28. mar. 2007

Poosebljeno zdravljenje raka

V ZDA so ustanovili podjetje, ki bo načrtovalo zdravljenje raka za vsakega pacienta posebej na osnovi analize proteoma tumorskih celic. Ustanovitelji so prepričani, da ne obstajajo zdravila, ki bi bila (enako) učinkovita za vse paciente in da je potreben individualni prostop k predpisovanju kemoterapije raka.

Za določitev poteka zdravljenja bo odločilna ugotovitev, katere biokemijske poti v tumorskih celicah so aktivirane. Kasneje naj bi se na enak način lotili tudi drugih bolezni. Začetni kapital podjetja je 5 milijonov USD, poroča agencija Reuters.

Nočni program čet/pet

Če bo kdo buden v noči s četrtka na petek (29./30. marec), lahko na nočnem programu Radia Slovenija posluša pogovor s tremi člani lanske študentske ekipe ljubljanske univerze, ki je zmagala na tekmovanju iz sintezne biologije iGEM2006...

24. mar. 2007

Taj či namesto cepljenja

V aprilski številki Revije Ameriškega geriatričnega društva bo izšel članek (trenutno še kot predčasna objava), v katerem je opisana raziskava, ki povezuje kitajsko veščino taj či z odpornostjo proti pasovcu (obliki noric, ki prizadane predvsem starejše ljudi). Se sprašujete, kje je tukaj nova biologija? Mogoče je težava ravno v tem, da je tu še ne vidimo v ospredju - veliko dela nas še čaka, da bomo v celoti razumeli molekularne osnove razvoja odpornosti.

Raziskovalci so 112 prostovoljcev, starih med 59 in 86 let, razdelili na dve zelo podobni skupini. Prva skupina je trikrat na teden obiskovala tečaj taj čija in to skozi 16 tednov. Druga skupina je enako pogosto spremljala predavanja o zdravi prehrani in premagovanju stresa. Po končanem tečaju so vse sodelujoče cepili proti noricam in v 25. tednu določili titer nevralizirajočih protiteles. Ugotovili so, da so udeleženci iz skupine, ki je izvajala taj či, imeli dvakrat večjo odpornost proti virusu, ki povzroča pasovec, razen tega pa so se tudi boljše počutili in imeli višji prag bolečine.

Norice povzroča virus varicela zoster. Pojavijo se pri otrocih, ko pa bolezen prebolijo, pa virus ostane v ganglijih živčnega sistema in se lahko v starosti ali ob oslabljenem imunskem sistemu aktivira ter povzroči bolezenske znake, ki jih imenujemo pasovec. Čeprav gre za isti virus, so bolezenski znaki v starosti drugačni, saj so dermatomi zelo boleči in ne gre za klasične izpuščaje. Virus iz ganglijev potuje do konic perifernega živčevja in do kože.

Raziskave so pokazale, da že samo izvajanje taj čija lahko povzroči podobno zaščito pred virusom kot cepljenje, najboljši učinek pa so dosegli s kombinacijo obojega. Verjetno bi podoben rezultat dobili tudi z odpornostjo proti drugim boleznim. O opisani raziskavi danes poroča tudi Science Daily.

Vprašanje za biologe (no, seveda, imunologe, biokemike in vse druge raziskovalce življenja) je, kako lahko taj či vpliva na odpornost proti virusom in ali imajo podoben učinek tudi kakšne druge telesne aktivnosti in/ali meditacijske vaje. Pot do razumevanja bo verejtno še dolga...

22. mar. 2007

Strukturni vpogled v proteom kvasovke

Predvčerajšnjim je v reviji PLoS Biology izšel članek z naslovom "Določitev naddružin za proteom kvasovke s povezavo napovedi zgradbe in ontologije genov". Genom kvasovke Saccharomyces cerevisae je znan že več kot 10 let. Vsebuje 12 milijonov baznih parov in zapisuje za manj kot 6000 proteinov. Seveda vsem proteinom še niso uspeli določiti prostorske strukture in v resnici niti še ni za vse jasno, kakšna je njihova vloga v celici.

Danski raziskovalci so v omenjenem članku opisali, kako so na osnovi aminokislinskih zaporedij proteinov (ta so dobili tako, da so prevedli nukleotidna zaporedja kodirajočih delov genoma) določili proteinske domene, ki se najverjetneje zvijejo samostojno. Takih domen je v proteomu kvasovke skoraj 15.000. Za mnoge od njih so s primerjavo aminokislinskih zaporedij z zaporedji proteinov z znano prostorsko strukturo določili, kako se najverjetneje zvijejo, za mnoge domene pa to ni bilo mogoče, saj so se preveč razlikovale. S temi so ob uporabi nove metode za predpostavljanje zgradbe de novo (samo na osnovi aminokislinskih zaporedij) prišli do rezultatov o verjetni tridimenzionalni strukturi, ki pa sami po sebi niso bili dovolj zanesljivi. Zato so za te primere natančno pregledali vse dostopne podatke o njihovi biološki aktivnosti, lokalizaciji in celični funkciji. S kombinacijo obeh pristopov so lahko bolj natančno določili, v katero družino evolucijsko sorodnih proteinov spada katera domena.

Seveda bodo šele s poskusi na izoliranih proteinih lahko potrdili ali ovrgli pravilnost uporabljenih postopkov za določitev naddružin. Ob tem pa se bo tudi pokazalo, ali lahko enak pristop uporabijo tudi v drugih primerih.

Akademski urednik za objavo članka v reviji PLoS Biology je bil Andrej Šali, eden v svetu najbolj znanih slovenskih biokemikov, ki zdaj dela na Kalifornijski univerzi v San Franciscu.

Kratek povzetek originalnega članka so včeraj objavili tudi na straneh ScienceDaily.

19. mar. 2007

Živčni impulzi imajo lastnosti zvoka

Sliši se komaj verjetno, a kaj, če je res? Klasično razumevanje prenosa živčnega impulza je, da signal potuje kot elektrokemična sprememba na membrani in gre torej za električni impulz na osnovi prehajanja ionov skozi membranske natrijeve kanale. Na membranah se sproži akcijski potencial, ki nato potuje vzdolž membrane. Čeprav komplicirano, se je vse zdelo razumljivo. Zdaj pa so danski fiziki ugotovili, da potovanje impulza ne more imeti elektrokemičnih lastnosti, saj naj bi bili taki procesi vedno povezani z nastajanjem toplote, to pa se v živčevju ne dogaja.

Alternativna razlaga je, da ima potovanje signala lastnosti zvoka, pišejo danes pri Science Daily. S to hipotezo se na primer da dovolj dobro razložiti delovanje anestetikov, ki kljub zelo različni zgradbi delujejo na enak način. Molekularni mehanizem anastezije doslej še ni bil znan, Danci pa pravijo, da je njihova skupna lastnost, da spremenijo fluidnost membran živčnih celic, tako da ne morej več prenašati zvoka - živčnega impulza.

Stvar je verjetno bolj zapletena kot se bere, saj bi se zvok moral širiti v vse smeri, tako pa se organizmi ne bi mogli kontrolirano odzvati na dražljaje. Vseeno je zanimivo, kako je mogoče utemeljeno dvomiti o nečem, kar velja že desetletja za dogmo. Prav, po svoje; manjkajo samo še eksperimenti, s katerimi bi potrdili ali ovrgli hipotezo...

15. mar. 2007

Je gensko spremenjena koruza res nevarna za zdravje?

Reuters je včeraj objavil novico, da je skupina Greenpeace naročila raziskavo o vplivu gensko spremenjene koruze na zdravje poskusnih miši. Članek naj bi izšel v reviji Archives of Environmental Contamination and Technology (verjetno je prav ... Arch. Envir. Contamin. and Toxicology), ki objavlja recenzirane članke, kar pomeni, da naj bi raziskava bila opravljena korektno. To je prvi primer, da so objavili rezultate o neželenih učinkih gensko spremenjenih rastlin na zdravje ljudi v neodvisni znanstveni reviji. Marčevska številka žal še ni na voljo na spletu, zato lahko samo povzamem to, kar je navedel Greenpeace.

Poskusne miši naj bi krmili z gensko spremenjeno koruzo proizvajalca Monsanto, enega največjih proizvajalcev semen, med njimi več najbolj prodajanih gensko spremenjenih sort. Koruzo MON863, ki je tudi v Evropski uniji dovoljena za uporabo kot krma, pa tudi za prehrano ljudi, so mišim dajali 90 dni in ugotovili, da so se na jetrih in ledvicah pokazali "znaki toksičnosti". Kaj točno so odkrili v tem trenutku pe ni mogoče reči.

Koruza MON863 vsebuje toksin Cry3b1 iz bakterije Bacillus thuringinensis kumamotoensis, ki je selektivno toksičen samo za nekatere hrošče in je usmerjen proti ličinkam koruznega hrošča Diabrotica virgifera, ki uničuje korenine in lahko povzroči tudi več kot 30-odstotno zmanjšanje pridelka. V predhodnih poskusih, na osnovi katerih do izdali dovoljenje za uporabo, so ugotovili, da se toksin v prebavilih razgrajuje in zato ne bi mogel biti niti toksičen niti alergen.

Že pred več kot desetletjem so se pojavile prve analize, ki so kazale na toksičnost gensko spremenjenih rastlin za poskusne živali, vendar so takrat skupine strokovnjakov dokazale, da je šlo za napake v zasnovi poskusov in interpretaciji rezultatov. Nasprotniki gensko spremenjenih živil pa so seveda trdili, da gre za podkupljive strokovnjake in dokaz moči biotehnoloških lobijev...

13. mar. 2007

Vzorčenje oceanske DNA

Craig Venter, eden od pionirjev in veliko ime na področju genomike, je s sodelavci objavil natančnejše rezultate analize DNA, ki so jo izolirali iz vzorcev mikroorganizmov, zbranih med plovbo po oceanih. Venter je svojo 30 metrsko jahto Sorcerer II dal predelati v raziskovalno ladjo in nato dve leti z drobnimi mrežami lovil plankton, iz njega izoliral DNA in analiziral najdena zaporedja. Rezultati seveda ne omogočajo natančne analize vrst organizmov, ker pa je plankton doslej slabo raziskan na ravni DNA, so se lahko pohvalili, da so skupaj našli zapise za več kot 6 milijonov novih proteinov! Ekspedicija za vzorčenje svetovnih oceanov ima svojo spletno stran, na kateri natančno opisujejo pot okrog sveta, način vzorčenja (po 200 litrov vode so filtrirali skozi vedno bolj drobna sita in filtre z ujetimi organizmi zamrznili do ekstrakcije DNA) in ponujajo skoraj 400 MB skomprimiranih rezultatov. V obliki treh člankov je del rezultatov danes objavljen v reviji PLoS Biology, osnovne podatke pa sem povzel po sporočilu agencije Reuters.

10. mar. 2007

Posledice večje proizvodnje bioetanola v ZDA

V zadnjem letu se je zaradi visokih cen nafte v ZDA izredno povečal obseg proizvodnje etanola iz koruze. To pa je povzročilo podražitev živalske krme, zato se je zmanjšala proizvodnja mesa, tako perutnine kot tudi govedine in svinjine. Ameriško kmetijsko ministrstvo, ki redno spremlja gibanje proizvodnje mesa, je ocenilo, da bo letos skupna proizvodnja mesa nižja od prvotnih ocen za okrog 125.000 ton.
Cena koruze se je od jeseni podvojila predvsem zaradi uporabe za proizvodnjo etanola. Od lanske letine naj bi namreč za ta namen porabili 2,15 milijard mernikov (54,6 milijonov ton), od letošnje pa celo 3,2 milijarde mernikov (81,3 milijonov ton) [mernik je na ameriški borzi osnovna merska enota za žitarice; pri koruzi 1 tona ustreza 39 mernikom]. Strokovnjaki menijo, da se bo s tem spremenil tudi način krmljenja živine, saj naj bi govedo dalj časa pasli in krajši čas krmili s koruzo, vednar se bo s tem upočasnila prirast, pa tudi skupna količina bo manjša. ZDA sicer računa na letošnji večji pridelek koruze v Argentini in Braziliji. Novico povzemam po agenciji Reuters.
Ob tem je seveda smiselno, da države razvijajo postopke pridelave bioetanola iz virov, ki jih imajo dovolj, kot so v zmernih klimatskih območjih lesna biomasa in kmetijski odpadki. O novih načinih pa sem pisal v dveh blogih (1, 2) prejšnji teden.

8. mar. 2007

Rak in mutacije

Reuters je včeraj poročal o članku v današnji številki revije Nature, kjer so objavili rezultate mutacijske analize 210 vzorcev različnih tumorjev. Samo znotraj kinazne družine genov (analizirali so po 274 milijonov nukleotidov, na katerih so zapisi za 518 genov za protein-kinaze) so odkrili 1007 različnih mutacij, med temi je bilo približno 100 novih. Protein-kinaze so pomebni encimi pri prenosu signalov in uravnavanju izražanja proteinov. V zadnjem času raziskujejo inhibitorje teh encimov kot možna zdravila proti raku.

Vse mutacije, ki so jih določili, seveda ne povzročajo razvoja tumorjev. Za okoli 120 mutacij pa menijo, da neposredno vplivajo na razvoj bolezni. Imenujejo jih 'gonilne mutacije' in jih je 10-krat več kot so mislili sprva. Večina mutacij pa ne prispeva neposredno k razvoju tumorjev in jih imenujejo 'sopotnice'. Ugotovili so tudi, da imajo različni tumorji različno število mutacij. Največ so jih našli pri raku na pljučih, ki napreduje počasneje, zato se z leti lahko nabere v celicah več mutacij. Najmanj mutacij so našli pri raku na dojki in raku na modih. Pri 73 tumorjih mutacij v analizirani regiji sploh niso našli.

Članek ima 65 avtorjev s 14 inštitucij in je eden od rezultatov v okviru študije genoma raka.

6. mar. 2007

Proti tumorjem z vročino

Načinov boja proti tumorjem je več. Uničevanje tumorskih celic z vročino bi bilapreprosta možnost, predvsem za tumorje, ki so blizu površine. Vendar pa je težko določiti natančno dozo in res ciljati samo tumorske celice, ne pa okoliških zdravih celic. V reviji Journal of Nuclear Medicine je v zadnji številki izšel članek, v katerem so dokazali, da je težave s termičnim uničevanjem tumorjev vendarle mogoče rešiti. Poskus so izvedli na miših s ksenografti celic raka na dojki. Injicirali so jim nanosonde, pripravljene tako, da so na 20 nm velike kroglice iz dekstrana in železovega oksida, impregnirane s polietilenglikolom, vezali hibridne molekule, sestavljene iz protitelesa proti površinskemu antigenu tumorskih celic, povezovalnega segmenta in izotopa In-111. Polietilenglikol ima pri tem vlogo zaščite pred delovanjem imunskega sistema, In-111 pa so rabili za sledenje nanosondam v telesu. Tri dni po injiciranju teh nanosond so področje s tumorji postavili v močno izmenično magnetno polje, kar je povzročilo, da so se (magnetne) kroglice, ki so vsebovale železov oksid, začele spreminjati polarnost in se pri tem segrevale. Uporabili so različne intenzitete magnetnega polja in različne frekvence, s čimer so dosegli različno segrevanje tumorjev.

Rezultat raziskave je bil, da same nanosonde niso bile toksične za zdrave celice, medtem ko so tumorske celice 1-2 dni po izpostavitvi magnetnemu polju prešle v nekrozo. Posledično se je velikost tumorjev zmanjšala sorazmerno s prejeto toplotno dozo. Glede na to, da je objavljena raziskava prva take vrste, je težko zagotovo reči, kakšna bi bila učinkovitost pri večkratnem segrevanju in kako bi zdravljenje izvedli pri človeku. Tehnološki del, priprava nanobiosond in specifična vezava na tumorske celice preko na dekstranske kroglice vezanih monoklonskih protiteles, pa ni sporen in obeta nadaljevanje raziskav v tej smeri. Zdravljenje z vročino bo morda v prihodnje eden od postopkov, ki bi jih na pacientih uporabili hkrati z drugimi (npr. s kemoterapijo).

O raziskavi na kratko piše tudi ameriško Društvo za nuklearno medicino.

5. mar. 2007

Antioksidanti, ki to niso

Za flavonoide smo dolgo verjeli, da so koristni za telo, ker so učinkoviti antioksidanti in da pripomorejo k zdravju zato, ker lovijo proste radikale. Nekatere najnovejše raziskave pa kažejo, da so flavonoidi res koristni za telo, vendar pa je njihov antioksidacijski učinek zanemarljiv, poroča EurekAlert. Njihovo koristno delovanje je povsem drugačno kot so dolgo menili. Delujejo namreč na signalne poti v celicah, posledično pa na izražanje genov, povezanih z obrambnimi mehanizmi.

Flavonoidi so polifenoli in so in vitro res zelo učinkoviti antioksidanti - kar 3-5-krat močnejši kot vitamina C ali A. Vendar pa se flavonoidi zelo slabo resorbirajo (le okrog 5 % se jih), ko pa pridejo v kri, se v čreveju in jetrih hitro razgradijo. Celice se odzovejo na polifenole kot na tujke, zato aktivirajo encime, ki pospešujejo odstranjevanje mutagenov in karcinogenov iz telesa. S tem torej delujejo preventivno proti razvoju raka. Po drugi strani pa flavonoidi lahko tudi pospešujejo odmiranje rakavih celic in zavirajo širjenje tumorjev. Dodatna pozitivna lastnost je, da povečujejo aktivnost NO-sintaze, s tem pa pozitivno učinkuje na zdravje ožilja. Gre torej za dolgotrajne učinke, ki ne zahtevajo velikih doz. Iz raziskav izhaja, da injiciranje velikih količin polifenolov ni smiselno, saj lahko s količinami, ki so prisotne v zdravi hrani dosežemo povsem ustrezen učinek.

Branje misli z magnetno resonanco

Kot poroča agencija Associated Press, so nemški raziskovalci s pomočjo magnetno-resonančnega slikanja (MRI) možganov uspeli določiti, kaj nameravajo narediti poskusne osebe. Sliši se morda bolj senzacionalno kot je v resnici - vsaj zaenkrat. Prostovoljcem so dali na izbiro dve možnosti - sami so se morali odločiti, ali bodo dve števili sešteli ali odšteli eno od drugega. Za eno oziroma drugo odločitev so se aktivirali različni deli možganov in iz vzorca aktiviranih področij so lahko določili namen še preden so ga poskusne osebe izvedle.

Že pred tem so raziskovalci s podobnim pristopom lahko določili, kateri gib namerava neka poskusna oseba narediti, tokrat pa je šlo prvič za namen izvedbe miselnega procesa. Računajo, da bi s poznavanjem vzorcev kasneje morda uspeli odkriti tudi druge namene, zato bi analize lahko izvajali v varnostnih in preiskovalnih postopkih. Seveda pa sposobnost identifikacije namenov dejanj sproža tudi resne etične pomisleke.

Magnetno-resonančno slikanje je pravzaprav uporaba jedrske magnetne resonance za medicinske preiskave. Deluje na principu zaznavanja relaksacije vzbujenih jeder vodika (protonov) v vodi in lipidih. V močnem magnetnem polju pride do vzbujanja protonov, ki nato ob relaksaciji sami oddajo radijsko valovanje. Zaznavanje teh valov in računalniška obdelava omogočajo vpogled v telo. Aktivna in neaktivna področja kažejo različno sliko, zato lahko s to metodo zasledujemo tudi fiziološko aktivnost znotraj posameznih organov.

... in biogorivo s pomočjo kvasovk

Predvčerajšnjim sem pisal o tem, kako bodo s pomočjo genomskih podatkov morda uspeli povečati učinkovitost razgradnje celuloze v etanol. Danes pa ScienceDaily piše, kako naj bi znano zaporedje genoma kvasovke Pichia stiptis pomagalo pri izboljšanju proizvodnje etanola iz ksiloze, ki je pentasaharid, prisoten v industrijskih razgradnih produktih olesenelih delov rastlin. Lesne in kmetijske odpadke morajo po sedanjem postopku najprej kemično, termično in encimsko pretvoriti, tako da celuloza, hemiceluloza in lignin razpadejo v glukozo in ksilozo.
Raziskave financira ameriško ministrstvo za energijo (DOE, Department of Energy), rezultati pa so objavljeni kot predhodna objava na spletni strani revije Nature Biotechnology. O tem je včeraj poročal tudi EurekAlert.

3. mar. 2007

Biogorivo s pomočjo bakterij

Visoka cena nafte sili znanstvenike v raziskave novih načinov pridobivanja energije. Med možnimi nadomestili za fosilna goriva je bioetanol, ki ga po klasičnem postopku pridobivajo iz koruze. Vendar pa se bojijo, da bi proizvodnja v velikem merilu povzročila dvig cene koruze, zato iščejo učinkovite načine za proizvodnjo etanola iz odpadkov, ki nastajajo v lesni industriji in iz drugih s celulozo bogatih organskih odpadkov.

Za bakterijo Clostridium thermocellum že dolgo vedo, da je sposobna celulozo razgrajevati do etanola, kar poteče dokaj počasi in proces je biokemijsko gledano precej zapleten. Encimski kompleks, ki ga imenujejo celulosom, vsebuje več kot 70 encimskih podenot. Analize genoma C. thermocellum so pokazale, da zapisuje za več kot 100 različnih encimov, uravnavanje njihovega delovanja pa je zapleteno. Kot so napisali v sporočilu za javnost Rochesterske univerze, so njihovi raziskovalci odkrili, kako se aktivirajo geni za razgradnjo celuloze, to je tistega procesa, ki je pri sintezi etanola najpočasnejši.

Bakterija sintetizira le nizke ravni celulolitičnih encimov. Ob stiku z lesom ti encimi počasi razgradijo celulozo do laminariboze, ki vstopi v bakterijsko celico, kjer inaktivira represor GlyR3 dveh genov, ki se zato izrazita v velikih količinah. Gre za proteina CelC in LicA, ki spadata med glikozil-hidrolaze. Članek je kot predčasna objava od 27. februarja na voljo na spletnih straneh revije PNAS.

Nadaljnje raziskave bodo usmerjene v genetsko spreminjanje C. thermocellum, tako da bi bila razgradnja celuloze bolj učinkovita in bi lahko etanol dobivali iz širokega spektra bioloških odpadkov, zmanjšati pa bo treba tudi nastajanje stranskih produktov, acetata in laktata.