21. apr. 2010

Kdo je bil v Denisovi jami?

Mogoče ste zasledili (slab mesec nazaj) novico, da so v Sibiriji našli dokaze o obstoju doslej neznanega človečnjaka. No, če niste, je tule zgodba - in recimo, da sem z njo čakal do danes, ker sem včeraj primer dal kot vprašanje na izpitu iz Tehnologije rekombinantne DNA. Do pravih odgovorov je bilo mogoče priti samo s sklepanjem in seveda ob poznavanju tehnik za analizo DNA, to pa morajo absolventi biokemije seveda znati...

V Sibiriji torej, v pogorju Altaj in slabih 30 m nad reko Anuj, je jama, ki ima eno manjšo dvorano (velika je kakšnih 100 m2), iz nje pa vodi več krajših rovov. V srednji in pozni kameni dobi so tam živeli ljudje. To je bilo pred 125.000 do 30.000 leti. S fizikalnimi in paleobotaničnimi analizami so ugotovili starost sledov naselitve, vemo pa tudi, kakšni klimatski pogoji so takrat vladali ter kakšna flora je takrat uspevala v okolici. Našli so kamnito in koščeno orodje, pa tudi okrasje iz kamnov, kosti, mamutovih oklov, živalskih zob, lupine nojevih jajc in oklepov mehkužcev. V 18. stoletju je v jami živel puščavnik, menih z imenom Denis (Dionizij) in prav po njem se jama tudi imenuje.

Človeških ostankov so odkrili zelo malo; dva zoba in nekaj koščkov kosti, kar pa doslej ni zadoščalo za določitev, ali so bili v jami nenadertalci ali sodobni človek. Zdaj pa so sodobne analize omogočile natančnejši vpogled v to, kdo je prebival v jami. Iz koščka kosti mezinca otroka - odkopali so jo že leta 2008 -, ki je bil star med 5 in 7 let, so na Inštitutu Maxa Plancka za evolucijsko antropologijo v Leipzigu izolirali DNA in ugotovili, da je drugačna od neandertalske, pa tudi drugačna od DNA sodobnega človeka. Zaključili so, da je koščica pripadala neki doslej neznani skupini človečnjakov, kar naj bi bil dokaz, da so se ljudje selili iz Afrike, ki še vedno velja za 'zibelko človeštva', večkrat kot smo doslej mislili.

Zaporedje mitohondrijske DNA so analizirali z novimi aparaturami, ki zahtevajo večkratno preverjanje istega zaporedja kot je bilo to potrebno s klasičnimi analizami. Tokrat so vsak nukleotid v povprečju prebrali 156-krat. Sestavljeno zaporedje so nato primerali z zaporedji šestih neandertalcev, približno enako starega sodobnega človeka in 54 danes živečih ljudi. Razlika med neandertalsko in sodobno mitohondrijsko DNA je v 202 nukleotidih (od skupaj približno 16.600), pri novem vzorcu pa je bilo razlik 385 (šimpanzi se razlikujejo od človeka v pribl. 1400 nukleotidih).

V Lepzigu deluje najbolj znana skupina za analizo paleontoloških vzorcev človeške DNA na svetu. Vodi jo dr. Svante Pääbo, ki vodi tudi konzorcij Neandertalski genom. Leta 2008 jim je uspelo sestaviti celotno zaporedje neandertalske mitohondrijske DNA in primerjava s človeško mitohondrijsko DNA je pokazala večje razlike v zaporedju nukleotidov kot so jih pričakovali. Doslej so pregledali že več kot 100 neandertalskih mitohondrijskih genomov in vsi so si med seboj zelo podobni. DNA iz prsta, ki so ga analizirali tokrat, kaže, da je med prvo znano selitvijo človeka iz Afrike (to je bila selitev pokončnega človeka, Homo erectus, pred 1,9 milijona let) in drugo doslej znano selitvijo (prednika neandertalcev in sodobnega človeka pred 500.000 do 300.000 leti) bila še ena, pred 1 milijonom let.

Glede na to, da ocenjujejo ostanke človeka v Denisovi jami na starost vsaj 40.00o let, to pomeni, da so na planetu sočasno živeli sorodni, a različni človečnjaki. Tako kot je v Srednji Evropi morda nekaj časa neandertalec sobival z zgodnjim sodobnim človekom, je drugod morda živel neandertalec tudi z drugim sorodnikom, kakrkoli ga bomo že poimenovali. Zdaj želijo analizirati DNA še iz morebitnih drugih kosti, ki bi jih našli v še nepregledanih plasteh iz Denisove jame. Želijo si dobiti predvsem zaporedja jedrne DNA, saj je glede mitohondrijskih zaporedij nekaj pomislekov, predvsem zaradi dedovanja samo po materini liniji. Ko bo znanega kaj več, bodo novo vrsto tudi poimenovali.

Članek v tiskani verziji v reviji Nature še ni izšel.


Viri:
K. Kris Hirst: Denisova cave (Siberia); about.com
Wikipedia: Denisova cave
K. Kris Hirst: Possible new hominid species identified; abut.com
Wikipedia: Denisova hominin
R. Dalton: Fossil finger points to new human species, Nature 464, 472-473 (2010)

22. mar. 2010

Mehanizmi prepoznavanja mikrobov

Mogoče se zdi samo po sebi umevno, da se organizem odzove na napad tujkov, vendar je v ozadju mehanizem, ki je zelo zapleten. Raziskave v zadnjih desetih letih so pripomogle k temu, da bistvene sestavine prepoznavanja tujkov zdaj v glavnem že razumemo. Pri tem imajo pomembno vlogo Tollu podobni receptorji na površini celic. Gre za skupino sorodnih beljakovin, ki so zasidrane v celično membrano in so sposobne vezati različne sestavine mikrobnih celic, vezava pa povzroči kaskado signalnih reakcij v celici.

Jutri (v torek, 23. marca) bo ob 13. uri o omenjenih biokemijskih mehanizmih predaval lanski Zoisov nagrajenec za vrhunske znanstvene dosežke Roman Jerala s Kemijskega inštituta. S svojo skupino je pomembno prispeval k razumevanju procesov prepoznavanja mikroorganizmov, spoznanja s tega področja pa odpirajo možnosti za nove načine zdravljenja. Predavanje bo v okviru 18. dnevov Jožefa Stefana v veliki predavalnici IJS.

Isti predavatelj pa je 18. marca (v vabilu je pomotoma naveden datum 11.3.) predaval o sintezni biologiji na znanstvenem večeru na dvorcu Zemono v organizaciji Univerze v Novi Gorici. Kot vodja doslej že štirih študentskih ekip iz sintezne biologije je verjetno znan tudi širši javnosti.

Delo njegove skupine je predstavljeno v zborniku - reviji Quark letnika 2008 (v angleškem jeziku).

11. mar. 2010

Teden možganov

Letošnji Teden možganov v organizaciji društva Sinapsa bo potekal v več slovenskih krajih med 15. in 21. marcem. Osrednja tema je tokrat doživljanje ljubezni, sreče in strasti - vse to se dogaja predvsem v možganih, kjer potekajo zapleteni biokemijski procesi.

Ker so prireditve Tedna možganov namenjene različnim ciljnim skupinam, bodo nekatere precej poljudne, druge pa tudi ustrezno strokovne, saj bodo pri izvedbi sodelovali nekateri ugledni slovenski nevrologi.

Program Tedna možganov je raznolik. Vključeval bo oglede filmov, ki jim bo sledila razprava ali predstavitev strokovne teme, za predšolske in šolske otroke bodo pripravili delavnice, bolj zahtevne (a še vedno poljudne) pa bodo predstavitve v Ljubljani 17.3. (od 15h do 17:30), ko bodo strokovnjaki predstavili deset aktualnih tem nevroznanosti, 18.3. (od 16h do 18:30) s predavanji na pretežno nevropsihološke teme in 19.3. (od 16h naprej), ko bodo na predavanjih in okrogli mizi govorili o 'stikalih za srečo' .

Možgani so verjetno najbolj zapleten človekov organ, v katerem celice veliko večino življenja odmirajo, kljub temu pa delujejo vsaj prvo tretjino življenja čedalje bolj učinkovito. Ustvarjanje povezav med celicami, utrjevanje povezav in prekinjanje povezav so osnova razvoja telesne koordinacije, interpretacije signalov in odzivanja na okolje, spominjanja (in pozabljanja) in nenazadnje občutka sreče. Tu so si biologija, kemija, psihologija in medicina verjetno najbližje in za vse je ostalo še veliko dela, da bomo možgane res razumeli.

8. mar. 2010

Genomika vinske trte v Ajdovščini

Preko Slovenskega biokemijskega društva smo dobili vabilo na predavanje, ki bo (zaradi izredno slabega vremena prestavljeno z 9. na) predvidoma 23. marca ob 17. uri v Univerzitetnem središču Ajdovščina. Predavala bo dr. Federica Cattonara, ki je vodja skupine za določanje nukleotidnih zaporedij na Inštitutu za apikativno genomiko (IGA) v bližnjem Vidmu (Udine, IT).

V Vidmu imajo aparature, ki omogočajo prave genomske raziskave: 4 klasične sekvenatorje (vsak s 96 vzporednimi analizami) s skupno kapaciteto do 6 milijonov nukleotidov dnevno in eno napravo nove generacije s kapaciteto 1,8 milijarde nukleotidov dnevno. Ob tem je seveda potrebna še ustrezna računalniška podpora. Skupaj na centru dela 40 ljudi, center pa obsega 400 kv. metrov laboratorijev. Slovenija takega centra seveda ne premore. Vprašanje je, ali je to posledica tega, da v Sloveniji ne potekajo (tako obsežne) raziskave genomskih zaporedij, ali pa je zadeva obrnjena, in genomske raziskave na taki ravni ne potekajo, ker pač ne morejo zaradi manjkajoče opreme.

Dobri dve leti nazaj so določili genom vinske trte sorte modri pinot. Nadaljevanje raziskav je potekalo na več ravneh. Preiskali so transkriptom iste sorte, analizirali pa še genom sorte furlanski tokaj. Pri tem so odkrili, da so razlike v genomih trt različnih sort nenavadno velike. Medtem ko so furlanski tokaj analizirali s klasičnim postopkom, zdaj uporabljajo napravo nove generacije za določitev genomov še desetih drugih sort in klonov. Pri tem so se predvsem osredotočili na ugotavljanje različno dolgih vstavitev (insercij) in izpadov (delecij) ter polimorfizma posameznih nukleotidov. Njihovi rezultati bodo pomembni za delo najpomembnejše pokrajinske trsnice v kraju Rauscedo vzhodno od Vidma.

1. mar. 2010

DNA nadškofa Desmonda Tutuja

Človek hočeš nočeš v izpitna vprašanja vključi kaj, kar je ravno prebral. To se ne zgodi nepremišljeno, pač pa zato, ker že vprašanje pove, da je to, kar se morajo študenti učiti, res povezano s tem, kar se ravnokar dogaja okrog nas.

Prejšnji petek sem tako sestavljal vprašanja za izpit iz Tehnologije rekombinantne DNA in eno od trinajstih vprašanj je bilo povezano z novico, ki jo je objavila revija Nature en dan pred tem. Raziskovalci so namreč določili nukleotidno zaporedje genoma južnoafriškega nadškofa Desmonda Tutuja (ki je iz skupine Bantujev) in nekega neznanega moškega iz skupine Grmičarjev (Bušmanov), še trem Grmičarjem pa so določili samo zaporedja, ki zapisujejo za proteine. Vsi preiskani genomi so bili genomi moških, starih okrog 80 let. Vprašanje je bilo, kako so določili zaporedja, v čem je bil smisel te raziskave in v katero znanstveno disciplino sodijo tovrstne analize.

Sicer je izpit pisalo samo 8 študentov, a nihče ni dobil vseh 5 točk za to vprašanje. Večina je menila, da so nukleotidna zaporedja določili po postopku, ki so ga do nedavno uporabljali za določanje genomov mikroorganizmov, pa tudi za ponovno določanje zaporedij človeka. Ta odgovor je sicer do neke mere logičen, ni pa čisto pravilen. V zadnjih dveh letih se je zelo razmahnila uporaba novih metod za določanje nukleotidnih zaporedij, ki temeljijo na masivno paralelnih postopkih. Hkrati namreč teče več (sto) tisoč reakcij, v vsaki pa določijo samo po nekaj deset nukleotidov zaporedja. Ker pa je osnova zaporedja vseh ljudi dovolj ohranjena, je ta kratka zaporedja možno z veliko natančnostjo umestiti na točno določeno mesto v genomu.

Izpitni odgovori glede smisla takih raziskav so bili v glavnem usmerjeni v primerjalno genomiko - primerjavo med južnoafriškimi ljudstvi, čeprav je šlo več kot samo za to. Nadškof Tutu je star 79 let, Grmičarji pa so bili starejši od 85 let in vsi so bili zdravi. Razen tega, da bi dobili vpogled v genetsko raznolikost Grmičarjev (čeprav je s samo štirimi preiskovanci tokrat šlo samo za prvo predstavo), so lahko tudi z veliko gotovostjo trdili, da nobena od razlik med posamezniki ni povezana z nagnjenostjo k razvoju bolezni.

O raznolikosti genomov znotraj istega afriškega ljudstva so zapisali (npr. v reviji Time), da je razlika med dvema Grmičarjema, ki živita tako blizu skupaj, da bi se lahko odpravila na obisk peš, večja kot je med povprečnim Evropejcem in povprečnim Azijcem. To pa niti ni tako nenavadno, saj se je človek razvil v Afriki in zato je evolucija genomov na tej celini trajala dalj kot drugod.

Nadškof ni bil tako zdrav kot ostali preiskovanci, saj je prebolel tuberkulozo in poliomielitis, zdravil pa se je tudi za rakom prostate. S primerjavo genomov bi bilo mogoče tudi za afričane z večjo gotovostjo povezati polimorfizme posameznih nukleotidov (SNP) z zdravstveno sliko in reakcijami na zdravila. Tu pa se srečamo s področjem farmakogenomike, ki je za afričane še precej v povojih.

26. jan. 2010

Pet naj-člankov

Pri reviji The Scientist so decembra izbrali pet najbolj vročih člankov s področja biologije, ki so izšli v zadnjih dveh letih. Izbor je temeljil na seznamih desetih najpogosteje citiranih znanstvenih člankov, ki jih vsaka dva meseca objavijo na portalu Science Watch (ta je v lasti podjetja Thomson Reuters, bolj znanega po svojih orodjih: Web of Science, BIOSIS, Journal Citation Reports (kjer računajo faktorje vpliva za posamezne revije in področja),... nenazadnje pa tudi po novinarski agenciji Reuters).

Izbrani članki, ki so bili v dveh letih citirani po več kot 500-krat, so z dveh ožjih področij: genomike in izvornih celic, vseh pet pa je izšlo že leta 2007 v revijah Cell in Nature - obe sodita v sam vrh najuglednejših revij na področju ved o življenju.

Dva članka, ki obravnavata izvorne celice, opisujeta postopke za pripravo pluripotentnih celic iz diferenciranih odraslih celic oziroma postopek reprogramiranja celic.

Trije članki s področja genomike pa so nekoliko bolj raznoliki po vsebini. En članek poroča o izsledkih analize metilacijskega vzorca histonov, na katere je navita jedrna DNA v nukleosomih. Naslednji članek opisuje polimorfizme posameznih nukleotidov (SNP) v človekovem genomu, kjer so našli več kot 3 milijone mest, po katerih se večina ljudi razlikuje med seboj, tretji članek pa predstavlja prve rezultate projekta ENCODE, ki je analiziral funkcionalne elemente v 1 % človekovega genoma.

Originalni članek o izbranih raziskavah je dostopen na spletnem naslovu revije The Scientist.

21. jan. 2010

Dosežki leta 2009

Z enomesečno zamudo (pa vendar...) omenjam seznam dosežkov v znanosti, ki so po mnenju urednikov prestižne revije Science bili najpomembnejši v minulem letu.

Na prvo mesto so postavili odkritja, povezana s fosilnimi najdbami prednika človeka, vrste Ardipithecus ramidus. Okostje, staro 4,4 milijone let, bo morda postalo tako znano kot je (več kot miljon let mlajša) Lucy in okostja neandertalcev. Ardi so našli v Etiopiji leta 1992 (Lucy so našli 18 let prej), njeno okostje pa je skoraj popolno. Gre za najstarejšega prednika hominidov, pri njej pa se že nakazujejo prve spremembe, ki kažejo na morda občasno pokončno hojo. Čeprav je bila po višini bolj podobna opicam (120 cm; sicer pa je bila podobno majhna tudi Lucy), pa se jasno loči od opic, hkrati pa je tudi precej različna od avstralopitekov, ki so se razvili kasneje. Razlog, zakaj je trajalo kar 17 let od odkritja prvih kosti do objave serije člankov (oktobra lani), je v slabi ohranjenosti kosti, zelo zahtevni rekonstrukciji in pa v globini raziskav, saj so hkrati želeli zbrati čim več podatkov o okolju, v katerem je Ardi živela.

Mesta 2 - 10 so enakovredna, torej gre za devet ostalih zelo pomembnih odkritij, ki so že ali pa še bodo vplivali na razumevanje sveta. Ta odkritja so:

- spremljanje visokoenergetskega rentgenskega sevanja pulzarjev,
- odkritje receptorjev za rastlinski hormon abscizinsko kislino,
- odkritje magnetnih enopolov (monopolov) v titanovih spojinah,
- odkritje, da imunosupresivno zdravilo rapamicin podaljšuje življenjsko dobo miši,
- dokaz, da je v globokih kraterjih na Luninih polih zmrznjena voda,
- ponovni uspehi pri genskem zdravljenju nekaterih bolezni,
- nove raziskave lastnosti grafena,
- prenova in izboljšano delovanje teleskopa Hubble,
- zagon visokozmogljivega rentgenskega laserja (LCLS).

Hkrati uredniki pogledajo tudi v novo leto in opozorijo na tista področja, kjer je pričakovati pomembna odkritja. Ta so tokrat inducirane pluripotentne celice (o katerih sem lani že večkrat pisal), alfa-magnetni spektrometer na mednarodni vesoljski postaji, raziskave eksoma, boj proti raku na osnovi vplivanja na metabolični proces glikolize [1], odločanje o novem ciklu človekovih poletov v vesolje.

Med dosežki je morda več tem s področja astronomije, kar je morda tudi posledica tega, da se izteka mednarodno leto astronomije. Vseeno pa je še vedno med najpomembnejšimi veliko molekularnobioloških tem. Dela je še veliko!

Članki (1, 2, 3) z opisi dosežkov so žal dostopni samo naročnikom in z računalnikov univerz in inštitutov.