23. dec. 2011

Leta 2012 nov poljudnoznanstveni dogodek

Ta teden je bil prvi sestanek pripravljalnega odbora za organizacijo enodnevnega dogodka, ki bo verjetno zanimiv za številne obiskovalce tega bloga. Slovensko biokemijsko društvo se je namreč odločilo, da bo naredilo velik korak v smeri popularizacije biokemije in molekularne biologije. Predvidoma 27. septembra 2012 bo ves dan mogoče spremljati kratka predavanja o raziskavah s področja molekularnih ved o življenju. Za razliko od 'pravih' znanstvenih srečanj, kjer raziskovalci govorijo raziskovalcem, bomo predstavili svoje delo na tak način, da ga bo mogoče razumeti tudi nestrokovnjakom. 

Če bo vse tako, kot smo se dogovorili na sestanku, bomo med drugim predstavili tudi študijske programe s širšega področja molekularnih ved, besedo pa bodo razen uveljavljenih raziskovalcev dobili tudi srednješolci, ki so opravili raziskovalne naloge, študenti z zanimivimi idejami in diplomami ter doktorski študenti, ki bodo predstavili svoje raziskave. Upamo, da bo zanimanje za sodelovanje veliko in da bomo lahko izbrali za predavanja najbolj zanimive, pa tudi čim bolj raznolike teme.

Načrt je, da bi januarja pripravili spletno stran z osnovnimi podatki, rok za prijave bo 15. maj, potem pa bomo organizatorji pregledali prijave in pred poletjem pripravili preliminarni program. 

Se vidimo septembra - če pa sami delate na področju molekularnih ved o življenju in mislite, da bi svoje delo znali predstaviti na poljuden način, se ne pozabite prijaviti! Dogodek bo brezplačen, samo za obisk se ne bo treba posebej prijaviti, povzetke prispevkov pa bomo objavili na spletu kot publikacijo v formatu PDF.

7. dec. 2011

... in kako je bilo z dinozavrom?

Saj je logično nadaljevanje včerajšnje zgodbe, samo - bila bi predolga, pa tudi zato nisem smel pisati o tem, ker sem danes na pisnem izpitu postavil vprašanje prav iz te teme (da ne bi kdo rekel, da mora kdor hoče narediti izpit iz DNA-tehnologije, nujno brati moj blog).

Japonski raziskovalci torej želijo v naslednjih petih letih ustvariti mamuta iz DNA, dobljene iz ostankov tkiv mamutov, ki so več tisoč let želi v zamrznjeni zemlji v vzhodni Sibiriji. Kaj pa Američani? Avgusta letos se je v nekaterih spletnih virih pojavila novica, da naj bi na Floridski univerzi v Gainesvillu (ki je sicer precej znana univerza) objavili, da imajo v laboratoriju nič manj kot kloniranega dinozavra!!!

Baje naj bi predstavnik univerze izjavil, da jim je uspelo klonirati apatozavra (včasih smo jim rekli brontozaver). To naj bi naredili tako, da so iz apatozavrovih kosti, ki so jih imeli razstavljene v univerzitetnem naravoslovnem muzeju, izolirali DNA in jo injicirali v maternico plodne samice noja. Mogoče je novica bila napisana preveč laično, da bi lahko razumeli, kaj so v resnici naredili, kajti če je res, kar so napisali, potem na tak način nikakor ne bodo dobili dinozavra.

Vodja projekta, poročajo, je profesor Norman Trudell, ki razlaga, da so noji precej sorodni dinozavrom. Tudi mikroskropska struktura jajčne lupine naj bi bila podobna, zato naj ne bi bilo nenavadno, da je kloniranje tako dobro uspelo. Tudi ta izjava je milo rečeno neposrečena, saj struktura lupine in genetska podobnost nista nujno povezani.

Iskanje na spletu pokaže, da novica sploh ni tako nova, saj se je pojavila v drugih virih že januarja letos (na primer na Allvoices.com). Tretja sumljiva izjava 'raziskovalcev' je, da bi lahko v 10 letih planet ponovno poselili z dinozavri in da bi jih lahko uporabili tudi za transport. Se vam ne zdi, da je tole že precej prvoaprilsko?

Poskusil sem poiskati vodjo 'projekta' kloniranja dinozavra, pa ima Google s tem precej težav. Če bi dr. Norman Trudell res bil profesor biologije na Floridski univerzi v Gainesvillu, bi ga gotovo našli pri vrhu zadetkov. Tudi njegov kolega Sven Bjornsen, ki naj bi bil profesor kemije, se je Googlu dobro skril. Zato pa resnično obstaja Ingrid E. Newkirk, ki v novici kritizira znanstvenike zaradi morebitnega uvajanja nevarnih lastnosti v nove vrste. (Toda saj pri dinozavru sploh ne gre za novo vrsto.)

Na spletni strani Floridske univerze v Gainesvillu ni mogoče najti nobenih podatov o kloniranem apatozavru, prav tako ne na spletni strani Kolidža za veterinarsko medicino iste univerze, kjer naj bi januarja bil dinozavrov klon. V univerzitetnem imeniku ni ne dr. Trudella, ne dr. Bjornsena in univerzitetni naravoslovni muzej prav tako ne obstaja.

Tako torej ne samo, da dinozavra še niso klonirali, to skoraj zagotovo nikoli niti ne bo mogoče. DNA, tudi če bi je uspeli kaj najti v fosilnih kosteh, bi bila tako razgrajena, da si z njo ne bi mogli kaj dosti pomagati. Nikoli ne bi vedeli, koliko DNA nam še manjka do popolnega zaporedja, ne bi vedeli, v koliko kromosomih so bili geni razporejeni, niti še živeči plazilci, niti velike ptice, pa verjetno ne bi bili ustrezni za donositev morebitnega zarodka. In tako je najbrž tudi prav. Mislim, da bomo preživeli tudi ne da bi kadarkoli zajahali dinozavra.

6. dec. 2011

Si res želimo ustvariti mamuta?

Seveda bi bilo zanimivo v živo videti mamuta, saj smo vsi gledali Jurski park... Tam so po otoku lomastili dinozavri, ki so jih raziskovalci ustvarili iz DNA, ohranjene v jantarju (pustimo ob strani, ali bi tam res našli dinozavrovo DNA), zdaj pa se pogovarjamo o precej 'mlajšem' orjaku, saj so mamuti po naših planjavah hodili morda še pred 5000 leti. Za primerjavo: dinozavri so verjetno izumrli pred 65 milijoni let, ko mamutov še ni bilo nikjer - razvili so se šele pred približno 4,5 milijoni let.

Zamisel, da bi klonirali mamuta, ni nova, čeprav so jo ruski in japonski znanstveniki prav pred kratkim ponovno začeli obujati. Z vse toplejšimi poletji se topi permafrost v Sibiriji in na plan pogledajo vedno novi dotlej zmrznjeni ostanki mamutov. Seveda so svoje epruvete takoj pristavili tudi molekularni biologi in poskusili iz vzorcev izolirati čim bolje ohranjeno DNA. Pri tako starih vzorcih je namreč problem v tem, da je DNA občutljiva molekula in se pogosto razgradi na kratke koščke, kar otežuje natančnejšo analizo genomskih zaporedij.

Že leta 2009 so iz koščkov DNA raziskovalci uspeli sestaviti večino verjetnega zaporedja nukleotidov v mamutovem genomu. Pri sestavljanju koščkov v celotno sliko je bil v veliko pomoč genom slona, mamutovega še živečega sorodnika. Ocenili so, da je bil genom mamuta dolg približno 4,5 milijarde črk (nukleotidov), razlika med slonom in mamutom pa naj bi bila morda celo samo 0,1 %. Ravno zaradi podobnosti genomov se je zdelo izvedljivo, da bi sestavili mamutove gene, kjer so ti različni od slonovih, dobljene kromosome pa bi vstavili v izpraznjeno jajčno celico slonice, ki bi tudi donosila mamutov zarodek.

Vsaj od ovce Dolly, prvega kloniranega sesalca, načeloma vemo, kako je mogoče klonirati živali, ki so že (iz)umrle. Za poskus so na primer pred kratkim klonirali miš na osnovi mišjega kadavra, ki so ga imeli zmrznjenega 16 let. Tako, so si mislili, bi klonirali tudi mamuta. A razlika med kloniranjem miši in kloniranjem  mamuta je vseeno velika: iz zmrznjene miši je mogoče izolirati precej manj razgrajeno DNA, pri mamutu pa lahko izolirajo samo kratke kose, za katere pa ne vemo niti v koliko kromosomih so bili nameščeni. Ker so za osnovo pri sestavljanju zaporedja vzeli slonove kromosome, so predvideli, da je bilo število kromosomov enako, ni pa nujno, da je bilo res tako. Od koščkov DNA do celotnih kromosomov je zelo dolga pot.

Nekateri raziskovalci so zato menili, da bi bilo lažje na kromosomih slona na točno določena mesta vnesti približno 400.000 mutacij in s tem iz slonovega genoma narediti mamutov genom. V laboratoriju je včasih kar velik dosežek, če uvedemo na točno določena mesta par mutacij, 400.000 mutacij pa pomeni izjemno veliko dela in še vedno nobene garancije, da bo to, kar bi nastalo, res bilo povsem pravo mamutovo zaporedje.

Čeprav se za malo večje otroke in znanstvenike zdi ustvariti mamuta velik izziv in priložnost za srečanje s preteklostjo, pa so nekateri strokovnjaki skeptični. Eni zato, ker se jim zdi malo verjetno, da bi zagotovo pridobili pravega mamuta, drugi pa zato, ker se jim zdi tako početje neetično. V čem bi namreč bil smisel ustvariti žival, ki ji je evolucija namenila izumrtje? Ali je do takega mamuta pravično, da ga ustvarimo in postavimo v ogrado na ogled? Zagovorniki s tem nimajo nobenih težav, saj so živalski vrtovi polni živali, ki so tam samo na ogled, izumiranju vrst pa se tako ali tako poskušamo upirati - pomislite samo na pande, sibirske in bengalske tigre in še številne druge živali.

Kot je že leta 2009 zapisal National Geographic, so bila osnovna orodja za kloniranje mamuta že na voljo. V začetku letošnjega leta pa so japonski raziskovalci najavili, da nameravajo mamuta ustvariti v petih letih. Iz zamrznjenega tkiva bi izolirali celična jedra in jih prenesli v jajčne celice slonice. Predpogoj bi seveda bil, da bi bila jedra in v njih kromosomi nepoškodovani, kar pa je vseeno zelo malo verjetno. Pravzaprav so take poskuse japonski raziskovalci že večkrat začeli, vsaj trikrat od leta 1998 (piše Singularity Hub), a brez uspeha.

Pred dnevi je kot svežo novico japonski projekt predstavila agencija France Presse, ki je 'novico' prevzela po japonskih virih. Upanje za uspeh se je povečalo po tem, ko so avgusta odkrili zelo dobro ohranjeno mamutovo stegnenico, iz katere naj bi dobili bolj kvalitetna celična jedra. Projekt kloniranja naj bi začeli skupaj z ruskimi in ameriškimi znanstveniki v naslednjem letu, potem pa bomo videli, če bo kaj iz tega. Dvomim...


7. nov. 2011

iGEM 2011: Rezultati

Dve uri nazaj so objavili dobitnike nagrad na tekmovanju iz sintezne biologije iGEM. Srečanje ekip, ki so se uvrstile v finale, je potekalo od 5. do 7. novembra na univerzi MIT v Cambridgu v ZDA.

Veliko nagrado je osvojila ekipa Univerze v Washingtonu, na drugem mestu je Imperial College London, na tretjem pa ZJU (Kitajska). V izboru finalistov svetovnega tekmovanja so bili tudi domačini, ekipa MIT, ki pa je zasedla prvo mesto v kategoriji zdravje/medicina. Razen treh najboljših v skupni uvrstitvi so razglasili še vrsto nagrajencev po posameznih kategorijah.

V kategoriji projektov s področja ekologije je zmagala ekipa Calgaryja, v kategoriji prehrana in energija sta zmagali ekipi univerz Yale in Washington, najboljši proizvodni projekt je pripravila univerza Cornell, na področju novih aplikacij sta nagrajeni ekipi Brown-Stanford in ZJU (Kitajska), za največji napredek v temeljni znanosti UC Davis, za najboljšo uporabo informacij ETH Zürich, za izrabo človeških virov pa Bangalore in Edinburgh.

Najboljši poster so izdelali (in ga najbolje predstavili) študenti Univerze v Washingtonu in Imperial College London, najboljši softver je delo BU-Wellesley, najboljša softverska izraba registra bioloških delov je delo METU-BIN Ankara, nagrado za najboljši projekt po mnenju udeležencev zaključnega srečanja pa sta dobili Tokyo Tech in Imperial College London.

Na prvih treh mestih torej ni prišlo do presenečenja, saj je zmagovalna ekipa bila prva že na področnem tekmovanju za Ameriko, drugouvrščena ekipa je bila zmagovalka evropskega tekmovanja, tretjeuvrščena pa je bila prva na azijskem področnem srečanju. To kaže na podobnost pogledov sodnikov na kvaliteto raziskovalnega dela, čeprav je zelo verjetno, da je bilo precej sodnikov v isti vlogi tako na področnih kot na zaključnem srečanju ekip.

Ker sem zmagovalne projekte predstavil že pred dvema tednoma, naj tokrat ostane samo pri kratkem poročilu o nagrajencih. Obveščanje o tekmovanju je bilo letos bolj sprotno, saj so organizatorji poskrbeli za obveščanje preko Twitterja, organizirali pa so tudi skupino bloggerjev, ki so sproti opisovali dogajanje, tako da smo o nekaterih zanimivih predstavitvah projektov zvedeli takoj po končanih predavanjih, vključno z vprašanji, ki so jih postavili sodniki ali publika. Finalne predstavitve pa si je bilo mogoče ogledati tudi v živo (in zdaj v posnetku).

6. nov. 2011

BIOMOD 2011 - tekmovanje iz nanobiotehnologije

Ta konec tedna vsega dober kilometer narazen v Cambridgu v ZDA potekata dve pomembni študentski tekmovanji iz sintezne biologije: iGEM na univerzi MIT in BIOMOD na Harvardovi univerzi. O iGEM-u sem že pisal, zato naj tokrat povem nekaj več o tekmovanju iz nanobiotehnologije BIOMOD.

Gre za tekmovanje iz oblikovanja biomolekul, na katerem ekipe dodiplomskih študentov v času od pomladi do jeseni izvajajo projekt na temo samoorganiziranja bioloških makromolekul v kompleksne nanostrojčke, ki bi bili uporabni v tehnologiji ali za raziskave.

Letos je tekmovalo 21 ekip, med njimi tudi slovenska ekipa, ki je projekt pripravila na Kemijskem inštitutu. Ekipo so sestavljali trije študentje (Vid Kočar, študent biokemije, ter študenta biotehnologije Jernej Turnšek in Marko Verce) in trije mentorji (prof. Roman Jerala, dr. Iva Hafner Bratkovič in Rok Gaber).

Na srečanju sodelujočih ekip, ki je potekalo v soboto (5.11.) so podelili tudi več nagrad. Zmagala je ekipa Univerze Aarhus z Danske, drugo mesto je zasedla ekipa iz Tokia, tretje pa gostitelji srečanja, Harvardova univerza. Slovenska ekipa je zasedla 2. mesto za izdelavo wiki predstavitve in 3. mesto za video, za projekt kot celoto pa zlato priznanje (tako kot še 9 drugih ekip).

Zmagali so torej študentje iz Aarhusa, ki so se poimenovali Danski nanoumetniki. Izdelali so oktaedre (dvojne piramide) iz molekul RNA, iz katerih lahko encim izcepi do 5 molekul interferenčne RNA (ki lahko zavre sintezo točno določenih proteinov) ali pa sprosti zdravilo, zapakirano v oktaeder.

Japonska ekipa Univerze v Tokiu in Tokijskega inštituta za tehnologijo je izdelala predhodnika nanorobota, ki ima na mikrometrskem 'trupu' številne izrastke, nekakšne migetalke, ki so v resnici molekule deoksiribocimov, torej katalitično aktivnih molekul DNA. Ta 'robot' je za zdaj sposoben naključnega gibanja, premikanja po črti in zbiranja na osvetljeno točko.

Ekipa s Harvarda, ki je bila tretja, je pripravila nanoškatle iz DNA, v katere je mogoče naložiti nanodelce zlata in jih nato kontrolirano sprostiti iz škatle. Čeprav se sliši enostavno, je v resnici na molekulski ravni precej zapleteno.

Slovenska ekipa si je nadela ime Bionanočarovniki. Pripravili so 'dodatke' za zgubanke iz DNA (DNA-origami): z uvedbo posebnih zaporedij so DNA-konstruktom dodali funkcijo, ki jo določajo DNA-vezavni proteini iz skupine cinkovih prstov. Razen tega so uspeli razviti postopek za nalaganje več plasti zgubank, kar naj bi bilo izhodišče za nanoelektronske komponente.  

Tekmovanje bodo predvidoma naslednje leto ponovno izvedli, saj so organizatorji bili zelo zadovoljni z odzivom in letošnjimi projekti.


26. okt. 2011

10 dni do srečanja iGEM 2011

Aprila sem pisal o novostih v organizaciji tekmovanj študentskih ekip iz sintezne biologije. Ker je zanimanje za tekmovanje po vsem svetu preraslo prostorske možnosti organizatorjev na univerzi MIT, so se odločili za tri področna predtekmovanja.

Prvo predtekmovanje je potekalo v Amsterdamu za evropske in afriške ekipe 1. in 2. oktobra. Področni prvak je postala ekipa univerze Imperial College London, ostala finalista pa sta bila univerza Paris Bettencourt in WITS-CSIR (Johannerburg, Južnoafriška republika). Na svetovno srečanje se je uvrstilo 20 ekip, med njimi tudi ekipa tržaške univerze, ki je letos sodelovala prvič.

Zmagovalna evropska ekipa je predstavila projekt, ki je imel za cilj razviti način za zmanjševanje erozije. Razvili so bakterije, ki so bile sposobne poiskati korenine rastlin in se vključiti v koreninsko tkivo. V njem so bakterije začele proizvajati rastlinski hormon (avksin), ki je stimuliral rast korenin. Močnejše korenine namreč preprečujejo erozijo zemlje z vetrom ali dežjem. Dodatno pa so izdelali sistem, ki naj bi preprečeval uhajanje genetsko spremenjenih bakterij v okolje.

Na ameriškem tekmovanju, ki ga je organiziral med 8. in 10. oktobrom Inštitut za biološko inženirstvo v Indianapolisu (v zvezni državi Indiana). Sodelovalo je več kot 70 ekip, zmagala pa je ekipa Washingtona. Finalisti so bili še Yale, Lethbridge in Brown-Stanford, na zaključno tekmovanje pa se je uvrstilo 27 ekip.

Študenti z Univerze v Washingtonu so zasnovali trodelni projekt. Pripravili so bakterije, ki sintetizirajo različne alkane, bistvene sestavine dizelskega goriva. V drugem delu so poiskali encim, ki razgrajuje gluten, nato pa so ta encim izboljšali tako, da bi ga bilo mogoče vzeti kot zdravilo, ki bi v črevesju pomagalo razgrajevati gluten (s katerim imajo nekateri ljudje velike težave). Na koncu so se ukvarjali še z razvojem sinteznobioloških (molekularnih) orodij, ki naj bi jim omogočila pripraviti magnetne bakterije.

Zadnje področno tekmovanje je bilo v Hong Kongu 15. in 16. oktobra. Zmagala je univerza Zheijang (ZJU), na svetovno srečanje pa potuje skupaj 18 študentskih ekip z azijskega tekmovanja. Za prvo nagrado so študenti ZJU razvili bakterije, ki so rasle v obliki biofilma. Taki biofilmi vsebujejo več plasti celic, v vsaki plasti pa je z globino vse manjša koncentracija kisika. Ugotovili so, da je mogoče ravno zaradi različnih koncentracij kisika aktivirati različne gene v različnih plasteh celic. To je lahko uporabno na primer v večstopenjskih reakcijah, pri katerih bi produkt ene plasti celic lahko prevzele celice iz naslednje plasti in ga predelale v neko drugo snov. Tako bi spodnji sloj celic lahko celulozo razgradil do manoze, zgornji pa bi jo predelal v bioetanol. Podobno bi lahko razvili senzorje v obliki biofilmov.

Rezultati vseh treh tekmovanj so dostopni na spletni strani iGEM, kjer bodo v prihodnje na voljo tudi povezave do posnetkov predstavitev posameznih ekip. Zaenkrat pa si je mogoče ogledati njihove wiki strani z opisi projektov.

24. okt. 2011

Izbor novic s področja sintezne biologije

Priznam, zgledoval sem se po kolegu Francu, ki je zadnjič med vrsticami na svojem blogu omenil, da je nekatere izbrane novice predstavil na portalu Scoop.it. Ker se mi je zdelo simpatično, kako je mogoče izbrati in objaviti vse tisto, kar se na nekam področju dogaja, sem tudi sam zaprosil za testni dostop na istem portalu in začel z izbiranjem novic s področja sintezne biologije. Urejanje je preprosto, saj vgrajeni iskalnik sam predlaga nekatere novice, dodam pa lahko tudi svoje. Če koga zanima, kako je to na koncu videti, naj klikne tule!

Sicer pa sem na portalu Montage, ki deluje po podobnem sistemu 'ponovnega objavljanja' (torej izbora in objave na spletu dostopnih vsebin), začel zbirati tudi novice s področja raziskav cianobakterij, predvsem v povezavi z biogorivi nove generacije. To področje me vse bolj zanima in vesel sem, da tudi moje študente.

19. okt. 2011

Psi, volkovi, kojoti...

V ponedeljek so južnokorejski znanstveniki sporočili, da jim je uspelo klonirati kojote. Če se vprašate, zakaj bi kdo želel klonirati ravno kojote... se mi zdi vprašanje na mestu. A treba si je ogledati celotno zgodbo.

Verjetno se vas veliko še spomni najprej znamenitega in kasneje zloglasnega raziskovalca Hwanga Woo-Suka: leta 2004 je bil med najbolj znanimi in zaželenimi znanstveniki na področju kloniranja organizmov, leto zatem pa so ga obtožili poneverjanja rezultatov in ključno objavo v reviji Science preklicali. Sodišče mu je dokazalo razen etičnih prestopkov tudi poneverbe v finančnem poslovanju, zato so ga leta 2009 suspendirali za dve leti, decembra lani pa so mu kazen skrajšali za pol leta.

V času, ko je še lahko raziskovalno delal, čeprav v omejenem obsegu, je njegova skupina uspela klonirati psa (leta 2005), klonirali pa so tudi prašiča, govedo, volka in zdaj še kojota. Lahko si predstavljate, da je postopek kloniranja psa, volka in kojota zelo podoben in gre v glavnem za ponavljanje že znanega postopka.

Kojota so klonirali, ker je to financirala pokrajinska vlada (gre za pokrajino Gyonggi v bližini glavnega mesta) kot del projekta, v katerem naj bi klonirali nekatere ogrožene živalske vrste. Med naslednjimi cilji raziskovalne skupine so kloniranje afriškega divjega psa, lotili pa naj bi se tudi kloniranja mamuta. No, vsaj pri mamutu bo naloga precej težja, saj ne bo na voljo mamutove nerazgrajene DNA.

Na tiskovni konferenci so predstavili 8 kloniranih kojotov. Delo je potekalo tako, da so jedra kožnih celic kojota prenesli v jajčne celice psic, tem celicam pa so predhodno odstranili lastna jedra. V osnovi so torej uporabili postopek, ki je znan že od kloniranja ovce Dolly pred 15 leti in ga v glavnem uporabljajo za kloniranje vseh živali. Drugih eksperimentalnih detajlov ob predstavitvi kloniranih kojotov (ki jih bodo kmalu preselili v korejske živalske vrtove) niso objavili.

Nekateri bodo zdaj z zanimanjem čakali novic, ali bodo kojoti zdravi in se bodo normalno razvijali (skotili so se že junija). Klonirani volk je namreč poginil še mlad (star je bil štiri leta) in vprašanje je, ali je bil lahko razlog za pogin v tem, da je prišlo do kakšnih okvar genoma v postopku kloniranja. Volkova enojajčna dvojčica je bila zdrava, volk pa je poginil nenadno in avtopsija je pokazala resne okvare organov. Predstavniki živalskega vrta, v katerem je živel volk, so takrat menili, da je bila za pogin kriva le visoka temperatura zraka.

Novico povzemam v glavnem po agenciji AFP.

10. okt. 2011

Sintezna genomika se seli v evkariontski svet

Novica ni ravno sveža (članek je izšel v reviji Nature 22. septembra), je pa zanimiva. Ameriški raziskovalci, večinoma z Univerze Johns Hopkins, so se lotili spreminjanja genoma kvasovke Saccharomyces cerevisiae. Doslej pa so na področju sintezne genomike delali predvsem z bakterijami, virusi in plazmidnimi vektorji, tokrat pa gre za doslej največji poseg v genom kakšnega evkarionta.

Kvasovka ima sicer 16 kromosomov, kljub temu pa je seštevek njihovih dolžim le približno trikrat večji od dolžine enega samega krožnega kromosoma najbolj raziskane bakterije Escherichia coli. Kromosomi so po obliki podobni kot pri vseh ostalih evkariontih - na mestu, kjer se stikata dve kromatidi (oznaka 1 na spodnji sliki), je centromer (2), od tu pa proti koncu kromosoma (telomeru) govorimo o ročicah oziroma rokah. Ker je centromer le redko v sredini kromosoma, so ročice na eni strani centromera kratke (3), na drugi strani pa dolge (4).

 (vir slike: Wikipedia)

Sintezni biologi so tokrat izbrali dva kromosoma kvasovke: pri IX. kromosomu, ki ima najkrajšo kratko ročico, so naravno zaporedje te ročice nadomestili s približno 91.000 baznimi pari sintezne DNA, pri VI. kromosomu pa so zamenjali samo približno 30.000 baznih parov na koncu kromosoma, torej v telomerni regiji.

Zakaj bi se sploh kdo odločil, da bi zamenjal dele kromosomov, ki sicer čisto v redu delujejo? Kot zagotavljajo avtorji, gre za dokaz koncepta, da je mogoče dele genoma spremeniti na način, da bo genom bolj pripraven za nadaljnje spremembe v smeri bolj uporabnega organizma. Izhajali so iz treh osnovnih idej: fenotip organizma mora ostati čimbolj podoben divjemu tipu, izrezati je treba destabilizirajoča zaporedja (transpozone in gene za tRNA) in zagotoviti je treba, da bo genom dovolj fleksibilen, da bo omogočal nadaljnje spremembe in analize.

Spremembe, ki so jih uvedli, so torej številne: odstranili so retrotranspozonska zaporedja, ponovitve v bližini telomerov (za katere ni znano, da bi imeli kakšno pomembno funkcijo), introne (kvasovka ima v celotnem genomu samo 285 intronov), gene za tRNA (teh je 275 za vsega 42 različnih tRNA) želijo preseliti na posebno mesto v genomu, ker je zanje znano, da predstavljajo labilna mesta, vse stop-kodone TAG bi nadomestili s TAA (to pa zato, da bi TAG reprogramirali, da bi lahko zapisoval za kakšno dodatno aminokislino v proteinih), vstavili bi nova klonirna mesta (ta rabijo tudi za sestavljanje dolgih odsekov iz koščkov, dolgih 750 bp) in zaporedja (dolžine < 10 bp), ki predstavljajo mesta za analizo in razlikovanje med sinteznim in naravnim genomskim zaporedjem. Pomembna dodana zaporedja so tudi mesta loxP, ki so jih vstavili na konce nebistvenih genov in na mestih razlikovanja med genomi. Ta mesta omogočajo enostavno izrezovanje delov genoma in prenose delov genoma - pri tem uporabijo encim rekombinazo Cre-, sledila pa bi selekcija tako mutiranih kvasovk in izbor tistih z novimi lastnostmi. Praviloma pa niso spreminjali vrstnega reda genov na kromosomu in razen intronov niso izrezovali nekodirajočih delov genoma, saj so se želel izogniti morebitnemu negativnemu vplivu na celični fitnes.

Rezultat raziskave je bil načeloma pozitiven, saj so kvasovke s sintezno kratko ročico IX. kromosoma in delno sinteznim odsekom VI. kromosoma kazale normalno sposobnost preživetja, hkrati pa so bile pripravljene za nadaljnje spremembe genoma.



3. okt. 2011

Nobelova za fiziologijo imunologom

Začela se je sezona razglašanja Nobelovih nagrajencev. Prvi so nagrajenci za področje fiziologije oziroma medicine in ravno danes so objavili imena dobitnikov letošnje nagrade. To so trije imunologi: Bruce A. Beutler, Jules A. Hoffmann in Ralph M. Steinman. Prva dva sta si prislužila polovico nagrade za raziskave procesa aktivacije prirojenega imunskega sistema, Steinman (ki je umrl pred tremi dnevi) pa za raziskave vloge dendritičnih celic pri pridobljenem (adaptivnem) imunskem odgovoru.

Hoffmann in Beutler sta do ključnih odkritij prišla v drugi polovici devetdesetih let. Jules Hoffmann je raziskave opravil na vinskih mušicah, ki imajo bistveno bolj preprost imunski sistem od sesalcev. Opazil je, da mušice z mutacijo v genu Toll, ki so ga pred tem povezovali z embrionalnim razvojem, zelo hitro zbolijo za bakterijskimi in glivnimi okužbami, ostale pa ne. Gen je zapisoval za protein, za katerega je predpostavil, da sodeluje pri prepoznavanju tujkov. Ključni članek je izšel leta 1996.

Bruce Beutler je raziskoval imunski odgovor pri miših. Zanimalo ga je predvsem, kako lahko pri sesalcih pride do nastanka sepse, za katero je bilo znano, da jo lahko sprožijo lipopolisaharidi, sestavine bakterijskih zunanjih membran. Raziskave so pokazale, da nekatere miši nikoli ne razvijejo sepse in vse te miši so imele okvaro v genu, podobnem Toll-u. Delo je bilo objavljeno leta 1998, obe omenjeni raziskavi pa sta sprožili val nadaljnjih raziskav prirojene odpornosti, to je tiste veje imunskega sistema, ki ne deluje na osnovi topnih protiteles, pač pa imunost posredujejo posebne celice, ki prepoznajo tujke in jih uničijo. Sepsa je bila tema prve slovenske študentske ekipe, ki je zmagala na tekmovanju iz sintezne biologije leta 2006, hkrati pa gre za raziskovalno področje, ki ga je pri nas vpeljal prof. Jerala s Kemijskega inštituta.

Ralpha Steinmana so nagradili za odkritje iz leta 1973, ko je opisal dendritične celice. Ugotovil je, da so sposobne aktivirati limfocite T, ti pa imajo pomembno vlogo pri razvoju imunskega spomina. Njegove kasnejše raziskave so pokazale, da je za aktivacijo z dendritičnimi celici ključno to, da dobivajo kemične signale od celic prirojenega imunskega sistema.

Biološka znanost in družba v Ljubljani

Zavod Republike Slovenije za šolstvo letos že peto leto organizira izobraževanje učiteljev (predvsem) biologije z nadnaslovom Biološka znanost in družba, poudarek letošnjega posveta pa bo na integraciji procesov od celice do ekosfere. Vabljeni so tudi ostali, ki jih te teme zanimajo.

Med tujimi predavatelji so v ospredje postavili britansko fiziologinjo Frances Ashcroft, ki bo govorila o ionskih kanalih in diabetesu, torej o temi, ki najbolj označuje njeno raziskovalno pot. Prav v času njenega obiska v Sloveniji bo izšel tudi slovenski prevod njene knjige Življenje v skrajnostih, umetnost preživetja. Prevod je založil kar Zavod RS za šolstvo, kar je morda malo nenavadno, saj ne gre za šolsko knjigo. Knjigo založniki predstavljajo kot svetovno uspešnico, v Amazonovi trgovini pa jo danes najdemo na 651.220. mestu (in na 42. mestu med knjigami s področja športnih ved).

V najavi gostov so organizatorji izpostavili še ruskega genetika Viktorja Ščerbakova, ki se sicer ukvarja z bakterijsko genetiko, lani pa je v reviji Biology Direct objavil članek, v katerem utemeljuje holistično gledanje, da je 'spolna vrsta' najvišja oblika biološkega obstoja in vzporedno razlaga evolucijski pomen spolnega razmnoževanja, ki je ne samo način boja proti izumrtju, pač pa tudi proti evoluciji sami.

Tretje veliko ime dvodnevnega seminarja je po mnenju organizatorjev ameriška fiziologinja Margaret McCarthy, ki bo predavala o tem, zakaj in kako nastanejo razlike v razvoju možganov pri moških in ženskah. Različen razvoj je posledica različne izpostavljenosti hormonov v razvoju zarodka.

Razen omenjenih tem bo na posvetu še več drugih, od proteinov kot nosilcev življenja do združb v gozdnih tleh in do pravice do javne rabe uma. Če teme koga zanimajo in ima čas 6. in 7. oktobra, naj se čim prej prijavi.

28. sep. 2011

Celične kulture in patenti v Gei

Oktobrska številka revije Gea prinaša kot osrednjo temo celične kulture. Predstavljeni bodo trije članki: o zgodovini gojenja celic v laboratoriju in o koristnih spoznanjih in zdravilih, ki so jih razvili ob uporabi celičnih kultur pišeta mikrobiolog Uroš Jamnikar in dr. Miroslav Petrovec, moj prispevek pa govori o patentiranju genov in celičnih linij.

Članki v Gei bodo izšli skoraj sočasno z izidom slovenskega prevoda knjige Rebecce Skloot "Nesmrtno življenje Henriette Lacks". V  njej avtorica pripoveduje zgodbo, povezano s celično linijo HeLa, ki izhaja iz biopsije, opravljene leta 1951, torej pred 60 leti.

Na kratko je zgodovino in pomen celic HeLa prikazal Sašo Dolenc v sestavku na Kvarkadabri pred petimi leti - vsekakor gre za zanimivo zgodbo iz sveta znanosti iz ne tako davne preteklosti. Čeprav danes celice HeLa niso več povsem v ospredju, ko gre za raziskovalno in razvojno delo, pa so izredno pomembne kot izhodišče za razvoj drugih celičnih kultur.

29. avg. 2011

Okuženi komarji - zdravi ljudje

Pik komarja je zoprna zadeva. Če se to zgodi v tropih, pa je lahko tudi nevarna. Komarji prenašajo več bolezni - verjetno najbolj znana je malarija, saj se z njo okuži vsako leto četrt milijarde ljudi, en milijon ljudi pa zaradi malarija umre. Medtem ko malarijo prenaša parazitski enoceličar, plazmodij, ki se naseli v jetrnih celicah in v eritrocitih, pa bolezen dengo povzroča virus. Povzročitelj bolezni pri človeku torej pride iz komarja. Plazmodij živi v komarjevi slini, virus pa iz okuženih komarjevih celic prav tako pride v slino in po piku vstopi v človeški organizem.

Čeprav denga ni tako smrtna bolezen kot je malarija, mora vsako leto približno pol milijona ljudi v bolnišnico, saj se lahko pojavi hujša oblika bolezni. Ker cepivo proti dengi ni na voljo (tudi proti malariji ne), se proti dengi poskušajo boriti na druge načine.

Avstralski raziskovalci so izvedli poskus v naravi. Najprej so v laboratoriju prenašalce denge, komarje iz rodu Aedes, okužili z bakterijo Wolbachia. To so naredili načrtno, saj so že več let nazaj ugotovili, da s to bakterijo okuženi komarji niso dovzetni za okužbo z virusom denge. Zanimivo je, da nihče ne ve, zakaj Wolbachia lahko prežene dengo. Obstajata vsaj dve teoriji: prva pravi, da volbahija vzpodbudi imunski odgovor komarja proti virusu, druga pa, da volbahija odtegne virusu maščobno kislino, ki jo virus nujno potrebuje. 

Čeprav so komarji v naravi lahko okuženi z volbahijo, se okužba prenaša iz generacije v generacijo tako, da se okužijo že jajčne celice in preko teh zarodki. V laboratoriju je sicer mogoče z bakterijo okužiti posamezne komarje, a okužba se ne prenaša na naslednje rodove. Avstralski znanstveniki pa so zdaj razvili postopek, s katerim lahko okužijo zarodne celice komarja Aedes aegypti. Najprej so volbahijo namnožili v vinski mušici, potem so iz nje izolirali okužene celice in jih gojili v kulturi. Nato so jih injicirali v zarodno tkivo komarjevih embrijev. Okužile so se celice, iz katerih so se kasneje razvili spolni organi. Na tak način je bilo mogoče okužbo z volbahijo prenesti na naslednje generacije komarjev, komarji pa se niso okužili z dengo.

V laboratoriju okužene komarje so namnožili, potem pa so jih v 10 tednih sprostili v naravo v dveh manjših mestih (kjer je sicer pojavnost denge dokaj nizka). Sprostili so jih več kot 100.000, nato pa so več mesecev spremljali, kakšen delež komarjev, ki jih ujamejo v naravi, je okužen z volbahijo. Ugotovili so, da so postopno okuženi komarji prevladali in s tem praktično izpodrinili komarje, ki prenašajo dengo. Tako dober uspeh širjenja komarjev z vobahijo je bilo mogoče doseči samo s posebnim trikom, ki si je tudi zaslužil objavo (12) v reviji Nature (24. avgusta). 

Če se samica, ki ni okužena z volbahiijo, pari s samcem, ki je okužen, se jajčne celice ne morejo razvijati in se torej neokuženi potomci ne morejo razviti. Do tega pride zaradi takoimenovane nekompatibilnosti citoplazme. Okužene samice pa okužbo prenesejo na potomce, zato se po nekaj generacijah tako poveča delež okuženih komarjev v populaciji. Kot rečeno, z vobahijo okuženi komarji ne prenašajo denge. Ker volbahija za človeka ni nevarna (je parazit samo za členonožce), so z bakterijo okuženi komarji zelo verjetno dobra smer v boju proti okužbam, ki jih prenašajo komarji.

Raziskovalci menijo, da bi bilo na podoben način mogoče rešiti tudi problem malarije, ki jo prenašajo komarji iz drugih rodov. Vendar zaenkrat še ni podatkov, ali se je v obeh avstralskih mestih res zmanjšala obolevnost za dengo, saj je tam kliničnih primerov dokaj malo, zato bo za natančnejše podatke potrebnega še nekaj časa.

Novico povzemam po spletni objavi na portalu revije The Scientist.

28. jul. 2011

BIO poklici

Tole prevzemam vsaj v enem delu od kolega Franca, ki je na svojem blogu prejšnji teden objavil povezavo do ameriške strani ScienceBuddies, na kateri predstavljajo strokovne, inženirske in znanstvene poklice. Razen poklica mikrobiologa so tam predstavljeni še biokemiki, bioinformatiki, biologi in nekateri drugi poklici, za katere na univerzitetni stopnji pri nas ni možnosti študija, lahko pa posebna znanja pridobite na magistrski in doktorski stopnji.

Že malo pozornejši pogled na predstavitve BIO poklicev pokaže, da so vede o življenju res precej prepletene med seboj, saj se na primer z razvojem novih zdravil ukvarjajo številni raziskovalci, pač vsak s svojega stališča. Prav tako je z iskanjem povzročiteljev bolezni. Eni gledamo bolj na ravni molekul, drugi na ravni celic ali organizmov. Do končnih spoznanj pa ne more nihče priti sam.

Vseh ameriških podatkov seveda ni mogoče direktno prenesti v slovensko okolje. Recimo podatki o plačah so zelo relativni, zanimiva pa so predvidevanja o trendih zaposlovanja. Za biokemike in bioinformatike predvidevajo 14-20 % hitrejše zaposlovanje od povprečja, za mikrobiologe 7-13 %, medtem ko za biologe računajo na trend, ki bo enak povprečju ostalih poklicev.

Čeprav so podatki narejeni na osnovi trga dela v ZDA, pa predstavitve poklicev podajajo nekatere zanimive podatke za tiste, ki še razmišljate o tem, kaj boste v življenju počeli.

ScienceBuddies sicer predvsem motivira srednješolce in jih usmerja v raziskovalne počitniške projekte.

21. jul. 2011

New York vabi univerze

Newyorški župan je na poslovni konferenci o prihodnosti mesta (19.7.) nagovoril udeležence in v svojem govoru omenil, da je mestna uprava objavila poziv univerzam, da kandidirajo za gradnjo novega univerzitetnega središča, ki bi pokrivalo področja znanosti (naravoslovja) in inženirstva.

Za novo visokošolsko središče bo mesto zagotovilo brezplačno mestno zemljišče in še do 100 milijonov USD sredstev, ki jih bo vložilo v infrastrukturo. Razlog, zakaj so se odločili za tako donacijo, je preprost. Kot je povedal župan Bloomberg, se mesto zaveda, da so univerze zelo pomembne za prihodnost mesta.

Zanimanje za gradnjo novih univerzitetnih stavb so izrazile številne ameriške univerze, pa tudi nekatere univerze iz drugih delov sveta. Tako si mesto obeta, da bo s svojim vložkom prišlo do vrhunske inštitucije (ki bo gotovo vložila več sto milijonov svojih sredstev), prišli bodo dobri učitelji in raziskovalci, v mesto pa bodo s tem privabili najsposobnejše študente, ki bodo morda po zaključku študija pomagali podjetjem iz okolice k hitrejšemu razvoju. Predvidevajo namreč, da naj bi v 30 letih po izgradnji nove univerze mesto dobilo 400 spin-off podjetij in 22.000 stalnih delovnih mest.

Seveda se pri tem ponuja primerjava s Slovenijo in Ljubljano. Tako kot je New York največje ameriško univerzitetno mesto (s približno 600.000 študenti), tako je Ljubljana (s približno 55.000 študenti) največje v Sloveniji. Mislim, da ne bom dočakal dne, ko bo Ljubljana univerzi (kateri koli naravoslovni ali inženirski) ponudila zemljišče in nekaj milijonov evrov samo za to, da bi zagotovila meščanom boljšo prihodnost...

27. jun. 2011

Pomivalni stroj kot evolucijski stroj

Pred dnevi je slovenske (1, 2) in svetovne (3, 4) medije dosegla novica o odkritju slovenskih raziskovalk (pod vodstvom prof. Nine Gunde-Cimermanove z Oddelka za biologijo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani), da je v pomivalnih strojih mogoče najti številne mikroorganizme, med njimi tudi dve za zdravje nevarni. O tem je poročalo celo ameriško ministrstvo za zdravje na svoji spletni strani.

Nedvomno gre za zanimivo najdbo, ki bo (še dodatno) uveljavila našo raziskovalno skupino v krogih mikrobiologov, ki se ukvarjajo z življenjem v ekstremnih življenjskih pogojih. Hkrati pa najdba odpira veliko vprašanj glede evolucije, morda pa tudi zdravstvene varnosti gospodinjskih aparatov. Nekaj o tem je v pogovoru za MMC RTV SLO povedala tudi prof. Gunde-Cimermanova, ki je pri obdelavi podatkov sodelovala z nizozemskimi raziskovalci, ki so vodilni na področju poznavanja črnih kvasovk.

Raziskava, ki je nastala verjetno predvsem iz radovednosti, je lep primer, kako je mogoče z ne izrazito sofisticiranimi pristopi priti do odmevnih rezultatov, ki so zanimivi za vsakogar in jih je celo mogoče predstaviti na enostaven način, ne da bi nujno posegali v bistvo raziskave. Številni raziskovalci namreč poskušajo ugotoviti podrobnosti procesov, ki so skriti nestrokovnjakom in jih je zelo težko razložiti.

Čeprav je odveč bojazen, ki se skriva za naslovi v medijih, kot na primer: Pomivalni stroj me hoče ubiti, je res, da je za večino ljudi pomivalni stroj tisti del kuhinje, kjer res ne bi pričakovali mikrobov. In zelo verjetno jih tam tudi ni, dokler se ne lotite gumijastih tesnil. Ta sicer delno so v stiku z agresivnimi sredstvi za pomivanje, temperatura tam utegne biti nekoliko nižja kot v sredini, razen tega pa curki vroče vode do tesnil ne sežejo in ne morejo mehansko odstraniti mikrobov. Tesnila so torej področje, ki predstavlja zelo selektivno življenjsko okolje, saj večina mikrobov tam ne preživi, preživijo pa lahko tisti, ki so prilagojeni na bazično okolje in visoke temperature. Če se bojite teh mikrobov, potem je preprosta rešitev (čeprav ne absolutna), da po končanem strojnem pomivanju z detergentom obrišete tesnila in krpo temeljito sperete. Gliv seveda na posodi, ki jo sveže oprano in posušeno vzamete iz stroja, ne bi pričakovali in jih zelo verjetno tam tudi ni, tako da so napletanja o tem, kako nevarne so glive iz pomivalnih strojev, bolj akademska. Možno pa je seveda vse, tudi to, da pri čiščenju tesnil kakšna kvasovka pride skozi morebitne poškodbe na koži v telo.

Kuhinja je z mikrobi bogato okolje. Natančnejši pogled v hladilnik, v napo in v odtok pomivalnega korita bi gotovo razkril stotine različnih mikroorganizmov: veliko dela za metagenomske raziskave, ki bi podobno, kot so že analizirali najrazličnejša naravna okolja (oceane, prst, prebavila), lahko preverili tudi, kaj vse živi v naših kuhinjah.

Razen najpogosteje omenjenih (za zdravje ljudi z močno oslabljenim imunskim odgovorom) dveh nevarnih vrst črnih kvasovk iz rodu Exophiala so raziskovalci odkrili še vrsto drugih mikroorganizmov. Analiza 189 pomivalnih strojev (večina jih je bila v slovenskih domovih, precej pa tudi drugje po svetu) je pokazala, da so glive prisotne na tesnilih v 62 % primerov, Exophiala (vsaj ena od obeh nevarnih vrst) pa v 56 % strojev, ki so vsebovali glive. (Te kvasovke sicer rastejo počasi, zato njihova prisotnost včasih v obliki črnega filma kaže na neredno čiščenje stroja.) Rezultati bodo objavljeni v reviji Fungal Biology (članki niso prosto dostopni).

Raziskava glivnega mikrobioma pomivalnega stroja je bolj kot s stališča zdravja verjetno zanimiva zato, ker je pokazala, da je človek s selekcijskim pritiskom, ki ga predstavlja okolje delujočega pomivalnega stroja, verjetno povzročil hitrejšo evolucijo ekstremnim pogojem prilagojenih mikrobov. To je sicer tema drugega članka v reviji Fungal Biology, ki je še v tisku, tako kot še dva druga članka iste raziskovalne skupine, ki je torej zelo uspešna. Faktor vpliva revije je 2,921, s čimer se uvršča na 4. mesto med 19 revijami s področja mikologije.

6. jun. 2011

Globine ne samevajo

Da so morske globine poseljene do neverjetnih globin, že dolgo vemo. Za zemljo pa je večinoma veljalo, da so pogoji za življenje primerni le v povsem zgornjem sloju, v zmernih globinah (nekaj metrov) pa bi lahko preživeli samo še mikrobi. Pogledi na poseljenost zemeljske skorje pa se spreminjajo.

V globinski vodi, ki vre iz globine več kilometrov in so jo zajeli v južnoafriških rudnikih zlata, so namreč našli večcelično bitje, pol milimetra velikega nematoda (valjastega črva, po domače: glisto), za katerega so prepričani, da ni v vodo prišel v rudniškem sistemu, pač pa res živi v globinski vroči vodi. Odkritje je tako pomembno, da je o njem prejšnji teden poročal celo Nature. Žival(co) so poimenovali Halicephalobus mephisto, voda, v kateri živi, pa naj bi bila stara več tisoč let.

V globini, kjer živi ta drobna glista, niso pričakovali tako kompleksnih živih bitij, čeprav je res, da so v zadnjih letih v globinskih sistemih v Mehiki že našli sorodne organizme. Še vedno pa ni jasno, kako pogosti so valjasti črvi v globinskih vodah morda tudi drugod po svetu. Prisotnost večceličnih organizmov globoko pod zemeljsko površino odpira nova vprašanja glede morebitne prisotnosti živih bitij v globinah drugih planetov, na primer Marsa.

H. mephisto živi v vodi, ki vsebuje 100-krat manj kisika kot na primer morska voda. Prehranjuje se z bakterijami, razmnožuje pa se nespolno, so odkrili belgijski in ameriški znanstveniki.

Sicer so predstavniki rodu Halicephalobus znani; nekateri lahko živijo parazitsko in povzročajo zdravstvene težave pri živalih in človeku (npr. H. gingivalis povzroča encefalomielitis predvsem pri konjih).

Novico povzemam pretežno po objavi na spletni strani The Scientist, ta pa temelji na članku, objavljenem v reviji Nature.

19. maj 2011

Lastne reprogramirane celice kot tujki

Ameriški raziskovalci so prišli do presenetljivega spoznanja, da je imunski sistem pri miših inducirane pluripotentne celice (iPS) prepoznal kot organizmu tuje in jih uničil. Pravzaprav je bil odziv podoben, kot če bi miš dobila celice iz genetsko nekompatibilnega seva miši (ali kot če bi človek prejel presajen organ neskladnega darovalca). Tega res ne bi pričakovali.

Logično bi bilo, da če lastno odraslo (diferencirano) celico reprogramiramo, da postane podobna izvorni celici in s tem pluripotentna, niti ta celica, niti celice, ki se iz nje razvijejo po diferenciaciji, ne bi bile imunološko drugačne od prve lastne odrasle celice. Ker pa imunskega odgovora ne moremo izključiti, je postavljeno pod vprašaj tudi morebitno zdravljenje z izvornimi celicami.

Poskus, ki ga je 13. maja objavila revija Nature (novico pa povzemam po komentarju konkurenčne revije Science), je bil sicer narejen nekoliko bolj zapleteno. Analizirali so miši dveh linij (sevov), B6 in 126. Vse miši posamezne linije so genetsko identične, med linijami pa so različne, torej so bile vse miši B6 kot enojajčni dvojčki in vse miši linije 126 kot drugi enojajčni dvojčki. Če so presadili tkiva med posameznimi živalmi iste linije, ni bilo nobenih težav - imunski sistem je presajeno tkivo imel za enako lastnemu. Tkivo ene linije presajeno v miš druge linije je seveda imunski sistem prepoznal in ga uničil.

Nato so poskus izvedli z embrionalnimi izvornimi (ES) celicami. Celice, dobljene iz ene miši, so vcepili v drugo miš istega seva. Kot so pričakovali, so se celice vsidrale in se začele deliti, hkrati pa delno diferencirati. Tako maso celic imenujemo teratom. Tako kot pri presadku tkiva, je tudi pri presaditvi ES-celic enega seva miši v miš drugega seva prišlo do imunskega odgovora in celice se niso 'prijele' - teratomi se niso razvili.

Na koncu so enak poskus naredili z reprogramiranimi (iPS) celicami. Pri miših B6, ki so dobile iPS iz celic druge miši seva B6, so opazili dva nepričakovan pojava. V nekaterih primerih se niso razvili teratomi, kar so razložili s tem, da je imunski sistem iPS-celice prepoznal kot tuje. V nekaterih drugih primerih pa so opazili, da so teratomi nastali, nato pa so zaradi imunskega odgovora začeli izginjati. Dokazali so torej, da imunološke lastnosti iPS-celic niso povsem enake lastnosti celic, iz katerih so nastale.

Raziskovalci so vzporedno preizkusili alternativni način reprogramiranja, pri katerem gene, ki jih je bilo treba vključiti, da se je sprožila dediferenciacija, po končanem reprogramiranju ponovno izključijo. Tako pripravljene iPS-celice so bile manj imunogene od tistih, ki so jih pripravili po klasičnem postopku.

Nekateri znanstveniki, ki se ukvarjajo z izvornimi celicami, menijo da gre za zanimivo spoznanje, ki pa ne bo zavrlo razvoja postopkov zdravljena z iPS. Tehnike reprogramiranja bodo gotovo še izpopolnili, po drugi strani pa potem, ko bi bila diferenciacija zaključena, geni, ki so inducirali imunsko različnost, verjetno tako ali tako ne bi bili več aktivni.


4. maj 2011

Prihaja konferenca SB 5.0

Čez dober mesec (15. junija) se bo v Stanfordu v Kaliforniji začela svetovna konferenca o sintezni biologiji z oznako SB 5.0. Gostil jo bo inštitut SynBERC (Inženirsko-raziskovalni center za sintezno biologijo), ena od vodilnih ustanov na tem področju, ki združuje raziskovalce s širšega območja San Francisca. Več o tem bom verjetno napisal, ko bo dogodek potekal, ali ko bodo na spletu posnetki predavanj.

Posebna zanimivost pa je neformalno srečanje na predvečer otvoritve konference. V avli ene od stavb, Huangovega inženirskega centra, bodo dali možnost komurkoli, ki ima kakršnokoli zamisel, kakšna bo sintezna biologija čez eno leto, pet, deset ali več let. Na voljo bo imel mikrofon in pet minut časa, da pove svoje mnenje ali predstavi svoje ideje. Nastopijo lahko študentje, doktorandi, raziskovalci, zaposleni v podjetjih in vodilni delavci.

Sicer organizatorji želijo uvesti nekaj reda v predstavitve in zahtevajo najave s kratkim opisom (v dveh stavkih), to pa je tudi vse. Vseeno se mi zdi, da je ideja o kratkih predstavitvah trendov in zamisli za raziskave izvrstna in številni simpoziji in kongresi bi precej pridobili, če bi ponudili podobno popestritev programa. Hkrati bi sprožili razprave o trendih na določenem področju, lažje pa bi stekle tudi razprave o konkretnih raziskovalnih dosežkih na predavanjih ali predstavitvah postrov. Morda bi to bilo nekaj celo za letošnje srečanje Slovenskega biokemijskega društva, ki bo v jeseni potekalo v Mariboru kot skupni kongres s srečanjem Slovenskega mikrobiološkega društva?

19. apr. 2011

Študenti o epigenetiki

Po bolonjski prenovi študija Biokemije letos prvič izvajamo predmet Molekularna biologija v 2. letniku. Ko sem razmišljal, kako bi organiziral seminarje, sem se odločil, da vse seminarje posvetimo isti temi, tako da vsi študenti v letniku opišejo različne vidike istega področja.

Vodilna tema letošnjih seminarjev so epigenetske spremembe v celici in organizmu - to so lastnosti, ki se lahko dedujejo, a niso zapisane z nukleotidnim zaporedjem na DNA. Gre predvsem za metilacijo nukleotidov, ki spremeni izražanje genov, in za kemične spremembe histonov, proteinov, na katere je navita DNA v jedru.

Skupaj 15 seminarskih tem je na kratko predstavljenih na spletu, ta teden pa sledijo še predstavitve v predavalnici. Če koga to področje zanima, jih lahko pride spremljat v veliko predavalnico IJS (Jamova 39) in to 20.4. od 10:20 do 12h (teme 1-7) in 22.4. od 10:40 do 12:30 (teme 8-15).

Seznam tem in povezave do povzetkov (ki niso niti lektorirani, niti recenzirani):

13. apr. 2011

iGEM letos brez slovenske ekipe

Kot sem najavil že novembra lani, letos študentsko tekmovanje iz sintezne biologije poteka po spremenjenih pravilih, dvostopenjsko. Lani so pričakovali, da se bo leta 2011 na tekmovanje prijavo okoli 165 ekip z vsega sveta, do roka, ki je potekel 31. marca letos, pa se jih je prijavilo 153. Ekipe so razdeljene v tri regije, ki bodo imela svoja (pred)tekmovanja v oktobru.

Evropsko prvenstvo, na katerem bodo razen 44 evropskih univerz tekmovale še tri afriške ekipe, bo v Amsterdamu 1. in 2. oktobra letos. Na vseameriškem prvenstvu se bo srečalo 61 ekip Severne, Srednje in Južne Amerije 7. in 8. oktobra v Indianapolisu, azijsko prvenstvo, na katerem bo sodelovalo 47 ekip iz Azije in Avstralije, pa bo teden dni kasneje v Hong Kongu. Najboljše ekipe s teh treh regionalnih tekmovanj se bodo med seboj pomerile na ameriški univerzi MIT v Cambridgu 5. do 7. novembra.

Letošnja novost je tudi predvideno tekmovanje (ameriških) srednješolskih ekip, vendar so se prijavile le tri šole, zato to tekmovanje ne bo tako zanimivo kot tekmovanje univerzitetnih ekip.

Kot sem omenil že v naslovu, letos ni prijavljene slovenske ekipe, ki jo je doslej vodil dr. Jerala s Kemijskega inštituta. Kolikor vem, je razlog ta, da v njegovih laboratorijih še dokončujejo projekte s preteklih tekmovanj. V času, ki je sicer vsako leto predviden za pripravo študentskih projektov, namreč ni mogoče opraviti vseh tistih eksperimentov, ki bi bili potrebni za zaključek raziskav, na tekmovanje pa je mogoče priti le z zanimivimi novimi projekti. Zato je razumljivo, da so se odločili za enoletno odsotnost s tekmovanj iz sintezne biologije.

Ljubljani najbližja ekipa je na tržaški univerzi, ki se je letos prijavila prvič. Ekipo bo vodil dr. Manfioletti z Oddelka za vede o življenju.

4. apr. 2011

Richard Feynman: ustvariti, ne zgraditi

Richarda Phillipsa Feynmana tudi pri nas poznajo (predvsem) matematiki in fiziki. Ta ameriški znanstvenik (1918-1988) je dobil Nobelovo nagrado za fiziko leta 1965 in to za raziskave kvantne elektrodinamike, ki so močno vplivale na fiziko osnovnih delcev. Da ga je zanimala tudi biologija, je morda manj znano, a ga je, saj je imel veliko prijateljev, ki so delali na področju genetike in drugih ved o življenju. Dobro, bil je tudi bobnar, slikar in predvsem dober učitelj, ki je baje rekel, da če nečesa ni mogoče razložiti brucu, potem tega še nismo dovolj dobro raziskali. Obstaja vrsta skoraj že pregovorov, ki jih pripisujejo Richardu Pheynmanu. Med temi je tudi stavek: Česar ne morem ustvariti, ne razumem. Napisan je bil na tabli v njegovem kabinetu na inštitutu Caltech, ko je umrl (druga tabla levo zgoraj na sliki). Sicer pa so bile baje njegove zadnje besede: Ne bi rad dvakrat umrl. Tako dolgočasno je.

S svojim pestrim življenjem in vpetostjo v več znanstvenih področij je postal ena najbolj vidnih osebnosti svojega časa v Ameriki. Stavek s table je postal tako znan, da so se ga odločili vključiti kot skrito besedilo (tako imenovan vodni tisk) tudi v sintezni genom bakterije Mycoplasma mycoides. Avtorji genoma tega niso vnaprej objavili, zato so se številni strokovnjaki lotili iskanja s primerjavo sinteznega in naravnega genoma. Pri tem pa so bili presenečeni, saj v genomu ni pisalo točno tako, kot je napisal Feynman na tablo, pač pa: Česar ne morem zgraditi, ne morem razumeti. Seveda za sintezne biologe ustvariti in zgraditi ni eno in isto: ustvarite lahko na papirju, zgraditi pa pomeni izvesti v praksi, tako da lahko preverimo, ali deluje.

Craig Venter, idejni oče 'sintezne bakterije', je priznal napako in prejšnji mesec na predavanju omenil, da bodo napako popravili, tako da bo v genom vključeno pravilno besedilo, poroča Forbes. O tem na kratko piše tudi The Scientist.

Razen znamenitega Feynmanovega stavka vodni tisk (nekateri mu pravijo tudi DNA-podpis) vsebuje tudi imena raziskovalcev, ki so delali na projektu, kratko kodo v jeziku HTML, e-poštni naslov, citat Jamesa Joycea in še en citat, pripisan Robertu Oppenheimerju. Besedilo je vpisano tako, da ga v glavnem lahko beremo z enočrkovnimi oznakami aminokislin (trije nukleotidi zapisujejo za eno aminokislino). Način zapisovanja je opisan v Wikipediji.


10. mar. 2011

Odkritja leta 2010

Tole je zdaj z veliko zamudo... ampak vsako leto sem nestrpno pričakoval, katera odkritja bodo uredniki revije Science razglasili za najpomembnejša v iztekajočem letu, lani pa je decembra kar nekako zmanjkalo časa. Mogoče bi se bolj potrudil, če bi bilo 'naj' odkritje s področja ved o življenju, a je bilo tokrat s področja kvantne fizike, to pa ni tema tega bloga. Toda kljub temu, da je prvo mesto zasedla fizika (prva izvedba kvantnega stroja v velikosti, vidni s prostim očesom), seznam naj-odkritij vključuje na mestih 2 do 10 veliko bioloških odkritij. Rekel bi celo, da jih je več kot kdajkoli v zadnjih letih. Od devetih odkritij na teh mestih jih je osem s področij ved o življenju. Samo kvantni simulator težko uvrstimo na širše področje biologije, vse ostale pa. Teh osem tem in/ali odkritij je:

Sintezna biologija
V lanskem letu je prvič uspelo sinetetizirati celoten genom bakterije in ga uvesti v živo bakterijo druge vrste, kjer je izpodrinil prvotni genom in služil kot matrica za sintezo proteinov.

Genom neandertalca
Iz kosti treh neandertalk iz hrvaških najdišč (starih okrog 40.000 let) so izolirali DNA in določili nukleotidno zaporedje, ki je omogočilo prvo primerjavo med sodobnim človekom in neandertalci.

Zaščita pred okužbo z virusom HIV
Žal ni šlo za cepivo in zaščita ni popolna, toda dva nova pristopa sta vendarle dala dobre rezultate. Vaginalni gel z vključenim protivirusnim zdravilom tenofovir je pri ženskah zmanjšal pogostost okužb za 39 %, oralna profilaksa pred stikom z okuženimi moškimi pa je bila učinkovita skoraj 44-odstotno.

Določanje zaporedij eksomov
Genom je zelo na redko posejan z deli, ki zapisujejo za proteine. Ti deli, eksoni, sestavljajo tako imenovan eksom, določitev zaporedja eksoma pa je bistveno manj zahtevna kot določitev zaporedja celotnega genoma. Z analizami eksomov so v letu 2010 določili mutacije, ki so odgovorne za razvoj več kot desetih redkih dednih bolezni.

Simulacije molekulske dinamike
Računanje molekulske dinamike na osnovi gibljivostnih lastnosti atomov, ki te molekule sestavljajo, je zelo zahtevno in potrebujemo izredno zmogljive računalnike. Tudi najmanjši proteini vsebujejo za take simulacije ogromno število atomov, zato je bilo za preračunavanje dinamike zvijanja proteina treba uporabiti enega najmočnejših računalnikov na svetu.

Genomika nove generacije
Nove naprave za določanje nukleotidnih zaporedij so omogočile cenejše in hitrejše analize večjega števila ljudi iz različnih delov sveta. S tem dobivamo vpogled v razlike med ljudmi in z večjo gotovostjo razlikujemo med zaporedji, ki so posebnost posameznika in tistimi, ki so nujni in res skupni vsem.

Celično reprogramiranje z RNA
Kako iz diferenciranih celic narediti pluripotentne, take kot so v zarodkih, ni več skrivnost. Lani so spekter postopkov za dediferenciranje razširili z novo metodo, ki vključuje sintetične molekule RNA. Novi pristop je hitrejši in kar 100-krat bolj učinkovit kot dosedanji, hkrati pa naj bi bil tudi bolj varen.

Vrnitev podgane
Najpomembnejša laboratorijska žival je bila v zadnjih desetletjih miš. Do tega slovesa je prišla delno tudi na račun tehnologije izbijanja genov, ki je omogočala določitev vloge posameznih genov v organizmu. Vendar pa je miš anatomsko manj podobna človeku kot na primer podgana, razen tega pa je tako drobna, da je delo z mišmi včasih prav nepraktično. Šele lani so razvili nove postopke za pripravo podgan z izbitimi geni, ki obetajo, da se bodo podgane vrnile v raziskovalne laboratorije.

(Povzeto po novici Ameriškega združenja za napredek znanosti.)

15. feb. 2011

Človekov genom 10 let kasneje

Danes mineva točno 10 let od objave zaporedja človekovega genoma v reviji Nature, jutri pa od objave v reviji Science. Čas za kritičen pogled na takratna pričakovanja, povezana s tem dosežkom, in na današnjo realnost, ko se je navdušenje v veliki meri poleglo.

Verjetno vsi soglašamo, da je šlo za velik tehnični dosežek. Mednarodni konzorcij raziskovalcev se je projekta lotil v času, ko tehnologija tako zahtevnega dela v razumnem času sploh še ni omogočala, konkurenčna skupina, zbrana okrog Craiga Venterja pa je zbrala takrat najnaprednejše aparature in iz več kot 27 milijonov koščkov sestavila skoraj 3 miljarde nukleotidov v za takrat neverjetno kratkem času (po njihovi trditvi v 9 mesecih). Leto 2000 je bilo gotovo leto velikega tekmovanja v znanosti, kakršnih je bilo v zgodovini ved o življenju sicer še nekaj (na primer določitev genetskega koda), a ne veliko.

Nobena od znanstvenih revij seveda ni mogla objaviti celotnega zaporedja nukleotidov, saj bi za to potrebovali celo skladovnico knjig. Zaporedja, ki jih je določal konzorcij 20 raziskovalnih skupin z vsega sveta, so sproti objavljali v javno dostopnih bazah podatkov, tako da so bila na voljo tudi skupini iz podjetja Celera in nobenega dvoma ni, da so si s temi podatki lahko precej pomagali pri svojem delu. Objavili pa so lahko nekaj osnovnih podatkov o velikosti genoma (to je bilo večinoma jasno že par let prej) in njegovih značilnostih. Jasno so pokazali, da samo dober odstotek genoma zapisuje za proteine in da je genov za proteine precej manj kot so najprej predvidevali.

Do leta 2001 so bili znani genomi samo treh večceličarjev: dveh živali in ene rastline - črva Caenorhabditis elegans, vinske mušice in navadnega repnjakovca. Vsi trije genomi so podobne velikosti in so 20-30 -krat manjši od genoma človeka. V tej luči je verjetno dosežek, kakršnega je predstavljala določitev zaporedja človekovega genoma, lažje razumljiv. S tem, ko so razvili postopke, orodja in aparature, ki so bili primerni za analizo tako zahtevnih genomov, je bil začetek prejšnjega desetletja čas določitve številnih zanimivih genomov, ki so omogočili primerjavo med bolj ali manj sorodnimi genomi in s tem molekularni vpogled v evolucijo na najbolj osnovni ravni. Medtem, ko so prej poskušali določiti filogentska drevesa na osnovi zaporedij posameznih proteinov ali genov, je zdaj bilo mogoče primerjati celotne genome. Primerjalni genomiki še dolgo ne bo zmanjkalo dela.

Danes poznamo nukleotidna zaporedja več kot 2500 virusov (nihče ne ve, koliko jih v naravi v resnici obstaja, zelo verjetno pa bistveno več kot smo mislili pred 10 leti), skoraj 1500 bakterij in arhej ter 41 evkariontov (ob tem pa jih je še več kot 1000 v različnih fazah določanja zaporedja). Med večceličarji je težko reči, kateri so najpomembnejši ali najbolj zanimivi. Gotovo so zanimivi genomi človeku podobnih opic, pa tudi drugih primatov, saj na njihovi osnovi lahko poskušamo razumeti, kaj nas 'dela ljudi'. Za razumevanje evolucije so zanimivi tudi organizmi iz drugih skupin vretenčarjev: ptice (kokoš), plazilci (legvan), ribe (zebrica), pa tudi nekateri maločlenarji kot predhodniki vretenčarjev (morski ježki). Za tiste, ki jih zanimajo predvsem rastline, so tu genomi riža, topola, vinske trte, paradižnika, koruze...

Da bi lahko rekli, da je neko genomsko zaporedje v celoti določeno, je potrebnega veliko natančnega iskanja tistih zadnjih kosov genoma, ki so najbolj zapleteni za določanje, saj gre za 'izgubljene klone' ali za tako podobna ponavljajoča se zaporedja, da je težko zagotovo reči, ali gre za nek nov košček, ki še ni bil uvrščen v genom, ali za kos, ki so ga že upoštevali. Med živalmi so v resnici kot dokončno določenih zapisanih samo šest genomov: mišji, prašičji, šimpanzov, dveh vrst vinskih mušic in črva cenorabditisa. Veliko genomov, ki so oglaševani kot 'znani', je v kategoriji genomov, ki jih še sestavljajo, vseeno pa je na voljo dovolj podatkov, da je mogoče izvesti primerjalne analize.

Na približno pol poti od objave zaporedja človekovega genoma do danes so začeli intenzivno razvijati alternativne metode za določanje nukleotidnih zaporedij, ki so dosti bolj zmogljive od tiste, ki so jo uporabili pred desetletjem. Njihova uporabnost pa je v sedanji obliki predvsem pri določanju zapredij, ki so precej podobna že znanim zaporedjem, saj lahko v posamezni reakciji določijo le majhno število nukleotidov, zato je zelo težko pravilno uvrstiti to kratko zaporedje v celoten genom. Verjetno bodo metode še izboljšali, hkrati pa še pocenili, saj je cilj razvijalcev opreme omogočiti določanje genomskih zaporedij ljudi za ceno nižjo od 1000 dolarjev (projekt Človekov genom je pred desetletjem stal okrog 800 milijonov dolarjev). Lani poleti naj bi bila cena še okrog 20.000 dolarjev, a tehnologijo neprestano posodabljajo in morda je samo vprašanje nekaj let, kdaj se bodo spustili pod magično mejo 1000 USD za celoten genom.

Po prvih objavah zaporedja človekovega genoma, pri katerih so izhajali iz različnih izhodiščnih vzorcev, so določili tudi zaporedji 'čistih vzorcev', torej znanih posameznikov. Vsi ti podatki kažejo, da so razlike med posamezniki okrog desetinke odstotka genoma. Kmalu je postalo jasno, da je mogoče analizirati le mesta, ki so različna, saj se pogosto pojavljajo na istih točkah v genomu. Govorimo o polimorfizmu posameznih nukleotidov (SNP). Z biočipi je ta mesta mogoče analizirati precej hitreje in ceneje. Tovrstne analize omogočajo raziskave razlik med rasami, med zdravimi in bolniki z določenimi boleznimi itd.

Kljub temu, da so razlike med posamezniki na ravni nukleotidnih zaporedij sorazmerno majhne, so nekatere raziskave pokazale, da pa se lahko znotraj genoma (ob ohranjenih lokalnih zaporedjih) posamezni segmenti kromosoma lahko premaknejo ali pa se pojavljajo v različnem številu kopij in te razlike so lahko tudi precej obsežne. Tudi ta polimorfizem je povezan z nekaterimi boleznimi, pravega pomena pa verjetno še ne razumemo.

Na osnovi zaporedja človekovega genoma številnih razlik med ljudmi ni mogoče razložiti. Vse bolj jasno postaja, da je razen zaporedja samega pomemben tudi vzorec metiliranih baz v genomu, saj je (tudi) od tega odvisno, kateri geni bodo aktivni in kateri ne. S tem se ukvarja posebno področje, imenovano epigenetika.

Vrnimo se k pričakovanjem, ki so jih strokovnjaki in še bolj nestrokovnjaki povezovali z določitvijo zaporedja človekovega genoma. Ta so bila nedvomno visoka. Nenazadnje na to kaže gibanje vrednosti delnic podjetja Celera - ta je izrazito narasla v času tekme in objave zaporedja, nato pa je sorazmerno hitro upadla. Marsikdo je razočaran, da nova zaporedja, ki so obetala razkritje novih tarč za zdravila, niso prinesla toliko novih zdravil kot bi si želeli. Samo poznavanje zaporedja brez znane funkcije in interakcij v organizmu ne zadošča za racionalno načrtovanje novih učinkovin.

Reviji Nature in Science sta ob 10. obletnici objavili vrsto esejev na temo določitve zaporedja človekovega genoma, še nekateri pa bodo sledili ta teden. Gotovo zanimivo branje, če imate čas (in dostop do obeh revij).

TVS1: Večerni gost 20.2.

To nedeljo (20.2.) ob 21.45 bo na TV Slovenija 1 na sporedu oddaja Večerni gost. V 50-minutnem pogovoru, ki ga bo vodil Sandi Čolnik, se bo predstavil biokemik prof. dr. Roman Jerala, vodja Laboratorija za biotehnologijo na Kemijskem inštitutu in profesor za bioinformatiko na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo ljubljanske univerze. Gotovo bo povedal tudi marsikaj zanimivega o mentorskem delu s študenti, ki se tako uspešno udeležujejo tekmovanj iz sintezne biologije.

3. feb. 2011

Reprogramirane izvorne celice: ne čisto reprogramirane

Ko se je že zdelo, da bodo etične zadrege in razprave zaradi uporabe embrionalnih izvornih celic končno mimo, se je stvar ponovno nekoliko zapletla. Teoretično je sicer mogoče celice, ki so bile diferencirane, ponovno vrniti v stanje, podobno kot je v zgodnjem zarodku: da so se namreč celice ponovno sposobne razviti v širok spekter različnih celic (pluripotentnost). Ključne izsledke, ki so omogočili razvoj tehnike reprogramiranja, so objavili v letih 2007-2009 (prim. zapis Od iPSa do piPSa), lani pa je bilo na tem področju nekaj zatišja. Na nov način dobljene celice je bilo treba natančneje preučiti - in rezultati so zdaj tu.

V reviji Nature so včeraj objavili, da so odkrili mesta v genomu induciranih pluripotentnih celic (iPS), ki kljub postopku reprogramiranja ohranijo metilacijski vzorec celice, ki so jo reprogramirali. Celica torej ne 'pozabi' povsem, kaj je bila, preden so jo z biokemijskimi postopki vrnili v nediferencirano stanje. Sicer ne gre za prvo resno analizo iPS, je pa prva na človeških celicah, pri kateri so zelo sistematično primerjali vzorec metiliranih baz v DNA somatskih, embrionalnih izvornih (ES) in induciranih pluripotentnih celic ter enakih celic, ki so jih ponovno diferencirali. Metilacijski vzorec na celotnem genomu imenujejo kar metilom, preverili pa so ga pri petih celičnih linijah iPS celic. Ugotovili so, da je pri iPS celicah raven reprogramiranja dokaj različna in da imajo take celice 'somatski spomin' - to pomeni, da se 'spomnijo', kako so bile metilirane, ko so bile še diferencirane. Območja, ki obdržijo nekdanjo metilacijo, so lahko dolga okrog milijona baznih parov, skoncentrirana pa so na mestih v bližini centromerov in telomerov. Čeprav je bil v splošnem metilacijski vzorec embrionalnih in iPS celic precej podoben, so našli skoraj 1200 področij z razlikami, najobsežnejše pa so bile na 22 področjih, ki so jih imenovali žarišča (hotspots) in kjer je za ES značilna metilacija sploh manjkala.

Zakaj je metilacijski vzorec tako pomemben? Metilacija lahko vpliva na raven izražanja genov, torej kako pogosto se bo nek gen prepisoval v RNA. Bolj metilirana DNA se bolj redko prepiše, manj RNA pa pomeni manj proteina. na DNA se metilirajo praktično samo baze C, ki jim sledijo baze G, samo pri embrionalnih izvornih celicah pa so našli metilirane tudi baze C, ki jim sledi katerakoli druga baza. Analize metilacijskih vzorcev DNA predstavljajo večino raziskav na področju epigenetike, na ravni genoma pa govorimo o epigenomiki.

Čeprav morda večina bere nova spoznanja o razlikah med iPS in ES celicami kot napoved slabih časov za raziskave, usmerjene k regenerativni medicini, pa mislim, da ni tako črno, kot se zdi. Čeprav so epigenetske razlike med celicami zdaj razkrite, to ne pomeni, da iPS celice niso uporabne, ali pa vsaj da zaradi delno ohranjene metilacije niso bistveno manj uporabne kot ES celice. Razen tega bo mogoče zdaj, ko vemo, kaj je treba preverjati, morda možno razviti postopke, ki bodo metilacijski vzorec bolj, če že ne v celoti, približali tistemu, ki je značilen za embrionalne izvorne celice.

O rezultatih zadnje raziskave pišejo tudi na spletni strani revije The Scientist, odkoder sem povzel nekatere podatke.

6. jan. 2011

Povsem umetni proteini lahko nadomestijo naravne

Kolega Franc Nekrep, ki ureja Mikrob(io)log, me je opozoril na novico, ki je danes zaokrožila med tistimi, ki jih zanimajo vede o življenju. Raziskovalci z univerze Princeton so namreč razvili proteine, ki se po svoji zgradbi bistveno razlikujejo od naravnih proteinov, pa vseeno lahko v bakterijah, ki so jim predhodno odstranili nekatere gene, nujno potrebne za življenje, omogočijo njihovo preživetje.

Čeprav je morda nelogično, zakaj bi nekdo poskušal nadomestiti naravne proteine z umetnimi, če naravni normalno delujejo, ima raziskava nek določen pomen za znanost samo. Doslej je bilo namreč tako, da smo vedno izhajali iz naravnih proteinov (in genov za naravne proteine) - tako je nenazadnje Venterjeva 'sintezna celica' konec koncev sestavljena iz genov, ki so v naravi že bili prisotni in gre torej v veliki meri za kopiranje narave. S teoretičnega stališča pa tokratna raziskava pomeni preseganje takega gledanja, saj so dokazali, da lahko neko funkcijo v celici opravljajo proteini, ki jih narava v evoluciji ni izdelala in torej ni treba vedno iskati nekih naravnih zaporedij, da dobimo točno določeno funkcijo v celici.

Raziskavo so predvčerajšnjim objavili v reviji PLOS One in članek je prosto dostopen. Za lažje razumevanje pa predlagam, da preberete novico na spletni strani univerze Princeton.

V izhodišču raziskave je bila zamisel, da bi pripravili knjižnico sinteznih genov, ki so bili načrtani na tak način, da so zapisovali za več kot 1 milijon različnih aminokislinskih zaporedij, sestavljenih iz izmenjujočih se polarnih (P) in nepolarnih (N) aminokislinskih ostankov. Zaporedje je bilo PNPPNNPPNPPNNP, pri čemer so kot P uporabili 6 različnih aminokislin, kot N pa 5 različnih aminokislin. Vsi sintezni geni so zapisovali za proteine dolge 102 ostanka in zaradi take nenavadne razporeditve aminokislin je bilo mogoče predvideti, da se bodo zvili v prostorsko strukturo, urejeno kot snop sestavljen iz 4 alfa-vijačnic. Kratke zavoje med vijačnicami so konstruirali iz 9 različnih aminokislin, nekatera mesta znotraj vijačnic pa so fiksirali. Kljub temu, da so lahko napovedali obliko proteina, pa ni bilo mogoče predvideti, kakšno funkcijo bi imeli taki naključno sestavljeni proteini.

Da bi dokazali, da so nekatere strukture take, da lahko uspešno nadomestijo kakšne manjkajoče gene, so uporabili bakterije Escherichia coli, ki so imele načrtno uvedene delecije. Vsak od 27 uporabljenih sevov je imel okvarjen oziroma manjkajoč samo po en gen, ki pa je bil tak, da zaradi tega celice niso mogle rasti, ne da bi jim dali na razpolago popolno mešanico hranil.

Ugotovili so, da od 27 mutantov pri 4 lahko dosežejo ponovno rast v minimalnem gojišču. To se je zgodilo zato, ker so vneseni naključni sintezni geni prevzeli vlogo okvarjenih genov. Ko so pripravili sev z okvarjenimi vsemi 4 geni, je še vedno bilo mogoče doseči rast v prisotnosti izbranih sinteznih genov.

Že predlani je ista raziskovalna skupina dokazala, da nekateri proteini s strukturo, kakršna je opisana zgoraj, lahko vežejo kofaktorje in lahko opravljajo encimske funkcije, vendar je šlo za analize in vitro in za uporabo umetnih substratov. Tokrat pa so dokazali, da taki proteini lahko delujejo tudi na naravne substrate in v zapletenem naravnem okolju, kakršno celična citoplazma predstavlja.

Preverili so tudi, da pojav rasti na minimalnih gojiščih ni posledica kakšne naključne mutacije v genomu, tako da lahko verjamemo, da je res prišlo do komplementacije z umetnimi proteini (umetni so bili, kar se tiče zaporedja aminokislin, sintetizirale pa so jih bakterije same na osnovi sinteznih genov, vstavljenih v ekspresijske vektorje).

Štirje naravni proteini, ki jih je bilo mogoče nadomestiti z nesorodnimi naravnimi so bili trije encimi iz biosinteznih poti aminokislin in en encim, ki omogoča odcep železa z nosilne molekule, ki omogoča vnos železa v pogojih nizke koncentracije železovih ionov v gojišču. Kako točno delujejo umetni proteini je težko zagotovo ugotoviti, nekaj poskusov pa je bilo narejenih v smeri razjasnitve mehanizma popravljanja okvare. Ne glede na mehanizem pa avtorji trdijo, da je ključno odkritje, da je mogoče kar 0,1 % genoma bakterije nadomestiti z nenaravnimi geni in da celica še vedno preživi.

Morda se 0,1 % ne sliši veliko, a treba je razumeti, da so poskusili samo z enim tipom zvitja in eno dolžino proteinov. Gotovo bi se dalo priti do 'boljšega' rezultata s še več spremenljivkami v eksperimentu, ki pa je bil že tako precej kompleksen.

Celice z umetnimi proteini so rastle bistveno počasneje kot celice z naravnimi proteini, vendar avtorji menijo, da bi z nadaljnimi mutacijami lahko tudi delovanje umetnih proteinov izboljšali.

Na dolgi rok se po mojem vseeno postavlja vprašanje, ali je res smiselno iskati umetna zaporedja in umetne proteine v primerih, ko je evolucija že izdelala naravna in dobro delujoča zaporedja. A kot rečeno, tokrat je šlo samo za dokaz, da umetno lahko do neke mere nadomesti naravno.

2. jan. 2011

In leto 2011 je tu

Nihče ne ve, kaj nam bo prineslo to leto, a gotovo bo spet polno zanimivih odkritij in dosežkov s področja ved o življenju. Tudi letos bom poskusil izbrati nekatere zanimivosti in jih predstaviti na tem blogu.

Za uvod v leto pa prepisana šala, malo tudi na svoj račun:

Teroristi ugrabijo tri znanstvenike: virologa, nevrobiologa in molekularnega biologa. Imajo jih za talce in ker zadeva ne steče, kot bi morala, se odločijo, da jih postrelijo. Največ enega so pripravljeni pustiti pri življenju, če razloži, zakaj je njegovo življenje pomembno za celotno človeštvo.

Virolog razloži, da lahko ugotovi, ali je kdo okužen z virusom HIV. Ko pa ugotovijo, da okužbe ne zna pozdraviti, ga takoj ustrelijo.

Naslednji je na vrsti molekularni biolog. Še preden pa začne svojo zgodbo, zavpije nevrobiolog: "Ustrelite me, prosim, ustrelite me! Ne prenesem, da ta tip spet razlaga, kako je molekularna biologija ključ za prihodnost sveta!"

(Zgodbo sem nekoliko priredil, v originalu pa jo je objavila Anita Allen na spletni strani The Scientist.)