27. okt. 2009

iGEM 2009 je pred vrati

Letošnje srečanje študentskih raziskovalnih ekip s področja sintezne biologije bo potekalo med 31. oktobrom in 2. novembrom na univerzi MIT v Cambridgu v ZDA. Med več kot stotimi ekipami, ki so dokončale svoje naloge (vsi povzetki so zbrani na enem mestu), je tudi tokrat slovenska ekipa. Za razliko od preteklih let, ko so naši študenti obravnavali tele s področja biomedicine, so se tokrat odločili za nalogo z drugega področja, nanomaterialov. Predstavitev dela slovenske ekipe je na sporedu kot zadnja v nedeljo pozno popoldne po lokalnem času. Tudi letos bodo izbrali šest finalistov, ki se bodo ponovno predstavili v ponedeljek dopoldne.

Ekipa študentov ljubljanske univerze je pod mentorstvom sodelavcev Kemijskega inštituta pripravila projekt z naslovom 'nanoKocke [pro]' (nanoBricks [pro] - think outside the box]) s temeljito spletno predstavitvijo. Gre za pripravo pametnih sintetičnih nanomaterialov, ki so sposobni samozdruževanja v mikroskopske sestavljene strukture. Osnovo predstavljajo peptidi in proteinske domene, kar je doslej veljalo za nepraktično, saj je lažje oblikovati nanostrukture na osnovi nukleinskih kislin. Ekipa pa se je odločila ubrati na videz težjo pot, saj je menila, da imajo proteini nekatere nezamenljive prednosti pred nukleinskimi kislinami, tako da je DNA uporabila samo kot zapis za proteinske module, ki so jih poimenovali nanoKocke (po analogiji z bioKockami, osnovnimi genetskimi elementi, ki jih v sintezni biologiji sestavljamo v nove funkcije).

Na ravni proteinov je osnovna nanostruktura polipeptidna veriga, zvita v obliki obvitega klobčiča. Z združevanjem tovrstnih elementov nastanejo čvrste paličaste strukture, nanje pa lahko vežejo bolj fleksibilne elemente, ki delujejo kot zglobi, tako da se nastale verige lahko povezujejo v ploska ali poliedrska tridimenzionalna omrežja (nanoškatle). S tako pripravljenimi proteinskimi agregati so pripravili membrano za ultrafiltracijo, s katero je mogoče filtrirati viruse.

Razen tega osnovnega projekta so raziskave privedle še do nekaterih drugih rezultatov, ki jim jih bo, upam, uspelo ustrezno vključiti v predstavitev.

19. okt. 2009

Sponzorirajte znanstvenka

Ne vem, ali je šlo za poskus iz obupa, iz naivnosti ali iz prepričanja, da je mogoče na eBayu dobiti vsaj 25.000 USD za raziskovalno delo enega mladega raziskovalca, ki bi eno leto delal na genetskem inštitutu v ZDA. Morda pa je šlo samo za inventiven način promocije, saj verjetno pred tem ni veliko ljudi slišalo za organizacijo SHRO (Sbarro Health Research Organization). Ta organizacija v resnici samo zagotavlja sredstva za Sbarrov inštitut za raziskovanje raka in molekularno medicino v okviru univerze Temple v Filadelfiji in očitno dobro skrbi za lastno reklamo. Nenazadnje so januarja lani odprli svoje prostore tudi v Second Lifu, ki jih je seveda opremilo specializirano računalniško podjetje. S poskusom dražbe za štipendijo, ki bi jo lahko najboljši ponudnik poimenoval po sebi ali svojih bližnjih, se je SHRO predstavil širši skupnosti, saj je o dražbi kot o zanimivosti poročal celo Nature.

Ne glede na to, kako uspešni so bili tokrat (dražba na eBayu se je že iztekla), je v tujini mogoče zbrati dovolj privatnih sredstev za raziskovalno delo. Ista organizacija bo tako na primer naslednji teden odprla nov raziskovalni center. Po drugi strani pa smo te dni lahko brali, da je mogoče biotehnološko raziskovalno-razvojno podjetje z malo iznajdljivosti in ob pomoči prijateljev v najeti garaži odpreti s 40.000 USD - in ne samo odpreti, baje tudi uspešno poslovati, kot poroča The Scientist.

7. okt. 2009

Nobelovci za kemijo 2009

Kot edinemu biologu na fakulteti za kemijo :-) mi je v posebno veselje, kadar kakšno nagrado za kemijo poberejo raziskovalci, ki se ukvarjajo z najbolj osnovnimi vidiki življenja. To me še dodatno prepričuje, da nisem pristal na napačni obali.

Letošnjo Nobelovo nagrado za kemijo so podelili trem znanstvenikom, ki so razložili zgradbo ribosoma, velikega kompleksa proteinov in ribonukelinskih kislin, ki deluje kot molekulski stroj za sintezo proteinov. Venkatraman Ramakrishnan, Thomas Steitz in Ada Yonath so vsak dobili tretjino nagrade za prispevek k razumevanju strukture in funkcije ribosoma.

Ramakrishnan je diplomiral iz fizike v Indiji in doktoriral iz fizike v ZDA, po doktoratu pa je študiral še biologijo in podoktorski staž opravil na oddelku za kemijo. Pred sedmimi leti je njegova skupina določila zgradbo male podenote (30 S) ribosoma z atomsko ločljivostjo, leta 2006 pa še zgradbo celotnega ribosoma. Pri tem so ugotovili tudi, kam v ribosom se vežejo nekateri antibiotiki, pomožni proteini, ki sodelujejo v procesu sinteze polipeptidne verige in molekule RNA.

Steitz se že dolgo ukvarja s kristalografskimi raziskavami proteinov in nukleinskih kislin. Njegova skupina je bistveno prispevala k pravilni interpretaciji kristalografskih podatkov in določila prostorsko zgradbo velike podenote ribosoma, pa tudi nekaterih encimov in drugih proteinov, ki omogočajo sintezo proteinov na ribosomskih kompleksih.

Yonathova je diplomirala iz kemije, magistrirala iz biokemije in doktorirala iz rentgenske kristalografije v Izraelu, kjer je osnovala prvi kristalografski laboratorij in že leta 1989 objavila članek o postopku kristalizacije ribosomov. Ugotovila je, da sintezo proteinov katalizira molekula RNA, določila je mehanizem delovanja številnih antibiotikov, ki imajo za tarčo ribosom in identificirala 'tunel' , skozi katerega proteinska veriga izhaja iz ribosoma.

Ribosom je makromolekulski kompleks, ki ima premer približno 20 nm in ga sestavlja več verig ribosomske RNA in več deset proteinskih verig. Pri sintezi proteinov se velika in mala podenota ribosoma povežeta na tak način, da je med njima ujeta veriga mRNA, ki prenaša kopijo genskega zapisa za posamezen protein. Poenostavljeno povedano se nato v strukturo ribosoma zaporedoma vežejo molekule tRNA, ki imajo nase vezano po eno aminokislino. V notranjosti ribosoma pride do povezave med aminokislinami in po številnih ponovitvah procesa se nastala proteinska veriga začne pomikati iz ribosomskega kompleksa - lahko prehaja v notranjost endoplazemskega retikuluma, lahko pa se sprosti v citoplazmo.

Ker je ribosom tako pomemben za življenje vsake celice, je seveda logično, da je njegovo natančno razumevanje ključnega pomena za celovit vpogled v biokemijske procese ohranjanja življenja. Dober prikaz mehanizma in fleksibilnosti ribosomske strukture prikazuje animacija (čeprav je precej poenostavljena).

In še medalje za znanost

Danes v Beli hiši v Washingtonu podeljujejo državne medalje za zasluge za znanost. Dobijo jih raziskovalci, ki so izjemno prispevali k razvoju znanosti, hkrati pa podeljujejo še medalje za tehnologijo in inovacije. Letos so podelili devet medalj za znanost, od teh jih je šlo šest v roke raziskovalcem s področja ved o življenju. Dobili so jih Craig Venter in Francis Collins, ki sta bila pred desetletjem tekmeca pri razjasnitvi človekovega genoma, Joanna Fowler, ki raziskuje procese v živčnem sistemu, povezane z zasvojenostjo, Elaine Fuchs, razvojna celične biologinja, ki se ukvarja s kožnimi izvornimi celicami, JoAnne Stubbe za raziskave encimov, ki sodelujejo pri podvojevanju in popravljanju DNA in Michael Posner, nevrolog, ki je s tomografskimi analizami raziskoval možganske funkcije med povečano pozornostjo.
Medalje so dobili še računalničar Berni Alder, astronom James Gunn in elektroinženir Rudolf Kalman.

To, da je dve tretjini nagrad šlo za raziskave živega sveta, kaže, kakšen pomen dajejo vedam o življenju. Kot zanimivost navajam, kaj so študirali prejemniki šestih medalj z 'našega' področja. Venter je diplomiral iz biokemije in doktoriral iz fiziologije in farmakologije. Collins je diplomiral iz kemije in doktoriral iz fizikalne kemije, nato pa je postal še doktor medicine. Fowlerjeva je diplomirala in doktorirala iz kemije, Fuchsova je diplomirala iz kemije in doktorirala iz biokemije, Stubbejeva je diplomirala iz kemije in doktorirala iz organske kemije, Posner pa je diplomiral iz fizike in doktoriral iz psihologije. S tem želim pokazati, kako je smiselno, da temeljno znanje z enega področja nadgrajujemo z znanji z drugh področij. Zanimivo pa je, da nihče od nagrajencev za biološke raziskave sploh ni študiral biologije...

5. okt. 2009

Nobelovci za medicino 2009

Nobelove nagrade za fiziologijo oziroma medicino so prve, ki jih razglasijo vsako leto. Ravno v začetku semestra je kar prekmalu, da bi s študenti prav natančno predelali nagrajeno raziskovalno temo, a bo pred zimo tudi to še prišlo na vrsto.

Me prav zanima, ob kateri uri so razglasili letošnje nagrajence... Malo po 13. uri je prišlo prvo sporočilo po e-pošti, da je med nagrajenci Jack Szostak, znan sintezni biolog s Harvarda, čeprav je nagrada letos seveda za bolj klasično genetsko področje, za telomere. Kakšno uro kasneje je pisal Jure iz Lunda, da so 'kvasovke spet dobile Nobelovo' - seveda mu nisem hotel dati prav. Spletni portal RTV SLO pa je spet pokazal, da nima ravno občutka za molekularno biologijo, saj so objavili tako razlago nagrajenih odkritij, da človek samo gleda; v dveh odstavkih je kakšnih pet napak, pa tega ni nihče opazil, ali pa vsaj ni komentiral.

Skupna tema vseh treh nagrajencev so konci kromosomov, ki se imenujejo telomeri. Medtem ko za veliko večino kromosomske DNA način podvojevanja poznamo že dokaj dolgo (to pomeni kakšnih 35 let), pa mehanizem, ki deluje za skoraj celoten kromosom, pri koncih ne pride v poštev. Nagrajenci so ugotovili, da so ti konci zelo pomembni, saj po eni strani preprečujejo, da bi encimi napadli proste konce verig DNA, hkrati preprečujejo lepljenje kromosomov med sabo, omogočajo pa tudi, da poseben encim - telomeraza - konce kromosomov vendarle uspe vzdrževati tudi ob podvojevanju preostale verige DNA v kromosomu.

Problem kromosomskih koncev poznamo le pri evkariontih, saj imajo prokarionti (bakterije) praviloma krožne kromosome. Linearni kromosomi pa so drugačni in ugotovili so, da so pri celicah, ki so se že velikokrat delile, telomeri zelo kratki. Lahko bi celo rekli, da je dolžina telomerov neke vrste merilo celične kondicije. Stare celice, ki se ne morejo več deliti, imajo zelo kratke telomere, take celice pa se torej ne bodo več mogle deliti in s tem bo pešalo delovanje organa, ki ga take celice sestavljajo. Če bi bila telomeraza aktivna, se to ne bi zgodilo. Vendar pa je telomeraza dvorezen meč: veliko aktivnost tega encima povezujemo z intenzivno celično delitvijo, ta pa je značilna za rakave celice.

Raziskave, ki so privedle do nagrade, so opravili konec sedemdesetih in v prvi polovici osemdesetih let prejšnjega stoletja. Obe dobitnici letošnje nagrade, Elisabeth Blackburn in Carol Greider, še vedno raziskujeta predvsem telomere in telomerazo, Jack Szostak pa se je preusmeril na nova področja, ki so vsaj deloma povezana s sintezno biologijo, v osnovi pa so genetska.

Tokratna nagrada za medicino je stota po vrsti in tokrat ponovno sega prav v temelje molekularne biologije.