25. apr. 2007

Kozolnjaki in regenerativna medicina

Kozolnjaki so preprosti plaščarji in torej spadajo med strunarje, tako kot ljudje. Za razliko od višjih strunarjev pa imajo kozolnjaki redko sposobnost, da lahko postopno obnovijo celotno telo, torej ne samo manjše poškodbe, pač pa, skozi več generacij res celoten organizem.

V majski številki revije FASEB Journal [to je eden od časopisov Zveze ameriških društev za eksperimetalno biologijo] bo izšel članek, ki je trenutno dostopen kot predhodna objava, o sposobnosti regeneracije pri kozolnjaku Botryllus schlosseri. Ta naseljuje naravne in umetne substrate v plitvih delih morij in živi v kolonijah. Hrbtno struno imajo samo ličinke.

Članek opisuje značilnosti procesa 'vaskularnega brstenja'. Iz kolonije so izrezali posamezne osebke, tako da so ostale samo povezovalne žile (vaskulatura) in nekaj plašča. Slikanje in vivo in histološke analize so omogočile natančen vpogled v proces regeneracije, ki je potekal drugače kot pri ostalih tipih nespolnega razmnoževanja.

V obvestilu za javnost so zapisali, da je razumevanje regeneracijske poti pomembno, saj bo morda odgovorilo na vprašanje, kako reprogramirati tkivo in ga vzpodbuditi k razvoju celotnih organov. Avtorji sicer rezultate predstavljajo kot izjemen preboj v regenerativni medicini, o čemer bi se dalo razpravljati. Vseeno pa je zanimivo, da popolna regeneracija kolonije traja več generacij, pri tem pa prehodna stanja ne predstavljajo normalnih morfo-fizioloških organizmov, značilnih za to vrsto. Težko si predstavljamo, da se lahko kolonijski organizem lahko razvije samo iz žil in da je tak organizem človeku vendarle dokaj soroden. Evolucijske poti so se sicer ločile pred 550 milijoni let, vendar pa mnogi mehanizmi potekajo na podoben način in tudi genetska osnova je v veliki meri ohranjena.

23. apr. 2007

Biokemik kot poklic

V soboto, 28. aprila 2007, bodo v oddaji Moja soseska (v okviru Vala 202) predstavili poklic biokemika. Na njihovi spletni strani so že pred časom opisali poklic, tokrat pa se bodo pogovarjali z nekaterimi biokemiki tudi v živo. Oddaja bo na sporedu ob 9. uri dopoldne.

21. apr. 2007

Razlike med šimpanzi

Če govorimo o opicah, seveda takoj ločimo gorilo od orangutana in šimpanza od gibona. Verjetno pa se nam zdijo šimpanzi med seboj skoraj vsi enaki. Včeraj pa so v reviji PLoS Genetics objavili rezultate genetske analize šimpanzov, ki so jasno pokazali, da so razlike med šimpanzi še večje kot med ljudmi.

Genomske analize so pokazale, da so razlike med človeškimi rasami nepričakovano majhne. Kar vidimo kot razlike v barvi kože in oči in rasti las, ki jih imamo za velike, so na ravni genoma zelo majhne. Razlike znotraj posamezne človeške rase so večje kot med rasami. Z razjasnitvijo genoma šimpanza (rezultate so objavili septembra 2005) je bilo mogoče natančno analizirati tudi razlike med skupinami živali.

Raziskovalci primatov so že pred zadnjimi genomskimi analizami šimpanze ločili v več skupin. Bonobi (Pan paniscus) so posebna vrsta; so nekoliko manjši od ostalih šimpanzov in so jih odkrili šele leta 1928. Živijo samo južno od reke Kongo v Demokratični republiki Kongo. Navadne šimpanze (Pan troglodytes) pa ločijo na vzhodne, zahodne in osrednje - vsi živijo samo v Afriki. Geografska ločenost posameznih skupin se odraža tudi v razlikah v mitohondrijski DNA in Y-kromosomu.

Analize 310 mikrosatelitskih območij pri 78 šimpanzih (in 6 bonobih) so pokazale, da so razlike med zahodnimi in vzhodnimi šimpanzi večje kot med dvema med seboj genetsko najbolj različnima človekoma. Razlika med šimpanzom in človekom je na ravni genoma 1,2 %, med navadnim šimpanzom in bonobom pa 0,3 %. Razlike v genomih so posledica fizične ločitve populacij. Bonobi so se ločili od ostalih pred okrog 800.000 leti. Razlog za ločitev od ostalih je reka Kongo, saj šimpanzi ne plavajo. Zahodni šimpanzi so se od ostalih ločili pred 500.000 leti, vzhodni in osrednji pa pred 250.000 leti. Čeprav primatologi ločijo dve skupini znotraj zahodnih šimpanzov, pa analize mikrosatelitov ne kažejo na obstoj povsem ločenih populacij.

Rezultati so pomembni, ker omogočajo vpogled v evolucijske poti primatov, pa tudi z naravovarstvenega stališča, saj no dovolj, da zaščitimo ogrožene šimpanze kot enotno skupino, pač pa vsakega od tipov šimpanzov, kar bo gotovo še težje.

Raziskavo povzema tudi Reuters.

20. apr. 2007

Razvoj zdravila proti AIDS-u iz človeške krvi

Kratka novica na portalu RTV Slovenije, ki pove bolj nič kot vse, me je vzpodbudila, da sem poiskal več podatkov o ozadju raziskave. Za nepoznavalca je verjetno še najbolj zanimiv opis, kako so snovi preizkušali na celicah, ki so se svetlikale, če je bil virus dejaven, če pa se niso svetlikale, je to kazalo, da je snov aktivna... Novico so povzeli po prispevku v Guardianu, torej iz tretje roke. Malo več so napisali na spletnih straneh BBC-ja, za molekularnega biologa pa je bilo tudi to precej premalo. Že to, da so omenili, da so raziskovalci preizkusili protivirusno delovanje več kot milijona krvnih proteinov, se je bralo sumljivo. Ali ni v genomu zapisanih vsega skupaj kakšnih 25.000 proteinov?

Novica se nanaša na članek, ki je izšel v današnji številki revije Cell in ima naslov "Odkritje in optimizacija naravnega inhibitorja vstopa HIV-1, usmerjenega proti fuzijskemu peptidu p41". Nemški raziskovalci so pripravili peptidno knjižnico krvnih proteinov. Peptide so dobili pri dializi prvi pacientov z odpovedjo ledvic. Izmed vseh peptidov, ki so jih na začetku analizirali v frakcijah po 300 različnimi, so identificirali tisti peptid, ki je imel najmočnejši učinek proti virusu HIV-1. Šlo je za 20 aminokislinskih ostankov dolg fragment s karboksilnega konca alfa1-antitripsina, inhibitorja serinskih proteinaz. Peptid so poimenovali VIRIP (virus-inhibitorni peptid). Natančne raziskave so pokazale, da deluje tudi proti nekaterim sevom virusa, ki so razvili odpornost proti trenutno uporabljanim zdravilom proti AIDS-u. Ugotovili so, da peptid deluje v stopnji vstopanja virusa v celico, ki jo napade, in da je usmerjen proti proteinu gp41. Današnja zdravila niso usmerjena proti temu proteinu, zato avtorji menijo, da bi lahko peptid služil kot osnova za razvoj nove skupine zdravil. Trenutno uporabljajo okrog 20 različnih zdravil, ki delujejo na enega od 4 osnovnih načinov. S spreminjanjem aminokislinske sestave peptida so lahko učinkovitost glede na naravni peptid izboljšali za dva reda velikosti. Tudi v velikih koncentracijah peptid ni kazal toksičnih učinkov in je bil v plazmi precej obstojen.

Ker od doma nimam dostopa do originalnega članka, sem več informacij povzel po opisu raziskave v ScienceDaily.

Glede na veliko zmožnost virusa, da mutira, je verjetno, da bi tudi ob uporabi novega zdravila prišlo do razvoja odpornosti. Učinkovine, usmerjene proti gp41, razvijajo že dolgo (npr. novica iz leta 1999), pa vendar nobenega zdravila, ki bi deloval samo proti gp41, danes še ne uporabljajo za zdravljenje. Danes se zdi, da je edini pravi način zdravljenje uporaba več različnih zdravil, ki delujejo v različnih fazah okužbe z virusom, tako da bi moral virus hkrati mutirati na več mestih hkrati, kar pa je bistveno manj verjetno. Morda pa obstaja še kakšen način, kako se lotiti okužbe z virusom HIV...

17. apr. 2007

Biomarkerji za poosebljeno zdravljenje raka

V Los Angelesu poteka letno srečanje Ameriškega združenja za raziskave raka (AACR), največji znanstveni sestanek s področja raziskav raka na svetu. Zdručenje so ustanovili leta 1907 in torej letos praznuje stoletnico delovanja, ima pa 25.000 članov. Izdajajo pet znanstvenih revij in eno poljudno, na njihovih vsakoletnih srečanjih pa se zbere okrog 17.000 ljudi.

Organizatorji so s programa med drugim izpostavili napredek pri odkrivanju biomarkerjev, ki bodo omogočili identifikacijo tistih pacientov, ki jim bo posamezno zdravilo pomagalo. Zdravila so namreč usmerjena proti različnim tipom raka in različnim tarčam. Ocenjujejo, da rak v resnici zajema okrog 200 različnih bolezni. Osnovne tipe je mogoče določiti na osnovi klasičnih preiskav, molekularne značilnosti posameznih tipov pa samo z bolj zapletenimi biokemijskimi in molekularno-biološkimi analizami. Poznavanje molekularnih značilnosti ter povezava med njimi in odzivom na posamezna zdravila so tema trenutnih raziskav, ki se bodo gotovo nadaljevale tudi v prihodnjih letih.

Farmakogenomika je veda, ki išče povezave med genomom posameznika in odzivom na zdravila. Raziskave naj bi pokazale, katera zdravila so za katerega pacienta najbolj primerna - povečala naj bi se učinkovitost zdravljenja in zmanjšale stranske reakcije. Čeprav je osnova za različno odzivanje na zdravila pacientov genom, pa trenutne tehnike ne omogočajo cenovno ustrezne analize celotnega genoma, ki bi pokazala ključne razlike, ki prispevajo k različnemu odzivanju na zdravila. Zato iščejo biomarkerje - tiste ključne molekule ali nukleotidna zaporedja, ki so značilna za nek način odzivanja na zdravilo, ugodno ali neugodno.

Eden od primerov s srečanja AACR je analiza odgovora rakavih celic na dve zdravili proti raku na dojki, lapatinib in CI-1040. Kalifornijski raziskovalci so zdravili testirali na 50 celičnih linijah, ki so bile izbrane tako, da so predstavljale različne genomske variante različnih podtipov raka dojke. Lapatinib je zaviralec receptorjev epidermalnega rastnega faktorja (EGFR) iz skupine receptorskih tirozin-kinaz, CI-1040 pa deluje na kinaze MAP/ERK (MEK). Odkritja analiz sicer niso presenetljiva, saj so zdravila najbolje učinkovala na tiste celice, ki so imele povečano koncentracijo receptorjev oziroma aktivnost encimov, proti katerim so zdravila tudi usmerjena. Vseeno pa bodo podatki o izmerjenih vrednostih v povezavi z odzivom na delitev rakavih celic pomembne pri predpisovanju enega oziroma drugega zdravila.

14. apr. 2007

Genom opice rezus

Včeraj so v reviji Science objavili podatke o genomu makaka Macaca mulatta, znanega kot opica rezus. Razen osnovih podatkov je v posebni tematski rubriki izšlo še več člankov, ki analizirajo genomske podatke in jih primerjajo z drugimi primati. Po človeku (2001) in šimpanzu (2005) je rezus tretji primat z znanim zaporedjem genomske DNA.

V evoluciji sta se poti človeka in šimpaza ločili pred 6 milijoni let, genomski zaporedji pa sta si 98-odstotno identični. Za raziskovalce je ta podobnost prevelika, da bi lahko prišli do zelo zanimivih odkritij in s stališča evolucijske primerjalne genomike je genom rezusa bolj zanimiv. Vsi trije primati imajo identičnih 93 % genomskih zaporedij, evolucijsko pa so se ločili pred 20 milijoni let.

Razen pomena za razlago evolucije primatov je rezus pomemben kot modelni organizem za retrovirusne okužbe. Opičji virus imunske pomanjkljivosti (SIV) je bil verjetno virus, iz katerega se je razvil HIV in potek bolezni je pri rezusu podoben kot pri človeku. Te opice uporabljajo tudi kot poskusne živali pri preizkušanju cepiv, zato je morda še pomembnejše, da poznamo njihov celoten genom.

Analiza genomov treh primatov je pokazala, da je razlika med primati v okrog 200 ključnih genih, predvsem tistih, ki so povezani z razvojem dlak, imunskim odgovorom, fuzijo jajčne celice s spermijem in nekateri geni za membranske proteine.

O določitvi genoma rezusa in s tem povevanih analizah poroča tudi EurekAlert, zanmiv pa je tudi interaktivni poster na spletni strani revije Science.

11. apr. 2007

Nekateri se ne zredijo...

Verjetno poznate koga, ki lahko poje karkoli, pa se ne bo zredil. Možni sta samo dve razlagi: da ta človek v resnici sploh ne je toliko, kot se zdi, ali pa je njegov metabolizem drugačen. Toda kaj je v resnici drugačnega?

Američani so leta 1948 začeli tako imenovano Framinghamsko raziskavo (The Framingham Hearth Study), s katero so poskušali ugotoviti, kaj povroča bolezni srca in ožilja. Kot vzorec so imeli več kot 5000 prebivalcev kraja Framigham v zvezni državi Massachusetts. Danes v kraju 35 km zahodno od Bostona živi 67.000 prebivalcev. Leta 1971 so študijo nadaljevali, ponovno z nekaj nad 5000 osebami. Redno so spremljali njihovo zdravstveno stanje in, ker je šlo za otroke udeležencev prve študije, ugotavljali, ali obstajajo genetski dejavniki, ki prispevajo k razvoju bolezni srca. Leta 2002 so začeli s tretjo raziskavo na vzorcu dobrih 4000 vnukov udeležencev prve analize. Na osnovi petdesetletne raziskave so objavili že nad 1200 strokovnih in znanstvenih člankov. Eden zadnjih med njimi je izšel v februarski številki revije Journal of Molecular Medicine, v njem pa poročajo o povezavi med prehrano in debelostjo. Splošno znano je, da je uživanje mastne hrane povezano s tveganjem za razvoj debelosti, vendar pa se nekateri ljudje kljub uživanju mastne hrane ne zredijo.

Z analizami polimorfizma posameznih nukleotidov (SNP) so ugotovili, da ima okrog 13 % analizirane populacije na mestu -1131 gena APOA5 nukleotid C, medtem ko ima večina na tem mestu nukleotid T. Pregledali so skoraj 2300 udeležencev Framinghamske raziskave in primerjali podatke o SNP, njihove prehranjevalne navade, indeks telesne teže in tveganje za debelost. Polimorfizem je v genu za apolipoprotein A5, ki sodeluje v metabolizmu lipidov kot transportni protein, vendar razlika, ki je pomembna, ni v kodirajočem zaporedju, pač pa navzgor v genu. Avtorji članka ne dajejo nobene razlage o možnem biokemijskem in fiziološkem mehanizmu, ki je osnova za drugačen odgovor na zaužite maščobe. Lahko pa si predstavljamo, da je variabilno mesto na območju gena, ki morda deluje kot ojačevalno zaporedje.

8. apr. 2007

Dvojna korist simbioze

Korist je relativna stvar in tokrat ne gre za korist človeka, pač pa dveh drugih organizmov, glive in bakterije. Nitasta gliva Rhizopus microsporus je že dalj časa znan povzročitelj bolezni riža in povzroča propad sadik, ki je posledica citolitičnega delovanja toksina rizoksina.

Čeprav bolezen povzroči precej škode v kmetijstvu, je zanimivo, da so šele pred letom in pol odkrili, da gliva sploh ni sposobna sintetizirati toksina, pač pa sinteza poteka v bakteriji iz rodu Burkholderia, ki so jo našli znotraj glive. Članek s tem odkritjem je objavila revija Nature oktobra 2005. Toksina namreč niso izločali vsi izolati glive R. microsporus (dveh različnih podvrst), pač pa le nekateri. Razen tega so vedeli, da je za sintezo potrebno delovanje encima poliketid-sintaze, vendar z analizo glivnega genoma niso našli zapisa za ta encim. Ko pa so analizirali genski zapis patogenih gliv, pa so gen našli, a je bil presenetljivo podoben bakterijskim. Prisotnost bakterij v vzorcih gliv so preverili tako, da so s PCR pomnožili genomsko zaporedje, ki zapisuje za bakterijsko ribosomsko RNA 16 S. Hkrati so ugotovili, da vi glivni sevi, ki proizvajajo toksin, vsebujejo tudi zapis za bakterijsko poliketid-sintazo. Z barvanjem s specifičnimi barvili, ki se vežejo samo na žive bakterije, so dokazali prisotnost živih bakterij samo v tistih glivah, ki so izražale toksin, na koncu pa so z antibiotikom ciprofloksacinom uničili bakterije znotraj glivnih hif, glive pa so s tem izgubile sposobnost sinteze toksina. Dokončen dokaz endsimbiontske povezave je bil poskus, v katerem so iz glive izolirali bakterije in jih nato ponovno vključili v hife gliv iz čiste kulture, ki prej ni vsebovala simbiontov. Medtem ko so izolirane bakterije postopno proizvajale vse manj toksina, se je njegova proizvodnja po vključitvi v glivo spet povečala.

V članku, ki bo izšel v naslednji številki revije Current Biology (maj 2007), pa ista raziskovalna skupina iz Jene poroča, da gliva R. microsporus brez bakterijskega simbionta ne more razviti sporangijev in spor. Simbiontska povezava je torej večplastna. Bakterija s toksinom povzroči liziranje celic, celično vsebino pa nato lažje uporabi gliva za svojo rast. Toksin razen tega ščiti glivo pred škodljivci v okolju. Po drugi strani se lahko bakterija preko glivnih hif in spor hitreje širi na nova področja. Gliva je z bakterijskim endosimbiontom bistveno bolj sposobna preživetja in zato tudi ne sporulira, če bakterije niso vključene. To je trenutno tudi prvi znan primer, da vegetativno razmnoževanje nekega organizma uravnava nek drug organizem.

Ker rizoksin deluje citotoksično tudi na nekatere vrste rakavih celic v kulturi so tovrstne raziskave zanimive ne samo iz evolucijskih in fizioloških razlogov. Razen tega, da je R. microsporus patogen za riž in verjetno tudi nekatere druge kulturne rastline, lahko v redkih primerih okuži tudi človeška tkiva (npr. članek iz leta 1995 navaja, da o teh okužbah ni statističnih podatkov, da pa se bolezen lahko konča tudi s smrtjo). Mukormikoze niso pogoste bolezni pri človeku, vseeno pa bi nanje veljalo pogledati v luči novih spoznanj o simbiontski naravi patogene glive R. microsporus.

4. apr. 2007

Receptor za rastlinski hormon

Čeprav so bili avksini prvi znani rastlinski hormoni, pa o načinu njihovega delovanja na celični ravni ni bilo veliko natančnih podatkov. Zato ni čudno, da bo na naslovnici jutrišnje številke revije Nature predstavljen kompleks med molekulo avksina in receptorjem TIR1. Objavljen bo namreč članek, v katerem so na osnovi več določenih tridimenzionalnih struktur receptorja razložili, kako hormon deluje na molekularni ravni.

Avksini, za katere že dolgo vedo, da inducirajo rast rastlinskih tkiv in razvoj organov, delujejo tako, da povzročijo razgradnjo represorskega proteina, to pa povzroči začetek prepisovanja točno določenih genov. Razgradnja represorja pa ni prav preprosta. Avksin se najprej veže na protein TIR1, ki je del kompleksa ubikvitin-ligaze. Zato se na represor veže ubikvitin, s tem pa ga označi za razgradnjo v proteasomu.

Objavljena raziskava je prva, s katero so razložili delovanje rastlinskega receptorja na strukturni ravni, hkrati pa je zanimivo spoznanje, da ubikvitin-ligaze lahko kontrolirajo tako majhne molekule kot so avksini.

Dokler sem jaz guverner...

V ZDA so izvorne celice ponovno tema razprav, ker je zvezni patentni urad začasno preklical tri temeljne patente o embrionalnih izvornih celicah. Te je namreč leta 1998 prvi izoliral James Thomson z Wisconsinske univerze, kar je kasneje patentiral Raziskovalni sklad wisconsinskih alumnov.

Med razpravami na temo izvornih celic je, kot danes poroča agencija Reuters, guverner ameriške zvezne države Wisconsin Jim Doyle med drugim rekel: "Dokler sem jaz guverner, bo država agresivno investirala, podpirala in skrbela za te raziskave."

Ali se mogoče kdo spomni, da je kdaj kakšen slovenski politik tako odločno podprl katerokoli vrsto raziskav v naši državi?

2. apr. 2007

Nova tarča za Duchennovo mišično distrofijo

Mišične distrofije so dedne bolezni, pri katerih skeletne mišice postopno pešajo zaradi nefunkcionalnosti mišičnih proteinov. Pri distrofiji Duchennovega tipa se bolezen začne s pešanjem nožnih in medeničnih mišic, dokaj hitro pa se širi na ostale mišice in je lahko usodna. Zbolijo skoraj izključno moški, ženske pa so lahko prenašalke, saj je bolezen povezana z mutacijo v genu za distrofin, ki je na kromosomu X.

Distrofin je citoplazemski protein v kompleksu, ki povezuje citoskelet mišične celice s sestavinami medceličnine. Je eden največjih proteinov pri človeku (3500 aminokislinskih ostankov; njegov gen je dolg 2,5 milijona baznih parov in ima 79 intronov), čeprav je v celicah prisoten v majhnem številu kopij.

Kljub natančnemu poznavanju distrofina pa znanje ni zadoščalo za razlago nastanka bolezni. Včeraj je v reviji Genes & Development izšel članek, v katerem poročajo o proteinu PGC-1alfa, ki sodeluje pri razvoju bolezni in bi lahko bil nova tarča za zdravljenje. Pri miših, ki so zbolele za boleznijo, podobno Duchennovi mišični distrofiji, so ugotovili, da PGC-1alfa deluje na mestu živčno-mišičnega stika, kjer ohranja funkcionalnost mišic, po drugi strani pa pospešuje izražanje več drugih proteinov, za katere je znano, da je njihova raven pri distrofiji zmanjšana. Ko so povečali koncentracijo PGC-1a, so se simptomi distrofije pri poskusnih miših izboljšali.

Doslej zdravila za Duchennovo distrofijo še ni. S kortikosteroidi in fizioterapijo vzdržujejo mišično moč, vseeno pa bolniki redko živijo bistveno dalj kot 30 let. V teku so tudi poskusi s homologi distrofina in z genskim zdravljenjem.

Novico o proteinu PGC-1a sem povzel s portala EurekAlert.