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.

24. maj 2007

Umrl Stanley Miller

Se še kdo spomni "Millerjevega poskusa"? Poskus, ki ga je leta 1953 izvedel Stanley Miller, ko je pripravljal doktorat v laboratoriju nobelovca Harolda Ureya, je predstavljal preprost in prepričljiv prikaz (ne pa dokaz), da se je življenje na Zemlji verjetno začelo v nekakšni prajuhi s tem, da so atmosferske razelektritve povzročile sintezo aminokislin, osnovnih gradnikov proteinov, iz vode, metana, amonijaka in vodika. Poskus je dobro razložen na angleški, rezultati pa še natančneje na nemški Wikipediji. Iz 59 milimolov metana (edinega vira ogljika v poskusu) je v poskusu dobil 1,26 milimola ogljika vezanega v glicin, 1,02 milimola alanina, 30 mikromolov glutaminske in 16 mikromolov asparaginske kisline. Ob tem je nastalo še več drugih bioloških molekul; skupaj jih je bilo molarno gledano 18 % glede na metan, večina snovi, ki je nastala, pa je bila neidentificarana smolasta masa. Po koncu poskusa, ki je trajal cel teden in je vključeval izmenično segrevanje vode do uparitve in ohlajanje, je nastalo 13 različnih aminokislin in več drugih bioloških molekul, tudi ogljikovi hidrati. lipidi in nukleinske kisline.

Čeprav je šlo takrat za zelo odmeven poskus, ki so ga objavili v reviji Science (tri tedne po tistem, ko sta Watson in Crick v reviji Nature objavila model zgradbe DNA), pa so se glede pomena poskusa pojavili nekateri dvomi. Tudi Miller je kasneje priznal, da sinteza aminokislin še ne razloži nastanka in razvoja življenja. Alternativna hipoteza o razvoju biomolekul pravi, da je do prve sinteze biomolekul prišlo v prisotnosti visoke koncentracije mineralnih snovi, morda tudi na oceanskem dnu v bližini vulkanskih vrelcev.

Vprašanje razvoja življenja je verjetno stvar organizacije bioloških molekul, ne glede na to, kako so biološke molekule najprej nastale. Stanley Miller je bil prvi, ki je resno poskusil eksperimentalno ponazoriti nastanek bioloških molekul in po več kot 50 letih ključni poskusi še niso bili narejeni. Miller je umrl 20. maja, star 77 let, novico pa so objavili šele včeraj.

18. maj 2007

S protitelesi nad malarijio

Malarija, AIDS in tuberkuloza med prenosljivimi boleznimi zahtevajo največ smrtnih žrtev, med 2 in 3 milijoni letno. Zdravila proti malariji načeloma obstajajo, vendar imajo veliko stranskih učinkov, so draga, razen tega pa njihova učinkovitost upada zaradi mutacij povzročitelja bolezni. Zato intenzivno iščejo nova zdravila, ki bi delovala na nove tarče in bi delovala tudi na nove oblike povzročiteljev.

V boju proti malariji so na mišjem modelu pred kratkim preizkusili nov pristop, to je pasivna imunizacija. Rezultate raziskave so v četrtek (18.5.) objavili v reviji PLoS Pathogens, povzetke pa objavljajo mnogi spletni viri, med drugimi Medical News Today.

Razvoj novega načina zdravljenja temelji na spoznanju, da so nekateri ljudje na okuženem območju odporni proti malariji. Iz več odpornih ljudi so pridobili genske zapise za protitelesa, ki nevtralizirajo plazmodije. Ni šlo torej za to, da bi izolirali protitelesa kot proteine, pač pa so genske segmente, ki zapisujejo za dele protiteles (imunoglobulinov), prenesli v bakteriofagne vektorje in jih izrazili na površini bakteriofagov. Ker ni mogoče vnaprej določiti, kateri segmenti so tisti, ki nosijo zapis za nevtralizirajoča protitelesa, so najprej pripravili dve ekspresijski knjižnici, torej dva nabora vseh možnih protiteles. Obe knjižnici skupaj sta predstavljali več kot 1 milijardo različnih klonov in predpostavili so, da bi med njimi morali biti tudi zapisi za protitelesa proti plazmodijem.

Rekombinantna protitelesa (v resnici je šlo za enoverižne variabilne regije, scFv) so selekcionirali z rekombinantnim proteinom MSP1-19 (to je površinski antigen merozoitov - ene od razvojnih oblik parazita - z velikostjo 19 kilodaltonov) in po štirih krogih selekcije dobili 6 različnih klonov, ki so bila učinkovita v nekaterih poskusih in vitro. Te variabilne dele protiteles so na ravni DNA povezali z zapisi za konstantne regije in tako dobili rekombinantna človeška protitelesa. Seveda pa je bilo vprašljivo, ali bi bila ta protitelesa uporabna tudi in vivo. Edini uveljavljeni živalski model so doslej predstavljale opice, kar pa se je izkazalo kot slabo ponovljivo. Zato so razvili transgenske miši z lastnostmi, ki so podobne kot pri okuženih ljudeh.

Mišji model bi lahko imenovali dvojni transgenski sistem. Najprej so morali gen za protein MSP1-19 iz povzročitelja malarije pri človeku (Plasmodium falciparum) prenesti v povzročitelja podobne bolezni pri miših (P. berghei). Nato pa so morali mišim vstaviti gen za gama verigo človeškega Fc-receptorja, za katerega je bilo že predhodno znano, da ima pomembno vlogo pri obrambi pred paraziti.

Z raziskavo so ugotovili, da je cepljenje okuženih miši z 0,75 mg rekombinantnih protiteles povzročilo popolno uničenje parazitov. Ker so protitelesa usmerjena proti proteinu, za katerega so ugotovili, da ne mutira, menijo, da si lahko bila učinkovita tudi proti plazmodijem, ki so razvili odpornost proti večini danes znanih zdravil. Ker je bilo delovanje odvisno od pristotnosti Fc-receptorjev, pomeni, da je nevtralizacija povezana z delovanjem nevtrofilnih levkocitov in/ali makrofagov.



http://www.newscientist.com/article/dn11888-immune-gambians-provide-malaria-vaccine-hope.html

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-05/plos-ate051607.php

10. maj 2007

Oposum, mali bratranec

Še vedno smo v desetletju določanja genomov! Pri reviji Nature so včeraj sporočili, da so določili genom sivega kratkoreprega oposuma. Oposumi so vrečarji zahodne poloble in so seveda manj znani od velikih avstralskih sorodnikov. Zakaj so se sploh lotili določanja genoma vrečarja?

Predvsem so genomi vrečarjev pomembni kot primerjava z genomi 'višjih' sesalcev. Evolucijsko so se ločili pred 180 milijoni let in se odtlej razvijali ločeno. Sprva so verjetno tekmovali med seboj in kaže, da so bili pri tem vrečarji manj uspešnejši, saj so preživeli le v Avstraliji, ki je višji sesalci v zemeljski zgodovini sploh niso naselili, in v oddaljenih področjih Severne in Južne Amerike, kjer živijo samotno življenje, pogosto v drevesnih krošnjah. Kljub temu pa prav sivega kratkoreprega oposuma uporabljajo kot poskusno žival pri raziskavah človeških bolezni, imunogenetskih raziskavah in v razvojni biologiji.

Oposum ima v genomu zapise za 18.000 do 20.000 proteinov, kar je nekoliko manj kot človek ali višje razvite opice in večina genov je precej podobnih sesalskim. Nekateri geni pa zapisujejo za posebne proteine, značilne le za vrečarje. Taki so geni za proteine, ki sodelujejo pri razstrupljanju organizma, pri zaznavanju okolice in za proteine imunskega sistema. Primerjava genoma oposuma in primatov je pokazala, da so se v evoluciji, ki je vodila do človeka, največje spremembe dogajale v nekodirajočih regijah. Očitno so ti deli genoma zelo pomembni pri uravnavanju izražanja genov.

Sivi kratkorepi oposum je zanimiv za človeka še iz vsaj dveh drugih razlogov: je edina žival, za katero vemo, da zaradi obsevanja z UV-žarki lahko zboli za melanomom, za razliko od primatov pa ima sposobnost regeneracije poškodovane hrbtenjače, vsaj pri novorojenih mladičih (ki so zelo majhni, saj brejost traja samo dva tedna). Imunski sistem oposuma pa je nenavaden po tem, da vsebuje neobičajno zgrajene T-celične receptorje, kar kaže na sposobnost kompleksnega imunskega odgovora. Naslednji vrečar, ki mu bodo določili genom, bo verjetno kenguru.

7. maj 2007

Bakterijske minicelice prenašajo zdravila

NewScientist.com danes poroča o uspehu avstralskih raziskovalcev, ki so pripravili minicelice, napolnjene z zdravilom proti rakavim celicam in s površino, ki omogoča usmerjanje v tumorje. Čeprav trdijo, da gre za preprost postopek, pa stvar le ni čisto preprosta.

Minicelice so opisali že leta 1967. Opazili so namreč, da nekatere bakterije na videz brstijo in s tem ustvarjajo celicam podobne strukture, ki jih obdaja membrana, ne vsebujejo pa DNA. Minicelice torej res ni težko pripraviti. Ker pa so jih želeli usmeriti proti tumorjem, so morali na membrano teh telesc vezati bispecifična protitelesa.Z eno ročico se vežejo na minicelico, z drugo pa na receptor na površini rakavih celic. Ko se vežejo na tarčno tumorsko celico, se internalizirajo in razgradijo, tako da se citoplazma sprosti. Da bi lahko minicelice uporabili kot vektorje za prenos zdravila na mesto delovanja, so morali vanje spraviti ustrezno učinkovino. V poskusu so uporabili doksorubicin, antibiotik, ki deluje na DNA kot interkalator, pravijo pa, da je mogoče enako učinkovito uporabiti tudi katero drugo od znanih protirakavih zdravil. Večina tovrstnih zdravil je toksičnih tudi za zdrave celice, zato je smiselno, da jih sprostimo samo v tistih celicah, ki so spremenjene. S tako pripravljenimi minicelicami je to vsekakor mogoče. Razen tega je potrebna doza zdravila bistveno nižja kot če bi ga injicirali direktno, saj bi se tako zdravilo razporedilo po celotnem organizmu in bi delovalo neselektivno, stranski učinki pa bi bili bolj izraziti.
Podoben pristop bi predstavljali liposomi, napolnjeni z zdravilom in z v membrano vključenimi proteini, ki bi zagotavljali usmerjanje k tarčnim celicam, vendar v današnji novici tega ne omenjajo.

4. maj 2007

iGEM 2007

Za letošnje mednarodno tekmovanje iz sintezne biologije se je prijavilo skupaj 57 študentskih ekip, torej 20 več kot lani. Med prijavljenimi je letos 13 evropskih ekip (Bologna, Dundee, Sankt Petersburg, Freiburg, Cambridge, Edinburgh, ETH Zürich, Neapelj, Valencia, Glasgow, Imperial College London, Interdisciplinarni kolidž Pariz in Univerza v Ljubljani skupaj s Kemijskim inštitutom), prvič pa tudi štiri najbolj elitne kitajske univerze (Tsinghua, Peking, Tianjin, Hefei). Izmed 10 najprestižnejših svetovnih univerz letos manjkata le dve, Yale in Chicago.

S prof. Jeralo sva (s težavo, ker je bila konkurenca res močna) pred prazniki izbrala člane ljubljanske ekipe. Vanjo so se na podlagi napisanega predloga raziskovalnega projekta, razgovora z mentorjema, izpitnih ocen, izkušenj z laboratorijskim delom in drugih znanj, uvrstili: Andrej Ondračka in Peter Cimermančič (3. letnik Biokemije), Rok Gaber (4. letnik Mikrobiologije), Saša Jereb in Katja Kolar (2. letnik Biokemije), Anja Korenčič (4. letnik Biokemije) in Marko Bitenc (3. letnik Biotehnologije).

Ljubljanska ekipa bo maja natančneje določila temo raziskovalnega projekta, sodelovanje na tekmovanju iGEM 2007 pa bomo izkoristili tudi za promocijo znanosti med mladimi v okviru projekta Slovenskega biokemijskega društva (vendar to, da je projekt promocije prijavilo društvo, ni vplivalo na izbor članov ekipe).

Čeprav verjetno lanskega uspeha ne bomo uspeli ponoviti, pa se bomo potrudili, da bomo ponovno pripravili zanimiv projekt in ga v čim večji meri tudi izpeljali. Predstavitve projektov bodo potekale 3. in 4. novembra na MIT-ju.