TBK 2022 Povzetki seminarjev

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.