celici. Cistein je namreč ena od le dveh aminokislin, ki vsebujeta žveplo, to pa ima med drugim pomembno vlogo pri sintezi večine proteinov in železo-žveplovih klastrov, ki so ključne funkcionalne skupine v metaboličnih encimih. Izkazalo se je, da sekvestracija žvepla upočasni sintezo proteinov, inhibira proliferacijo celic in tako utira pot mnogoceličnemu razvoju. Izsledke raziskave bi lahko uporabili pri preučevanju drugih proliferacijskih celic, kot so rakave celice, pri katerih bi ciljanje procesov žveplovega metabolizma lahko izboljšalo protitumorno imunost.

Primož Šenica Pavletič: Nov način preprečevanja širjenja malarije z gensko spremenjenimi komarji

Malarija je bolezen, ki vsako leto prizadene na milijone ljudi v najrevnejših državah sveta. Bolezen povzroči parazit plazmodij, glavni prenašalci pa so komarji. Za zdravljenje in preprečevanje bolezni obstaja kar nekaj zdravil, vendar so ta za večino ljudi, ki živijo v državah v razvoju nedostopna. Ena najboljših rešitev za zajezitev bolezni je genska modifikacija malaričnih komarjev. Številne študije nakazujejo na veliko učinkovitost nadzorovanja populacije z genskim inženiringom. V raziskavah so komarjem vstavili gen za rezistenco na parazit ali pa so z vstavljenimi geni povzročili zmanjšanje celotne populacije. To pomeni širjenje genov, ki povzročajo pristransko razmerje med spoloma (več moških osebkov), oziroma širjenje genov, ki bi naredili samice neplodne. Glavni cilj je preprečiti ženskim osebkom prenašati parazit plazmodij na gostitelja in s tem širiti bolezen. Za spremembo DNA se uporablja tehnika CRISPR-Cas9S. S CRISPR-Cas9S lahko spremenimo genom na kateremkoli mestu. Znanstveniki so povečali možnost, da se želena lastnost prenese na naslednje generacije tako, da so uporabili gene drive. Gene drive spodbudi celico, da prepiše želeni del gena na homologni kromosom. Gene drive je zelo učinkovit, saj se je v 5 – 7 generacijah (odvisno od števila osebkov, ki so imeli gene drive že od začetka) razširil na več kot 95% populacije.