TBK 2022 Povzetki seminarjev

=== Magdalena Ilievska: Spomin brez možganov - Kako enocelični sluzni kalup pametno sprejema odločitve brez centralnega živčnega sistema

Seminarska naloga govori o tem, kako enocelični sluzni kalup Physarum polycephalum pametno sprejema odločitve brez centralnega živčnega sistema. Physarum polycephalum, brezcelični sluzni kalup je protist z različnimi celičnimi oblikami in široko geografsko razširjenostjo. Njegovo telo je ogromna enojna celica, sestavljena iz medsebojno povezanih cevi, ki tvorijo zapletene mreže. V zadnjih letih so raziskave Physarum polycephalum spet postale vrhunske. Leta 2000 je japonski raziskovalec Toshiyuki Nakagaki izvedel osnovni poskus, ki je pokazal, da je sluzni kalup sposoben najti najkrajšo pot skozi labirint. Od takrat se je pametno reševanje problemov Physarum polycephalum vrnilo iz sence in je danes spet v središču, ko se razpravlja o vprašanjih o izvoru inteligence in spoznanja. Raziskovalci na Inštitutu za dinamiko in samoorganizacijo Max-Planck in Tehniški univerzi v Münchnu so ugotovili, kako sluzni kalup Physarum polycephalum ohranja spomine - čeprav nima živčnega sistema. Sposobnost shranjevanja in pridobivanja informacij daje telesu očitno prednost pri iskanju hrane ali pri izogibanju škodljivih okoljih. Tradicionalno se to pripisuje organizmom, ki imajo živčni sistem. Novi študiji avtorjev Mirne Kramar in prof. Karen Alim izzivajo tega stališča z odkrivanjem neverjetnih sposobnosti zelo dinamičnega enoceličnega organizma za shranjevanje in pridobivanje informacij o svojem okolju.

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.

Lana Bajec: Inhibicija encima 15-PGDH pomlajuje mišice in povečuje mišično moč

Med staranjem so skeletne mišice podvržene strukturnim in funkcijskim spremembam. Po 50. letu starosti ljudje povprečno začnejo izgubljati 15 – 30 % mišične mase na desetletje, kar se kaže kot drastična izguba mišične moči. Ta mišična distrofija in izguba moči je znana kot sarkopenija. Sarkopenija je posledica krčenja mišičnih vlaken in upadanja števila in zmogljivosti mitohondrijev v celicah mišičnih vlaken, ki mišici zagotavljajo energijo. Raziskovalci na Stanford University Shool of Medicine so s pomočjo inhibicije proteina 15-PGDH v starejših miših dosegli obnovo mišične mase in moči v mišicah živali ter njihovo vzdržljivost, kar bi lahko igralo veliko vlogo pri potencialni strategiji zdravljenja sarkopenije pri ljudeh. V mišicah starejših miših inhibicija encima 15-PGDH s tako imenovanim genetskim knockdownom ali pa z inhibitorjem SW preprečuje atrofijo mišic in znatno poveča mišično maso, moč in vzdržljivost. Dokazali so, da ima molekukla 15-PGDH velik vpliv na mišično funkcijo. Miši z inhibiranim encimom 15-PGDH so bile zmožne dalj časa teči na tekalni stezi in bile nasplošno bolj vzdržljive. Velik vpliv na to naj bi imelo znatno povečanje števila mitohondrijev in njihovih funkcij ter izboljšanje celične avtofagije pri inhibiciji encima 15-PGDH.

Pia Sotlar: Zdravljenje s sistemom za urejanje genoma, ki temelji na metodi CRISPR, uničuje rakave celice

CRISPR-Cas9 je metoda, ki lahko z uporabo encima Cas9 in sgRNA permanentno uniči točno določene gene, kar predstavlja potencialen način za zdravljenje raka. V rakavi celici bi tako izbris oziroma motnja v genu PLK1, ki nosi zapis za kinazo PLK1, ki je ključna pri procesu mitoze, povzročila celično smrt v delečih se celicah. V raziskavi so se lotili problema dostave velikega encima Cas9 in sgRNA. Nov način dostave, ki ga ne omejujeta toksičnost in majhna nosilnost so klinično odobreni nanodelci, ki zaradi svoje kationske narave omogočajo učinkovito zajemanje nukleinske kisline. Dokazali so da z uporabo le-teh lahko dosežejo učinkovito urejanje genoma tako in vitro kot in vivo. Pri tem so se osredotočili na urejanje genoma pri celicah GBM 005, izoliranih iz gliomov, in celični liniji adenokarcinoma jajčnikov (OV8). In vitro inkubacija je pri teh celičnih linijah povzročila 84 oziroma 91% genomskega urejanja. Pri sistemu in vivo, so bili te procenti malce nižji (68%), zato so za potrebe sistemskega doziranja razvili tudi sistemsko injicirane lipidne nanodelce, ki so bili premazani s protitelesi in so zagotavljali še bolj učinkovit privzem kinaze Cas9 in sgRNA. Taki tarčni lipidni nanodelci so omogočali 82% urejanje genoma in povečali preživetje miši za 80%. S tem so dokazali učinkovitost lipidnih nanodelcev za prenos in predstavili novo metoda zdravljenja raka.

Zarja Weingerl: Odkritje novih malih proteinov v Salmonelli in njihov vpliv na bakterijsko virulenco

Mali proteini so proteini sestavljeni iz manj kot 100 amonokislin. So skupina še zelo neraziskanih struktur z zelo raznolikimi vlogami v fiziologiji bakterij. Znanstveniki so se odločili podrobneje raziskati njihovo funkcijo znotraj Sallmonele Typhimurium. Želeli so odkriti ORFje (odprte bralne okvirje) sedaj še nepoznanih in nedoločenih malih proteinov. Pri tem so uporabili mnogo različnih orodji in znanstvenih metod, kot so: sPepFinder, Ribo-seq, TraDIS, Grad-seq, prenos western itd. Pridobili so 139 različnih sORF kandidatov, ki so jih poimenovali kot STsORF, čemur sledi še zaporedno število. Vseh 139 novo odkritih STsORFjev so dodali v zapis Salmonelle in tako število malih proteinov znotraj tega dvignili na 609 vnosov. Dodatno so raziskali 16 na novo odkritih STsORFjev, ki sta jih predvidela tako sPepFinder kot tudi Ribo-seq. Raziskali so tudi vpliv malih proteinov na virulentnost Salmonelle. Opazovali so izražanje sORFjev med infekcijo in ga primerjali z njihovo izraženostjo v vcepku. Ker se je v teh raziskavah mnogokrat pojavil protein MgrB so želeli dodatno proučiti njegov vpliv na virulentnost in prišli do njegove povezave z bičkom in geni povezani z gibljivostjo. Njegovo pomankanje namreč povzroči defekt v gibljivosti, ki je posledica motnje uravnavanja bička.

Teja Spruk: Bakterije, odporne na antibiotike: Fluorid kot rešitev

Zaradi vedno večje uporabe antibiotikov v medicinske in znanstvene namene, je odpornost nanje vedno večji problem. V naravnem okolju je vedno večja prisotnost antibiotikov in mikrobov, ki so nanje odporni, kar je posledica njihove uporabe pri selekciji v laboratorijih. Ta poteka tako, da celicam, za katere hočejo, da preživijo, vstavijo gen za odpornost na določen antibiotik. Nato jih dajo na gojišče s tem antibiotikom in tako preživijo le zaželene celice, ostale odmrejo. A vendar je veliko organizmov razvilo sistem, kako obiti naše antibiotike in tako je problem vedno večji. V raziskavi so razvili preprosto in učinkovito metodo za odpravo prekomerne uporabe le teh ter za omejevanje gensko spremenjenih organizmov. Ta zahteva zamenjavo antibiotikov v laboratoriju s fluoridom, ki je strupen za mikroorganizme. Ti so razvili gen FEX (angl. fluoride exporter) za zaščito celic z odstranjevanjem fluorida, ki ga najdemo v naravnem okolju. Raziskovalci so zato odstranili gen FEX in tako povzročili neodpornost na fluorid. GSO bi seveda v laboratoriju še vedno uspeval, saj tam uporabljajo destilirano vodo. Če pa bi ušel v naravo, bi umrl takoj, ko bi naletel na fluorid in s tem bi se preprečilo nadaljnje razmnoževanje.

Metka Rus: Zdravljenje motenj metabolizma lipidov in previsokega holesterola z genskim spreminjanjem na osnovi lipidnih nanodelcev

Cilj članka je optimizacija in testiranje lipidnega nanodelca, uporabljenega kot vektor za prenos sistema CRISPR-Cas9 v hematocite v jetrih. Sistem CRISPR-Cas9 je orodje za gensko spreminjanje v živih organizmih. V tem primeru je tarča genskega inženiringa gen Angptl3, ki kodira encim Angptl3. Ta encim vpliva na količino trigliceridov in holesterola v celicah, saj inhibira encim protein lipazo, ki le te razgrajuje. Z genskim inženiringom torej želimo doseči mutacijo na genu, ki bi zmanjšala koncentracijo encima Angptl3 in posledično zmanjšala koncentracijo holesterola in trigliceridov. Seveda pa ima sistem CRISPR-Cas9 svoja tveganja, na katera pa lahko delno vplivamo z vektorjem ki sistem prenaša do ciljne točke. Pojavlja se tveganje za mutacije v napačnih celicah in na napačnih lokusih, velik izziv pa je tudi doseči dovoljšno učinkovitost sistema oziroma doseči, da sistem res pride do cilja (v tem primeru do DNKja v hepatocitah). Vektorji za to nalogo že obstajajo a imajo veliko pomanjkljivosti. Primer je vektor MC-3, ki je že odobren s strani FDA. Dana raziskava skuša optimizirati in testirati lipidni nanodelec z osnovnim lipidoidom v ovojnici 306-O12B. Delovanje tega delca primerjajo z delovanjem delca MC-3 in izkaže se, da je tako specifičnost kot učinkovitost nanodelca z lipidoidom 306-O12B večja.

Pia Mencin: Povečana afiniteta hemoglobina do kisika ter okrepljen Bohrov učinek sta posledica prilagoditve pingvinov na vodno okolje

Pingvini so razvili številne prilagoditve na vodno okolje, saj je to okolje v katerem si lovijo hrano. Daljši čas potopa pingvinom, poleg številnih drugih prilagoditev, omogočata povišana afiniteta hemoglobina (Hb) do kisika (O2) in okrepljen Bohrov učinek (tj. zmanjšana afiniteta Hb do O2 pri nizkem pH). Natančneje funkcionalno spremenjen Hb pingvinov omogoča da povečajo ekstrakcijo O2 iz pljuč in razkladanje O2 iz krvi, to jim zagotavlja da učinkoviteje izkoristijo svoje zaloge O2 vdihnjenega zraka in povečajo čas podvodnega iskanja hrane. Do tega odkritja so znanstveniki prišli s primerjavo Hb pingvinov in Hb najbližjih sorodnih organizmov pingvinov, ki se ne potapljajo. Rekonstruirali so Hb pingvinom najbližjega skupnega prednika (AncSphen) ter Hb starejšega prednika (AncPro), ki so si ga delili pingvini z njihovimi najbližjimi sorodniki, ki se ne potabljajo. S primerjavo prej omenjenih Hb so dokazali, da je prišlo do povečanja afinitete Hb do O2 in okrepljenega Bohrovega učinka pri pingvinih in ne do zmanjšanja afinitete ter poslabšanja Bohrovega učinka pri pingvinom sorodnim organizmom, ki se ne potapljajo. To dokazuje da se je spremenjena funkcija Hb pingvinov razvila kot posledica prilagoditve na vodno okolje. Raziskave so tudi pokazale da so funkcionalne spremembe v Hb pingvinov posledica večkratnih substitucij aminokislin, ki ustvarjajo interakcije med podenotami in stabilizirajo R-stanje Hb.

Ana Maučec: Retrovirusne integracije v genom zarodnih celic prispevajo k povišani verjetnosti za razvoj raka pri gostitelju

Endogeni retrovirusni elementi so prisotni v genomu večine sesalcev in predstavljajo ostanke okužb zarodnih celic z eksogenimi virusi pred več milijoni let. Številne raziskave so retroviruse povezale z razvojem različnih rakavih obolenj pri sesalcih. Z evolucijskih razvojem gostitelja so se spreminjali tudi endogeni virusi, zato je neposredne škodljive učinke na gostiteljev genom, kot so moteno in prekomerno izražanje genov, težko zaznati. Retrovirus koal (KoRV) je trenutno edini znani virus, ki prehaja med eksogeno in endogeno obliko. Gre za zapleten proces, ki vključuje kopičenje mutacij v virusnem nukleotidnem zaporedju in rekombinacijo. Skozi veliko generacij postanejo endogeni retrovirusi fiksirani in neaktivni. Zaradi nadpovprečne pojavnosti raka v populaciji koal iz severne Avstralije, so znanstveniki predpostavili povezavo med malignimi obolenji in KoRV. V vzorcih desetih koal so v zdravem in tumorskem tkivu določili lokacijo in število integracijskih mest (IM) endogenih retrovirusov. V izbranih genih blizu IM so zaznali moteno izražanje genov in njihovo večjo ekspresijo. Največjo gostoto IM so zaznali v bližini onkogenov in predvidevajo, da večja transkripcijska aktivnost teh genov olajša integracije virusov na teh mestih. Retrovirusne »invazije« genomov sesalcev imajo na začetku številne škodljive posledice za gostitelje, a so skozi zgodovino pomembno prispevale k oblikovanju njihovih genomov, tudi človekovega.

Neža Peternel: Prehrana lahko spremeni proces trimetilacije H3K4 v semenčicah in posledično vpliva na izražanje fenotipa pri potomcih

Znano je, kako se različne bolezni in deformacije lahko dedujejo preko genskega zapisa, v zadnjih desetletjih pa se veliko raziskav ukvarja s tematiko prenosa epigenetskih informacij na potomce. Epigenetske spremembe so za razliko od genskih reverzibilne in ne posegajo v zapis DNA, temveč z različnimi označevalci vplivajo na specifično izražanje genov. Trimetilacija lizina 4 na histonski podenoti 3 (H3K4me3) je bila v semenčicah identificirana kot pomemben člen pri prenosu informacij na potomce, saj naj bi se izognila epigenetskemu reprogramiranju pred vgnezditvijo zarodka. V nedavnih raziskavah so ugotovili, da lahko pomanjkanje folata v prehrani privede do motenj v folatnem ciklu, kar posredno vpliva na procese metilacije in demetilacije. Abnormalnosti v vzorcih metilacije so bile prisotne predvsem blizu področij, kjer se nahajajo geni za pravilno izgradnjo kosti, tako pri očetu kot tudi pri potomcih, posledice pa so se kazale pri izražanju fenotipa potomcev. Pomanjkanje folata v kombinaciji s povečano ekspresijo gena za KDM1A je privedlo do še hujših deformacij. Kot možno razlago izognitve reprogramiranja H3K4me3 so navedli pogosto sovpadanje trimetiliziranih območij H3K4 z regijami za vezavo proteinov Smc1 in CTCF. S študijo so odgovorili na mnoga vprašanja v zvezi z mehanizmi epigenetskega dedovanja, hkrati pa odprli možnosti za nadaljnjo raziskovanje, predvsem glede popravljalnih mehanizmov, ki bi lahko preprečili prenos določenih epigenetskih vzorcev na potomce.

Zoran Džon Ivanić: Reprogramiranje za povrnitev mladostne epigenetske informacije in vida

Epigenom med drugim tvorijo tudi vzorci metilacije DNA, ki opredeljujejo identiteto celice in njeno funkcijo. Informacijska teorija staranja razlaga staranje kot izgubo epigenetske informacije kamor spada sprememba vzorcev metilacije. Raziskovalce zanima, ali je s povrnitvijo mladostnega vzorca metilacije v organizmu mogoče doseči regeneracijo. Z uporabo transkripcijskih faktorjev Yamanake OCT4, SOX2 in KLF4 (OSK) so uspešno pomladili genetsko aktivnost v fibroblastu stare miši. Na modelu poškodbe vidnega živca v miši pa je izraženje OSK omogočilo regeneracijo in proliferacijo aksonov. Poškodba živca spremeni metilacijo DNA na podoben način kot staranje. To spremembo OSK prepreči s povečanjem količine TET1 in TET2, encimov, ki katalizirata demetilacijo DNA. Preizkus OSK pri zdravljenju modela glavkoma pri miših je pokazal spodbudne rezultate. Glavkom je obolenje oči, za katero je značilno povečanje tlaka v očesu, izguba ganglijskih celic mrežnice (RGC) in aksonov v vidnem živcu. Izražanje OSK je povrnilo gostoto aksonov nazaj na zdrav nivo, kar je bilo zaznati v izboljšanju ostrine vida osebkov. Med vzroki za slabši vid je tudi staranje. Zdravljenje starih miši z OSK je slab vid popravilo. Pri tem je bilo odkrito, da se nivoji mRNA 464 genov s staranjem spremenijo, 90% teh pa se s pomočjo izražanja OSK povrne v mladostno stanje. Tako je z OSK mogoče pomladiti kompleksno tkivo in povrniti njegovo funkcijo.

Nik Vidmar: Molekularne superstrukture zmožne vstopati v nevrone in aktivirati nevronske receptorje

Z hitrim staranjem prebivalstva po svetu se pojavlja vedno večje število degenerativnih obolenj, ki pa predstavljajo tako ekonomsko kot druženo obremenitev. Zato je veliko poudarka v znanstvenem svetu na alternativnih metodah regenerativne medicine, ki bodo lahko v prihodnosti pomagale pri zdravljenju in preprečevanju degenerativnih obolenj. Veliko pozornosti je bilo v zadnjih letih posvečene raziskovanju proteinskih molekularnih superstruktur predvsem takih, kjer prevladujejo gostitelj-gost interakcije. V raziskavi so raziskovali potencialne aplikacije gostitelj-gost kompleksa med β-ciklodekstrinom in adamantanom na peptidnih amfifilih in ugotavljali kako je ta hidrogel vplival na aktivnost možganskih nevronov. Izkazalo se je, da je raziskovan biomaterial ugodno vplival na aktivacijo nevronov in da so se ti dobro razraščali skozi porozni gel. Raziskovali so tudi možnosti 3D tiskanja gela in uspeli najti ugodno metodo, ki ni imela negativnega vpliva na sam gel ali njegove interakcije z nevroni. Rezultati so pokazali, da bo verjetno mogoče v prihodnosti z različnimi biomaterijali zdraviti poškodbe živčnega sistema in degenerativne bolezni, saj bodo ti pomagali pri obnavljanju nevronov in spodbudili njihovo aktivnost.

Marko Kovačić: Neselektivna avtofagija pospeši prilagajanje kvasovk Saccharomyces cerevisiae na aerobno dihanje v nefermentacijskem mediju

Raziskovalci s Tokijskega tehnološkega inštituta (Tokyo Tech) na Japonskem in univerze Monash v Avstraliji so se ukvarjali z vprašanjem, kako se uporabljajo metaboliti, pridobljeni v procesu avtofagije. Preučevali so rast kvasovk Saccharomyces Cerevisiae v glukoznem in etanolskem mediju. Po prenosu iz glukoznega v etanolski medij so kvasovke za pridobivanje energije namesto vrenja začele opravljati aerobno mitohondrijsko dihanje. Znanstveniki so ugotovili, da se mutirane kvasovke, ki niso sposobne opravljati neselektivne avtofagije, dlje prilagajajo na aerobno dihanje kot kvasovke, ki so zmožne opravljati avtofagijo. Z dodajanjem različnih hranil so ugotovili, da je aminokislina serin pomembna pri začetnem prilagajanju kvasovk na aerobno rast. Ob pomanjkanju aminokisline serin je bila poraba kisika v mitohondrijih nizka, ob dodatku serina pa se je le-ta povečala. Serin je pomemben za enoogljični metabolizem v mitohondrijih, ker zagotavlja enoogljično enoto, ki jo sprejme tetrahidrofolat (THF). Po sprejemu enoogljične enote se THF vključi v enoogljični metabolizem. Vezavo formilne skupine, pridobljene iz reakcij v enoogljičnem metabolizmu, na Met-tRNAfMet(iniciacijska tRNA) katalizira encim Fmt1. Formilacija iniciacijske tRNA poveča njeno afiniteto do mitohondrijskega iniciacijskega faktorja 2 (mIF2), ki je ključen pri povezovanju mitohondrijskih ribosomov, mRNA in fMet-tRNAfMet, torej pri procesu sinteze proteinov v mitohondrijih. Le-ti so ključni za pridobivanje energije z aerobnim dihanjem in za rast kvasovk.