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.