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.

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 (1, 2) 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.

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.

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...

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.

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.

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.