TBK2017 Povzetki seminarjev
Ana Scott: Naslov seminarja
Tekst ....
Patrik Levaćić: Prehrambni aditivi v sladkarijah ter žvečilnih gumijih lahko spremenijo funkcionanlnost in strukturo prebavnih celic
Vnos nano delcev titanovega dioksida (TiO2) preko prehrambenih izdelkov kot so sladkarije ter žvečilni gumiji je praktično nemogoče. Prebavni trakt služi kot pomembna meja med telesom in zunanjim okoljem. Cilj raziskave je bilo opazovanje posledic vnosa 30 nano meterskih delcev titanovega dioksida preko modela celične strukture tankega črevesja ter določitev kako akutna ter kronična izpostavljenost takim delcem lahko vpliva na funkcionalnost in strukturo celice. Postopek prepoznavanja TiO2 delcev je zelo kompleksen, navadno se uporablja Ramanova spektroskopija, ki izkorišča lastnosti molekule kot so vibracijska ter rotacijska stanja, s tem pa dobimo tako imenovani finger-print molekule, saj ima vsaka molekula svoje lastnosti in se po njih loči od drugih molekul. Rezultati raziskave so potrdili, da čeprav akutna izpostavljenost ni pustila resnejših posledic na celični strukturi, ima kronična izpostavljenost kar nekaj posledic na celičnem nivoju. Spremeni se funkcionalnost celice, nivo delovanja membranskih encimov vpade, spremeni se prav tako tudi struktura, saj se zmanjša sposobnost vsrkavanja nutrientov preko mikrovilov.
Tina Turel: Povezanost retrovirusov z razvojem možganov
Možgani človeka so bistveno bolj razviti od možganov drugih sesalcev in zato veliko težji za raziskovanje in razumevanje. Številne raziskave so dokazale, da bi transportni elementi (TE-ji), ki so še pred nekaj leti veljali za neuporaben del DNA, tako imenovan »junk DNK«, lahko bili odgovorni za današnjo stopnjo razvitosti človeških možganov. Retrovirusi so posebna skupina virusov. Nekateri veljajo za škodljive (HIV), drugi pa so povsem neškodljivi. V našem DNA je več kot 1000 različnih retrovirusov. V raziskavi, ki jo je vodil Johan Jakobsson in se je odvijala v Lundu, so dokazovali pomembno vlogo ERV-ja, endogenega retrovirusa v razvoju človeških možganov. Želeli so pokazati, da nekaj tisoč ERV-jev, mnogi so primarno specifični, delujejo kot priklopna podlaga za epigenetske represorsko beljakovino TRIM28, ki vzpostavi lokalni hetero kromatin okoli ERV-jev. Retrovirusi lahko pri vsakem človeku reagirajo drugače, saj so tak tip genetskega materiala, da se lahko nahajajo v katerem koli delu v genomu. Različna izražanja ERV-ja pa bi bila lahko tudi razlog za možganske okvare, ki povzročijo bolezni, kot so ALS, shizofrenija in bipolarna motnja .
Nina Mezgec Mrzlikar: Regulacija gena DISC-1 kot potencialnega zdravila za shizofrenijo
Shizofrenija je duševna motnja, ki se razvije v zgodnjem odraslem obdobju. DISC-1 (Disrupted-In-Schizophrenia-1) je protein, kodiran z genom DISC-1 in je močno izražen v možganskem hipokampusu. Sodeluje pri razvoju aksonov in povezovanju celic. Caveolin-1 je ogrodni protein bistven pri regulaciji receptorjev na membranah in spodbuja razvoj novih povezav med živčnimi celicami. V tej raziskavi so znanstveniki proučevali vpliv proteina Cav-1 na izražanje gena DISC-1 v živčnih celicah. Ugotovljeno je bilo, da prekomerno izražen gen Cav-1 povzroči večje izražanje gena DISC-1 in drugih sinaptičnih proteinov, ki so potrebni za prenos živčnega signala. V miših, katerim so iz hipokampusa odstranili Cav-1 je posledično prišlo do manjšega izražanja DISC-1 in hkrati drugih sinaptičnih proteinov. Izguba Cav-1 torej zmanjšuje aktivnost sinaps, kar pa je vzrok za številne nevrodegenerativne bolezni, kot je tudi shizofrenija. Ugotovitve kažejo na pomembno vlogo proteina Caveolin-1 v celicah, saj vzdržuje pravilno delovanje receptorjev in s tem prenos živčnega signala.
Sonja Gabrijelčič: Ribosomske mutacije spodbujajo razvoj odpornosti proti antibiotikom v okolju z več zdravilnimi učinkovinami
Odpornost bakterij na antibiotike je v porastu po vsem svetu. Pojavlja se tako v državah v razvoju, kjer je predvsem posledica nekvalitetnih antibiotikov, kot v najrazvitejših državah sveta, kjer se pojavlja več in več patogenov, ki lahko preživijo v okolju z več zdravilnimi učinkovinami oziroma antibiotiki. Bakterije lahko pridobijo odpornost ali z izmenjavo mobilnih genetskih elementov ali z mutacijo genetskega materiala, ki je že v celici. V raziskavi, ki jo opisuje članek, so raziskovalci želeli opazovati slednje, zato so izmed bakterij, ki so lahko sočasno odporne na več antibiotikov, izbrali Mycobacterium smegmatis, sorodnico bakterije, ki povzroča tuberkulozo, in eno od predstavnic skupine bakterij, pri kateri do izmenjevanja plazmidov praktično ne pride. Klasificirali so tipe mutacij, do katerih je prišlo, in se osredotočili predvsem na mutacije, ki so se zgodile na mestih genoma, kjer se kodirajo proteini, ki so sestavni deli ribosomov. Ugotovili so, da so taki mutanti odporni na antibiotike z različnimi mehanizmi delovanja, ki jim niso bili še nikoli izpostavljeni, na antibiotike širokega spektra in poleg tega tudi na nekatere druge mehanske strese na membrane.
Daria Latysheva: Mehanski raztezek sproži hitro delitev epitelijskih celic
Mehansko aktivni kanalčki so membranski proteini, ki so neposredno odvisni od sile in pretvarjajo mehanske držljaje v električne oz. biokemijske signale. Piezo1 je mehansko aktiven ionski kanalček, ki spodbuja celično smrt v predelih z visoko gostoto celic. V raziskavi so ugotovili, da kotrolira tudi mitotsko delitev. Raziskali so mehanizem delovanja Piezo1 v procesu celične delitve. Pri nizki gostoti celic oz. kjer so celice raztegnjene se Piezo1 lokalizira na celični membrani ter se odpre; posledično sproži influks kalcija v celico. ERK1 se aktivira zaradi povečane koncentracije Ca2+ ionov, kar vpliva na aktivnost ciklina B v G2 fazi mitotske delitve in povzroči proliferacijo. Način, na kateri Piezo1 aktivira dva nasprotna procesa je odvisen od lokacije in načina aktivacije kanalčka. V predelih z nizko gostoto celic se Piezo1 lokalizira na celični membrani ter hitro aktivira celično delitev. Če so celice razporejene tesno druga ob drugi, se Piezo1 oblikuje v velike citiplazemske agregate in spodbuja celično smrt. Zaradi sposobnosti zaznave mehanskega raztezka ter prevelike in premajhne gostote celic Piezo 1 deluje kot homeostatski senzor in kontrolira število epitelijskih celic.
Nika Goršek: Nove študije razkrivajo delovanje molekulske črpalke, ki izloča zdravila proti raku
MRP1 ali »Multidrug resistance protein« je protein, ki spada v družino ABC-transporterjev. Pomemben je pri reguliranju redoks homeostaze, vnetij in sekrecije hormonov. Znano je tudi, da ima pomembno vlogo pri odpornosti na zdravila in njihovem črpanju iz celic. V raziskavi na univerzi Rockefeller so z uporabo elektronske kriomikroskopije določili njegovo zgradbo. Sestavljajo ga štirje glavni deli: dva transmembranska dela, ki tvorita telo transporterja, dva dela, ki vežeta ATP, motiv v obliki lase in N-terminalni transmembranski del. Čeprav ima MRP1 dva dela, ki bi lahko vezala ATP, pa tega veže le en, saj pri drugem delu pride do drugačnega zaporedja aminokislin. V raziskavah so dokazali, da mutacije določenih delov proteina vodijo v bolezenska stanja in da bi sprememba le ene aminokisline v zaporedju vplivala na aktivnost proteina. MRP1 ima le eno dvojno vezavno mesto, ki je pozitivno nabito. Pestrost substratov je zaradi takega vezavnega mesta veliko večja, kot pri nekaterih drugih znanih proteinih. Prenaša lahko organske, amfipatične in aninonske molekule, na primer zdravila proti raku, opijate, antidepresive in tudi nekatere za življenje pomembne snovi (hormoni in protivnetne molekule). Ob vezavi substrata se oblika proteina MRP1 spremeni, aktivnost pa se poveča. Po končanem transportu pa protein preide nazaj v prvotno, neaktivno obliko.
Dragana Savković: Stopnja preživetja evkariontskih celic po elektroforezni nanoinjekciji
Znotrajcelična dostava makromolekul je pomemben korak za terapevtske in raziskovalne namene. Za uvajanje tujih molekul v citoplazmo živih celic uporabljale so se metode, katere so se v večini primerov uporabljale za veliko število celic v kulturi in je splošno znano, da veliko število teh celic (do 50%) ne preživi ta proces. Da bi rešili ta problem, razvili so alternativno metodo znotrajcelične dobave, oziroma znotrajcelično elektroforezno nanoinjekcijo. V raziskavi so primerjali stopnjo preživetja celic injiciranih z pipeto s premerom 100 nm in pipeto s premerom 500 nm. Ugotovili so, da je stopnja preživetja z uporabo 100 nm pipeto veliko večja kot s 500 nm pipeto in tudi da ostale preživele celice kažejo bolj naraven cikel celic.
Urška Zagorc: Proteini, zgodnje opozorilo sladkorne bolezni tipa 1
Sladkorna bolezen tipa 1, ki je značilna predvsem za otroke in mladostnike, je posledica motnje v imunskem sistemu. Organizem uniči lastne celice v trebušni slinavki, ki proizvajajo inzulin. Ta omogoča glukozi iz hrane vstop v celico, s čimer celica dobi hrano in energijo. V raziskavi nemškega raziskovalnega centra za zdravje in okolje Helmholtz Zentrum München so sodelovali otroci, katerih ožji družinski član ima diabetes tipa 1 in otroci brez dednih dispozicij. Analizirali so krvne vzorce otrok z avto-protitelesi ter jih primerjala z vzorci otrok, ki ne kažejo znakov bolezni niti nimajo protiteles.Identificirali so 41 peptidov iz 26 proteinov, ki se razlikujejo v krvnih vzorcih tistih otrok s protitelesi in tistih brez. Glede na koncentracijo peptidov v treh proteinih (hepatocitni rastni faktor HGF, istem komplementa H in ceruloplazmin) in glede na starost otroka, so dosegli tudi boljšo oceno hitrosti razvoja bolezni. Večja koncentracija sistema komplementa H in hepatocitnega rastnega faktorja ter nižja koncentracija ceruloplazmina pri tem nižji starosti bolnika, pomenijo hitrejši napredek bolezni. Identificirani proteini nam pokažejo bolj natančno oceno stopnje pred pojavom simptomov. Zaradi njih je možno tudi ugotoviti ali ima bolnik s protitelesi, večjo ali manjšo možnost za razvoj sladkorne bolezni tipa 1 in kako hitro se bo bolezen razvila.
Anja Černe: Uporaba askorbata pri zdravljenju raka
Če askorbat vnesemo v organizem v manjših koncentracijah ima antioksidativne učinke, medtem ko se pri vnosu v večjih koncentracijah obnaša kot prooksidant. Farmakološko koncentriran askorbat povzroča tok izvenceličnega H2O2 v celico in vse celice, tako zdrave kot rakave, encimsko razgrajujejo H2O2, ki je zanje toksičen. Glavni encimi, ki razgrajujejo H2O2 pri velikih količinah so katalaze. Ker pa je katalaz v rakavih celicah malo, so rakave celice bolj dovzetne škodljive učinke, zato je askorbat zanje selektivno toksičen. Katalazna aktivnost v rakavih celicah lahko napove, kako se bo tumor odzval na terapijo z askorbatom. Pri nekaterih vrstah tkiv je rast tumorjev bolj upočasnjena, pri drugih manj (odvisnost od količine katalaz, ki jih tkivo vsebuje). Število aktivnih katalaznih monomerov na celico in ED50 (koločina snovi, ki učinkuje pri 50% osebkih) sta sorazmerna s konstanto celične razgradnje H2O2. Radikali, ki nastanejo pri reakciji med ionom kovine in H2O2, poškodujejo DNA, v kolikšni meri se to zgodi pa je odvisno od količine askorbata.
Jerneja Nimac: S CRISPR/Cas9 nad X-vezavno kronično granulomatozno bolezen
Kronična granulomatozna bolezen je dedna bolezen imunskega sistema, ki nastane zaradi mutacije v genu CYBB, ki kodira gp91phox. Slednji je katalitični center NADPH oksidaze 2 (NOX2), ki ima pomembno vlogo pri obrambi organizma pred okužbami. Mutacije v genu CYBB na kromosomu Xp21.1 pa so odgovorne za X-vezavno obliko kronične granulomatozne bolezni. Za popravljanje takšne monogenske mutacije so v raziskavi uporabili sistem CRISPR/Cas9. Ta sistem so za obrambo pred virusnimi okužbami razvile bakterije in arheje, gre pa za poseben od RNA odvisen sistem pridobljene imunosti, ki specifično prepozna in reže tujo tarčno DNA. V raziskavi so skušali s sistemom CRISPR/Cas9 popraviti mutacijo C676T na eksonu 7 gena CYBB. Z DHR testi so ugotovili, da s CRISPR/Cas9 popravljene mieloične celice obnovijo aktivnost NOX2 in ponovno izražajo protein gp91phox. S spreminjanjem količine ssODN pa so dokazali, da je stopnja popravljenih genov večja, če je količina ssODN večja, delež indelov pa se zmanjša. Prav tako so potrdili uspešno presaditev s CRISPR/Cas9 popravljenih krvotvornih matičnih in predniških celic in njihovo diferenciacijo v nepoškodovane mieloične in limfocitne celice v NSG miših v obdobju petih mesecev.
Barbara Slapnik: Holesterol v celični membrani
Holesterol je razporejen po celični membrani. Pomemben je za vzdrževanje membranske fluidnosti, membrano naredi bolj togo in manj prepustno. Njegova porazdelitev med zunanjim in notranjim fosfolipidnim slojem pa ni enakomerna. V raziskavi so razvili dopolnilne senzorje, ki omogočajo vpogled holesterola v obeh slojih sočasno in določili njegovo točno koncentracijo. Ugotovili so, da je koncentracija holesterola v zunanjem sloju celične membrane znatno višja kot koncentracija v notranjem sloju. Visoka koncentracija holesterola v zunanjem sloju celične membrane zmanjša njeno prepustnost, medtem ko nizka koncentracija holesterola v notranjem sloju omogoča celično sporočanje. Rezultati prikazujejo pomen transbilarne asimetrije holesterola v celični membrani in njegovo prerazporeditev za celično homeostazo, rast in razmnoževanje. Podajajo tudi povezavo med holesterolom v notranjem sloju celične membrane in rakom. Določili so točno koncentracijo holesterola, kar jim omogoča boljšo diagnostiko in zdravljenje raka, vendar so za to potrebne še nadaljnje raziskave. Rezultati prav tako predstavljajo osnovo za nadaljnje študije transbilarne dinamike in funkcij holesterola in drugih lipidov v celici.
Nadja Škafar: Dostava protitumorskih zdravil s pomočjo makrofagov in biorazgradljivih nanodelcev
Nanotehnologija igra pomembno vlogo v moderni medicini, še posebej na področju zdravljenja bolezni s tarčno dostavo zdravil. Glavna prednost nanodostavnih sistemov (NS) pred danes uveljavljenimi metodami zdravljenja raka je selektivna dostava protitumorskih učinkovin tumorskim celicam, kar zmanjša možnost pojava neželenih stranskih učinkov, s tem pa se bolniku omogoči boljša kakovost življenja med in po zdravljenju. Dosedanje raziskave na področju NS so temeljile na injiciranju nanodelcev v krvni obtok. Ker pa ob vnosu nanodelcev v telo prihaja do medsebojnega delovanja NS s celicami imunskega sistema, jih te, še preden lahko nanodelci dostavijo zdravila do željenega mesta, odstranijo s fagocitozo. Raziskovalca Jian Yang in Cheng Dong sta zato s svojo ekipo skušala razviti novo tehniko NS, ki problematiko reakcij med NS in makrofagi v bioloških sistemih odpravi tako, da makrofage uporablja kot nosilce nanodelcev do tumorskih celic. Rezultati so pokazali, da so lahko makrofagi uspešni nosilci nanodelcev ter da bi lahko bili NS takšnega tipa v prihodnosti uspešna metoda za zdravljenje številnih bolezni.
Špela Deučman: Raziskovanje vzrokov kronične zavrnitve presajenih pljuč
Pri presajenih organih je največja skrb zavrnitev, ki je lahko akutna ali kronična. Pri slednji presadek sčasoma izgubi funkcijo in odmre, kar lahko povzroči smrt prejemnika. Stopnja preživetja presaditve pljuč je nižja od vseh ostalih presaditev organov. Pri 50% pacientov se pojavi obliterantni bronhiolitis oz. BOS, ki je glavni razlog kronične zavrnitve pljuč. Namen raziskave je bil odkriti signalno pot med NFAT1 (transkripcijski faktor), β-cateninom (koregulator transkripcije), ATX (eksoencim) in LPA1 (receptor) oz. LPA (sporočevalec) ter predlagati potencialno terapevtsko vlogo LPA1 antagonistov ter ATX inhibitorjev z namenom, da bi preprečili BOS. Odkrili so pozitivno korelacijo ekspresije med β-cateninom in kolagenom I. Ker LPA prepreči razgradnjo aktivnega β-catenina in ker je za nastanek LPA odgovoren ATX, so raziskali mehanizme reguliranja ekspresije ATX. Ugotovili so, da ekspresijo ATX regulira transkripcijski faktor NFAT1. Znano je, da LPA povečuje znotrajcelično koncentracijo prostih Ca2+ ionov, ti pa so povezani z aktivacijo in jedrsko translokacijo NFAT1. To pomeni, da LPA regulira ekspresijo NFAT1 in posledično tudi ATX. Pri raziskovanju na miših so uporabili LPA1 antagoniste in ATX inhibitorje, ki so vidno zmanjšali napredek BOS.
Anže Jenko: Koriščenje kemiluminiscence dioksietanovih sond za prikazovanje celice
Kemiluminiscenčne sonde veljajo za eno izmed najbolj občutljivih diagnostičnih metod pri določanju encimske aktivnosti in koncentracije analita, kar v praktičnem življenju denimo koristi forenzikom. Ker pa je splošno uveljavljen princip koriščenje kemiluminiscence slabo dodelan in privede do velikih energetskih izgub. Raziskovalci so tako v sami raziskavi preizkušali kemiluminiscenčne in fluorescenčne lastnosti različnih derivatov Schaapovega adamatiliden-dioksetana, na katerega so vezali različne substituente, ki pa so imeli znaten vpliv. Na ta način so želeli ustvariti enokomponentni sistem, z visoko intenziteto izseva, ki pa je tudi primeren v fizioloških razmerah. To jim je na koncu tudi uspelo. Na najbolj ustrezni izmed sintetiziranih sond, so hidroksilno skupino na benzenovem obroču zamaskirali z drugačnimi zaščitnimi skupinami. Vsaka izmed teh skupin pa je bila občutljiva na različne molekule (denimo beta-galaktoza na encim beta-galaktozidaza), reakcija s katerimi je povzročila destabilizacijo - vzbujeno stanje sonde in posledično kemiluminiscenco. Ta mehanizem je pokazal visoko mero selektivnosti, zato so ga lahko praktično koristili pri mikroskopskem prikazovanju celic. Pri celicah z genom za prekomerno izražanje beta-galaktozidaze je z uporabo relavantne sonde (ustrezna zaščitna skupina) prišlo do obarvanja, pri takšni, kjer pa tega encima ni bilo prisotnega, pa do obarvanja ni prišlo.
Jana Kotnik: Sintetični membranski receptorji
Znanstveniki na Univerzi Bristol so našli način za posnemanje sporazumevanja celic z okolico. Ustvarili so sintetični receptor, ki se odziva na kemične signale podobno kot njegova naravna ekvivalenta. Vsadijo se v membrano in so sposobni vezave določenih ligandov. Receptor je sestavljen iz 3 delov: Vezavnega žepka konstruiranega iz kationskega kovinskega kompleksa, hidrofobne oligomerne vijačnice (jedro receptorja) in sonde s pirensko fluorescenco. V raziskavi so na podlagi sevanja sonde preučevali vpliv kiralnih ligandov na receptor in njegovo obliko v topilu ter v umetnih membranah veziklov. Umetni receptorji ponujajo redko možnost primerjanja obnašanja (oblike) molekul v raztopini in v membrani ter priložnost raziskovanja učinka membrane na razporeditvene preference in vezave ligandov. Kontroliranje prenašanja biokemijskih informacij čez fosfolipidni dvosloj predstavlja veliko priložnost za razvoj sintezne biologije - predstavljamo si lahko npr. umetne celice, s katerimi bi z nadzorovanjem receptorjev v membranah proizvajali koristne materiale ali zdravila.
Andrej Špenko: Nova tehnika za regeneracijo kostnega tkiva
Ruski znanstveniki so odkrili učinkovit način za izdelavo mineraliziranih vlaken, ki so mehansko odporna in hkrati celicam nudijo ugodne pogoje za preživetje. Vlakna, ki so bila narejena z elektrostatskim sukanjem, da so čim bolj posnemala človeški matriks, so potopili v raztopino Na2CO3 in CaCl2. Na vlaknih so se je tako formirali kristali CaCO3, katerih oblika pa je bila zelo odvisna od pogojev, v katerih so nastali. Pri nadaljnjih poskusih so raztopine z ogrodjem obdelali z ultrazvočnim valovanjem, da so ioni prodrli tudi v spodnje sloje ter v sredino vlaken. Ugotovili so, da se s pomočjo ultrazvočnega obdelovanja v prvih 30 sekundah formira vaterit, nestabilna oblika kristalov CaCO3, ki vlakna v nekaj kratkih ponovitvah popolnoma obda. Pri kasnejših ponovitvah pa se formira kalcit, ki pa je bolj pravilen in mehansko odporen kot vaterit. Če bi vlakna pustili v raztopini za daljše časovno obdobje, bi imel kalcit čas, da se formira. To bi pomenilo manjšo mehansko obstojnost, saj bi se na vlaknih raje formirali pravilni kristali, kot pa da bi vlakna obdali in tako pripravili enakomeren sloj okoli vlaken, na katere bi se kasneje zlagali dodatni kristali. Znanstveniki so v dokončana vlakna položili človeške kožne celice in po treh dneh so testi pokazali, da je sposobnost preživetja celic skoraj enaka tisti, v kontroli.
Ana Maklin: Termična stabilnost proteinov
Temperatura ima velik vpliv na fiziologijo celice. Organizmi rastejo najbolj optimalno le v omejenih temperaturnih razsežnostih. Občutljivost na temperaturo je v veliki meri posledica vpliva temperature na strukturo in funkcijo proteinov. Leuenberg et al. so opazovali termično stabilnost proteinov, z uporabo postopka LiS-MS, ki omogoča preučevanje proteinov neposredno v celičnem matriksu. Postopek so uporabili na Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Thermus thermophilus in človeških celicah, pridobili pa so podatke za več kot 8000 proteinov. Med raziskavo so prišli med drugim do naslednjih spoznanj: (i) do temperaturno sprožene celične smrti pride zaradi izgube določenih proteinov s ključnimi funkcijami, (ii) stabilnost nekaterih proteinov je posledica evolucijskega ohranjanja, (iii) dolžina proteinov in njihova termična stabilnost sta v obratnem sorazmerju, (iv) proteini, manj podvrženi termični agregaciji, so stabilnejši, (v) stabilni proteini imajo več beta ploskev, nestabilni pa alfa vijačnic.
Luka Gregorič: Merjenje količine urina v plavalnih bazenih s pomočjo merjenja koncentracije umetnih sladil
Uriniranje v bazene povzroča precej preglavic veliko lastnikom bazenov in tudi njihovim obiskovalcem. Zato se raziskovalci že dolgo trudijo ugotoviti učinkovit način s katerim bi lahko nadzirali koncentracijo urina v bazenih, da bi lahko se tudi lažje in bolj učinkovito spopadli z razkuževanjem le tega. Zato so začeli meriti vsebnost umetnega sladila ACE (acetilsulfam-K), ki se pojavlja v človeškem urinu in je zelo odporen na zunanje dejavnike (na velike spremembe pH in temperature). Hkrati pa je njegove koncentracije v podtalnici relativno malo, tako da velika odstopanja le tega ne moremo pripisati zunanjim dejavnikom. Koncentracija ACE v urinu je 4000 μg/L. Testirali so 21 različnih bazenov in 8 vročih vrelcev v Kanadi. Zbiranje vzorcev je trajalo 3 tedne. Testirali so jih skupaj z praznim vzorcem in ugotovili, da ima voda v bazenih in vročih vrelcih veliko večjo koncentracijo ACE kot prazen vzorec (ki je imel koncentracijo 0 ng/L) in podtalnica (10 ng/L). Te koncentracije so imele razpon vse od najmanjših vrednostih 50 ng/L do 7100 ng/L v vročih vrelcih. Ker v bazenih ni nobenega drugega očitnega vira ACE kot človeški urin so zaključili, da je v tistih bazenih, ki vsebujejo več ACE, tudi koncentracija urina večja.
Andrej Race: Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency
NADPH is an important molecule for cells biosythesis and detoxification of H2O2,because of its reductive power. Glucose-6-phosphate (G6PD) is one of the enzymes that is responsible for its production in the pentose phosphate pathway. The lacking of this protein can create problems for some blood cells, like erythrocytes. Erythrocytes do not have any other way of making this essential cofactor, so this deficiency may lead to their destruction and disease called favism. The distribution of this disease is remarkably similar to distribution of malaria, leading to a research that found out that parasitized erythrocytes in G6PD deficient person are more likeliy to get phagocytised by white blood cells and with that better chance of defending against this disease. The other type of cells that are affeceted by this deficiency are granulocytes, they require NADPH for chain of reactions that lead to formation of neutrophil extracellular trap, protection against bacteria and fungi. This lead to a conclusion that severe G6PD deficient people should be treated with antibiotics and antimycotics.
Bogatinova Emilija: NO3-anioni lahko delujejo kot Lewisovo kislino v tvrdnem stanju
Anioni kot so NO3 so tipični elektron donatorji. Vender izračuni napovedujejo da, je poraudelitev naboja NO3 je anizotropen in minimalen na dušiku. Tukaj so pokazali da ko je naboj nitrata v zadosni meri ovira odmevalo čež večjih obročjih, ki lahko stapijo v interakcijo z elektronskimi bogatimi partnerji. Ankete o Cambridge strukturnih Database in Protein Data Bank kažejo geometrijske nastavitve nekaterih kisika in žvepla, ki vsebuje subjektov okrog anioni nitrata, ki so v skladu s tem "π-lujenj lepljenje". Izračuni pokažejo donor-akceptor orbitalne interakcije, ki potrjujejo kontraintuitivnim Lewisova π-kislost nitrata.
Zaveršek Nika: BAKTERIJE LAHKO S POMOČJO SINTETIZIRANIH ŽELEZOVIH MOLEKUL POSTANEJO ELEKTRIČNI GENERATORJI Bakterije in še nekateri ostali mikroorganizmi so samoobnovljivi 'nanoreaktorji', ki živijo povsod na Zemeljskem površju. Če bi ti organizmi lahko anodam oddali električno energijo, bi bil to nov način pridobivanja tako imenovane čiste energije. Problem je, da veliko organizmov ne more oddati električne energije, ki nastane pri njihovem metabolizmu, elektrodi.[1] Zanimivo pa se je vprašati, kako je sploh možno, da bi bakterije lahko oddale elektrone glede na to, da elektrode niso prisotne v naravnem okolju teh bakterij. Ena izmed teorij je, da so nekatere bakterije zmožne oddajanja elektronov elektrodi zato, ker v naravi elektrone lahko oddajo nekaterim netopnim mineralom. poleg tega, da bakterije lahko oddajajo elektrone, jih lahko tudi sprejemajo in jih uporabijo, da optimizirajo svoj metabolizem. Električni tok nastaja pri bakterijskem metabolizmu, ki poteka po principu redoks reakcij, iz organskih goriv. To lastnost bakterij bi lahko uporablili za nižje stroške ćiščenja vode, saj bi bakterije razgradile ogranske snovi, ki so v vodi, poleg tega pa bi proizvedle elektriko.
Zupan Tanja: Razlike v funkcionalni povezavi možganov v mirujočem stanju med športniki in ne športniki Strokovnjaki na področju finih motoričnih sposobnosti, ki so povezane s spremembami v strukturi možganov so preučevali razliko v funkciji in povezljivosti možganov športnikov in ne športnikov v stanju mirovanja (v stanju mirovanja, v naših možganih delujejo tri povezave, ki so povezane z motoričnimi funkcijami: DMN (default mode network), FPN (frontoparietal network) in MN (motor network)) s pomočjo magnetne resonance. Pri raziskavi je sodelovalo dvaindvajset zdravih odraslih moškega spola med 18-25 let. Od tega 11 športnikov in 11 ne športnikov, ki pa se po starosti ujemajo s športniki. Rezultati so pokazali, da ukvarjanje z visoko aerobično vadbo v mladosti vpliva na razlike, ki nastanejo v povezovanju možganov, ki so opazne v stanju mirovanja. Posledice gibanja niso opazne le pri motoričnih sposobnostih ampak tudi pri delovanju izvršilnih funkcij, prostorski orientaciji in pri spominskih sposobnostih. Razlike v povezovanju se lahko pojavijo kot odziv na kognitivne zahteve teka na dolge razdalje v kombinaciji z aerobno vadbo. Poleg tega pa lahko kognitivne zahteve pri visoki intenzivni vzdržljivi vadbi privedejo tudi do razlik pri opravljanju dejavnosti, ki pa niso povezane s športom. V prihodnjih raziskavah na tem področju bodo v raziskovanje vključili tudi rekreativne športnike in ženske, ki v to raziskavo niso bili vključeni.
Mikulič Vernik Nika: ONKOLITIČNI VIRUSI, KI SELEKTIVNO NAPADAJO RAKASTE CELICE
Onkolitični virusi lahko s svojimi replikacijami znotraj gostiteljskih celic uničijo tumorska tkiva. Da bi izboljšali to njihovo sposobnost, znanstveniki neprestano razvijajo nove, močnejše viruse, ki pa s svojo močjo postajajo zmeraj bolj toksični. Zaradi tega narašča potreba po razvoju visoko specifičnih virusov, ki bi napadali zgolj tumorska tkiva, zdrava pa bi pustili nepoškodovana. Raziskovalci so določili optimalno sekvenco proteinov na 3'-UTR virusne mRNA, potrebno za onkoselektivnost virusov. Izdelali so adenovirus AdCPE s to sekvenco in primerjali njegovo učinkovitost pri uničevanju tumorskega tkiva z učinkovitostjo divjega tipa virusa in vitro in in vivo. Primerjali so tudi vpliv virusa na normalno tkivo in prišli do zaključkov; 1) Virus AdCPE ni nič manj učinkovit pri uničevanju tumorskega tkiva kot divji tip virusa; 2) AdCPE je dosti manj toksičen od divjega tipa virusa.
Martin Špendl: NANOGRAFEN-RENIJEV KOMPLEKS ZA SELEKTIVNO REDUKCIJO OGLJIKOVEGA DIOKSIDA
Pereč problem razvitega sveta postajajo emisije CO2, ki so stranski produkt uporabe fosilnih goriv. Problem pridobivanja energije iz obnovljivih virov pa je ta, da so izkoristki zelo nizki oz. pridobljene energije ne moremo shraniti. Eden od načinov pridobivanja energije iz sonca ter hkratno odstranjevanje CO2 iz ozračja je omogočeno s selektivno redukcijo in z uporabo nanografen-renijevega kompleksa kot elektrokatalizator in fotokatalizator. Ko je molekula izpostavljena sončni svetlobi, lahko reducira CO2 v CO, ki služi kot zaloga energije in je komponenta sintetičnega plina (ang. syngas) skupaj z vodikom. Mešanico plinov se uporablja v gorilnih celicah, ki kemično energijo pretvorijo v električno energijo z zelo visokim izkoristkom in relativno malo emisijami. V primeru mešanice ogljikovega oksida in vodika je stranski produkt le CO2, ki je bil pridobljen iz zraka[2]. Dosedanji katalizatorji redukcije ogljikovega dioksida niso dosegali dovolj visokega izkoristka, da bi se metode začele uporabljati na industrijskem nivoju. Zato so znanstveniki začeli proučevati molekularne katalizatorje, saj lahko le-te usmerijo reakcijo preko več elektronov in s tem dosežejo višje izkoristke ter večjo selektivnost katalizirane reakcije. Kljub temu ostaja neznanka kako zmanjšati razliko v potencialih med redukcijskim potencialom katalizatorja ter same reakcije.
Ines Medved: KAKO ZMANJŠAN VNOS KALORIJ VPLIVA NA PROCES STARANJA Mnoge raziskave so pokazale, da zmanjšan vnos kalorij upočasni proces staranja in preprečuje mnoge bolezni kot so diabetes, hipertenzija, rak … Daljša življenjska doba je povezana s celično homeostazo, zmanjšano celično rastjo in stopnjo sinteze proteinov. Ker se proteini sintetizirajo na ribosomih, morajo ti dobro delovati. Njihovo delovanje nadzoruje RQC (ang. Ribosome quality control complex). Raziskovalci so ugotovili, da se je celična rast miši, ki so bile na dieti z malo kalorij, zmanjšala za 25 %, prav tako se je zmanjšala tudi respiratorna kapaciteta jeter. Po desetih tednih privajanja na dieto so iz meritev ugotovili, da so bili proteini v homeostazi, zato so lahko izračunali hitrost zamenjave proteinov. Proteine so razdelili v tri skupine, in sicer v statične, v tiste, ki se hitro izmenjujejo in nastajajo počasi ali pa hitro, ter v proteine, ki 'skačejo' med prvo in drugo skupino. S polisomsko analizo so ugotovili, da je bilo v miših, ki so bile na dieti z malo kalorij, število aktivnih ribosomov manjše.
Uroš Prešern: Nukleaza, ki povzroči partanatos oziroma od PARP-1 odvisno celično smrt
Partanatos je ena izmed vrst celične smrti, ki nastopi zaradi prevelike aktivnosti poli(ADP-riboza) polimeraze 1 (PARP-1) v jedru. Pogost je v primeru možganske kapi, infarkta in nevrodegenerativnih boleznih, zaradi česar bi boljše poznavanje samega procesa omogočilo razvoj novih načinov zdravljenja teh obolenj. V predhodnih raziskavah so ugotovili, da partanatos nastopi, ko molekule poli-ADP-riboze, ki jih PARP-1 sintetizira, preidejo iz jedra v citosol, kjer aktivirajo premestitev indukcijskega faktorja apoptoze (AIF) iz mitohondrijev v jedro. Temu sledi razrez DNA. Nukleaza, ki povzroči razrez DNA, je bila do nedavnega manjkajoči člen v partanatosu. Skupini raziskovalcev je uspelo odkriti, da je iskana nukleaza inhibitorni dejavnik migracije makrofagov (MIF). Pokazali so, da se med partanatosom MIF veže na AIF in se skupaj z njim premesti v jedro, kjer povzroči fragmentacijo DNA. Inhibicija nukleazne aktivnosti MIF se je v modelu možganske kapi pri miših odrazila v 75-odstotnem zmanjšanju volumna prizadetega tkiva, pospešeno pa je bilo tudi okrevanje. Rezultati raziskave odpirajo potencialne možnosti za zdravljenje akutnih in kroničnih nevroloških bolezni, v katerih nastopi partanatos.
Urban Hribar: Modifikacija encimov FAS in biogoriva
Z modifikacijo encimskih kompleksov glivični FAS (fatty acid synthases) tipa 1 lahko razširimo spekter njihovih produktov. FAS komplekse sestavlja 7 kataliznih podenot in ene podenote nosilnega proteina ACP (acyl carrier protein). FAS kvasovk Rhodosporidium toruloides (RtFAS) in Aplanochytrium kerguelense (AkFAS) imajo podvojene ACP podenote. Če eno od teh podenot odstranimo to ne vpliva na delovanje encima. V teh encimih lahko zato nadomestimo eno od ACP podenot z drugim encimom kot naprimer sTE (short-chain thioesterase). Encim sTE hidrolizira acil-ACP/CoA v kratke in srednje dolge maščobne kisline (short/medium-chain fatty acids - S/MCFAs). Če celice kvasovk kot naprimer S. cerevisiae izražajo AkFAS ali RtFAS, ki imajo eno od ACP skupin zamenjano z sTE, proizvedejo 5-13 krat večjo količino izvenceličnih S/MFAs. Podobno lahko v FAS S. cerevisiae (ScFAS) dodamo encim Mks2. Ta encim bi spremenil reakcijski mehanizem ScFAS, tako da bi ta proizvajal večje količine metilih ketonov. Po pričakovanjih celice, ki izražajo modificirani ScFAS proizvedejo 10 krat več metilnih ketonov kot celice, ki so izražale naravni ScFAS. Hkrati pa celice z modificiranim encimom proizvajajo manj specifičnih maščobnih kislin. S temi metodami lahko nadziramo katere produkte lahko pridobivamo z glivičnimi celičnimi tovarnami, kar bi lahko tudi privedlo do velikih napredkov v proizvodnji biogoriv.
Lea Knez: Hemoglobin Kirklareli
Mutacije hemoglobina lahko povzročijo širok spekter fenotipičnih različic proteina, nekatere lahko vodijo do nestabilnega kompleksa in razgradnje rdečih krvničk. Mutacijo Kirklareli so odkrili pri 23-letni pacientki, ki so ji diagnosticirali anemijo, enako mutacijo pa je imel tudi oče, zato so jo poimenovali po Turškem mestu v katerem je odraščal. Oba imata v α podenoti na poziciji 58 zamenjan histidin za levcin, presenetljivo pa oče ni anemičen, je pa kadilec z visokim deležem HbCO v krvi. Mutirana α podenota avtooksidira 8x in izgublja hem 200x hitreje kot navadna α apodenota v zdravem hemoglobinu, saj levcin ni več sposoben tvoriti vodikove vezi s kisikom. Posledično se protein denaturira zelo hitro in ni več zmožen opravljati svoje funkcije. Mutirana alfa podenota ima pa 80.000x večjo afiniteto za CO kot za O₂, kar povzroča hitro in obstojno vezavo med hemoglobinom in CO, ta kompleks pa celoten protein stabilizira in prepreči avtooksidacijo, zato tudi oče, ki kadi, nima anemije.
Špela Supej: Nov način kontroliranja celične biologije s pomočjo svetlobe
Optogenetika je biološka tehnika, ki uporablja svetlobo za kontroliranje celičnih procesov v živih tkivih, tipično v nevronih. Proteinom se ob absorpciji vidne svetlobe spremeni aktivnost, kar se uporablja za nadzorovanje celične fiziologije. Raziskava, s pomočjo katere so znanstveniki odkrili nov način kontroliranja celične biologije s pomočjo svetlobe, je potekala leta 2017 na Univerzi v Alberti. Glavni protein, imenovan fotocepitveni protein (ang. photocleavable protein) ali PhoCl, ob izpostavitvi svetlobi razpade na dva dela in tako omogoča opazovanje in raziskovanje aktivnosti znotraj celice na načine, ki prej niso bili mogoči. PhoCl je torej novo optogenetsko orodje, ki »ujame« proteine v neaktivnem stanju s kovalentno vezjo, kjer edini način aktivacije predstavlja ireverzibilen fotoodcep. Vsa ostala orodja, ki so bila do sedaj odkrita, uporabljajo reverzibilen odcep in za aktivnost proteinov zahtevajo konstanto osvetlitev, kar lahko vodi do fototoksičnosti. Prednost sistemov PhoCl je ravno to, da ko svetloba povzroči aktivacijo proteinov, ti ostanejo aktivni tako dolgo, dokler niso uničeni v normalnih procesih v celici.
Anja Tavčar: Selenomabi - obstojna in učinkovita protitelesa, konjugirana s citostatiki
Protitelesa, konjugirana s citostatiki (ang. antibody-drug conjugates oz. ADC), predstavljajo eno najbolj obetavnih področji pri boju z rakom, saj omogočajo razvoj za zdravljenje ključnih lastnosti : velika stabilnost, učinkovitost ter specifičnost delovanja (izključno na rakave celice) oz. minimalna toksičnost za zdrave celice v organizmu. S konjugacijo protiteles na točno izbranih mestih so znanstveniki razvili novo generacijo ADCjev, ki izkoriščajo visoko in zelo specifično reaktivnost aminokisline selenocistein (Sec), na katero so preko jodoacetamidnega veznega člena konjugirali citostatik. Kompleks se je v in vitro ter in vivo raziskavah na celicah raka na prsih ter limfocitih B izkazal za izjemno stabilnega in učinkovitega, zaradi izjemne selektivnosti pri delovanju pa odpira številne možnosti za prenos v klinično rabo.
Maja Vrabec: Komunikacija med virusi usmerja odločitev za litični ali lizogeni cikel
Fag phi3t spada v skupino fagov, ki lahko okužijo bakterijo preko litičnega ali lizogenega cikla. Odločitev med litičnim in lizogenim ciklom usmerjajo trije geni: AimR, AimP in AimX. Ob začetku okužbe kulture bakterij Bacillus subtilis v gojenem mediju (ta vsebuje proteine, ki se sproščajo ob okužbi bakterij s fagi) fag phi3t izrazi gena AimR in AimP. AimR kot dimer, vezan na fagov DNK, aktivira ekspresijo AimX, ki promovira litični cikel, zato je v začetku okužbe precej izrazita liza bakterijskih celic. Istočasno se izrazi tudi AimP, ki se izloči v medij, kjer ga zunajcelične proteaze predelajo v zrel komunikacijski peptid, imenovan arbitrium (v primeru phi3t je to SAIRGA). Po nekaj ciklih okužbe se v mediju koncentracija peptida občutno poveča in ko fag napade še neokuženo bakterijo, je koncentracija peptida v bakterijski celici, kamor pride s transporterjem OPP, dovolj velika, da veže AimR in tako povzroči disociacijo le-tega z vezavnega mesta v fagovem DNK. Ob vezavi se AimR pretvori iz aktivnega dimera v neaktiven monomer, s čimer utiša ekspresijo AimX in s tem promovira lizogenijo, zato po nekaj ciklih okužbe delež lizogeniranih bakterij močno naraste.
Luka Fratina: Visokoresolucijsko 3D slikanje živih celic s fononi podoptičnih valovnih dolžin
Opazovanje živih celic je pomembno za študijo struktur in funkcij celice. Biološko pomembne strukturne informacije, ki jih želimo gledati v živh celicah, ležijo izven dosega svetlobnih mikroskopov. Ti so omejeni na valovne dolžine vidne svetlobe (Rayleighova limita), saj lahko fotoni v celici povzročijo nastanek reaktivnega kisika ali pa direktno poškodujejo DNA, kar lahko povzroči nenormalno delovanje celice, redkeje pa tudi celično smrt. Za višje resolucije bi potrebovali fotone z krajšo valovno dolžino, kar pa bi še povečalo poškodbe celic. Obstajajo tehnike, kot sta STED in STORM, ki dosegajo višje resolucije, pri tem se uporabljajo visokofotonske doze in fluorestenčni označevalci, ki pa lahko poškodujejo žive preparate. Opazovanje individualne celice z mehanskim kontrastom daje primerljive rezultate kot svetlobna mikroskopija. Dosedanje metode niso kompatibilne z živimi vzorci. Te metode pogoste potrebujejo težke pogoje za celice in so lahko uničevalne. Žive celice bi lahko opazovali pod Rayleighovo limito z fononi podoptičnih valovnih dolžin.
Ajda Krč: Ubikvitin-protein ligaza CHIP z regulacijo razpada inzulinskega receptorja in proteostaze razkriva možne razloge za staranje organizma
Ubikvitin je majhen regulatorni protein ki v procesu ubikvitinacije označuje proteine in druge makromolekule za razgradnjo. V procesu ubikvitinacije sodelujejo številni encimi, eden glavnih pri človeku pa je t.i. ubikvitin-protein ligaza CHIP, ki kot zadnji v vrsti pritrdi ubikvitin na lizinski ostanek proteina. V primeru razgradnje inzulinskega receptorja (IR), katerega signalizacija je povezana z procesi staranja (tem močnejše je delovanje receptorja, hitreje se organizem stara, krajšo življenjsko dobo ima), so raziskovalci ugotovili, da CHIP receptor raje večkrat monoubikvinira (doda to en sam ubikvitin na posamezne lizinske ostanke na receptorju) kot pa da receptor označi s poliubikvitinsko verigo. Če pa se v celici vzpostavi proteotoksično stanje, ki vodi v agregate poškodovanih in zato škodljivih proteinov, se CHIP raje 'odloči' za posredovanje in zato opusti svojo primarno vlogo ubikvitinacije IR. Ker se CHIP v takih primerih dodatno ne sintetizira, se IR stabilizira v membrani, kar povzroči staranje organizma. Tekmovanje med proteostazo in dolgoživostjo je gledano iz evolucijske plati smiselno, saj telo najprej skuša zavarovati svoj genom oz. proteom, pa čeprav za ceno staranja.
