28. dec. 2007

2008

Vsako novo leto pride hitreje kot prejšnje, vsaj tako se zdi, in tako 'prehiteva' tudi leto 2008. Čeprav sem si predstavljal, da bo konec decembra dovolj časa, da predstavim še nekatere zanimive teme iz sveta molekularne biologije, mi to ni uspelo. Upam, da bo v novem letu bolje in da se boste še vračali na te strani.

Vsem obiskovalcem bloga želim veliko zdravja in uspeha v prihajajočem letu!

17. dec. 2007

Razkrit genom mahu

V četrtek je na spletnem portalu ScienceExpress izšel članek, v katerem so objavili podatke o genomu prvega raziskanega mahu vrste Physcomitrella patens. Morda je za začetek smiselno zastaviti vprašanje, zakaj določevati zaporedje genoma nekega neopaznega mahu, saj je nedokončano delo z določitvijo genoma cele vrste poljskih rastlin in dreves. Na to vprašanje so že pred leti odgovorili na spletnih straneh ameriškega Združenega genomskega inštituta (JGI): gre za evolucijsko staro skupino organizmov s sorazmerno majhnim genomom, so morfološko preprosti, po drugi strani pa osnovni fiziološki procesi potekajo pri mahu podobno kot pri višjih rastlinah. Nekateri primerjajo pomen, ki ga ima ta vrsta mahu za razumevanje višjih rastlin, s pomenom vinske mušice za razumevanje sesalcev. Ali, kot so slikovito zapisali na EurekAlert, dobili smo gensko sporočilo iz davnine, staro 500 milijonov let. Mahovi so bili najverjetneje ene prvih rastlin, ki so naselile kopno.

Genom raziskanega mahu so določili sodelavci iz 44 različnih skupin. Že lani je bilo jasno, da genom predstavlja 27 kromosomov s skupno dolžino okrog 500 milijonov baznih parov. Natančnejše analize pa so pokazale, da je genom nekoliko krajši in da vsebuje zapise za skoraj 36.000 proteinov. To pomeni, da genom, ki je šestkrat manjši od človekovega, zapisuje za polovico več proteinov.

Gotovo so mahovi razvili nekatere posebne prilagoditve, ki jih višje rastline nimajo, saj ima na primer v življenjskem ciklu spore, ker nima žil, pa so morali razviti posebne načine transporta snovi po rastlini. Genom torej nima zapisov za proteine, povezane s cvetenjem, razvojem različnih tipov žil in plodov. Po drugi strani se mah lahko v celoti izsuši, ko pade dež, pa ponovno oživi. Ko bodo raziskali, kako je to mogoče, bi lahko ustrezne gene prenesli v druge rastline. Raziskave bodo gotovo šle v več smeri, od bioinformatskih raziskav na področju primerjalne genomike kot podlaga filogenetskih analiz, funkcionalna genomika bo verjetno z inaktivacijo točno določenih genov poskušala določiti pomen posameznih genov za razvoj rastline, uporabne raziskave pa bodo usmerjene v prenos nekateih genov v kulturne rastline.

11. dec. 2007

O tekmovanju iGEM na Kvarkadabri

Ko že ravno govorim o sintezni biologiji in pravzaprav na blogu že več kot en mesec govorim v glavnem samo o eni stvari, tekmovanju iGEM, naj omenim, da je Peter Cimermančič, študent 4. letnika biokemije in član naše tekmovalne ekipe, na portalu Kvarkadabra objavil svoje vtise o tekmovanju in na kratko opisal, s kakšnimi projekti so se predstavile nekatere druge ekipe.

O sintezni biologiji v Razgledi.net

V nedeljo zvečer sem se potrudil in za spletni časopis (formalno sicer blog) Razgledi.net napisal sestavek o sintezni biologiji. Ker gre za bolj splošen časopis, so raziskovalni detajli povsem v ozadju, pa še tako se bojim, da bo za redne bralce tega časopisa tema preveč strokovna. Če koga zanima, kako splošen sem bil, si članek seveda lahko prebere in presodi sam.

K pisanju me je pregovoril blogger Franc, urednik Razgledov.net Vojko Flegar pa pravi, da si želijo več prispevkov s področja naravoslovja ali povezav med naravoslovjem in družboslovjem. Bi to bil za koga izziv?

9. dec. 2007

Novice iz sveta molekularne biologije

Tokrat bi vse obiskovalce bloga rad povabil, da si ogledate, katere novice iz sveta molekularne biologije in biokemije so se zdele študentom 2. letnika Biokemije tako zanimive, da se so jih odločili predstaviti s seminarjem. Letos morajo študenti sami izbrati novico, jo predstaviti s kratkim povzetkom (~200 besed) na wikiju, s seminarjem v obsegu 1000-1200 besed in s predstavitvijo pred letnikom (5-7 minut), ki ji sledi razprava.

Iz seznama seminarjev je razvidno, da se zdijo študentom najbolj zanimive teme, povezane z medicino, sledi pa nevrobiokemija. Velik delež vsebin z medicinsko tematiko je sicer treba pripisati tudi temu, da na spletnih portalih z novicami s področja ved o življenju prevladujejo objave o raziskovalnih dosežkih v medicini.

Povezave na seznamu vodijo do kratkih povzetkov, ki niso recenzirani, običajno pa je na dnu povezava do novice, iz katere so dobili osnovno informacijo o nekem raziskovalnem delu. Celotni seminarji na spletu niso na voljo, običajno pa vsebujejo predvsem biokemijsko razlago procesa, ki ga opisuje novica.

S tem sem tudi posredno povedal, s čim se ukvarjam marsikateri večer, ko bi sicer sam razlagal novice in jih objavljal na tem blogu. Mogoče bo proti koncu meseca, ko se iztečejo roki za oddajo seminarjev, časa kaj več in se bom ponovno lotil pisanja 'po starem'.

28. nov. 2007

Oktober, november...

Precej novic sem si shranil zadnje tedne, ko je bilo bolj malo časa za pisanje bloga in zdaj je čas, da jih vsaj omenim, saj je čisto jasno, da jih ne bom uspel obdelati tako, kot si zaslužijo.

Že 18. oktobra je Reuters poročal o zanimivih raziskavah na psih. Čeprav je mogoče čudno, toda v začetku 21. stoletja še vedno ni (bilo) povsem jasno, kaj določa barvo dlake pri psih. Zato so raziskovalci s Stanforda analizirali DNA več sto psov in ugotovili, kakšno je molekularno ozadje različne pigmentacije. Nepričakovano se je izkazalo, da barvo dlake uravnava eden od defenzinov. Toda defenzini, vsaj tako so menili doslej, so proteini, ki delujejo kot zaščita organizma pred mikrobi... Nova hipoteza pravi, da naj bi bili defenzini proteini z bolj splošno vlogo pri prilagajanju na spremembe v okolju. Število genov za defenzine je pri živalih zelo različno in morda predstavlja evolucijsko hiter odgovor na spremembe. Morda bo število kopij genov za defenzine pri človeku mogoče povezati z nagnjenostjo k debelosti, z barvo kože, las ali oči. Celotna raziskava bo izšla v reviji Science; zaenkrat je bila objavljena le v spletni verziji (Science Express).

5. novembra so v MIT-jevem spletnem časopisu Technology Review pisali o novih gensko spremenjenih rastlinah, pri katerih namesto toksina proti insektom deluje interferenčna RNA. GS rastline, ki jih sejejo po svetu in so odporne proti škodljivcem, imajo večinoma v svoj genom vključen zapis za enega od bakterijskih toksinov. Kritiki uporabe GS rastlin predstavljajo kot pomemben argument, da so bakterijski toksini premalo specifični in lahko pobijejo tudi vrste žuželk, ki rastlinam ne škodijo, razen tega pa se bo verjetno s časom razvila odpornost proti toksinom. Interferenčno RNA je mogoče načrtati tako natančno, da bi delovala samo proti eni vrsti škodljivcev, zato bi argument nasprotnikov glede nespecifičnosti s tem postal ničen. Raziskave so objavili v novembrski številki revije Nature Biotechnology v dveh člankih (1, 2).

Reuters je 7. 11. objavil prispevek z malo pretiranim naslovom: Določili nukleotidno zaporedje prhljaja, in baje so o tem poročali tudi v Sloveniji. Eden od povzročiteljev prhljaja je gliva Malassezia globosa, ki jo najdemo na lasišču skoraj vsakega človeka, in ki izloča več kot 50 različnih encimov, s katerimi razgrajuje sestavine las in lasišča. Da so prišli do zadostnih količin DNA, so morali namnožiti toliko gliv, pravijo, da bi z njimi lahko okužili 10 milijonov ljudi (gojili so jih v 10-litrskem fermentorju). Šele na osnovi analize genoma so ugotovili, da se gliva lahko razmnožuje tudi spolno. Predvidevajo, da bi na osnovi genomskih podatkov lahko odkrili snov, ki bi bila bolj učinkovita proti prhljaju, kot so sredstva, ki jih uporabljajo danes. Raziskavo so objavili v reviji PNAS - članek je prosto dostopen.

Pa pri nas? Spletni Dnevnik nove enkonomije je 12. novembra objavil kratko vest, da so Združeni narodi pripravili študijo, po kateri naj bi kloniranje ljudi dovolili le v izjemnih primerih za zdravljenje. Vlade bi naj morale pripraviti zakonske okvire za zaščito klonov pred zlorabami, predsodki in diskriminacijo. Mogoče vir ni povsem verodostojen in je gre v resnici za kloniranje ljudi, pač pa za kloniranje človeških celic... na vsak način pa bo težko z zakoni zaščititi klone pred predsodki...

Danes pa sem na multimedijskem portalu RTV Slovenija prebral novico o 'supermiši', ki ne more zboleti za rakom. Te miši naj bi imele 'povečano delovanje gena Par-4', ki naj bi 'imel vlogo v "programu umiranja celic". Če koga tema res zanima, naj si raje prebere kaj več na strani EurekAlert. Bistvo je v tem, da so pripravili transgensko miš, ki je nosila človeški tumorski supresorski gen Par-4 (odkrili so ga že precej nazaj v prostati, a se izraža tudi v drugih tkivih). Supresor je res deloval apoptotično (apoptoza je tip programirane celične smrti) le na rakave celice, na zdrave pa ne in življenjska doba transgenskih miši je bila za nekaj mesecev daljša od kontrolnih miši.

25. nov. 2007

Spet v starih tirnicah

Kot da se razen tekmovanja iGEM ta mesec ne bi nič dogajalo... ne, sploh ni res. Po povratku je bilo precej odmevov, res precej, precej čestitk, od kolegov, sodelavcev, od rektorice, ministrice, celo predsednik vlade nam je čestital (!), telefonirali so ljudje z radijskih postaj in s časopisov, nekaj snemanj za televizije nas še čaka, pa tudi prve predstavitve v živo (predvidoma 3. decembra popoldne na Kemijskem inštitutu).

Najbolj neverjetno je, kako je treba za kratke izjave za medije celotno delo skrčiti na par stavkov, s katerimi je nemogoče razložiti tisto, kar je pri projektu bilo najbolj dodelano. Tako kot se verjetno počuti kdo, ki se spozna na glasbo in mora nekomu brez posluha razložiti, zakaj je klavirski koncert od Rahmaninova taka mojstrovina (nočem reči, da je bil naš projekt takoo dober, ne).

V četrtek, v oddaji Študentski val, je novinarka rekla, da si 'več informacij lahko ogledate na naslovu novebiologije.blogspot.com', kar je pa ravno moj blog... in zdaj naj začnem pisati o drugih stvareh? In ko sem že ravno pri radiu - ali je kdo poslušal intervju z Nejcem Jelenom, ki je bil današnji 'nedeljski gost' v istoimenski oddaji na Valu 202. Novinarka ga je vprašala tudi o obetih, ki jih prinaša sintezna biologija in Nejc je navedel par znanih primerov, kaj se da narediti in kaj so že naredili (v laboratoriju). Pri tem sem se spomnil, da mogoče ljudje res preveč poudarjajo (-mo?), kaj bi bilo mogoče narediti in s tem dajemo lažno upanje, da je vse skupaj samo še stvar par dodatnih poskusov in znašli se bomo v lepem novem svetu. -- Ne bo tako preprosto.

12. nov. 2007

Hvala za čestitke

Vsem, ki ste s komentarji na blogu ali po e-pošti posredovali čestitke celotni ekipi za doseženi uspeh na tekmovanju iGEM2007 se najlepše zahvaljujem.

O osvojenem prvem mestu v kategoriji Medicina in zdravje so poročali številni mediji, več pogovorov s člani ekipe pa bo sledilo konec meseca in v začetku decembra. Predstavitev opravljenega dela načrtujemo za začetek na Kemijskem inštitutu, kasneje pa verjetno še drugod, kjer bo zanimanje za opravljeno delo.

Nekateri komentarji na spletu so tudi kritični, predvsem glede tega, ali je prav, da dobre ideje razkrivamo svetu, namesto da bi jih izpeljali in tržili doma, pojavilo pa se je tudi vprašanje, ali so študentje, ki so pokazali toliko znanja in ustvarjalnosti, za Slovenijo izgubljeni. največ komentarjev je bilo na forumu SloTech, nekaj pa tudi na multimedijskem portalu RTV SLO.

Srečanje raziskovalnih ekip iGEM 2007 je bil doslej največji sestanek s področja sintezne biologije na svetu, saj se ga je udeležilo več kot 550 članov ekip, skupaj pa je v projektih sodelovalo več kot 750 ljudi. Verjetno se bo število ekip v naslednjem letu še povečalo in se približalo številu sto, tako da bo konkurenca še večja, projekti pa še bolj raznoliki kot letos.

6. nov. 2007

Še zadnje javljanje iz Bostona

Tekmovanje iGEM 2007 je končano. Včeraj se je organizatorjem v celoti sesul program, saj so najprej morali zaradi 6 (namesto prvotno predvidenih 5) finalistov predstavitve podaljšati za pol ure, nato pa so sodniki zasedali skoraj eno uro, preden so razglasili skupnega zmagovalca, ekipo Pekinga. Odločili so se tudi, da 2. in 3. mesta ne bodo objavili, čeprav je tudi to bilo sprva načrtovano.

Kljub temu, da nismo ponovili lanskega uspeha - glavne nagrade tekmovanja, smu uspeli v kategoriji z (po našem mnenju) najmočnejšo konkurenco. Premagali smo Berkeley, Princeton in Imperial College in bili deležni veliko podpore in čestitk od kolegov iz drugih ekip in od sodnikov.

Zmagovalci po kategorijah so postali:
Energija: Alberta
Okolje in senzorji: Glasgow
Procesiranje informacij: Peking
Temeljne raziskave: Pariz
Medicina in zdravje: Ljubljana

Rezultati bodo verjetno kmalu objavljeni na strežniku MIT-ja, kasneje pa bodo dostopne tudi vse posnete predstavitve. Naš projekt je predstavila absolventka Biokemije Anja Korenčič.

4. nov. 2007

Zmagovalci v kategoriji

Pravkar so razglasili zmagovalce po kategorijah. Naša ekipa je zmagala v kategoriji Medicina in zdravje, s čimer je dosegla izjemen uspeh.
Trenutno poteka prva od predstavitev šestih finalistov, zelo dobro naučena ekipa UC Berkeley prestavlja projekt Bactoblood, umetne krvi na osnovi sinteznobioloških sprememb bakterij E. coli.

Slovenija v finalu !

Komisija je razglasitev finalistov prestavila za pol ure, nato pa objavila namesto 5 kar 6 finalistov. To so: UC Berkeley, Pariz, Peking, Slovenija, UCSF (Kalifornijska univerza San Francisco) in USTC (Kitajska univerza za znanost in tehnologijo). Finalisti svoje predstavitve ponovijo jutri za vse udeležence, nato pa komisija odloči o zmagovalcu. Čeprav so najprej načrtovali, da se iz vsake kategorije v finale uvrsti samo ena ekipa, sta iz naše v finalu dve, naša in ekipa UC Berkeley, Imperial in Princeton pa lahko upata na visoko uvrstitev v skupini.
Ne glede na jutrišnji rezultat lahko rečemo, da smo dosegli še en velik uspeh !

iGEM 2007 - po predstavitvah skupin

Tako, predstavile so se vse sodelujoče ekipe, trenutno pa poteka razprava ob postrih. Čez pol ure bodo razglasili pet finalistov in mislim, da nobena ekipa ne more kar vnaprej biti prepričana, da se bo uvrstila med peterico.

V naši skupini je verjetno največ pozornosti bila deležna skupina iz Berkeleya, ki je pripravila bakterije z lastnostmi eritrocitov - te naj bi bilo mogoče uporabiti kot nadomestilo za kri v razmerah, ko do krvi ni mogoče priti. Sicer je vprašanje toksičnosti za organizem po našem mnenju še vedno nezadovoljivo rešeno, a je vprašanje, če se tega res vsi zavedajo.

Tako kot lani so naša resna konkurenca Princeton in Imperial College, ki sta predstavila dobro zastavljena projekta, a pri Princetonu malo zmanjka pri rezultatih, Imperial pa je mogoče brcnil v prazno, ko je razvil brezcelični testni sistem na osnovi sintezne biologije, s katerim bi bilo mogoče zaznati infekcije sečnih katetrov. Tak test bi se verjetno dalo izvesti enako učinkovito s klasičnimi biokemijskimi pristopi.

Naša predstavitev je bila dobra; dvorana je bila nabito polna in mislim, da je velika večina razumela bistvo doseženih rezultatov. Teh je gotovo precej več kot lani, ko smo zmagali, vseeno pa je vprašanje, kaj bo to prineslo v letošnji konkurenci, odprto. Ob našem postru je bila velika gneča, saj predstavitev dopolnjujejo modeli na magnetni plošči, ki omogočajo lažjo razlago postopkov, ki smo jih izvedli. Smo tudi edina ekipa, ki ima poster natisnjen na tkanino... Odmevi na naše delo v pogovorih s člani drugih ekip so zelo pozitivni, sodniki pa se bodo odločili po svoje.

Če ne prej, se oglasim jutri po tukajšnjem času, ko bo znano, kdo je zmagovalec letošnjega tekmovanja iz sintezne biologije iGEM.

3. nov. 2007

iGEM 2007 - pozdrav s tekmovanja

Oglašam se z dopolodanskih predstavitev študentskih raziskovalnih projektov, kjer trenutno potekajo predavanja v petih vzporednih skupinah. Naša ekipa se bo predstavila šele ob 17h, tako da še nismo prav na trnih...
Pravkar smo spremljali predavanje ekipe Inštituta za regenerativno medicino, v kateri sodelujejo študentje s Stanforda in Berkeleya v Kaliforniji. Za temo so si izbrali regeneracijo srčne mišice po infarktu in pri svojem delu uporabili nekaj podobnih pristopov kot mi. Glede na to, kaj smo o njihovem delu vedeli pred odhodom, so pozitivno presenetili.

Ocenjevalci ne prizanašajo z vprašanji... v posamezni sekciji sta dva ali trije in videli bomo, ali smo se dovolj dobro pripravili na razpravo.

Lep pozdrav vsem obiskovalcem bloga; tokrat prvič v realnem času!

27. okt. 2007

En teden do iGEM2007

Srečanje študentskih raziskovalnih skupin s področja sintezne biologije iGEM2007 se začne čez en teden in danes, točneje čez štiri ure, je rok za dokončanje spletnih predstavitev projektov. Našo predstavitev smo skooraj že dokončali in mislim, da nam je uspelo dovolj dobro razložiti, kaj smo v preteklih petih mesecih naredili.

Vabljeni torej na domačo stran slovenske ekipe iGEM2007!

V naslednjih dneh nas čaka še priprava postra, zloženke in dokončanje 20-minutne predstavitve, s katero se bomo v soboto, 3. novembra, predstavili v konkurenci 54 ekip z vsega sveta. Organizatorji so nas uvrstili v skupino Zdravje in medicina, v kateri so še ekipe Imperial Collega, Princetona, Berkeleya, Melbourna, Taipeija, univerz Rice, Virgina Tech, McGill in ekipa Bay Area. V isti skupini smo torej tri najbolje uvrščene ekipe z lanskega tekmovanja. Prvotno so v isto skupino uvrstili še ekipi Pariza in Harvarda, a so jih na njuno željo premestili v skupino Temeljne raziskave v sintezni biologiji (kjer je konkurenca nekoliko manj huda).

Razen menjenih dveh področij bodo kategorije na tekmovanju še Procesiranje informacij, Energija (v tej je samo 7 ekip) in Okolje.

20. okt. 2007

Je neandertalec znal govoriti?

Iz arheološkega gradiva je seveda nemogoče reči, ali so se neandertalci med seboj sporazumevali z govorom ali ne. Večina raziskovalcev je menila, da ne in da je moderni človek izpodrinil neandertalca prav zato, ker se je bil bolj prilagodljiv in je zaradi razvoja govora lažje sodeloval v skupini. Ali sploh obstaja način, kako ugotoviti, ali so nendertalci znali govoriti?

Raziskave DNA, ki so jo ekstrahirali iz kosti neandertalcev, so pokazale, da so neandertalci imeli v svojem genu FOXP2 dve mutaciji, ki sta prisotni le pri človeku in sta povezani z oblikovanjem govora, to pa je osnova za razvoj jezika. Raziskave, ki so jih opravili nemški raziskovalci (objavili jo bodo v reviji Current Biology), so torej pokazale, da bi neandertalec utegnil znati govoriti. Seveda pa genetika govora ni tako dobro raziskana, da bi lahko z gotovostjo trdili, da je govor povezan le z genom FOXP2. Ta gen zapisuje za protein, ki uravnava izražanje drugih genov (transkripcijski faktor), ugotovili pa so, da imajo ljudje z okvarami v tem genu težave pri govorjenju in besednem sporazumevanju.

V evoluciji se je gen FOXP2 pojavil sorazmerno pozno; najdemo ga šele pri sesalcih, tako da ga imajo tako miši kot opice, vendar za oboje vemo, da ne znajo govoriti. S posebej treniranimi opicami se zato znanstveniki sporazumevajo z znaki, saj šimpanzi ne morejo oblikovati besed. Pred približno 200.000 leti, v času, ko se je razvil moderni človek, pa sta se v genu FOXP2 pojavili dve mutaciji. No, tako so vsaj mislili doslej, najnovejše raziskave pa pojav mutacij postavljajo dvakrat dalj v evolucijsko zgodovino.

Novico je včeraj objavil Reuters.

9. okt. 2007

Sintezni kromosom, umetno življenje

V soboto (6. oktobra) je v Guardianu izšla novica, da naj bi raziskovalci z Inštituta Craiga Venterja v naslednjih dneh ali tednih predstavili rezultate, ki pomenijo pomemben korak k razvoju "umetnega življenja" (kot to imenuje Venter). Sintetizirali so namreč umetni kromosom, dolg 580.000 baznih parov, ki vsebuje zapise za 381 genov.

Izraz 'umetni kromosom' je doslej pomenil posebno obliko vektorske DNA, ki je lahko prenašala velike kose evkariontskih genomov in so jih uporabljali predvsem pri določanju genomskih zaporedij. Zdaj pa bo treba pri rabi tega izraza biti previden, saj je tudi kromosom, ki so ga pripravili Venterjevi sodelavci, umeten. Pripravili so ga iz velikega števila krajših kosov. Zaporedja si seveda niso v celoti izmislili, pač pa so ga naredili na osnovi naravnega kromosoma bakterije Mycoplasma genitalium (ta ima zelo majhen genom - vsega 580 kb s 470 geni - ki pa zadošča, da bakterija opravlja vse nujne funkcije za lastno preživetje). Že s predhodnimi analizami, s katerimi so izbijali posamezne gene, so ugotovili, kateri geni so za preživetje nujno potrebni in kateri ne.

Načrtujejo, da bi sintezni kromosom vstavili v celico M. genitalium, ki bi ji prej odstranili lastni genom, s tem pa predvidevajo, da bi dobili nov organizem. Poimenovali so ga že Mycoplasma laboratorium, želijo pa ga patentirati, saj naj bi bil osnova za biotehnološko pridobivanje učinkovin, energetskih virov in drugega.

Seveda je patentiranje življenja sporno, pa naj bo "umetno" ali ne. Treba je upoštevati, da sam sintezni kromosom ne zadošča, da bi nastal organizem, pač pa je potrebno DNA vstaviti v celico, ki že predstavlja biokemijsko okolje, v katerem DNA lahko začne delovati, torej se na njeni osnovi začne sinteza proteinov in nato podvojevanje vstavljenega (umetnega) kromosoma in delitev celice. O dilemah glede patentiranja sem pisal že junija v sestavku Sintija.

8. okt. 2007

Nobelova nagrada za raziskave izvornih celic

Danes so v Stockholmu objavili imena letošnjih Nobelovih nagrajencev za fiziologijo oziroma medicino. Nagrado bodo dobili trije raziskovalci izvornih celic, Mario Capecchi, Martin Evans in Oliver Smithies in to "za odkritje načina uvedbe točno določenih genskih sprememb pri miših z uporabo embrionalnih izvornih celic". Vsi trije so delali na področju ciljanja genov, ki ga uporabljajo predvsem za pripravo miši z izbitimi geni (knockout-miši). Pri tem postopku inaktivirajo točno določene gene, katerih vlogo želijo preučevati in nato opazujejo, do kakšnih sprememb pri miših pride zaradi odsotnosti gena (oziroma njegovega proteinskega produkta).

Ciljanje genov je mogoče izvesti s homologno rekombinacijo. Ta proces sicer v živih organizmih vedno poteka, v laboratoriju pa so ga izvedli tako, da je prišlo do izmenjave genskega materiala med genomsko DNA in v celice vneseno DNA, ki jo lahko sintetizirajo ali sestavijo iz kosov DNA z znanim nukleotidnim zaporedjem. Če želijo ustvariti celoten organizem z inaktiviranim (izbitim) genom, ne zadošča, da do homologne rekombinacije pride v eni sami celici - razen, če bi iz ene celice bilo mogoče razviti celoten organizem. To pa je mogoče z embrionalnimi izvornimi celicami. Obširnejša razlaga je v sporočilu za javnost na straneh Nobelove fundacije.

6. okt. 2007

Sintezni spomin v kvasovkah

Blogger Franc me je skoraj dva tedna nazaj opozoril na novico, ki so jo objavili na Bio.com in me prijazno pozval, da zanimivost s področja sintezne biologije predstavim na svojem blogu. Gre za načrtovano vzpostavitev celičnega spomina pri kvasovkah na osnovi transkripcijskih povratnih zank. Ker je povzetek članka dokaj splošen, sem želel sem priti do celotnega članka (izšel je 15. septembra v reviji Genes and Development), vendar mi prva avtorica na prošnjo do danes ni odgovorila. Vseeno bom poskušal razložiti, kako je mogoče kvasovkam 'vcepiti' spomin, pomagal pa si bom še z novico o tej temi, ki jo je objavil The Scientist (povezava).

Raziskavo so opravili v laboratoriju Pamele Silver na Harvardu, kjer so naredili prve biokocke (standardne biološke dele) za kvasovke. Mogoče bo članek res postal klasični članek s področja sintezne biologije, saj v njem prvič uvajajo pojem 'sinteznega spomina'. Poglejmo, kako je 'sinteza' spomina potekala!

Osnova za uvedbo spomina sta bila dva sintetična gena, ki sta zapisovala za dva transkripcijska faktorja. (Transkripcijski faktorji so proteini, ki uravnavajo prepisovanje DNA v mRNA in lahko odločilno vplivajo na to, koliko nekega proteina bo v celici nastalo.) Prvi transkripcijski faktor (TF1) se je sintetiziral v odvisnosti od sladkorja galaktoze. Galaktoza v gojišču je povzročila aktivacijo gena za TF1. Ta se je nato vezal na DNA in aktiviral gen za drugi transkripcijski faktor (TF2). TF2 je bil izbran tako, da je omogočal aktivacijo lastnega gena, zato se je drugi transkripcijski faktor nenehno sintetiziral. To bi lahko imenovali pozitivna povratna zanka. Produkt je aktiviral biosintezo samega sebe. Transkripcijski faktorji so bili fluorescenčno označeni, zato so lahko spremljali njihovo koncentracijo v živih celicah.

V drugi stopnji poskusa so kvasovke prestavili v gojišče brez galaktoze. Posledično se prvi transkripcijski faktor ni več sintetiziral, kar bi pomenilo, da se tudi TF2 ne bi smel več sintetizirati, saj TF1 deluje kot signal za sprožitev sinteze TF2. Vendarle pa se sinteza TF2 kljub odsotnosti TF1 ni zaustavila - pozitivna povratna zanka je torej delovala še naprej (animacija).

Razlaga rezultata je preprosta: s tem, ko so kvasovkam vstavili gena za transkripcijska faktorja, so jim uvedli spomin - celice so si 'zapomnile', da so predhodno bile v stiku z galaktozo. Celični spomin so kvasovke prenesle tudi na svoje potomce, torej ni mogoče ugovarjati, da je bil spomin prehoden in da traja samo, dokler se TF2 ni razgradil. Spomin je trajal vsaj 8 generacij in to pri 90 odstotkih vseh celic.

Poskus so dopolnili z računalniškim (matematičnim) modelom, ki je dobro razložil dogajanje in vivo. Avtorji trdijo, da so najprej naredili računalniški model, ki jim je služil kot načrt, po katerem so izvedli eksperiment s kvasovkami. S tem so (ponovno) dokazali, da je celične sisteme možno obravnavati z inženirskimi pristopi in na njihovi osnovi graditi celične naprave, ki se odzivejo na kontroliran način. Genetska vezja, ki jih vključimo v celice, torej delujejo po enakih načelih kot elektronska vezja.

Pogovor s prof. Silverjevo o sintezni biologiji v dveh delih (1, 2) je na naslovu Harvard Medical School.

O vključitvi povratne zanke v kvasovke so sicer raziskovalci z EMBL objavili članek že leta 2001, vendar je takrat šlo za neinženirski pristop, tokrat pa naj bi bil računalniški model osnova za izvedbo eksperimenta.
V prihodnje želijo avtorji tokratnega članka enako vezje vključiti v bolj kompleksne sesalske celice.

29. sep. 2007

Za brugijo giardija

Prejšnji teden sem napisal nekaj o določitvi genoma povzročitelja elefantiaze, zdaj pa so objavili (v reviji Science) še podatke o genomu povzročitelja giardiaze, precej razširjene črevesne okužbe (v ZDA 20.000 registriranih primerov letno). Giardia lamblia je enocelični evkariont, ki ima dve zelo različni življenjski obliki: prosto cisto in pritrjeno parazitsko. Cisto najdemo v vodah, parazitska oblika (trofozoit) pa je anaerobna in se pritrdi na steno tankega črevesa, odkoder absorbira snovi.

Giardija, čeprav je evkariont, pa ima nekatere nenavadne lastnosti. Prvič, nima Golgijevega aparata (ki sicer v evkariontskih celicah skrbi za dodelavo proteinov in njihovo razmeščanje v celici). Drugič, namesto mitohondrijev imajo mitosome, ki so precej manjši in ne sodelujejo pri metabolizmu ATP (kar je značilno za mitohondrije), pač pa pri zorenju proteinov, ki vsebujejo železo in žveplo. Tretjič, celica je dvojna: ima dve jedri in vsaka polovična celica ima po štiri bičke. Taki bičkarji spadajo v skupino diplomonad. Kot cista ima celica 4 jedra in nima bičkov.

Življenjski ciklus giardije je preprost: ko človek zaužije cisto (z okuženo vodo ali preko umazanih rok), se cista preoblikuje v trofozoita z bički. Ko se začne prehranjevati, se kmalu vzdolžno predeli v dve celici. Nekatere se spremenijo v ciste, pri katerih je citoplazma precej zmanjšana, druge pa ostanejo v trofozoitni obliki. Oboje se izločajo z blatom, vendar v aerobnih razmerah preživijo samo ciste. Človekov imunski sistem ni uspešen v boju proti parazitu, ker je sposoben menjati epitope na celiči površini. Bolezenski znaki so napenjanje, trebušni krči, driske ipd., vendar se včasih niti ne razvijejo, če pa se, pa lahko trajajo tudi 6 tednov.

Genomske analize so pokazale, da Giardia vsebuje zapise za okrog 6000 proteinov, torej približno toliko kot kvasovka. Njena preprosta zasnova verjetno ni (samo) posledica prilagoditve na parazitski način življenja, pač pa gre za evolucijsko star organizem. Raziskovalci upajo, da bodo na osnovi genoma našli primerne tarče za razvoj novih zdravil. Sicer zdravila obstajajo že sedaj in so dokaj učinkovita, so pa že opazili primere razvoja odpornosti proti njim. Ko bo znanih več genomov bičkarjev in drugih evolucijsko starih protozojev, bo lažje umestiti giardijo v sistem in ugotoviti, katere lastnosti so izgubile in katere morda pridobile kot posledico parazitskega načina življenja.

Novico o določitvi genoma giardije sem zasledil pri Reutersu.

22. sep. 2007

Elefantiaza - genomski pogled

V drugem letniku študija (pred sto leti) sem dobil v roke učbenik za zoologijo nevretenčarjev, v kateri je bila slika, ki se je še vedno natančno spominjam, saj skoraj nisem mogel verjeti, da kaj takega sploh obstaja. Na sliki je bil človek, ki je imel tako odebeljeno in izmaličeno roko, da je ni več mogel sam držati ob telesu, pač pa jo je imel podprto s palico. In ta slika je bila pri poglavju o glistah! Pod sliko je pisalo, da prikazuje primer elefantiaze, bolezni, ki jo povzroča črv Wuchereria bancrofti. V mojih očeh je elefantiaza ostala ena najbolj čudnih bolezni, ki lahko doletijo človeka.

Včeraj pa so v reviji Science objavili članek, v katerem predstavljajo genom povzročitelja te tropske bolezni, o tem pa poroča tudi Reuters na svoji spletni strani, namenjeni dosežkom v znanosti. Priložnost torej, da predstavim (molekularno) biologijo te bolezni in razkriti genom brugije.

Pri elefantiazi je povečanje okončin posledica zamašitve limfnih vodov in se imenuje tudi limfatična filariaza (jaz bi raje rekel limfna), v slovenščini sem zasledil tudi izraz 'slonovica'. Gre za veliko oteklino in nima vedno tako hudih posledic kot jih kažejo nekatere slike. Posledica okužbe je tudi odebeljena ('slonova') koža. Na svetu naj bi bilo 150 milijonov ljudi s filariazo. Enako bolezen kot malajska brugija (Brugia malayi) lahko povzročita tudi timorska brugija ali bancroftova vuhererija (Wuchereria bancrofti). Življenjski ciklus parazita je zapleten in vključuje kot prenašalca žuželke, najpogosteje komarje.

V okuženem človeku samice proizvajajo mikrofiliarije, ki pridejo v kri. Ob piku komarja se ta okuži in v njegovem telesu se razvijejo infektivne larve. Ko komar piči človeka, se te sprostijo v kri, preidejo v limfni sistem in se tam razvijejo v odrasle živali. Ta proces lahko traja tudi dalj kot eno leto.

Zanimivo je, da v brigijah živi kot endosimbiont bakterija volbahija (Wolbachia), o kateri sem pisal pred kratkim. Ugotovili so, da antibiotik doksiciklin, če ga jemlje okužena oseba, lahko pobije volbahije, s tem pa prizadane nepopravljivo škodo brugiji, ki se ne more več razmnoževati in postopno odmre. Zdravljenje traja 8 tednov. Gre za isti antibiotik, ki ga predpisujejo tudi pri boreliozi, učinkovit pa je tudi proti povzročitelju kuge. Pred antibiotiki so dolgo časa uporabljali dietilkarbamazin, ki pa ni bil učinkovit, predvsem pri napredovani bolezni. Deluje namreč le na larve, ne pa na odrasle živali, ki v človeku lahko preživiljo tudi do osem let. To zdravilo deluje kot inhibitor metabolizma arahidonske kisline.

Čeprav torej obstajajo zdravila, ta niso zelo učinkovita in treba jih je jemati zelo dolgo časa. Zato upajo, da bodo na osnovi genomskih podatkov uspeli razviti boljša zdravilo. Razen tega raziskovalce zanima, kako se uspejo povzročitelji filariaze izmuzniti imunskemu sistemu. To bi morda lahko privedlo do načina boja proti zavrnitvi presajenih organov po transplantacijah.

Genom brugije vsebuje približno 90 milijonov baznih parov in zapisuje za okrog 11.500 različnih proteinov. Za sedaj jim je uspelo sestaviti 75 Mb genoma in ga primerjati z genomom gliste Caenorhabditis elegans (to je bil prvi genom večceličarja, ki so ga določili - bilo je leta 1998). Evolucijsko sta organizma 350 milijonov let narazen, razen tega pa je parazitski način življenja prinesel več prilagoditev. Kljub temu so našli 100 ohranjenih operonov in podobno kromosomsko razporeditev genov.

Članek v reviji Science ima 71 avtorjev s 23 različnih ustanov iz ZDA, Velike Britanije, Kanade, Nemčije in Avstralije.

18. sep. 2007

Vonj odvisen od razlik v receptorjih

Nobelovo nagrado za fiziologijo so leta 2004 podelili Richardu Axelu in Lindi Buck za njune raziskave receptorjev za vonj. Ključni članek je izšel leta 1991, v njem pa sta avtorja na osnovi analize DNA razložila, kako obsežna je družina olfaktornih receptorjev. Receptorske molekule so vsidrane v membrano čutnih celic, pri čemer ima posamezen tip čutnic samo eno vrsto receptorjev. Receptorji so si med seboj po zgradbi zelo podobni. Razlikujejo se samo po nekaterih aminokislinah, ki sodelujejo pri vezavi hlapnih molekul, za katere pravimo, da imajo vonj. Posledica vezave na receptor je sprožitev živčnega signala, ki potuje v možgane, kjer signal povzroči nastanek občutka o vonju in reakcijo nanj.

Čeprav razumemo, kako zaznamo vonje in kako delujejo receptorji, pa še vedno marsikaj ni jasno. Eno od odprtih vprašanj je bilo, zakaj različnim ljudem iste snovi lahko delujejo kot izrazito neprijetne ali pa kot izrazito prijetni vonji. Predvčerajšnjim so na spletni strani revije Nature objavili, da je razlog za različno zaznavanje (ali tudi nezaznavanje) enakih molekul v majhnih razlikah v aminokislinskem zaporedju istega tipa receptorja. Poenostavljeno razlago je objavil tudi Reuters.

Raziskava je zajela 391 prostovoljcev, ki so jih testirali na 66 različnih snovi in hkrati analizirali gene za 335 receptorjev za vonj. Za preizkusno snov so v nadaljevanju izbrali androsteron. Ta molekula nastaja ob razgradnji testosterona v jetrih in jo najdemo v moškem znoju, pa tudi pri ženskah. Nekateri menijo, da je androsteron feromon, a pri človeku to ni povsem dokazano (pri prašičih pa). Androsteron za nekatere nima vonja, drugim diši prijetno (nekoliko sladkasto), drugim pa zelo neprijetno (podobno kot urin).

Analize so pokazale, da so razlike v zaznavanju androsterona povezane z mutacijami v genu za receptor OR7D4 (to je le eden izmed skoraj 400 receptorjev za vonj pri človeku) . Ta receptor se je odzival samo na androsteron in na sorodno molekulo, androstadienon. Ugotovili so, da obstajajo tri variante gena za OR7D4 in da sovpadajo z različnim zaznavanjem vonja. Najredkejša varianta pri homozigotih povzroči nezaznavanje vonja, druga varianta pri homo- in heterozigotih povzroči občutek nežnega prijetnega vonja, homozigotom z najpogostejšo varianto gena pa androsteron izrazito smrdi.

Poenostavljeno bi lahko rekli, da je za neprijeten vonj znoja 'kriv' nos, ne pa znoj. Vendar pa je treba upoštevati, da znoj vsebuje še vrsto drugih snovi in da veliko število molekul vzbuja več kot en tip receptorja, tako da je vonj kompleksna slika, ki se sestavi v možganih zaradi vzbuditve velikega števila čutnic v nosu.

5. sep. 2007

Hibridni zarodki, drugič

Januarja sem obširno pisal o dilemah pristojnega urada v Veliki Britaniji glede odobritve raziskav izvornih celic, pri katerih bi ustvarili hibride med živalsko jajčno celico in človeško jedrno DNA. Takrat je kazalo, da bodo o odobritvi poskusov ponovno razpravljali šele v letu 2008. Vendar pa smo včeraj v različnih medijih lahko prebrali, da naj bi angleška vlada te dni vendarle odobrila raziskave, zasnovane na fuziji izpraznjenega živalskega jajčeca in človeške dednine. O tem je na primer poročal RTV Slovenija (tokrat brez januarskih napak, čeprav 'citoplazmični zarodek' ni ravno posrečen prevod...), danes pa je prispevek objavil tudi Reuters. Tako imenovan cibrid (citoplazemski hibrid) bi uporabili za pripravo izvornih celic iz 100-celičnih zarodkov. Za tovrsten poskus so se odločili zaradi pomanjkanja človeških jajčnih celic, predvidevajo pa, da hibridna narava ne bo vplivala na lastnosti izvornih celic. Tokratno pozitivno mnenje je načelne narave. V naslednjih mesecih bodo preučili vlogi dveh raziskovalnih skupin, ki želita s poskusi na tovrstnih celicah preučevati načine zdravljenja degenerativnih bolezni. Pred načelno odločitvijo so med drugim izvedli anketo na vzorcu 2000 ljudi, v kateri se je izkazalo, da usmerjene raziskave na cibridih odobrava 61 % vprašanih, za splošno raziskovalno rabo pa le 35 %. Zanimivo je, da so izvorne celice iz hibridov že pripravili v ZDA, Kanadi in na Kitajskem.

101

Slučajno sem opazil, da je na blogu Nove biologije objavljenih že 100 prispevkov. Nikoli nisem razmišljal, ali jih bo sploh kdaj sto in tudi zdaj ne vem, ali jih bo kdaj dvesto ali petsto. Upam, da se vam, bralcem, zdijo prispevki zanimivi in da boste še naprej spremljali novosti in razlage dosežkov v molekularni biologiji in sorodnih vedah.

30. avg. 2007

Genom parazita vključen v genom gostitelja

Wolbachia je rod bakterij, ki živijo kot paraziti znotraj nevretenčarskih celic. Najpogosteje se naselijo v spolnih organih žuželk in rakov in prehajajo iz generacije v generacijo gostiteljev. Njihovo prisotnost je mogoče dokazati s citološkimi in imunološkimi tehnikami, pa tudi z genetskimi. Tu pa nastopi problem, ki so se ga znanstveniki zavedli šele zdaj: ugotovili so, da gostiteljski genom lahko vključuje velike dele parazitove DNA, morda celo celoten parazitski genom. O zanimivem odkritju, ki bo objavljeno v reviji Science, poroča EurekAlert.

V genomu vinske mušice Dropsohila ananassae so namreč v 2. kromosomu našli kopije praktično vseh genov parazitske volbahije in ugotovili, da se vsaj nekateri geni prepisujejo tudi pri tistih vinskih mušicah, ki sploh niso okužene s paraziti.

Raziskovalci menijo, da so volbahije paraziti v 70 % vseh nevretenčarjev na planetu, kar je skoraj nepredstavljivo in še najbolj podobno dogajanju iz zgodnje evolucije evkariontov - 'vselitvi' (bodočih) mitohondrijev, ki so postopno velike dele svojega genoma preselili v jedrno DNA.

Po drugi strani dokazana prisotnost bakterijskih genov v genomu vinske mušice pomeni, da je morda treba ponovno kritično pregledati rezultate dosedanjih genomskih analiz. Doslej so namreč pri določanju genomskih zaporedij višjih evkariontov prisotnost bakterijskih zaporedij vedno obravnavali kot kontaminacijo iz procesa izolacije genomske DNA (bakterije bi lahko bile na površini celic, iz katerih izolirajo jedrno DNA) in je niso upoštevali. Predvsem pri členonožcih pa bi bilo treba natančno pregledati, ali morda ne vsebujejo genov volbahije ali kakšnih drugih bakterij, ki bi se lahko v genom preselili v procesu evolucije.

27. avg. 2007

Genom vinske trte

Francosko-italijanski javni konzorcij za karakterizacijo genoma vinske trte bo v reviji Nature objavil rezultate svojega dosedanjega dela in predstavil delovno verzijo trtinega genoma. Analizirali so navidezno homozigotno sorto modrega pinota s hitro metodo na celotnem genomu (whole genome shotgun). Gre za drugi genom lesnate rastline in prvo sadno vrsto, ki so ji določili genom. Trtin genom obsega 487 milijonov baznih parov in zapisuje za okoli 30.000 proteinov, to je manj kot so ugotovili za genom riža (37.000) in topola (45.000).

Za raziskovalce je posebej zanimivo, da bi lahko nekatere organoleptične in biokemijske lastnosti vin pravzaprav določili na ravni genoma, saj so vinorodne sorte v procesu selekcije pridobile dodatne kopije nekaterih genov. Enako velja za gene, katerih produkti sodelujejo v biosintezni poti resveratrola, fitoaleksina, za katerega menijo, da je odgovoren za pozitivne lastnosti, povezane z uživanjem rdečega vina. Prav tako je pomembno, da lahko s primerjavo genomov sort ali sorodnih vrst, ki so odporne proti nekaterim boleznim, določijo gene, ki bi jih morda bilo mogoče prenesti v občutljive sorte vinske trte.

V nadaljevanju bodo natančneje določili genom enega od sevov kvasovke, ki jo uporabljajo za vretje mošta, verjetno pa tudi genome patogenov, ki napadajo trto.

O objavi trtinega genoma sta poročala npr. Reuters in TechnologyReview (MIT), članek pa je izšel kot predčasna objava v reviji Nature (ki je včeraj tudi objavila novico na svojih spletnih straneh).

9. avg. 2007

Razen oksidativnega tudi reduktivni stres

V jutrišnji številki revije Cell bo izšel članek, iz katerega je mogoče sklepati, da je naravnanost ljudi v boj proti oksidantom v telesu morda nesmiselna. Z uživanjem antioksidantov (na primer vitaminov A in C) se borimo proti prostim radikalom in oksidativnemu stresu, vendar s tem organizmu ne delamo kakšne posebne usluge. Bolj kot odsotnost oksidantov je namreč pomembno ravnotežje med oksidanti in reducenti v telesu.

Mnogi celični procesi, povezani z nastajanjem in porabljanjem energije, temeljijo na biokemijskih pretvorbah molekul, med katerimi so reducenti zelo pomembni. Reducenti (antioksidanti) so snovi, ki zlahka oddajo elektron (in se ob tem oksidirajo), tega pa sprejme oksidant (in se ob tem reducira). Pri oksidativnem stresu pride v telesu do pomanjkanja reducentov, kar vemo, da lahko privede do razvoja različnih bolezni. Tokrat pa so (prvič pri sesalcih) ugotovili, da tudi visoka koncentracija antioksidantov lahko pripelje do okvar srčne mišice.

Raziskave so izvedli na miših z mutacijo v genu za alfa kristalin, ki je povzročila razvoj mišičnih okvar zaradi nabiranja proteinskih skupkov v mišicah, predvsem v srčni. Odkrili so, da so simptomi enaki kot pri ljudeh, ki imajo enako mutacijo: povečano srce, njegovo postopno čedalje šibkejše delovanje in predčasna smrt. Analiza srčnih mišic je pokazala, da je bila mišica v reduktivnem stresu, čeprav so na začetku raziskave pravzaprav pričakovali, da bodo našli stanje oksidativnega stresa. Vendar pa so ugotovili, da stresno stanje (zaradi proteinskih skupkov) najprej povzroči nastajanje reaktivnih kisikovih zvrsti, te pa telo poskuša nevtralizirati s tem, da v obolelo tkivo pritegne antioksidante, predvsem reducirani glutation. Stanje postopno uide nadzoru in glutationa se nabere toliko, da srčna mišica doživi reduktivni stres.

Ko so podobne analize izvedli na miših z nižjo ravnjo antioksidantnega encima glukoza-6-fosfat-dehidrogenaze (G6PD), so ugotovili, da se simptomi, značilni za bolezen, kljub mutaciji niso razvili. To pa pomeni, da bi lahko bolezen, ki jo povzročajo proteinski agregati v mišicah in za katero natančnega razvoja bolezni še ne razumemo v celoti, lahko zdravili s snovmi, ki delujejo zaviralno na G6PD. Morda je podoben mehanizem tudi v ozadju razvoja drugih bolezni, ki so posledica nastajanja proteinskih agregatov, teh pa poznamo veliko. Med bolj znanimi sta Alzheimerjeva in Huntingtonova bolezen.

Novico povzemam po sporočilu Cell Press na portalu EurekAlert.

5. avg. 2007

Ko bi Hwang Woo-Suk vedel...

Hwang Woo-Suk je korejski raziskovalec, ki je zaslovel leta 2004 s kloniranjem človeških celic, a se je kasneje izkazalo, da so bili rezultati potvorjeni. 'Primer Hwang' je konec leta 2005 prišel na naslovnice časopisov in med vodilne novice elektronskih medijev. Ko le že kazalo, da bo Hwang skupaj z rezultati počasi potonil v pozabo, pa so raziskovalci natančno analizirali genom celičnih linij, za katere je Hwang trdil, da jih je dobil s postopkom jedrnega prenosa. Rezultate so objavili v četrtek kot predhodno objavo (tudi kot PDF) na spletni strani revije Cell - Stem Cell (izhajati je začela letos, tako da je doslej izšla šele ena številka, a bo glede na ugled revije Cell in aktualnost področja, skoraj zagotovo obstala). Novico sicer povzemam po sporočilu za javnost Bostonske otroške bolnišnice, vrhunske raziskovalne in zdravstvene ustanove (z več kot 500 raziskovalci in s 347 bolniškimi posteljami).

Raziskave so pokazale, da so celične linije, ki izhajajo iz laboratorija dr. Hwanga, v resnici diploidni kloni jajčnih celic! Celična linija je torej nastala v procesu partenogeneze, za katero je doslej veljalo, da pri človeku ne more privesti do več kot parceličnega stadija. Da celica postane diploidna, se morajo kromosomi jajčne celice podvojiti in tako nastane v osnovi homozigotna celica (kromosoma sta si enaka). Šele zelo natančna analiza je pokazala, da pri podvojitvi prihaja do nekaterih zamenjav delov, ki se pojavljajo predvsem na koncih kromosomov, kjer so našli heterozigotne regije.

Z razjasnitvijo narave Hwangovih celičnih linij, ki so torej partenogenetske linije, je znanost dobila novo močno orodje za pripravo embrionalnih izvornih celic. Doslej so partenogenezo inducirali kvečjemu pri miših, pri ljudeh pa ni kazalo, da bodo poskusi kmalu uspešni. Če bi Hwang vedel, da je kot prvi pripravil partenogenetsko človeško celično linijo, to verjetno ne bi bil nič manjši uspeh kot je (oziroma ni) bila celična linija dobljena z jedrnim prenosom.

Avtorji članka trdijo, da je zaradi ponarejenih rezultatov kloniranje človeških celic po letu 2006 nekoliko zastalo, kar se gotovo ne bi zgodilo, če bi bili že takrat znani rezultati analiz korejskih celic, ki bodo objavljeni letos.

Intervju z vodilnim avtorjem članka, Georgom Dahleyem, si lahko ogledate v več krajših videih na strani Bostonske otroške bolnišnice.

1. avg. 2007

Zebrica in zdravljenje slepote

Ko so raziskovali vid pri zebricah, so znanstveniki opazili, da imajo te ribe nenavadno sposobnost, da lahko regenerirajo poškodovano mrežnico. Medtem, ko pri človeku poškodbe mrežnice povzročijo slepoto, pri zebricah pride do razvoja novih celic, ki so sposobne zaznavati svetlobo. Senzorji za svetlobo v očesu so v resnici posebej prilagojene živčne celice, za te pa vsaj pri človeku vemo, da se praktično ne delijo in da ne nastajajo nove. Ameriški raziskovalci pa so sedaj v očeh odkrili izvorne celice, ki so se sposobne razviti v senzorske celice za svetlobo in to tako pri ribah kot tudi pri človeku. Te bi lahko služile za zdravljenje različnih oblik slepote. Izhodišče predstavljajo Müllerjeve glia-celice, ki so jih uspeli diferencirati v vse različne tipe živčnih celic v mrežnici, preprosto pa jih je tudi gojiti v laboratoriju.

Prve poskuse so opravili na podganah z okvarjeno mrežnico, ki so jim vbrizgali v laboratoriju gojene lastne celice. Ugotovili so, da so se celice umestile v mrežnico in prevzele lastnosti okoliških nevronov. Predvidevajo, da bi v petih letih uspeli na podoben način izvesti zdravljenje tudi s človeškimi celicami. Računajo celo, da bi imeli izvorne celice (v resnici bi bilo bolj prav govoriti o prekurzorskih celicah) različnih tipov kar na zalogi in bi se odločili za prave celice na osnovi genotipiziranja. Na enak način bi sicer lahko popravljali okvarjeno mrežnico tudi s celicami, ki bi izhajale iz embrionalnih izvornih celic.

Novico povzemam po Reutersu, članek z rezultati pa bo izšel v avgustovski številki revije Stem Cells in bo imel naslov "Celice MIO-M1 in celične linije njim podobnih Müllerjevih glia-celic, ki izhajajo iz mrežnic odraslih ljudi, imajo značilnosti živčnih izvornih celic".

30. jul. 2007

Sestavljeno genetsko stikalo

Blogger Franc mi je pisal v soboto, da me 'izziva' k razlagi članka, ki je izšel dan pred tem v reviji Cell, ker naj bi ga jaz gotovo dobro obdelal. No, takega vabila (izziva) res nisem mogel zavrniti, čeprav že vnaprej povem, da je tema zapletena. Je sicer s področja sintezne biologije, natančneje s področja genetskih stikal; naslov članka je "Nastavljivo genetsko stikalo na osnovi interferenčne RNA in represorskih proteinov za uravnavane izražanja genov v sesalskih celicah". Če hočemo razumeti vsebino članka, je treba najprej razjasniti nekaj osnovnih pojmov za vse tiste, ki se z molekularnimi vidiki izražanja genov doslej še niste natančneje spoznali.

Genetsko stikalo ponazarja molekulski sistem, ki omogoča, da se izražanje nekega gena vključi ali izključi kot posledica točno določenega stanja v celici. Poenostavljeno gledano izražanje gena predstavlja proces prepisovanja gena (DNA) v mRNA, pri tem procesu pa sodeluje kot ključni encim RNA-polimeraza. Gre torej zato, da neki drugi proteini (v povezavi z ligandi in pogosto ob vezavi na zaporedja DNA) omogočajo RNA-polimerazi prepisovanje gena. Na stikala v osnovi gledamo tako kot pri preprostih stikalih za prižiganje in ugašanje luči. V naslovu pa omenjajo 'nastavljivo stikalo' - tega si lažje predstavljamo kot stikalo z gumbom, pri katerem lahko nastavimo, kako močno bo žarnica svetila.

Pri uravnavanju izražanja bakterijskih genov je v naravi najpogostejši način ta, da se nek protein, ki se imenuje represor, veže na DNA tik ob zaporedju, na katero bi se sicer vezala RNA-polimeraza. S tem fizično onemogoča, da bi se začela sinteza mRNA in gen se torej ne izraža. Šele takrat, ko se razmere v celici spremenijo in se na represorski protein veže nek ligand, se zaradi vezave liganda tridimenzionalna zgradba represorja spremeni do te mere, da se zmanjša moč njegove vezave na DNA. Zato se sprosti z DNA, RNA-polimeraza pa se lahko veže in začne se izražanje gena; nastala mRNA se bo prevajala v protein. To je klasičen pogled na uravnavanje izražanja pri prokariontih, ki je star že 50 let. Pri evkariontih je uravnavanje pogosto obrnjeno - represorje srečamo sorazmerno redko, zato pa so pogostejši aktivatorji, to so proteini, ki RNA-polimerazi olajšajo vezavo na tarčno zaporedje DNA. Šele v zadnjih 10 letih se je izkazalo, da obstaja še nek v osnovi drugačen mehanizem uravnavanja izražanja, pri čemer imajo ključno vlogo zelo kratke molekule RNA, ki se vežejo na mRNA (pri klasičnem načinu se proteini vežejo na DNA) - govorimo o RNA-interferenci.

O interferenčni RNA so tudi nestrokovnjaki slišali par stavkov ob podelitvi lanskih Nobelovih nagrad. Za medicino sta jo dobila dva molekularna biologa, ki sta bolj ali manj naključno odkrila, da tak način uravnavanja res obstaja in ga nato tudi natančneje opisala. V molekularni genetiki gre gotovo za eno od najpomembnejših odkritij v zadnjih 20 letih, znano pa je tudi pod imenom 'utišanje genov, ki ga posreduje dvoverižna RNA'. Proces brez odvečnih poenostavitev predstavlja animacija na straneh revije Nature Reviews. Na kratko povedano gre za to, da v celicah nastane dvoverižna RNA, ki se ob delovanju encimov razcepi na ~25 nukleotidov dolge fragmente. Tista veriga fragmenta, ki ima zaporedje komplementarno mRNA, se veže na mRNA in sproži proces razgradnje mRNA, tako da se protein ne more sintetizirati. V tem primeru torej kratka RNA preprečuje izražanje gena na stopnji med mRNA in prevajanjem v protein, medtem ko pri klasičnem načinu uravnavanja uravnavanje poteka na stopnji med DNA in sintezo mRNA.

Rezultati, objavljeni v članku
Omenil sem že, da je članek s področja sintezne biologije, kar nakazuje, da je šlo za uvedbo novih načinov uravnavanja v celice. Delali so z gojenimi celicami kitajskega hrčka in s človeškimi celicami, kot tarčni gen pa so vzeli protein EGFP, to je genetska različica zeleno fluorescirajočega proteina, ki sicer izhaja iz neke pacifiške meduze. Celice so pripravili tako, da so v osnovi proizvajale EGFP in so torej prod fluorescenčnim mikroskopom žarele zeleno, če pa so uvedli učinkovit mehanizem utišanja, pa zelene fluorescence niso več zaznali. Kasneje so učinkovitost utišanja preizkusili še z nekaterimi drugimi geni in ugotovili, da je ta več kot 99-odstotna. Tako močan nadzor nad izražanjem genov je pomemben pri pripravi genskih konstruktov, ki jih uporabljamo pri raziskavah, saj moramo biti prepričani, da je nek učinek, ki ga spremljamo, res posledica izražanja točno določenega gena. Če ne moremo zagotoviti popolne odsotnosti nekega genskega produkta, lahko dobimo napačne rezultate.

Avtorji članka so pripravili sestavljeni konstrukt, ki so ga imenovali genetsko omrežje, gre pa za povezavo genetskih elementov, ki se medsebojno uravnavajo. Posamezne stopnje v sestavljanju 'omrežja' so predhodno preizkusili in dokazali, da delujejo. Izhodišče je dobro znani sistem uravnavanja laktoznega operona pri bakterijah, pri katerem se represorski protein (LacI) veže na nukleotidno zaporedje lacO v bližini mesta vezave RNA-polimeraze. Že pred precej leti so vedeli, da ta sistem dovolj dobro deluje tudi v genetsko spremenjenih sesalskih celicah. Represor se je izražal neprestano in je preprečeval, da bi se sintetizirali dve drugi mRNA: zapis za tetraciklinski represor (TetR) in zapis za EGFP, ki sta bila vstavljena v istem konstruktu navzgor in navzdol od zapisa za LacI. Ker se TetR ni sintetiziral, je bilo neovirano izražanje kratke interferenčne RNA, ki se je vezala na del 'gena' za EGFP in s tem dodatno preprečevala razvoj zelene fluorescence. Po dodatku liganda (izopropil-tiogalaktopiranozida, IPTG), ki deluje kot induktor, se je stikalo vključilo. Represor se ni več mogel vezati na tarčna mesta, zato se je začela sinteza tetraciklinskega represorja, ta pa se je vezal na mesta (tetO) pred zapisom za interferenčno RNA, zato se iRNA ni vezala na mRNA za EGFP, hkrati pa laktozni represor ni več preprečeval sinteze mRNA za EGFP in celice so začele fluorescirati.



Z meritvami so dokazali, da je bila raven izražanja EGFP sorazmerna koncentraciji induktorja (IPTG) in so zato sistem uravnavanja imenovali 'nastavljiv': več ko so dodali IPTG (razpon testiranih koncentracij je bil od 250 pM do 1 mM), močneje so celice fluorescirale.

Uvedba novega načina uravnavanja izražanja v sesalske celice ima kljub nekaterim prepričljivim dobrim stranem po mojem mnenju tudi vsaj dve pomanjkljivosti. Nastavljivost je zelo groba: v poskusih niso uporabili nobene take koncentracije IPTG, da bi bila raven izražanja EGFP med 20 % in 70 %, hkrati pa je odziv celic sorazmerno počasen. Od trenutka, ko celicam dodajo IPTG, do maksimalnega odgovora (raven EGFP) traja 2 dneva, po odvzemu IPTG pa do ničelne ravni EGFP v celicah traja tri dni.

Da je uvedeno genetsko stikalo zelo učinkovito in da je uporabno za raziskave celičnih procesov, so dokazali s tem, da so na primer namesto zapisa za EGFP v konstrukt vstavili zapis za alfa verigo difterijskega toksina (ki, če se izraža, celico ubije) ali zapis za protein Bax, ki sproži programirano celično smrt. Brez induktorja so celice z zapisom za toksin gojili 4 tedne brez vidnega učinka na njihovo rast in obliko, po dodatku induktorja pa se je njihova morfologija spremenila in so odmrle. Pri konstruktu z zapisom za Bax pa so ugotovili, da je bilo preživetje odvisno od ravni izražanja.

25. jul. 2007

Daniel E. Koshland Jr. (1920-2007)

Predvčerajšnjim je za posledicami kapi umrl ugledni biokemik Dan Koshland. Dobrih 10 let je bil urednik revije Science, pomemben pa je tudi njegov prispevek k razvoju ved o življenju na univerzi Berkeley v Kaliforniji. Kot biokemik se je v svojih raziskovalnih letih ukvarjal z encimatiko in tako že ob koncu petdesetih let razvil model 'induciranega prileganja' substrata in encima. Dotlej je namreč večina biokemikov to interakcijo razumela po principu 'ključa in ključavnice'. Izkazalo pa se je, da sta tako substrat kot žep aktivnega mesta na encimu fleksibilna interakcijska partnerja in njegova teorija v osnovi še vedno velja.

Dan Koshland je diplomiral iz kemije leta 1941 in je kmalu zatem sodeloval pri projektu Manhattan (razvoj atomske bombe). Doktoriral je iz organske kemije leta 1949. Po skoraj dveh desetletjih dela na področju encimatike je v 70-tih raziskoval kemotaksijo pri bakterijah in ob tem preučeval lastnosti receptorskih molekul in prenos signalov s površine celice v notranjost. Nazadnje se je ukvarjal še z bioenergetiko (proizvodnja metana s pomočjo cianobakterij). Bil je profesor molekularne in celične biologije, član Ameriške akademije znanosti, bil je predsednih Ameriškega društva bioloških kemikov, prejemnik več častnih doktoratov znanosti in drugih znanstvenih priznanj.

Povzeto po novici univerze Berkeley.

Botaniklici

'Botanicalls' je naslov projekta skupine (seveda) ameriških podiplomskih študentov. Lotili so se problema premalo ali preveč zalitih rastlin. Senzorje za vlago so povezali z računalniškim vmesnikom, ki pri prekoračitvi postavljenih meja sproži telefonski klic lastniku in posnet glas, ki se predstavi kot rastlina, pove, da je na primer premalo zalita. Ko jo zalijemo, ponovno dobimo klic in rastlina se zahvali, da je dovolj zalita. Da bo stvar še bolj zanimiva, ima vsaka rastlina drugačen glas in baje škotski mah celi govori s škotskim naglasom, čeprav rastlina sploh ne izhaja s Škotske. Glede na to, da senzorji za vlago niso nič novega in nenavadnega, je edina novost projekta dodajanje glasu in s tem (na videz) neposredna komunikacija med rastlino in človekom.

Novico povzemam po sporočilu agencije Reuters.

24. jul. 2007

Energija iz človeške krvi

Tokrat ne gre za poganjanje avtomobilov, pač pa za energijo za delovanje biosenzorjev in drugih nanonaprav v medicini. Kot piše v sestavku na Softpediji, na Georgijskem tehnološkem inštitutu v ZDA razvijajo napravo, ki bi delovala kot nanogenerator in bi črpala energijo iz krvožilnega sistema. Zadoščala bi pretvorba (mehanske) energije utripanja srca in krženja žil v električno energijo. Gre za moči reda velikosti mikroamperov, vendar so doslej s poskusi uspeli doseči le nanoamperske moči, tako da jih čaka še veliko dela. Naprava bi delovala potopljena v tekočino, ki se premika, sestavljena pa je iz ustrezno oblikovanih nanožic. Morda bi lahko kdaj na tak način poganjali tudi osebno elektroniko.
Zanimiva je tudi razprava na to temo, ki poteka na portalu Slashdot (v dveh dneh se je nabralo več kot 150 komentarjev). Nekdo je izračunal, da bi pri 1-odstotnem izkoristku za poganjanje takega nanogeneratorja porabili skupaj 1 kalorijo dnevno. Drugi so skeptični, da bi naprava bila uporabna, saj je nevarnost nastanka krvih strdkov ali razvoja okužb prevelika, težave pa bi znale biti tudi hidrodinamske.

22. jul. 2007

Gorivo iz izpušnih hlapov...

To bi bilo seveda preveč enostavno, a Reuters se o tem v svoji novici ne sprašuje: Ogljikov dioksid iz izpušnih hlapov je mogoče shraniti, ga v bazenih uvajati algam, ki ga pretvorijo v metan in olje, olje pa lahko uporabimo kot biodizel za poganjanje motorjev z notranjim izgorevanjem. Perpetuum mobile? Pravzaprav ne. O izkoristku, ceni in tehnologiji ni znanega še nič, čeprav naj bi trije iznajditelji iz Walesa svoj izum preizkušali še več kot dve leti.

Ideja sicer ni slaba: škatla, ki so jo imenovali Greenbox, veže več kot 85 % nečistoč, ki nastajajo pri izgorevanju v motorju. Kapaciteta nosilca naj bi ustrezala količini nečistoč, ki nastanejo pri porabi enega avtomobilskega rezervoarja goriva, škatlo z vezanimi nečistočami pa bi ob naslednjem polnjenju goriva na črpalki oddali v recikliranje. V zbirnih centrih bi nato vezane snovi, predvsem CO2, sprostili z nosilca in ga uvedli v bazene z algami. Gensko spremenjene alge bi ogljikov dioksid vezale v organsko snov, to pa bi nato ponovno uporabili. Izumitelji se sicer ukvarjajo z gojenjem rib, po stroki pa sta dva inženirja in en organski kemik.

Jasno je, da bo postopek, tudi če bo izvedljiv, drag in njegov izkoristek bo relativno majhen, kar se tiče deleža reciklirane energije. Verjetno je prej treba na vse skupaj gledati kot na prispevek v boju proti onesnaževanju kot pa na resen alternativni vir energije. Tudi zaradi uporabe koruze in pšenice za pripravo biogoriv se je na primer cena pšenice glede na lansko ceno podvojila, tako da bo treba poiskati alternativne vire, ki ne bi bili vezani na kulture, uporabne v prehrani ali kot krmila za živali.

17. jul. 2007

Kari tudi proti Alzeimerju

Kari (curry) je sicer priljubljena indijska jed, že dolgo nazaj pa so ugotovili, da ena njegovih glavnih sestavin, kurkuma, vsebuje antioksidante in druge snovi, ki delujejo med drugim tudi protitumorsko. Kurkuma ne vsebuje samo kurkumina, pač pa še vrsto drugih organskih molekul s fiziološkim učinkom.

Včeraj pa je agencija Reuters sporočila, da naj bi sestavina karija delovala tudi proti Alzheimerjevi bolezni, o čemer naj bi izšel članek v ugledni reviji PNAS. V raziskavi so ugotovili, katera sestavina kurkume ima najmočnejši učinek proti Alzheimerjevi bolezni. Identificirali so spojino bisdemetoksikurkumin, ki je delovala na makrofage, tako da so bili sposobni odstranjevati proteinske skupke, ki bi sicer poškodovali možganske celice in privedli do razvoja značilnih bolezenskih znakov. Proteinske skupke sestavlja amiloid beta, to je približno 40 aminokislinskih ostankov dolg peptid, ki se izcepi iz večjega prekurzorskega proteina (APP), vstavljenega v membrano. (Biosintezo amiloida beta prikazujejo naslednje tri slike: 1 - 2 - 3.)

Bisdemetoksikurkumin bi bilo mogoče v telo dovesti z infuzijo, saj je verjetno težko pojesti toliko karija, da bi dosegli dovolj visoko koncentracijo učinkovine v telesu.

10. jul. 2007

Korejci bi klonirali službene pse

Korejska carina je podpisala dogovor z laboratorijem, ki je leta 2005 kot prvi kloniral psa, afganistanskega hrta, ki so ga imenovali Snuppy (SNU = Seoul National University). Laboratorij, ki ga je pred leti vodil kontroverzni raziskovalec Hwang Woo-Suk, je doslej uspešno kloniral že več psov in korejskega sivega volka. Tokrat pa cariniki želijo klonirati pse, ki so sposobni izslediti prepovedane droge, poroča Reuters. Kloniranje enega psa naj bi stalo med 40.000 in 80.000 EUR, Reutersovi novinarki pa se zdi predvsem zanimivo, ali bo to prvi korak na poti h kloniranju hišnih ljubljencev.

Verjetno je pravo vprašanje, ali bo klonirani pes res sposoben zaznavati droge in nanje opozoriti carinika, ki bo psa vodil. Mislim, da bodo cariniki presenečeni...

9. jul. 2007

Razlike med celicami: epigenetski pogled

Nove tehnike za določanje nukleotidnih zaporedij, ki temeljijo na tako imenovanem 'masivno vzporednem' pristopu (gre za desettisoče ali stotisoče reakcij, ki potekajo neodvisno, a hkrati, v pikolitrskih volumnih), omogočajo tudi analizo drugih lastnosti nukleotidnih zaporedij. Tako so ameriški raziskovalci z eno od novih tehnik uspeli natančneje analizirati proteinske oznake na kromosomih. Razporeditev proteinov v kromatinu je namreč v različnih celicah različna. Čeprav so včasih menili, da imajo v kromatinu proteini le vlogo pri kompaktiranju DNA, danes vemo, da imajo proteini - histoni - tudi pomembno regulacijsko vlogo. Zato proteinske oznake predstavljajo eno od epigenetskih značilnosti (za razliko od genetskih, ki pomenijo nukleotidna zaporedja, so epigenetske značilnosti na primer metilacija nukleotidov in razporeditev in modifikacije proteinov, vezanih na DNA).

V raziskavi, ki so jo predčasno objavili na spletni strani revije Nature 1. julija, so primerjali vzorce vezanih proteinov pri treh tipih mišjih celic: embrionalnih izvornih celicah in dveh tipih celic, ki so že delno diferencirane v smeri proti živčnim celicam in proti fibroblastom. Govorijo o kartiranju kromatina in kromatinski pokrajini celotnega genoma, ki daje vpogled v razvoj celice in vsaj delno razloži razlike med različnimi celicami, ki imajo vendarle identično zaporedje nukleotidov v genomu. Gre za način vklapljanja in izklapljanja genov (pravzaprav vključevanje in izključevanje prepisovanja DNA v RNA).

Preiskovali so predvsem trimetilacije posameznih lizinskih ostankov na histonih in ugotovili, da imajo posamezni lizini v strukturi histonov točno določen pomen za razločevanje aktivnih in neaktivnih regij genoma, zato lahko metilacijske oznake na histonih, vezanih na neko zaporedje, predstavljajo kode za razumevanje delovanja kromatina.

5. jul. 2007

Nanodelci na eritrocitih

Polimerni nanodelci so sicer obetajoči prenašalci zdravil, vendar njihovo uporabnost za zdravljenje zmanjšuje njihova slaba obstojnost v telesu. Makrofagi jih namreč fagocitirajo že v nekaj minutah, zato se večina zdravila, ki ga prenašajo, lahko odstrani, še preden doseže tarčne celice.

V julijski številki revije Experimental Biology and Medicine, ki izide pojutrišnjem, bo objavljen članek, v katerem kalifornijski raziskovalci poročajo, da so nanodelci bistveno bolj obstojni, če jih pritrdijo na površino eritrocitov. S tem eritrociti ostanejo enako funkcionalni, nanodelci pa se izognejo fagocitozi in teoretično lahko v obtoku ostanejo, dokler se eritrocit ne razgradi (v povprečju okoli 4 mesece).

Raziskave so vendarle šele v začetnih fazah, zato bo treba pred uporabo rešiti še veliko odprtih problemov. Med njimi je stabilnost vezave nanodelcev na površino eritrocita, pomembno pa je tudi, da je tak način zaščite nanodelcev primeren je za prenašanje zdravil, ki so učinkovita v imobilizirani obliki.

Novico povzemam po EurekAlert.

3. jul. 2007

Genografski projekt

Z razjasnitvijo človekovega genoma se je delo pravzaprav šele začelo - vsaj danes se včasih tako zdi. Epigenom, genom raka, primerjalna genomika,... zdaj pa se je pojavila še genografija. Gre za povezavo genetskih podatkov z antropološko-geografskimi podatki. Prvi znanstveni članek, ki opisuje začetne rezultate projekta, je izšel 29. junija v reviji PLoS Genetics. V prvem letu in pol, kar (sicer petletni) projekt poteka, so analizirali mitohondrijsko DNA 78.590 ljudi. Podatki so javno dostopni in jih bodo še dopolnjevali. Eden od ciljev projekta je razvrstiti ljudi v haploskupine (z enakimi genetskimi značilnostmi na ravni nukleotidnega zaporedja) in na osnovi mitohondrijskih zaporedij ugotoviti migracijske poti človeka v zgodovini.

V projektu sodeluje 10 raziskovalnih skupin. Morda je zabavno, po svoje pa tudi zanimivo, da lahko v genografskem projektu sodeluje vsakdo. Pogoj je, da kupi 'genografski komplet', ki stane okrog 100 EUR in po pošti pošlje vzorec celic ustne sluznice. V laboratoriju ene od sodelujočih raziskovalnih skupin nato izolirajo DNA in jo analizirajo. Pri ženskah določijo nukleotidno zaporedje hipervariabilne regije 1 mitohondrijske DNA (dolgo je okrog 500 bp) in preverijo še 22 variabilnih mest v kodirajočih regijah mitohondrijske DNA. Pri moških analizirajo lokuse s kratkimi tandemskimi ponovitvami na kromosomu Y in polimorfizme posameznih nukleotidov.

Razlago raziskave predstavlja obvestilo za javnost PLoS. Medijsko in strokovno podporo projektu zagotavlja National Geographic Society, računalniško pa IBM. Kot piše tudi na Wikipediji, pa združenja starih ljudstev (predvsem indijanskih plemen v ZDA) pozivajo k bojkotu projekta. Čeprav brez vzorcev pripadnikov starih ljudstev slika ne bi bila popolna, so doslej baje zbrali že več kot 25.000 vzorcev izvornih prebivalcev posameznih celin.

30. jun. 2007

Žabe proti raku

V torek so na Univerzi v Bathu (VB) objavili, da so iz žabjih jačec izolirali snov, ki bi lahko učinkovala proti možganskim tumorjem. Sliši se obetajoče in morda nekoliko nenavadno, čeprav vemo, da je živi svet neizčrpen vir molekul z različnimi fiziološkimi učinki. Ena od na prvi pogled nenavadnih stvari je ta, da se sintetična oblika molekule imenuje amfinaza (Amphinase), končnico -aza pa bi pričakovali pri imenih encimov. Sintetični encim torej?

V objavi so zapisali, da 'molekula prepoznava sladkorno oblogo na tumorski celici, se veže nanjo, potem pa napade celico in onesposobi njeno RNA, s čimer tumor odmre'. Ta razlaga je vendarle malo preveč poljudna, zato si poglejmo, za kaj v resnici gre. Konec koncev so članek z rezultati objavili v reviji Journal of Molecular Biology (predčasna objava 10. maja letos), pri delu pa je sodelovalo tudi ameriško farmacevtsko podjetje Alfacell, ki skuša amfinazo še preden jo v resnici registrirajo kot zdravilo, predstaviti kot tako.

Amfinaza je trgovsko ime za RNazo iz jajčnih celic žabe leopardovke (Lithobates pipiens; živi v Severni Ameriki). Biokemijsko gledano RNaze razcepijo molekule RNA na krajše kose. Ker je RNA ključna prenašalka genetske informacije z DNA na proteine, so se v evoluciji razvili inhibitorji RNaz, ki preprečujejo, da bi se RNA nenadzorovano razgrajevala. Ker pa je amfinaza encim iz dvoživk, ima toliko drugačno zgradbo, da je celični, torej tudi tumorski, inhibitorji ne prepoznajo.

Predpostavljajo, da bodo amfinazo, če bo kdaj uporabna kot zdravilo, vbrizgali v tumorje, kjer bo razgradila njegovo RNA. Na zdrave celice encim ne bi deloval, ker se veže le na sladkorne komponente na površini tumorskih celic, zato ne pričakujejo stranskih učinkov. Čeprav bi bilo zdravilo uporabno proti različnim vrstam tumorjev, ga promovirajo kot zdravilo za možganske tumorje, ki jih je operativno zelo težko zdraviti.

Iz jajčec iste vrste žab so že pred več kot 10 leti izolirali še eno RNazo, ki so jo imenovali s tržnim imenom onkonaza (Onconase). Je v zadnjih fazah kliničnega testiranja za zdravljenje mezotelioma (največkrat gre za obliko pljučnega raka, ki nastane zaradi izpostavljenosti azbestu) in začetnih fazah testiranja za zdravljenje drugih tipov tumorjev. V primerjavi z onkonazo je amfinaza precej različna, saj ima le okoli 40 % identičnih aminokislinskih ostankov, pa tudi katalitična aktivnost na sintetične substrate je 1000-krat nižja. Z določitvijo tridimenzionalne zgradbe so natančno razložili, kakšna je biokemijska osnova za nižjo aktivnost (ena aminokislina v reži aktivnega mesta je nameščena tako, da se razporeditev drugih, za cepitev RNA potrebnih aminokislin, bistveno spremeni).

V novici omenjena 'sintetična molekula' pa je v resnici rekombinantna oblika encima. Vezavo onkonaze na površino rakavih celic so preučevali že v devetdesetih letih. Ugotovili so, da je na vsaki celici okrog 10.000 vezavnih mest in da je vezava RNaze dvostopenjska.

27. jun. 2007

Zdravilo proti duševni zaostalosti... pri miših

Ameriški nevrobiologi so v sodelovanju s kolegi iz Indije in Koreje ugotovili, da je pri miših možno odpraviti simptome okvare, ki je podobna tisti, ki pri človeku privede do duševne zaostalosti, lahko pa tudi do avtizma. Članek z rezultati je kot predhodna objava v prostem dostopu izšel predvčerajšnjim na spletnih straneh revije PNAS. Lažje je razumljiva razlaga rezultatov v novici, ki so jo pripravili v uradu MIT-ja.

Sindrom krhkega X (FXS) je dedna okvara X-kromosoma, pri kateri je mutiran gen za protein FMR1 . Ta pri večini ljudi vsebuje med 6 in 55 ponovitvami tripleta CGG, če pa je teh ponovitev 230 ali več (tudi več kot 1000), pa to privede do metilacije DNA, s tem pa se zmanjša izražanje zapisa za protein FMR1. Brez tega proteina se sinapse ne razvijejo normalno.

V raziskavi na miših so najprej v mišji genom uvedli okvaro, ki ustreza FXS. Nato pa so z inhibitorji kinaz ugotavljali, ali lahko vzpostavijo normalno nastajanje sinaps. Odkrili so, da je ključna s p21-aktivirana kinaza (PAK). V razvoju otroka se protein, ki deluje kot inhibitor kinaze PAK, začne izražati tretji teden po rojstvu in s tem torej organizem lahko prepreči razvoj simptomov, ki so posledica mutacije v genu za FMR1. Čeprav še ni povsem jasno, kako sta povezana FMR1 in PAK, pa je dobra novica, da učinkovine, usmerjene proti kinazi PAK, lahko popravijo značilne simptome duševne zaostalosti in avtizma - vsaj pri miših...

Ilulissatska izjava

Ilulissat, Ilulissat,... tam verjetno še niste bili. Ilulissat je namreč tretji največji kraj na Grenlandiji (ima dobrih 4500 prebivalcev). Tam so se med 11. in 15. junijem zbrali raziskovalci s širšega področja sintezne biologije na simpoziju Kavlijeve fundacije o prihodnosti, s podnaslovom Združitev bio in nano: na poti do kiborg celic. [Fred Kavli je ameriški podjetnik in filantrop norveškega rodu. Leta 2000 je ustanovil fundacijo, ki podpira in nagrajuje vrhunske raziskave s področij nevroznanosti, nanoznanosti in kozmologije.]

V svoji izjavi so udeleženci simpozija zapisali, da je pred vrati nova revolucija, tako pomembna, kot je bila pred 50 leti razvoj tranzistorja in odkritje strukture DNA. Tranzistorji so pripeljali do pomembnih sprememb v načinu življenja, ki ga predstavljajo elektronske naprave, razumevanje prenosa genske informacije pa je spremenilo način dojemanja življenja. Začetek 21. stoletja predstavlja čas velikih obetov in velikih nevarnosti: srečujemo se s klimatskimi spremembami, pomanjkanjem energetskih virov in pitne vode ter še vedno neozdravljivimi boleznimi. Sintezna biologija ponuja odgovore na mnoge od problemov, s katerimi se soočamo. Kot vsaka zmogljiva tehnologija, tudi sintezna biologija lahko predstavlja tveganje. Zato je treba sprejeti ukrepe, ki bi preprečili uporabo novih tehnologij za namene, ki bi škodili človeštvu.

Sedemnajst podpisnikov Ilulissatske izjave zato poziva k raziskavam na dveh področjih: na temljenem področju sintezne biologije in na področju raziskav družbenih vplivov novih tehnologij. Današnje odločitve bodo bistveno vplivale na prihodnost človeštva, kakršna bo čez 50 let.

Komentar o izjavi si lahko preberete na straneh Kavlijeve fundacije.

26. jun. 2007

SB 3.0

Od nedelje do danes je v Zürichu potekala konferenca SB 3.0 - SB je kratica, ki označuje sintezno biologijo. Prva konferenca SB je bila leta 2004 na inštitutu MIT v Cambridgu, lanska je bila v Kaliforniji, letos pa so jo prvič pripravili v Evropi na uglednem inštitutu ETH. V nedeljo je bila na programu tudi predstavitev raziskovalnega dela študentov naše univerze, ki so lani pod mentorstvom raziskovalcev s Kemijskega inštituta in Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo UL osvojili prvo mesto na tekmovanju iz sintezne biologije iGEM 2006. Delo bo opisano tudi v kratkem članku v prvi številki novega časopisa IET Synthetic Biology.

Konferenci jutri sledi sestanek mentorjev letošnjih ekip, ki sodelujejo na tekmovanju iGEM2007. Roman Jerala bo predstavil letošnji izbor ekipe Ljubljanske univerze, morda pa bo priznal tudi, da bomo ponovno poskusili spremeniti odgovor človeških celic na okužbo, vendar tokrat na nov inovativen način...

Biodizel, bioetanol, bioglicerol...

Po tem, ko se je izkazalo, da proizvodnja etanola in olj (biodizla) kot goriva dviga ceno krme in hrane, intenzivno iščejo nove načine, kako do cenejših goriv za motorje z notranjim izgorevanjem in za gretje. Ker pri proizvodnji biodizla nastaja veliko glicerola (približno 10 masnih odstotkov) so se pojavili veliki presežki odpadnega glicerola. Nekatera podjetja že plačujejo visoke premije za odstranjevanje tega alkohola.

Nekatere raziskovalne skupine se ukvarjajo s kemijskimi pretvorbami glicerola, s katerimi bi dobili spojine, ki bi jih bilo mogoče dobro prodajati, s tem pa bi lažje pokrili stroške proizvodnje biodizla. Raziskovalci z univerze Rice pa so ugotovili, da bakterije lahko glicerol pretvorijo v etanol. Kot so objavili v junijski številki revije Current Opinion in Biotechnology (ta številka je posvečena energijski in ekološki biotehnologiji), so določili pogoje in razkrili metabolične poti, ki pri pretvorbi potekajo v bakterijah Escherichia coli v anaerobnih pogojih.

Gre za značilen primer tako imenovane biotrasformacije, postopka, v katerem celični encimski sistem pretvarja eno snov v drugo na ekološko sprejemljiv način, brez velikega vložka reagentov in energije. Tako so stranski produkt proizvodnje biodizla pretvorili v etanol, ki je prav tako uporaben kot gorivo. Proizvodnja etanola iz glicerola je skoraj pol cenejša od klasične proizvodnje bioetanola.

Novico povzemam po EurekAlert.

17. jun. 2007

Sintija

Kot je prejšnji teden omenil že Franc v svojem Mikrob(io)logu, je Inštitut J. Craiga Venterja vložil patentno zahtevo za minimalni bakterijski genom. Zadeva je kontroverzna z več zornih kotov. Prvi dvom se nanaša na smiselnost in etičnost patentiranja genomskih zaporedij, saj ta sama po sebi niso del inventivnega postopka raziskovalcev. Glede tega se evropski in ameriški pogled na patentno zaščito še vedno razlikujeta. Drugo vprašanje pa je, ali je patentna prijava od 31. maja sploh (pravno in etično) korektna - o tem se sprašujejo predstavniki skupine ETC v svoji izjavi za javnost, hkrati pa kritično razlagajo vsebino in ozadje patentne prijave.

Prijavitelji na primer trdijo, da bo novi organizem (poimenovali so ga Mycoplasma laboratorium) sposoben sintetizirati etanol ali vodik, vendar je to vprašljivo. Razen tega naj bi v prijavi pisalo, da je patentno zaščiten vsak organizem, ki bi mu izločili vsaj 55 izmed nabora 101 gena, ki so jih določili kot neesencialne, kar je zelo široka oznaka značilnosti organizma. Skupina ETC je za novi organizem skovala ime Sintija (Synthia), ker so genom novega mikroba v celoti sintetizirali (čeprav v osnovi zaporedja izhajajo iz tistih, ki so jih določili v naravnih mikrobih).

V prijavi je zapisano, da želijo patentirati 'nabor esencialnih genov in sintezni prostoživeči organizem, ki je sposoben rasti in razmnoževanja in ki vsebuje te gene'. Patent, če bo odobren, naj bi veljal v več kot 100 državah po svetu.

Tudi sintezni biologi, ki zagovarjajo odprtokodno biologijo (prost dostop do genetskih zaporedij), nad patentnim omejevanjem niso navdušeni. Verjetno je v ozadju boj za ogromne licenčnine, saj je Craig Venter v svojem intervjuju za tednik Newsweek 4. junija rekel, da bi bil organizem, ki bi proizvajal gorivo, vreden milijarde ali bilijone dolarjev. Zato se nekateri bojijo, da je na obzorju nova multinacionalka tipa Microsoft, nekakšen Microbesoft.

Vprašanje izvora Etruščanov rešeno?

V Nici od včeraj poteka Evropska konferenca o humani genetiki, na kateri bodo med drugim predstavili genetske raziskave izvora Etruščanov. Živeli so na zahodnem delu Apeninskega polotoka in so vrhunec svoje kulture doživeli v 7. in 6. stoletju pred našim štetjem. Nekateri avtorji menijo, da so avtohtoni prebivalci, drugi pa, da so se priselili iz vzhodnega Sredozemlja. Ker niso našli nobenih izvirnih pisnih virov iz njihovega obdobja, značilnosti jezika ne morejo uporabiti za določitev njhovega izvora, razen tega pa je težko potegniti jasno ločnico med etruščansko in kasnejšo rimsko umetnostjo, saj so se ob ustanovitvi Rima Etruščani postopno zlili z Itali.

Genetske analize, o katerih bodo te dni poročali v Nici, temeljijo na predhodnih raziskavah mitohondrijske DNA iz leta 2004. Takrat so analizirali mitihondrijsko DNA iz 30 vzorcev kosti Etruščanov, ki so živeli med 7. in 3. stoletjem p.n.š. Ugotovili so, da so značilnosti mitohondrijskih zaporedij bolj podobne današnjim prebivalcem obal vzhodnega Sredozemlja kot današnjim Italijanom.

V sedanji analizi pa so primerjali genetske značilnosti (genomske, ne mitohodrijske) današnjih moških prebivalcev treh področij v Toskani z najbolj ohranjenimi etruščanskimi vplivi z značilnostmi več drugih populacij. Primerjalne populacije so bile večinska toskanska, severnoitalijanska, sicilijanska, sardinijska, južnobalkanska in otočani z Lemnosa v Grčiji. Dodatne podatke so dobili iz literature o prebivalcih Turčije, Južne Italije, Bližnjega Vzhoda in Evrope. Ugotovili so, da so prebivalci Volterre in Murla, dveh krajev v Toskani z ugotovljivim etruščanskim vplivom, bolj sorodni prebivalcem iz Male Azije in Lemnosa kot drugim Italijanom.

Analiza mitohondrijske DNA starih pasem goveda s področja nekdanje Etrurije je prav tako pokazala, da so te pasme sorodne tistim, ki danes živijo na področju Male Azije.

Nove genetske raziskave torej potrjujejo pričanje grškega zgodovinarja Herodota, da so Etruščani (Grki so jih imenovali Tirenci) prišli iz Lidije v Mali Aziji, ker se je polovica tamkajšnjega prebivalstva odpravila z ladjami iskat novo domovino.

Povzeto po novici na EurekAlert.

10. jun. 2007

Do izvornih celic z reprogramiranjem

V četrtek je revija Nature objavila tri članke, v katerih raziskovalci poročajo, da je odrasle somatske celice možno reprogramirati in jim s tem vrniti pluripotentnost. Obnašajo se torej tako kot izvorne celice. To je pomembno odkritje in verjetno prava rešitev etičnih pomislekov glede uporabe embrionalnih izvornih celic za zdravljenje, pa tudi za raziskave. Dodatna prednost novega pristopa je, da ne bi bilo treba hraniti celic iz npr. popkovne krvi več desetletij, pač pa bi jih lahko pripravili kasneje v življenju.

Novica na spletni strani revije Nature precej natančno povzema rezultate raziskav na miših. Raziskave izhajajo iz lanske objave avtorjev Takahašija in Jamanake v reviji Cell. Kožne fibroblaste sta gensko spremenila s pomočjo retrovirusov tako, da so izražali štiri transkripcijske faktorje. Ti so povzročili izražanje več drugih genov, kar je imelo za posledico prehod diferencirane celice v stanje, podobno izvornim celicam. Take celice sta imenovala inducirane pluripotentne izvorne celice (iPS-celice). Nekateri kritiki so opozarjali, da tako pridobljene celice vendarle nimajo vseh značilnosti izvornih celic, saj na primer niso izmenjevale genetskega materiala z drugimi celicami zarodka, če so jih vbrizgali mednje (test himernosti).

Jamanaka je s sodelavcema Okito in Ičisako tokrat objavil članek o pripravi druge generacije iPS-celic, hkrati pa so objavili tudi dva članka ameriških raziskovalnih skupin. Problem pri pripravi teh celic je, da je učinkovitost reprogramiranja zelo nizka in je zato treba izselekcionirati tiste celice, v katerih je do reprogramiranja res prišlo. Američanom je celo uspelo, da so iz iPS-celic regenerirali celotno žival in s tem neposredno dokazali sposobnost iPS-celic, da se razvijejo v različne tipe celic.

Doslej pa še ni uspelo na enak način pripraviti človeških 'izvornih' celic. Menijo, da bo treba uporabiti več kot samo štiri transkripcijske faktorje. Dodaten problem predstavlja uporaba retrovirusov, ki bi v določenih pogojih lahko povzročili rakave spremembe, pa tudi eden od transkripcijskih faktorjev, ki so jih uporabili pri miših, lahko povzroča raka.

5. jun. 2007

Etanol proti metastazam

Še ena, za katero boste rekli, da ni nova biologija, pa vendar skriva za sabo bolj zapletene molekularne procese, kot bi si verjetno mislili... Japonski raziskovalci so na 54. letnem srečanju Društva za nuklearno medicino, ki te dni poteka v Washingtonu, predstavili rezultate poskusnega zdravljenja metastaz, ki se razvijejo iz raka na ščitnici na bližnjih kosteh in so odporne proti zdravljenju z radioaktivnimi snovmi. Raka na ščitnici namreč najpogosteje zdravijo z radioaktivnim jodom, ki uniči hitrorastoče celice ščitnice. Vendar pa se tumorske celice lahko razširijo na okoliško kostno tkivo, te metastaze pa so pogosto odporne proti izotopskemu zdravljenju. EurekAlert pa danes s kongresa poroča o novem pristopu k zdravljenju.

Za zdravljenje razsevkov na kosteh so onkologi tokrat uporabili zelo preprosto sredstvo - etanol. Vbrizgajo ga skozi kožo direktno v tumor na kosteh. Etanol povzroči nekrozo celic na mestu vbrizga in pri zdravljenju 12 pacientov so dosegli zmanjšanje velikosti tumorjev za polovico. Čeprav zmanjšanje velikosti še ne pomeni ozdravitve, pa gre za preprost, dokaj učinkovit in cenen način zdravljenja.

Celična nekroza je dolgo veljala za povsem nekontroliran celični proces, vendar pa so v zadnjih letih usmerjene raziskave pokazale, da gre za enega od načinov uravnavane (ne pa programirane) celične smrti s sosledjem biokemijskih reakcij.

31. maj 2007

Kaj nam pove dolžina prstov?

Tole se verjetno ne bo bralo kot nova biologija, a za razumevanje ne bo šlo brez malo biokemije. Angleški raziskovalci so ugotovili, da razmerje dolžin prstov kazalca in prstanca kaže na nadarjenost za matematiko oziroma za jezike, na nekatere osebnostne lastnosti in podobno. Larifari 18. stoletja? Ne (nujno). Članek so objavili ta mesec v reviji British Journal of Psychology, raziskavo pa so opravili na 75 otrocih, starih 6 in 7 let. Dečki, ki so imeli kazalec daljši od prstanca so bolje opravili preproste matematične teste, medtem ko so deklice z enako dolgima kazalcem in prstancem bolje opravile verbalni del testa.
Fizio(g)nomija se z ugotavljanjem povezave med zunanjimi telesnimi značilnostmi in osebnostnimi lastnostmi že od antike, a so nanjo pogosto gledali kot na psevdoznanost. Zdaj pa kaže, da obstaja tudi biokemijska razlaga za povezave, ki jih je mogoče dokazati. Ugotovili so namreč, da je dolžina prstov povezana s hormonskim stanjem, ki mu je izpostavljen razvijajoči se zarodek. Povečana raven testosterona naj bi povzročila, da prstanec zraste daljši, višja raven estrogena pa ima kot eno od posledic izravnano rast kazalca in prstanca. Znano pa je tudi, da izpostavljenost zarodka hormonom vpliva na razvoj možganov. Testosteron naj bi vplival na razvoj tistih možganskih centrov, ki so odgovorni za prostorske in računske funkcije, medtem ko naj bi bil estrogen pomemben za razvoj jezikovnih sposobnosti.
Novico povzemam po agenciji Reuters.

27. maj 2007

Novi genetski dejavniki tveganja za raka dojke

Danes so objavili (poroča Reuters), da so odkrili več genetskih povezav med mutacijami v genomu in razvojem raka dojke. Doslej je bila znana le povezava med mutacijami v genih BRCA-1 in BRCA-2 (dveh tumorskih supresorjih) in to boleznijo, po 13 letih pa je to prvo res pomembno novo odkritje, do katerega so prišli z analizami genomov zdravih ljudi in pacientov. Nosilci mutacij v genih BRCA-1 in -2 imajo 50- do 85-odstotno verjetnost, da bodo zboleli za rakom dojke, vendar je med pacienti (pišem v moški obliki, ker v redkih primerih lahko zbolijo tudi moški) takih z mutacijami v teh dveh genih manj kot desetina.

Pri eni od analiz so pregledali genome več kot 2200 pacientk in odkrili 4 mutacije, ki so bile pogosto povezane z razvojem raka dojke pri starejših pacientkah, ki v družini niso imele sorodnic z enako boleznijo. Mutacije so našli v genu FGFR2, ki zapisuje za tirozin-kinazni receptor. Za tirozin-kinaze so že prej vedeli, da sodelujejo pri razvoju rakavih sprememb v celicah, zato odkritje ni bilo presenetljivo. Pacientke z eno kopijo okvarjenega gena imajo 20 % večjo verjetnost, da zbolijo, tiste z dvema okvarjenima kopijama pa 60 %. Trenutno ta podatek pacientkam v ničemer ne pomaga k boljšemu zdravljenju, pa tudi testiranje prisotnosti mutacij v tem genu nima pravega smisla, saj verjetno še niso našli vseh kritičnih mutacij. V analizirani populaciji je imelo vsaj eno okvarjeno kopijo kar 60 % vseh žensk.

Druga skupina je analizirala polimorfizem posameznih nukleotidov (SNP) pri več kot 20.000 pacientih in pri podobnem številu zdravih ljudi. Ugotovili so, da imajo pacienti statistično pogosteje zamenjane nukleotide v 4 genih (eden od teh je bil tudi FGFR2). Neko nizozemsko podjetje pa je z analizo genov 22.000 ljudi odkrilo povezavo med rakom dojke in dvema drugima genoma, ki naj bi sodelovala pri razvoju bolezni pri četrtini vseh pacientov z rakom dojke.

Rezultati so izšli v revijah Nature in Nature Genetics.