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.