TBK2016 Povzetki seminarjev
Nadja Škafar: Ionska črpalka za transport cezijevih ionov
Okoljski problemi spadajo med največje probleme s katerimi se mora soočati človeštvo v 21. stoletju. Mednje spada tudi onesnaženost okolja z radioaktivnimi elementi, ki se kopičijo v okolju, predvsem ob jedrskih katastrofah. Na inštitutu Nayoga Institute Of Technology so prišli na idejo, da bi se lahko radioaktivnih elementov iz okolice (natančneje cezijevih ionov) znebili s pomočjo ionskih črpalk. Njihova raziskava je temeljila na predhodnih raziskavah v katerih so že uspeli ustvariti črpalke za transport kalijevih ionov, sami pa so ta mehanizem želeli razširiti še na ostale monovalentne katione. Delali so z bakteriorodopsinom KR2 (ima vlogo ionske črpalke), tako da so mu spreminjali propustnost z vezavo različnih aminokislin na mesti Asn61 in Gly263. Ta dva aminokislinska ostanka namreč gradita prehod skozi črpalko in sta odgovorna za prehod kationov skozi le to. Ustvarili so več proteinskih mutantov in nato preverjali aktivnost transporta. Ugotovili so, da večje aminokisline vključene na ti mesti, uničijo lokalne strukture selektivnega filtra črpalke in s tem povzročijo konformacijske spremembe proteina in zvečajo radij odprtine skozi katero potujejo kationi. Od vseh proteinskih mutantov je bil za transport cezijevih ionov najuspešnejši N61L/G263F (KR2Cs+). Cilj raziskave je bil dosežen, vendar pa bo potrebno opraviti še veliko raziskav, preden bo ideja prišla v dejansko uporabo.
Ana Obaha: Vloga microRNA pri razvoju osteosarkoma in glioblastoma
Namen raziskave je odkriti razlike med biološkimi procesi normalnih in rakastih celic. Ta je sicer osredotočena na osteosrakom in glioblastom, zelo agresivni obliki raka, vendar aplicira tudi na ostale tipe te bolezni. Pomembna faza tumotjev je mirujoča faza oziroma asimptomatična faza, ki lahko traja tudi več let. Ker abnormalnih celic še ne znamo spremeniti v normalne, znanstveniki skušajo iznajti način za njihovo obvladovanje in ohranjanje teh v fazi mirovanja. Ključno vlogo pri tem imajo kratke molekule RNA imenovane microRNA (miRNA). Le-te regulirajo potranskripcijsko sintezo beljakovin. Poznamo več kot 1000 takih molekul, vendar kot najpomembnejšo raziskovalci spoznajo molekulo miRNA-190. Povečana koncentracija te molekule v rakastih celicah ohranja tumor v stanju mirovanja, saj vpliva na nastanek transkripcijskih faktorjev in beljakovin povezanimi z njimi. To predstavlja osnovni koncept odkrivanja zdravila proti raku. Znanstveniki so na tej osnovi razvili nanozdravilo, katerega naloga je ohranjanje konstanrno visoke ravni miRNA le v rakastih celicah ne pa tudi ostalih, zdravih. Ta način zdravljenja je bil do sedaj testiran le na miših in ga čaka še dolga pot do uveljavljenega zravila, ki bi ga uporabili za učinkovito zdravljenje ljudi.
Urban Ferčec: Vpliv proteina BRCA1 na Alzheimerjevo bolezen
Alzheimerjeva bolezen prizadene več milijonov ljudi letno, pri čemer je rešitev s pomočjo raziskave E. Suberbielle et al korak bližje. Raziskava se je osredotočila na protein BRCA1, ki je bil v preteklih raziskavah povezan predvsem z rakavimi obolenji. Postavljena je bila hipoteza, da je število dvojnih zlomov krivo za nastanek številnih bolezni živčevja ter možganov, kar v ekstermnih primerih privede tudi do Alzheimerjeve bolezni. S pomočjo tega je bil namen raziskave najti napako pri popravilih dvojnega zloma, ki bi lahko služil kot podlaga za pomoč bolnikov Alzheimerjeve bolezni. V raziskavi je je bilo ugotovljeno, da je prav mutacija na genu BRCA1 razlog za večje število dvojnih zlomov vijačnice, ki privedejo do pomankanja kognitivnih sposobnosti organizma. Poslabšanje je moč opaziti tudi na nevronskih celicah, kjer manjša koncentracija BRCA1 v možganih zmanjša tako velikost kot aktivnost nevronov. Čeprav so raziskave z BRCA1 šele v začetni fazi, pa opisana raziskava polaga osnovo, na kateri bodo prihodnje raziskave zagotovo polagale. Tako lahko le upamo, da bo v prihodnjih letih najdena metoda, pri kateri bodo raziskovalci sposobni nadomestiti BRCA1 v možganih bolnikov z AB ter jim s tem dali drugo priložnost.
Janja Murn:Virus HSV uspešen v boju z imunskim sisitemom
Virusi, kot patogeni organizmi, predstavljajo sesalcem že milijone let veliko nevarnost. V odgovor pred njihovim vdorom je organizem razvil celično posredovano imunost, pri kateri citotoksični limfociti T odstranjujejo vse tuje antigene iz organizma. Težava pa je, da limfociti ne morejo neposredno dostopati do virusnih antigenov v celici. Tako ima pomembno vlogo pri nastanku imunskega odziva predstavljanje antigenov receptorjem limfocitov. To nalogo opravljata receptor TAP in molekule PHK I. TAP omogoča prenos antigenov v lumen endoplazemskega retikuluma. Antigeni nastajajo v citosolu v procesu proteolize. Molekule PHKI pa prenesejo antigene na membrano antigen predstavljajoče celice. Vendar so se tekom evolucije razvijali tudi virusi in nekateri so postali posebno spretni pri vdiranju v gostitelja. Virus Herpes je razvil način, pri katerem s sintezo proteina ICP47 inhibira delovanje TAP in tako onemogoča izražanje antigenov na membrani celic. V raziskavi, ki je bila objavljena pred kratkim, so znanstveniki s pomočjo krio-EM mikroskopije ugotovili, da se protein ICP47 veže na peptidna vezavna mesta v receptorju TAP in tako onemogočijo vezavo in transport peptidov. Krio-EM je tako ekipi raziskovalcev omogočila podrobno poznavanje strukture kompleksa ICP47-TAP, na čemer bi lahko v prihodnje temeljil razvoj novih zdravstvenih metod v boju z virusom Herpes simpleks.
Ela Hudovernik: Nevroni pod žarometi proteina FlicR1
Za razumevanje delovanja možganov, ki so zelo kompleksen organ, je bistvena analiza procesov v nevronih, njihove mesebojne komunikacije in interakcij. Ena izmed tehnik za preučevanje nevrološke aktivnosti, je spremljanje dogajanja v možganih z uporabo fluorescentnih proteinov. Zaenkrat so še vedno v uporabi pretežno zeleni fluorescenti proteini, s katerimi je zaradi slabše ločljivosti in počasnega delovanja procese v nevronih težje spremljati. Znanstveniki so pred kratkim sintetizirali protein, ki so ga poimenovali FlicR1, ki se od običajnih fluorescentnih proteinov razlikuje po tem, da deluje kot detektor spremeb mirovnega membranskega potenciala in obenem tudi fluorescira. Zgrajen je iz dveh domen. Domena cpRFP je odgovorna za fluorescenco (rdeča svetloba), domena CiVSD pa je napetnostno občutljiva in preko konformacijskih sprememb, do katerih pride ob spremembi električne napetosti na membrani, vzbudi domeno cpRFP, da začne fluorescirati. Sinteza proteina je potekala v več korakih. Njegovo delovanje so najprej preverili v celicah HEK. V zaključnih fazah eksperimenta so delovanje protina FlicR1 preverili tudi v nevornih, izoliranih iz mišjega hipokampusa. Izkazal se je kot zelo primeren indikator za spremljanje dogajanja možganih, saj deluje dovolj hitro in omogoča detekcijo posameznih akcijskih potenicialov. V prihodnje bo mogoče z uporabo podobno delujočih proteinov bolje spoznati delovanje možganov, kar bo pripomoglo k razvoju naprednih tehnik zdravljenja degenerativnih možganskih bolezni.
Vida Štrancar: Vloga konformacijske spremembe kinaze v procesu bakterijske kemotakse
Bakterijska kemotaksa je proces, ki obsega zaznavanje dražljaja, senzorično transdukcijo in odziv nanj, ki se kaže v obliki gibanja v smeri ali stran od koncentracijskega gradienta določene snovi. Kadar se na membranske kemoreceptorje vežejo za bakterijo ugodne molekule, se ta giblje v smeri povečane koncentracije, nasprotno pa ob vezavi strupov bakterija spremeni smer, stran od koncentracijskega gradienta strupa. Spremembo smeri gibanja omogoča vrtenje bička, ki se lahko vrti v smeri urinega kazalca in obratno. Raziskava, ki jo v seminarju obravnavam, se osredotoča na molekule, ki posredujejo informacije od membranskih kemoreceptorjev, ki zaznavajo ligande, do flagelarnih motorčkov, ki oblikujejo odziv. Bolj specifično se raziskava ukvarja z določanjem 3D strukture CheA in CheW proteinov, ki so pripeti na membranske kemoreceptorje. Protein CheA je histidinska kinaza in vrši avtofosforilacijo, ki nadalje omogoča fosforilacijo proteina CheY. Fosforilirana oblika CheY potuje skozi citoplazmo do flagelarnih motorčkov in povzroči, da se bički začnejo vrteti v nasprotni smeri urinega kazalca. Glavno odkritje raziskave razkriva podrobnejšo strukturo proteina CheA in dve konformacijski stanji domene P4 CheA proteina. Kljub odkritju ostaja nejasen mehanizem pretvorbe signala iz receptorjev na CheA kinazo, zato bodo na tem področju potrebne še dodatne raziskave.
Andrej Ivanovski: Genski spmenjeni komarji bi lahko pomagali boj proti malariji
S slisanje na termin genetestki speremenjen,alarm za opozorilo se vklucuje pri mnogih,ampak kod nevoranost ali ne, gre za tehniko ki deluje dobr na celotni svet.Inzenjeri ki so delali s komarjev podajo nam resitev za odprava na vrocino in tudi nam podajo resitev za odpravo na vecji problem,kod je malarija. Malarija je nalezljiva bolezen, ki jo povzrocajo nekatere vrste zajedavskih prazivali iz razreda trosovcec, plazmodiji (Plasmodium).Glavni prenasalci malarije so Okužene samice, komarja ki prenašajo trose plazmodija v žlezah slinavkah. Ko pičijo človeka, se trosi prenesejo v njegovo kri in se začnejo množiti v jetrih. Nastanejo merozoiti, ki vstopajo v rdeča krvna telesca (eritrocite), kjer se nadalje delijo, dokler eritrocit ne poči. Takrat bolnik dobi napad. Kako glavni prenasalci so komarji , Anopheles gambiae in inficirajo vec od 200 miljonov ljudi vsako leto in povzrocajo smrt na vec od 430,000 ljudje.
Kaja Ujčič: Imunski sistem kot spodbujevalec raka
Imunski sistem ima pomembno vlogo pri preprečevanju rakastih obolenj. Naravne celice ubijalke oziroma NK-celice imajo v telesu nalogo uničevanja rakastih celic. STAT5 je regulatorni protein, ki regulira transkripcijo določenih genov. Prisoten je lahko v neaktivni ali aktivni (fosforilirani) obliki. V rakastih celicah je neprestano v aktivni obliki, zato se nekateri geni nenormalno izražajo, kar je vzrok za nenavadne lastnosti rakastih celic. Znanstveniki torej iščejo načine zdravljenja raka z inhibicijo tega proteina. Nedavno so bili objavljeni rezultati raziskave, ki kažejo, da ima protein STAT5 pomembno vlogo tudi v NK-celicah, zato bi njegova inhibicija lahko povzročila njihovo okvaro in s tem nezmožnost uničevanja rakastih celic. V odsotnosti STAT5 je močno zmanjšana proliferacija, dozorelost in citotoksičnost NK-celic ter povečana angiogeneza. STAT5 torej deluje kot molekulsko stikalo, ki preklaplja med dvema funkcijama NK-celic – inhibicijo in promocijo tumorja. Ta odkritja silijo v dodaten razmislek o možnih posledicah zdravljenj, ki ciljajo na aktivnost STAT5, in so podlaga za nadaljne raziskave ter kažejo na nujnost razvijanja zdravil s čim bolj optimalnim učinkom.
David Dolhar: Umetna mišična tkiva s sposobnostjo samoobnove le stvar prihodnosti?
V zadnjem času je razvoj organskih polimerov doživel hiter razvoj. V seminarju sem se osredotočil na tehniko združevanja kovalentnih (C-polimerov) ter nadmolekulskih polimerov (S-polimerov), katerih sinteza in preučevanje spada v področje fizike mehke snovi. Ideja kombiniranja teh polimerov je ustvarjanje hibridnega polimera (CNC-polimera). Ta vrsta polimera po fizičnih lastnostih močno spominja na mišično vlakno, saj v nasprotju s sedaj obstoječimi kovalentnimi polimeri tvori daljše verige z bolj urejeno strukturo. V seminarju so prikazane tri oblike monomerov, ki jih lahko učinkovito povežemo v hibridne polimere, predstavljene pa so tudi značilnosti struktur, v katere se ti polimeri povezujejo. Osrednje sredstvo za vezivo tako ostajajo povezave med aromatskimi obroči kovalentnih monomerov, le da dodatni nadmolekulski monomeri dovoljujejo dodatno stabilizacijo strukture ter tako nudijo bolj ugodno termodinamsko postavitev v hibridnem polimeru v primerjavi s standardnim kovaletnim polimerom. Dobra lastnost hibridnega polimera je tudi, da lahko nadmolekulski del hibrida po želji nadomestimo z novimi enotami s procesi dialize, ekstrakcije ter rekonstitucije. Odkritja na tem področju nudijo integracijo znanja s številnimi drugimi raziskavami, npr. električne prevodnosti organskih polimerov, kar pomeni še korak bližje k ustvarjenju umetnega mišičnega tkiva.
Dominik Rebek: Vloga RQC sistema pri agregaciji proteinov
Veliko zanimanja so v zadnjih letih znanstveniki pokazali za raziskovanje povezave med velikimi proteinskimi agregati oziroma skupki, predvsem tistimi, ki nastanejo znotraj živčnih celic, in nevrodegenerativnimi boleznimi, kot sta Alzheimerjeva in Huntingtonova bolezen. Agregacija je sicer del običajnega delovanja celic, do bolezenskih stanj vodi, če pride do agregacije okvarjenih proteinov. Ekipa, ki je napisala članek, ki sem ga izbral, se je posvetila raziskovanju povezave med okvaro sistema ribosomske kontrole kakovosti in agregacijo nefunkcionalnih polipeptidnih verig. Vse se začne pri molekuli mRNA brez stop kodona. Pri translaciji takšne molekule pride do prevajanja nekodirajočih regij, zaradi česar lahko veriga zastane na ribosomu. Težavo običajno reši kontrolni sistem, ki pa v primeru okvare vpliva na agregacijo takšnih verig. Nastali agregati pa delujejo kot seme, saj se z njimi povežejo tudi delujoči proteini. To posledično vodi do zrušenja proteostatskega ravnotežja v celici. S svojim delom je ekipa utrla pot do novih vprašanj, na katera še nimamo točnih odgovorov. Ključno vprašanje, na katerega bodo poskušali odgovoriti s prihodnjimi raziskavami, je, ali nevrodegenerativne motnje temeljijo na agregaciji zastalih polipeptidov in proteostatskem neravnovesju.
Lana Vogrinec: Uporaba nefotosintetskih bakterij za pridobivanje spojin iz sončne energije
V nalogi sem se posvetila procesu umetne fotosinteze, s katero se znanstveniki iz različnih področij že več let ukvarjajo. Sistem, ki bi bil zmožen posnemati ta naravni proces, bi na učinkovit način rešil problem onesnaženja s toplogrednim plinom CO2, hkrati pa bi bilo mogoče fotosintetske produkte uporabiti za predelavo v industrijsko pomembne surovine, na primer gorivo. Osredotočila sem se na članek z naslovom Self-photosensitization of nonphotosynthetic bacteria for solar-to-chemical production - avtorjev K. K. Sakimota, A. B. Wonga in P. Yanga, objavljen v reviji Science 1. 1. 2016. V njem je opisana sestava in delovanje hibridnega sistema nefotosintetske bakterije Moorella thermoacetica in njenega biološko oborjenega delca, kadmijevega sulfida (CdS). Hibrid deluje tako, da kadmijev sulfid, ki ga je bakterija ob dodatku določenih snovi sposobna sama proizvajati, služi kot sprejemnik sončne svetlobe. Elektroni, ki se ob tem vzbudijo, vstopajo v presnovne procese bakterij, natančneje v Wood-Ljungdahlovo pot, v kateri se CO2 reducira v etanojsko kislino. Tak sistem ima veliko prednosti, saj sam proizvaja delce, potrebne za absorpcijo svetlobe in ima velik izkoristek celo v primerjavi z naravno fotosintezo. Prav tako je obetavna možnost samostojne regeneracije, saj se majhen delež produktov, ki nastanejo pri fotosintezi, shranjuje v obliki biomase. Na tak način sistem raste, se vzdržuje in reproducira izključno na podlagi sončne energije.
Aljaž Božič: Bakterije prehajajo med celicami sočasno s procesom trogocitoze
Bakterije uporabljajo različne načine za razmnoževanje in širjenje v nove celice. Nekatere bakterije so sposobne prehajati med celicami brez da bi vstopile v medcelični prostor. Take bakterije uporabljajo posebne mehanizme za prehode med celicami (npr. gibljivost s pomočjo aktina). Raziskava na bakterijah Francisella tularensis pa kaže, da so bakterije sposobne prehajati med celicami tudi brez posebnih mehanizmov ob medceličnih stikih celic. Natančneje ob procesu trogocitoze; pojavu, kjer limfociti, ki so povezani s celicami, ki vsebujejo ustrezne antigene prevzamejo proteine iz plazmaleme teh celic in jih dodajo na svojo površino. Vendar pa je proces trogocitoze omejen le na limfocite, zato so takega prehajanja med celicami sposobne le bakterije, ki lahko preživijo v limfocitih. Poleg tega lahko na ta način okužijo le tiste tipe celic, ki vršijo trogocitozo. Natančen mehanizem prehoda bakterij med celicami še ni znan, prehod pa je sočasen s trogocitozo, torej je le ta lahko označevalec za prehode bakterij. Prehod baterij med celicami pa ni omejen zgolj na bakterijo Francisella tularensis, saj so rezultati za bakterijo Salmonella enterica serovar Typhimurum podobni. Verjetno se tudi njima podobne bakterije obnašajo enako.
Polona Skrt: Aktivnost mitohondrija in staranje kožnih celic
Raziskave staranja so že nekaj časa zelo aktualne in med najbolj sprejetimi teorijami je povezava med spremenjenim delovanjem prenašalnih verig mitohondrija, posledično nastajanjem večje količine reaktivnih kisikovih zvrsti(ROS), in staranjem celic ter tkiv. Celična senescenca oz. staranje je pravzaprav odziv ne stres(krajšanje telomer, poškodbe DNA), ki se kaže kot izguba sposobnosti delitve celice. To posledično privede do preprečitve razvoja raka, vendar tudi do kopičenja teh celic v tkivih ali omejitve zmožnosti regenerativnih zalog matičnih celic. Poudarek te raziskave je na povezavi aktivnosti mitohondrijskega kompleksa II, ki je del dihalne verige in je najmanj preučen sistem od vseh petih. Ta kompleks je zgrajen iz 4 podenot in za razliko od sorodnih treh kompleksov ni protonska črpalka. Njegova naloga je dovajanje elektronov(prek FAD) ubikinonu(koencimu Q10), ki se nato reducira. Pri temu nastajajo tudi ROS, ki so v skladu z obravnavano teorijo o staranju povzročitelji veliko poškodb DNA. V raziskavi so preučevali povezavo med aktivnostjo kompleksa II in naraščajočo starostjo. Ugotovitve so pokazale, da z naraščajočo starostjo darovalcev kožnih celic pada aktivnost kompleksa II v senescentnih fibroblastih. Vzrok za staranje celic bi tako lahko bile večje količine ROS ali pa dejansko znižana aktivnost kompleksa II.
Domen Vaupotič: Biokemija v boju proti otrokom
Svetovna populacija ljudi presega sedem milijard in še vedno strmo narašča, zaradi česar se že desetletja pojavlja potreba po novih oblikah kontracepcije. Prikrajšani so predvsem moški, saj poleg nereverzibilne vazektomije in nezanesljivega kondoma nimajo na voljo drugih kontracepcijskih sredstev, čeprav raziskovalci že trideset let pozornost usmerjajo v razvoj tako hormonalnih kot nehormonalnih učinkovin. Miyata je s svojo ekipo raziskovalcev pri miših raziskal vlogo kalcinevrina pri mobilnosti spermijev in plodnosti ter ugotovil, da inhibicija kalcinevrina povzroča močno zmanjšano aktivnost spermijev in posledično neplodnost samca. Inhibitorji kalcinevrina, kot sta ciklosporin A in FK506, se v medicini uporabljajo po presaditvi organov kot zaviralca imunskega odziva, saj je kalcinevrin vpleten tudi v aktivacijo T-celic. Uporaba tovrstnih inhibitorjev kot kontracepcijsko sredstvo zato ni mogoča, v nadaljnjih raziskavah pa bi morali raziskovalci razviti sintetično molekulo, ki bi inhibirala samo specifično izoobliko kalcinevrina (PPP3CC), ki je prisotna zgolj v spermijih. Vse do takrat pa bo velik delež načrtovanja družine še vedno slonel na ženskah.
Neli Sedej: Uporaba CRISPR/Cas9 za označevanje RNK
RNK molekule so v evkariontskih celicah po transkripciji podvržene mnogim procesom in modifikacijam, ki imajo odločilen pomen za izražanje genov. Kljub izrednemu pomenu za delovanje celice pa so ti procesi razmeroma slabo raziskani, saj jih je pogosto težko zasledovati. V raziskavi so za raziskovanje RNK preizkusili uporabo tehnike CRISPR/Cas9, ki je v zadnjih letih močno poenostavila manipulacijo DNK. CRISPR/ Cas9 je metoda, ki temelji na bakterijskem imunskem sistemu CRISPR in omogoča cepljenje ali označevanje DNK na specifičnem mestu. S prirejeno obliko CRISPR/Cas9 jim je uspelo označiti mRNK s fluorescenčnim barvilom in s konfokalno mikroskopijo spremljati njegovo potovanje po celici. S primerjavo z rezultati tehnike fluorescence in situ hybridization so potrdili, da metoda daje dobre rezultate. Izkazala se je za učinkovito, saj niso bile opažene motnje v izražanju ali delovanju RNK, mogoče pa je bilo tudi kvantitativno opazovanje molekul v realnem času. Prednost uporabe CRISPR/Cas9 za označevanje RNK je, da je primerna za uporabo na živih celicah. Metodo bi v nadaljnih raziskavah lahko razširii na manipulacijo RNK na specifičnih mestih. Nova tehnika ima velik potencial za raziskovanje metabolizma RNK in in uravnavanje izražanja genov na post transkripcijski ravni.
Ana Erčulj: Endogeni retrovirusi – regulatorji pluripotence
Endogeni retrovirusi so retrovirusi, katerih DNA je vgrajena v človeško DNA (provirusna DNA). Endogene retroviruse uvrščamo med transpozone. To so elementi, ki lahko spreminjajo svoj lokus na genomu. V raziskavi so karakterizirali funkcije treh dolgih nekodirajočih RNA molekul (lincRNA), transkripte genov HPAT2, HPAT3 in HPAT5, v regulaciji pluripotence. Ugotovili so, da je genska struktura HPAT2, -3 in -5 zelo podobna sekvenci endogenih retrovirusov. V nekaterih primerih je bilo ujemanje celo popolno. S poskusi so preverjali kako transkripti teh genov vplivajo na pluripotenco embrionalnih matičnih celic. Ob odsotnosti teh treh genov je bilo število TRA-1-60 in alkalin fosfataza-pozitivnih celic zelo majhno. TRA-1-60 in alkalin-fosfataza sta namreč markerja pluripotence. Ob nadaljni raziskavi so ugotovili, da te tri lincRNA omogočajo nastanek induciranih pluripotentnih celic. Največjo vlogo pa ima transkript HPAT5. Ko so preverjali njegovo delovanje, so poskusi pokazali, da se veže na mikroRNA skupine let-7 ter tako zavira začetek diferenciacije celic. Ta raziskava poudarja pomembno vlogo lincRNA in genov, ki ne kodirajo proteine (introni).
Karin Kokalj: Uporaba hiperpolariziranih diazirinov, kot molekulskih označevalcev
Magnetna resonanca je radiološka tehnika, s pomočjo katere lahko dobimo tridimenzionalno sliko notranjosti človeškega telesa. Ima velik potencial, saj ima možnost prikaza struktur molekul in kemijskih procesov, ki jih lahko spremljamo medtem ko potekajo v telesu. Glavni problem, ki to zavira je majhna občutljivost magnetne resonance. Hiperpolarizacija molekul zelo poveča občutljivost magnetne resonance, kar privede do tega, da lahko zaznamo in opazujemo hiperpolarizirane molekule že pri nizkih koncentracijah. Dosedanje hiperpolarizacijske metode, se srečujejo z dvema večjima problemoma: zelo visoka cena opreme (dva miljona evrov na napravo) in kratkoživost hiperpolariziranih označevalcev, ki nam omogočajo spremljanje njihovih signalov le za minuto ali dve. Z uporabo 15N2-diazirinov lahko rešimo oba problema. Diazirini se lahko hiperpolarizirajo hitro in učinkovito. Hiperpolarizirane molekule, ki vsebujejo diazirine so dolgožive, njihove lastnosti pa so nespremenjene. SABRE-SHEATH metoda je enostavna in cenovno ugodna za aktivacijo oz. hiperpolarizacijo diazirina. Pri tej metodi imajo jedra 15N dolge relaksacijske časove (6 in 23 minut – imamo dva tipa hiperpolariziranih diazirinov 15N2 ), zaradi česar ojačijo magnetno resonančne signale tudi za več kot eno uro in tako delujejo kot označevalci. Metoda potrebuje le para-H2, katalizator in posodo, ki reducira 99% Zemeljskega magnetnega polja. Po 5 minutah spuščanja plinastega para-H2 v posodo z iridijskim katalizatorjem in substratom z diazirinom, se hiperpolarizacija prenese iz para-H2 na substrat in tako dosežemo 10% (hiper)polarizacijo dušika v diazirinu, kar je tisočkrat močnejša polarizacija, kot v navadni magnetni resonanci.
Zala Živič: Svetlobno nadzorovan eksport proteinov iz celičnega jedra
Optogenetika nam priredi orodja, s katerimi lahko natančno nadziramo določene procese v živem tkivu. V opisani raziskavi so se osredotočili na sintezo in preizkus delovanja takšnega orodja, ki bi nam omogočalo svetlobno nadzorovan eksport iz celičnega jedra, saj česa učinkovitega in enostavnega v ta namen še ni. Sintetizirali so protein LEXY iz LOV2 (ang »Light Oxygen Voltage«) domene fototropina 1 iz ovesa, kateri so na konec Jα heliksa dodali lastnosti signala za jedrni eksport (ang. »Nuclear Export Signal«). Ta je v temi sterično oviran, ob obsevanju z modro svetlobo pa se razkrije in postane aktiven. Delovanje proteina so nato preizkusili v seriji poskusov s pomočjo fluorescenčnih proteinov, navadno mCherry, in pulzirajočo modro svetlobo, ki je povzročila aktivacijo LEXY. Ugotovili so, da ta protein omogoča uspešen in reverzibilen eksport željenega proteina iz celičnega jedra, inhibicijo eksportin-1 eksportnega sistema, akomulacijo inhibitorjev v citosolu in preprečitev delovanja proteina p53, ki je povezan z mnogimi celičnimi procesi, kot npr. proliferacija in celična smrt. To pomeni, da ima protein LEXY širok spekter uporabe in je dober dodatek k obstoječemu optogenetskemu orodju.
David Titovšek: Odstranitev HIV-1 iz človeških celic s CRISPR/Cas9 sistemom
Virus HIV predstavlja velik problem za današnje zdravstvo, saj se vgradi v DNA celic našega imunskega sistema. Z dosedanjimi metodami nam ga še ni uspelo popolnoma odstraniti, saj ostane skrit v mirujočih celicah. Na tem področju veliko obeta CRISPR/Cas9 sistem. To je kompleks proteina Cas9 in gRNA(g – guiding), ki je bil zasnovan na osnovi bakterijskega imunskega sistema CRISPR. Ta kompleks je sposoben rezati dvojno vijačnico DNA na mestih, kjer sta zaporedji nukleotidov na DNA in gRNA komplementarni. Na osnovi poznavanja genoma virusa HIV-1 so znastveniki naredili tako gRNA, ki bo usmerjala Cas9 na mesta, kjer je v človeški DNA vezana virusna DNA. Znanstveniki so delovanje svojega kompleksa preizkusili na različne načine. Mirujoče celice, ki so vsebovale virusno DNA, v kateri je bil tudi zapis za GFP (zeleni fluorescentni protein), so reaktivirali in ugotovili, da je bil kompleks Cas9/gRNA učinkovit, saj se GFP ni izrazil, kar kaže na to, da se je virusna DNA izrezala. Ugotovili so tudi, da Cas9/gRNA nima škodljivih učinkov za celico in da ne vpliva na izražanje genov, ki ležijo v bližini izrezane virusne DNA. Kompleks Cas9/gRNA so preizkusili tudi na celicah pridobljenih od pacientov, kjer pa so ugotovili, da ta sicer zmanjša hitrost razmnoževanja virusov, vendar je ne ustavi popolnoma.
Pia Lavriha: Interakcija proteina p53 in subtelomerov za zaščito DNA človeških telomerov
Celice v vsakem organizmu so podvržene številnim škodljivim okolijskim dejavnikom, ki imajo vpliv na celoten genom, tudi na subtelomere in telomere. Poškodbe, ki pri tem nastanejo, morajo biti odpravljene, za ohranitev celovitosti genoma. Odkritih je bilo 12 vezavnih mest na subtelomerih za protein p53, ki ima veliko vlogo v popravljalnih mehanizmih DNA in pri kontroli celičnega cikla. To nakazuje na sodelovanje proteina p53 v popravljalnih mehanizmih telomerov in subtelomerov. Prisotnost p53 po obravnavanju celic z citotoksičnim etopozidom na območju telomerov zmanjša koncentracijo histona γH2AX, ki je v celici označevalec napak na DNA, in poveča koncentracijo acetiliranih histonov H3A9 in H3A27, ki acetilirana povzročita razrahljanje kromatina, s čimer je DNA bolj dostopen proteinom, ki se nanj vežejo. Povečala se je tudi koncentracija prepisov TERRA, ki regulira delovanje telomeraze, in eRNA (enhancer RNA), ki omogoča posredno regulacijo transkripcije genov, ki so p53 odvisni. Opazno je bilo povečanje prepisov za protein p21, ki je p53 odvisen in posredno zaustavi celični cikel v G1 fazi, in vezave proteinov TRF1 in TRF2, ki stabilizirata strukturo telomerov. Iz podatkov lahko sklepamo na odvisnost popravljalnih mehanizmov na območju telomerov od vezave proteina p53 na subtelomere, a so potrebne dodatne raziskave za določitev natančnega mehanizma.
Aljoša Marinko: Vloga proteina DART pri odstranitvi virusa HIV
Antiretrovirusna terapija je dandanes uporabljena kot glavna metoda v boju proti virusu HIV, ampak je le začasna rešitev, saj podaljša življenjsko dobo okužene osebe, vendar jo ne ozdravi. Virus HIV namreč ostane skrit našemu imunskemu sistemu in ga je zaradi tega skoraj nemogoče popolnoma odstraniti iz telesa. Protein DART je bil v kombinaciji s sredstvi za povečano izražanje virusa HIV raziskan kot ena izmed možnih rešitev omenjenega problema. Protein naj bi deloval na osnovi prepoznavanja okuženih celic in celic T ubijalk, hkrati vodil njuno združitev in posledično uničenje vseh prepoznanih okuženih celic. Sestavljen je iz dveh delov, anti-HIV in anti-CD3 dela. Prvi naj bi se vezal na okužene celice, drugi pa na celice T. Sprva je bilo potrebno določiti, katera protitelesa najbolje prepoznajo oba omenjena tipa celic, da je bilo na podlagi tega mogoče sintetizirati najbolj optimalne proteine, nato so bili le-ti testirani njihove učinkovitosti eliminacije virusa v različnih situacijah. Končni rezultati raziskave so se izakazali za obetavne, saj so proteini DART v kombinaciji s sredstvi za povečano izražanje v veliki meri uspešno odstranili okužene celice v ex vivo modelu celic pacientov okuženih z virusom HIV. S tem so se proteini DART izkazali kot dobri kandidati za nadaljne raziskave na in vivo modelu.
Jurij Nastran: Evolucija in delovanje dopaminskih receptorjev
Ena največjih skrivnosti človeškega telesa so možgani. Poznavanje možganov bo pomembno prispevalo k razvoju farmacije, saj bo z nadaljnjim raziskovanjem postopoma omogočeno bolj učinkovito zdravljenje bolezni, ki možgane prizadenejo. Odkritja na tem področju lahko torej potencialno pomagajo veliko ljudem s težavami pri gibanju, depresiji in drugih degenerativnih nevroloških boleznih. Med ta odkritja spadajo tudi dognanja na področju strukture, funkcije in izvora proteinov, ki so pomembni s farmacevtskega vidika. Eden izmed načinov, kako do njih priti, je identifikacija spojin, ki so se s koevolucijo razvile tako, da so ohranile nekatere skupne lastnosti. Ta študija je prispevala k razlagi, kako proteini ohranijo svojo strukturo in funkcijo ter je omogočila boljša zdravila v prihodnosti. Avtorji so ustvarili novo matematično orodje ET-MIp, ki temelji na principih evolucije. Skozi evolucijo je dopaminski receptor D2 ohranjal svojo funkcijo, medtem pa se je razporeditev njegovih aminokislin počasi in postopoma spreminjala. Alosterični pari, ki so pomembni pri ohranjanju proteinske strukture in funkcije receptorja, so se ohranili. To matematično orodje nudi pomoč pri identificiranju parov, ki so najverjetneje bili vpleteni pri alosterični komunikaciji. Pari aminokislin, za katere so verjeli, da imajo evolucijski razlog za tvorjenje alosterične komunikacije, so se večinoma tudi eksperimentalno obnašali kot alosterični par. To odkritje nam pomaga razumeti, kako je funkcija dopaminskega receptorja D2 regulirana in je pomemben korak proti novim zdravilom na tem področju.
Katja Malenšek: Kako celica določi, kje se sinteza proteinov začne?
Proteini so ene najkompleksnejših makromolekul, ki v celici in organizmu nasploh opravljajo najrazličnejše vloge. Njihova dokončna sinteza poteka na ribosomih, informacijo o njihovi zgradbi pa nosi molekula DNA. Da protein nastane, se mora torej informacija iz DNA prepisati v mRNA, ki nato potuje do ribosoma, kjer poteče translacija. V začetnih stopnjah translacije so poleg ribosoma in mRNA prisotni še številni drugi proteini oz. faktorji, ki s svojim delovanjem omogočijo, da se sinteza polipeptidne verige prične na ustreznem mestu na mRNA. Protein s spremenjeno primarno strukturo bi bil namreč lahko nefunkcionalen ali pa za celico celo škodljiv. Sinteza polipeptidne verige se običajno začne, ko ribosom v procesu »skeniranja« zazna kodon AUG. Takrat pride do konformacijske spremembe celotnega kompleksa, na ribosom vezan faktor eIF5 s svojo GTPazno aktivnostjo sproži hidrolizo GTP, vezanega na faktor eIF2, čemur sledi odcep fosfatne skupine. Konformacijske spremembe, ki naj bi pri tem nastale, stabilizirajo celoten kompleks in preprečijo nadaljnje »skeniranje«. V tej raziskavi so znanstveniki testirali, kaj se zgodi v odsotnosti faktorja eIF5. Ugotovili so, da pri tem v večjem številu primerov pride do tvorbe kompleksov 48S in 80S na bolj oddaljenih kodonih AUG, kjer se nato sinteza polipeptidne verige prične. Predpostavili so obstoj do sedaj nepoznanega mehanizma (»sliding«), ki dovoljuje, da se »skeniranje« nadaljuje, kljub temu da je že prišlo do zaznave kodona AUG. To so kasneje tudi potrdili z ostalimi eksperimenti. Najverjetnejša razlaga za ta pojav je, da pri manjši koncentraciji eIF5 ne pride do hidrolize v zadostni meri, posledično so tudi konformacijske spremembe manjše in zato niso sposobne ustrezno stabilizirati kompleksa. Glede na dejstvo, da je tudi koncentracija eIF5 v različnih celicah različna in se neprestano spreminja v odvisnosti od okoliščin, si lahko »sliding« predstavljamo kot nekakšen mehanizem, ki uravnava izražanje genov na nivoju translacije.
Maša Zorman: Zvijanje kromatina in inhibicija DNA replikacije s platinastim kompleksom 5-H-Y
Celični procesi, kot sta replikacija DNA in prepisovanje RNA, so izjemno pomemblni za uspešno delovanje in sposobnost preživetja celic. Ko celica ni več sposobna opravljati celičnega cikla nastopi apoptoza. Na osnovi tega znanja se že dalj časa uporabljajo protirakava sredstva, ki preprečujejo nekontrolirano delitev rakavih celic tako, da celicam ustavijo vitalne procese in povzročijo celično smrt. Najbolj razširjena protirakava sredstva so platinasti kompleksi in spojine, kot na primer Cis-diamindikloridoplatina (cisplatin). Problem zdravil kot je cisplatin je, da ob daljšem zdravlenju z njim, nekatere rakave celice razvijejo odpornost nanj in se ponovnoma začnejo nekontrolirano deliti. Zato znanstveniki že dalj časa želijo najti rešitev in proizvesti zdravilo, ki bi bilo sposobno ubiti ciplatin-odporne rakave celice. V raziskavi je skupina znanstvenikov preizkuila platinast kompleks 5-H-Y, ki je v preteklih raziskavah kazal izjemen potencial kot protirakavo sredstvo. V raziskavi so odkrili, kako sposobnost 5-H-Y za kondenzacijo kromatina in drugačen popravni mehanizem DNA pripomoreta k uničevanju rakavih celic, kot tudi celic imunih na cisplatin. Citotoksičnost 5-H-Y, v primerjavi s cisplatinom, naj bi manj vplivala spremembe genoma, zato raziskovalci menijo, da je kompleks 5-H-Y manj škodljiv organizmu in dobra alternativa zdajšnim protirakavim sredstvom.
Katarina Petra van Midden: Učinkovitost molekule GS-5734 proti virusu ebola
Virus ebola je eden izmed človeku najbolj nevarnih virusov, saj povzroča hude hemoragične mrzlice, ki se pogosto končajo s smrtjo bolnika. Predlani, ko je prišlo do največjega izbruha virusa do sedaj, se je začelo intenzivno raziskovanje učinkovin, ki bi lahko preprečile okužbo ali pomagale pri okrevanju bolnika. Ena izmed slednjih je molekula GS-5734, ki deluje tako, da se v celici hitro in učinkovito pretvori v NTP (ATP-ju podobno molekulo z vezano ciano skupino). Ta inhibira delovanje virusnega encima od RNA odvisne polimeraze RNA, ki je nujno potrebna za razmnoževanje virusa, saj negativno polarno virusno RNA pretvori v pozitivno polarno in omogoči sintezo strukturnih beljakovin. Ker se je molekula in vitro izkazala za zelo učinkovito, so želeli preveriti učinkovitost še na živem modelu, opicah Mucaca Mulatta. Najprej so preverjali farmakokinetiko, metabolizem in distribucijo GS-5734 na zdravih opicah, kasneje pa so opice tudi okužili z virusom in gledali vpliv učinkovine. Vse opice zdravljene z dovolj veliko dozo GS-5734 so okužbo preživele. Količina virusne RNA se je v njihovi krvi vidno zmanjšala, kazale pa so tudi manj znakov okužbe. Rezultati so zelo obetavni, a je pot do zdravljenja s GS-5734 še dolga. Trenutno potekajo raziskave na zdravih človeških prostovoljcih, kjer bodo preverjali varnost molekule.
Kevin Heric: Proizvajanje enantioselektivnih biokatalizatorjev s pomočjo fotosinteze
Globalno izčrpavanje naravnih virov predstavlja veliko grožnjo naši družbi. Fosilnih goriv bo v naslednjih desetletjih zmanjkalo, in vspešne alternativne vire je treba še preveriti. Ta izziv zahteva veliko premislekov in težav pri zamenjavi tedanjih virov energije, ki temeljijo zlasti na bencinskih derivatih, z obnovljivimi viri. Zadnje čase pritegujejo veliko pozornost fototrofski organizmi, ki bi lahko proizvajali razne kemikalije predvsem pa biogoriva. Ti mikroorganizmi omogočajo neposredno uporabo ogljikovega oksida. Veliko pozornost so pritegnile cianobakterije, točneje cianobakterija Synechocystis sp. PCC 6803. Ključno vlogo imajo pri tem katalizatorji. Katalizatorje bi lahko izdelovali iz fotosintetskih encimov, ki jih ta bakterija proizvaja in kateri bi bili važna komponenta biotehnoloških in kemijskih industrij. Ker biokatalizatorji delujejo v zelo občutljivih reakcijskih pogojih, industrije potrebujejo trajnostne in odporne katalizatorje. Njihova visoka selektivnost omogoča skrajšanje reakcijskih poti, kar je privedlo do številnih aplikacij okolju prijaznih sintez kemikalij in farmacevtskih izdelkov. S pomočjo teh cianobakterij bi lahko v prihodnosti pridobivali goriva iz ogljikovega oksida v zraku in to s fotosintezo. Edina težava pri tem procesu je nizka koncentracija encimov, ki jih cianobaterija Synechocystis sp. PCC 6803 proizvaja.
Valentina Novak: Transgeneracijski vplivi motnje v metilaciji histonov
Ste kdaj pomislili, da bi morebitne kompleksne bolezni kot so težave s srcem, diabetes tipa II ali rak, povezali z življenjskim slogom svojih staršev? V zadnjih letih so znanstveniki pokazali, da življenjske navade očeta, kot so prehrana, izpostavljenost toksinom in stres, lahko vplivajo na razvoj in zdravje njegovih potomcev. Kjub napredkom na področju epigenetike, ki se ukvarja z dedovanjem značilnosti, katerih razvoj ni posledica informacij zapisanih v nukleotidnem zaporedju DNA, znanstveniki še vedno niso razvozlali vseh mehanizmov, ki sodelujejo pri prenosu informacij o okoljskih dejavnikih med generacijami. V raziskavi se je raziskovalna skupina posvetila mehanizmu metilacije histonov, ki je bil dosedaj večinokrat v senci raziskovanja metilacije DNA. Raziskovalci so vzgojili transgene miši, pri katerih je bilo povečano izražanje demetilaze lizina 4 na histonu 3, miši parili s testnimi v dveh linijah potomcev in opazovali učinke spremembe v metilaciji na razvoj potomcev. Potrdili so vpliv pravilne metilacije lizina 4 histona 3 na gene, ki sodelujejo pri normalnem razvoju miši v večih generacijah po stiku moškega predinka s transgenom. Raziskava je prispevala pomemben delež v raziskovanju prenosa informacij preko metilacije histonov. V prihodnosti upajo na razkritje medsebojnih vplivov sočasnega delovanja različnih epigenetskih mehanizmov ter odkritje natančne povezave med okoljskim vplivom, epigenomom v spermi ter izražanjem genov v potomcih.
Luka Okorn: Pretvorba prionov: iz dobrih v slabe
Bolezni, ki jih povzročajo prionski proteini so eni izmed najredkejših ampak tudi najnevarnejših poznanih bolezni. Poznamo več konformer prionskih proteinov (PrP). Obliko PrPc lahko najdemo v vsakem zdravem osebku in je vpletena v običajne, vsakdanje procese v telesu. Ta neškodljiva oblika, pa lahko zaradi za enkrat še neznanega mehanizma spremeni svojo konformacijo ter postane patogena in osebku povzroča zdravstvene težave. Ena izmed hipotez za možnost zdravljenja prionskih bolezni je zmanjšanje količine normalne konformere PrP, ki se nahajajo na membrani celic v našem živčnem sistemu. S tem bi preprečili spremembo konformacije normalnih PrPc v patogene. Ena izmed možnih spojin, ki opravljale to nalogo je astemizole. V raziskavi je podaljšal čas preživetja miši okuženih s prioni. Zaradi pomanjkanja možnosti zdravljenja pacientov s prionskimi boleznimi, astemizole predstavlja eno izmed možnosti, ki bi lahko pacientom vsaj podaljšal čas preživetja. Najnovejše raziskave pa se bojo osredotočile na drugačne možnosti zdravljenja. Znanstveniki so namreč odkrili kofaktor pri spremembi konformacije iz normalnega PrPc v patogenega. Popoln, kompleksen mehanizem še vedno ni znan, odkrili pa so, da pri spremembi konformacije sodeluje baker, ki je vezan na aminokislinsko zaporedje proteinskega proteina znano kot »peto vezavno mesto za baker«, ki pa do sedaj še ni bilo dobro raziskano. Na tem vezavnem mestu je baker vezan na dve aminokislini histidina. S tako vezavo baker varuje in vzdržuje normalno obliko PrPc. Ko pa na tem vezavnem mestu bakra ni, ali pa je vezan le na eno aminokislino histidina pa nastanejo problemi. Prionski protein postane nestabilen in spremeni svojo konformacijo, postane patogen.
