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.