Nasvidenje, sinapse...

Kljub temu, da v biologiji vsak dan odkrijejo kaj novega, imamo občutek, da so nekateri biološki procesi vendarle tako dobro raziskani, da mislimo, da jih v celoti razumemo. Gotovo je eden takih procesov prenos živčnih impulzov. Pojem sinapse, preko katere prihaja do prenosa signala med živčnimi celicami, so vpeljali že leta 1897. Seveda je trajalo več desetletij, preden so raziskali natančen način sproščanja nevrotransmiterjev (živčnih prenašalcev) in prenos signala preko sinaptične reže, 11. februarja pa sta kot predhodni objavi na spletnih straneh revije Nature Neuroscience izšla dva članka (1, 2), v katerih avtorji poročajo, da se nevrotransmiterji ne izločajo samo na koncih aksonov živčnih celic, kjer so v stiku z dendriti sosednje živčne celice, pač pa s stranskimi stiki tudi z drugimi vrstami celic.

Odkritje je tako presenetljivo, da zahteva nadaljnje raziskave, s katerimi bi ugotovili, ali gre za poseben primer (objavljene rezultate so dobili s preučevanjem povezovalnega člena med možganskima poloblama) ali splošno lastnost nevronov. Sproščanje nevrotransmiterja so zasledili pri miših in podganah v področju možganske beline imenovanem corpus callosum, ki vsebuje snope aksonov (pri človeku več kot 200 milijonov) in celice glije, a nobenih klasičnih sinaps; te so vse locirane v področju možganske sivine. Aksoni so obdani z mielinom, ki je pravzaprav ovojnica oligodendrocitov. Aksoni torej kolateralno sproščajo glutamat, ki kot prenašalec deluje na posebno skupino receptorjev v membrani celic glije in verjetno sproža zorenje prekurzorskih celic v oligodendrocite.

Povzetek obeh raziskovalnih člankov je razložen v spremnem članku v marčevski izdaji Nature Neuroscience.

Da, biologija živčnega sistema je zapletena in še zdaleč ne raziskana.

Nov pristop k cepivu proti raku

Ameriško biofarmacevtsko podjetje Advaxis se je lotilo priprave cepiva proti nekaterim oblikam raka na dojki na nov način. Ker je klasično zdravljenje, ki vključuje kirurški poseg, kemoterapijo in/ali obsevanje, naporno in drago, je treba poiskati primernejše načine boja proti raku.

Izhajali so iz znanega podatka, da se imunski sistem na rakavo spremenjene lastne celice ne odzove. Treba je torej najti način, kako za rakave celice značilne molekule predstaviti imunskemu sistemu, da se bo ta usmeril proti celicam, ki imajo take molekule na svoji površini.

Molekula, ki jo najdemo samo na površini tumorskih celic nekaterih tipov raka na dojki (okrog 30 odstotkov je takih), je protein HER-2/Neu. Zato so gen za ta protein vstavili v bakterijo Listeria monocytogenes, ki jo pogosto najdemo v mleku in mlečnih izdelkih, povzroča pa lahko tudi zelo resne infekcije. Če listerija izraža človeški protein HER-2/Neu, to sproži močan imunski odgovor preko citotoksičnih limfocitov T, ki delujejo tako na gensko spremenjene listerije kot tudi na tumorske celice.

V svojem sporočilu za javnost (napisan je bolj za potencialne investitorje, ki bi vložili denar v razvoj novih cepiv iz skupine Lovaxin) gensko spremenjene listerije označujejo kot 'novo življenjsko obliko', kar je gotovo nekoliko pretirano. Na svoji spletni strani pa Advaxis dobro razloži ozadje pristopa, ki ga razvijajo.

Listerijo makrofagi vključijo in razgradijo v lizosomih. Razgradne produkte predstavijo na površinskih molekulah MHC-2, kar sproži klasičen imunski odziv. Po drugi strani pa ima Listeria monocytogenes nenavadno lastnost, da lahko uide razgradnji v lizosomu s tem, da izloča encima listeriolizin O (LLO) in fosfolipazo Cb, ki preluknjata membrano lizosoma, tako da se listerija znajde v citoplazmi, s posredovanjem LLO pa razgradi tudi celično membrano, kar uniči celico, bakterija pa okuži sosednje celice. Ker to pri cepivu ne bi bilo zaželeno, so LLO označili z regijo PEST, to je približno 30 aminokislinskih ostankov dolg signal, značilen za kratkožive proteine. Zaradi tega zaporedja se LLO znajde v endoplazemskem retikulumu in se razgradi, listerija pa ostane v citoplazmi. Na LLO je s tehnologijo rekombinantne DNA vezan tudi Her-2/Neu. Postopno se bakterija v citoplazmi razgradi in antigene (vključno s Her-2/Neu) predstavi na površini MHC-1, kar mogoči aktivacijo citotoksičnih limfocitov.

Pristop so preizkusili na živalih, kjer je prišlo do zmanjšanja velikosti tumorjev ali celo popolnega izginotja. Članek o tem je izšel že jeseni leta 2005, tako da v resnici ne gre za nekaj povsem novega, vseeno pa je pristop zanimiv.

Za Kalifornijo še Illinois

V začetku tedna sem pisal o kalifornijskem 'Predlogu 71', danes pa sem na spletnih straneh revije Time prebral, da je v petek senat ameriške zvezne države Illinois s 35:23 podprl uporabo davkoplačevalskega denarja za raziskave izvornih celic.

Že pred tem je demokratski guverner Rod Blagojevich po kalifornijskem zgledu ustanovil Illinoiski inštitut za regenerativno medicino in mu za raziskave namenil 15 milijonov USD. Če bo predlog, ki so ga tokrat izglasovali v senatu, sprejeli tudi v spodnjem domu illinoiskega parlamenta, bodo lahko za tovrstne raziskave namenili še več denarja iz državnega proračuna.

V ZDA sicer ni dovoljeno uporabljati sredstev iz zveznega proračuna za raziskave na embrionalnih izvornih celicah, razen na tistih, ki so kot celične linije bile vzpostavljene pred letom 2001 (glej prispevek CNN o odločitvi predsednika Busha avgusta 2001).

Bakterije na človeški koži

Novica je sicer stara že točno dva tedna, saj je članek izšel na spletni strani ugledne revije Proceedings of the American Academy of Sciences (PNAS) 9. februarja, povzemam pa jo po sporočilu za javnost, ki sem ga prebral na blogu Biosingularity. Naslov članka je Molekularna analiza bakterijskih biotov vrhnje plasti kože človeške podlahti.

Ocene, koliko mikrobnih celic najdemo na in v človeškem telesu, so za nepoznavalca morda presenetljive, saj je verjetno milrobnih celic 10-krat več kot človeških. Da bi ugotovili, katere vrste bakterij živijo na vrhnjici človeške kože, so raziskovalci vzeli brise z notranje strani podlahti treh moških in treh žensk. Bakterijske vrste so določili tako, da so s PCR pomnožili dele genoma, ki zapisujejo za ribosomsko RNA 16 S. Ribosomska RNA se je v evoluciji le počasi spreminjala, zato lahko na osnovi razlik v nukleotidnem zaporedju določimo, v katero taksonomsko skupino spada organizem, ki ga analiziramo. Zbirka nukleotidnih zaporedij rDNA je dovolj velika, da lahko v sistem uvrstimo praktično kateri koli vzorec živega bitja.

Kljub majhnemu vzorcu brisov (po 1 z leve in desne podlahti šestih ljudi) so odkrili prisotnost 182 različnih taksonomskih skupin na ravni vrste, v povprečju pri vsakem človeku 48 različnih vrst. Samo 4 vrste so našli pri vseh ljudeh. Razlike med posamezniki so bile velike, opazili pa so tudi razlike med moškimi in ženskami. Pri 4 ljudeh so odvzeli ponoven bris po 10 mesecih in ugotovili, da se je vrstna sestava s časom spremenila.

V nadaljevanju nameravaja ugotoviti, ali se bakterijska sestava pri ljudeh s kožnimi boleznimi izrazito spremeni, za zdaj pa lahko rečemo le to, da so bakterije, ki živijo na človeški koži, odvisne od podnebja, prehrane, osebne higiene in verjetno tudi zdravstvenega stanja vsakega posameznika.

Predstavljena analiza je lep primer raziskave mikrobne ekologije z molekularno-biološkimi metodami v povezavi z bioinformatiko in bi bila s klasičnimi mikrobiološkimi metodami praktično neizvedljiva.

Ovca Dolly - 10 let kasneje

Revija Nature je danes na svoji spletni strani predstavila komentar ob 10-letnici objave o kloniranju ovce Dolly. Čeprav se je Dolly skotila že 5. julija 1996, je članek o kloniranju ovce izšel šele 27. februarja 1997. Novico so 22. februarja objavili britanski mediji (BBC) in v dneh, ki so sledili, je bila to ena od vodilnih tem po vsem svetu (prim. CNN 24.2.).

Verjetno je ovca Dolly najbolj znana žival, kar jih je kdaj živelo, saj je bila prva višja žival, ki so jo klonirali z metodo jedrnega prenosa (prenos jedra somatske celice v izpraznjeno neoplojeno jajčno celico), pri čemer je jedro izhajalo iz diferencirane celice odrasle živali. Eno leto prej so namreč že objavili članek o uporabi iste metode, a so takrat uporabili embrionalne celice, ki so jih predhodno gojili v kulturi. V članku iz leta 1997 sicer poročajo o skotitvi petih jagnjet, a vsi govorijo samo o Dolly. Razlog je v tem, da so zanjo odvzeli epitelijsko celico ovčjega vimena, jo v kulturi z zmanjševanjem bogatosti gojišča 'umirili' in nato pod vplivom sunka električnega toka zlili z enukleirano jajčno celico ovce druge pasme. Za ostala štiri jagnjeta niso uporabili jeder diferenciranih celic, pač pa celice embrija oziroma zarodka.

V letu 1998 je Dolly skotila dva zdrava mladiča, leta 1999 pa so analize njene DNA pokazale, da so telomeri skrajšani na podoben način kot pri sicer precej starejših ovcah. V letu 2002 so ji diagnosticirali artritis, ki ga sicer ni bilo mogoče povezati z načinom, kako so jo ustvarili, leta 2003 pa je zbolela za pljučnim adenokarcinomom, zato so jo 14. februarja 2003 uspavali.

Vsi (čeprav uspešni) poskusi kloniranja višjih organizmov v naslednjih letih so vedno znova sprožali pomisleke glede etičnosti in ugibanja, ali bo v bližnji prihodnosti mogoče klonirati tudi človeka. Po desetih letih je očitno, da postopka kloniranja višjih živali znanstveniki ne obvladajo v taki meri, da bi lahko nadzorovali vse stopnje embrionalnega razvoja vse do skotitve oziroma poroda. Glede na to, da je splošno sprejeto mnenje, da naj človeka ne bi reproduktivno klonirali, so torej smiselne predvsem razprave o tem, ali je etično sprejemljivo ustvarjati 100-celične zarodke in njihove celice uporabiti za zdravljenje bolezni, za katere ne obstajajo učinkovita zdravila na (bio)kemični osnovi, torej predvsem za regenerativno zdravljenje.

Kalifornijski 'predlog 71'

Kalifornijski volilci so leta 2004 sprejeli 'predlog 71', po katerem naj bi v 10 letih za raziskave izvornih celic namenili skoraj 3 milijarde USD. Prejšnji teden pa so izbrali prvih 72 dvoletnih raziskovalnih projektov v vrednosti 45 milijonov USD (večina projektov je v vrednosti med 0,5 in 0,8 milijona USD). Tokrat so projekte odobrili predvsem novim raziskovalcem na področju izvornih celic, ki so predlagali zanimive pristope in analize, kasneje letos pa bodo podprli še projekte nekaterih uveljavljenih raziskovalnih skupin s tega področja. Seznam projektov, odobrenih ta mesec, je naveden v sporočilu za javnost.

'Predlog 71' je ime zakonskega predloga, o katerem so se izrekli v ameriški zvezni državi Kaliforniji 2. novembra 2004. Po tem predlogu bi država Kalifornija izdala obveznice, z zbranim denarjem pa bi ustanovili Kalifornijski inštitut za regenerativno medicino. Glavna naloga tega inštituta bi bila zagotavljati financiranje kalifornijskih raziskovalcev s področja izvornih celic. Izglasovana podpora Predlogu 71 (za: 59 % glasov) je odgovor bolj liberalne Kalifornije na zmanjševanje zveznih sredstev za raziskave izvornih celic. S sprejemom predloga so vsebino vključili v kalifornijski ustavni člen XXXV.

Prav nič umetni umetni zobje

Včeraj je na spletu izšel članek japonskih znanstvenikov, ki bo kasneje natisnjen v reviji Nature Methods, danes pa o njem poroča tudi agencija Reuters, v njem pa poročajo o vzgoji celotnega zoba iz majhnega števila celic.

Delno diferencirane mišje izvorne celice (najverjetneje ektodermske in mezenhimske, ki so jih vzeli z mesta zobnega mešička, to je skupine celic na mestu, kjer naj bi se kasneje razvil zob) so vsadili v kolagensko ogrodje. V tej tridimenzionalni strukturi so se celice razvile v funkcionalen zob z ustreznim razporedom dentina, sklenine, z žilo in živcem ter obzobnim tkivom. Pripravili so torej celoten organ, ki je po vsaditvi v mišjo dlesen normalno deloval in rasel tako kot naravni zobje.

Gre za prvi uspešen poskus priprave celotnega organa iz majhnega števila celic in bo verjetno vzpodbuda za nadaljnje poskuse pri pripravi tudi drugih organov za uporabo v regenerativni medicini.

Črtna koda DNA za določanje živalskih vrst

V reviji Molecular Ecology Notes so objavili članek, v katerem je opisan sistem za katalogiziranje in urejanje značilnih zaporedij DNA, ki naj bi omogočali razlikovanje med živalskimi vrstami. Naslov članka je "Podatkovni sistem črtnih kod življenja", sistem pa ima tudi svojo spletno stran (Barcode of Life Data System).

Čeprav avtorji tokrat predvsem opisujejo računalniški vmesnik in možnosti, ki jih sistem omogoča, pa je zanimivo predvsem to, da so na osnovi analiz DNA nekaterih vrst ptic ugotovili, da imajo (skoraj) identično DNA in da v resnici najbrž sploh ne gre za ločene vrste. Podobno analizo so opravili tudi na netopirjih. Po drugi strani so na osnovi zaporedij DNA predpostavili obstoj nekaterih novih vrst.

Konzorcij za črtne kode življenja so ustanovili leta 2004 in danes vključuje že več kot 120 inštitucij, ki so si zadale za cilj, da bi do leta 2024 izdelali knjižnico črtnih kod DNA za vsa evkariontska živa bitja na Zemlji. Do leta 2012 načrtujejo, da bi bila dokončana zbirka podatkov za ribe in ptiče. Celotna banka podatkov za živalski svet naj bi vključevala 100 milijonov zapisov in po količini podatkov s tem skoraj za dvakrat presegla današnji obseg banke nukleotidnih zaporedij GenBank.

Trenutno črtno kodo DNA sestavijo na osnovi segmenta (645 bp) nukleotidnega zaporedja gena za citokrom-oksidazo I (COI), saj se je v predhodnih analizah pokazalo, da so pri 95 % vrst v tej regiji obstajale razlike in so identična zaporedja opazili le pri vrstah, ki so si verjetno filogenetsko zelo sorodne.

V spletnih agencijskih virih največ pozornosti namenjajo odkritjem, ki pravzaprav niso opisana v tem članku, se pa nanašajo na projekt črtnih kod DNA. Raziskovalci so analizirali DNA 643 različnih ptičev, ki živijo v Severni Ameriki in ugotovili, da je črtna koda DNA pri 15 tipih na videz enakih ptičev (enako oglašanje, enak habitus, enak način letenja,...) različna in morda predstavljajo nove vrste. Tudi pri analizi 87 vrst netopirjev, ki živijo v Gvajani, so našli 6 morda novih vrst. Kot kriterij morda nove vrste so vzeli razliko v zaporedju, ki je vsaj 2,5 % nukleotidnega zaporedja. (Mimogrede: razlika med človekom in šimpanzom je 1,2 %, če govorimo o razliki med posameznimi nukleotidi [SNP], oziroma 2,7 % na ravni celotnega genoma, torej vključno s premestitvami, delecijami in insercijami.) Po drugi strani so analize pokazale, da so doslej imeli nekatere vrste ptičev za različne, na osnovi DNA pa so predpostavili, da pripadajo isti vrsti ali pa vsaj, da gre za evolucijsko zelo mlade vrste. Tako je na primer črtna koda DNA pri črnokljuni in rumenokljuni sraki 98,6-odstotno identična (v Evropi živi samo ena vrsta, sraka, in zna biti, da gre v resnici za isto vrsto kot sta ameriški 'dve').

Klasična definicija vrste se nanaša na sposobnost medsebojne ploditve, vendar je to zelo težko preverjati, zato bi si raziskovalci želeli postaviti bolj kvantitativne kriterije.

Glede na to, da so doslej v sistem črtnih kod življenja vključena le zaporedja enega segmenta enega samega gena, so morda navedeni podatki o novih vrstah vendarle nekoliko preuranjeni. Za analizo črtnih kod 500.000 različnih živali bi rabili v naslednjih 7 letih skoraj 100 milijonov ameriških dolarjev. Z rezultati bi bilo bistveno lažje in bolj zanesljivo pripisati nek vzorec iz okolja točno določeni vrsti, kar je pomembno iz naravovarstvenega in ekološkega stališča. Verjetno pa bi bilo treba postopno vključiti še katero od variabilnih regij genoma.

Vendarle obnavljanje živčnih celic?

Za živčne celice velja, da se niso sposobne obnavljati. Poškodovani živci se ne morejo regenerirati, poškodbe možgan so nepovratne. Nekatere raziskave pa vseeno kažejo, da morda le ni povsem tako.

Agencija Reuters danes poroča, da so švedski in novozelandski raziskovalci odkrili, kako se obnavljajo živčne celice, ki sodelujejo pri prepoznavanju vonjev. Celice nastanejo kot nediferencirane prekurzorske celice v oddaljenem delu možgan, odkoder potujejo do vohalnega bulbusa, na poti pa dozorijo v živčno celico. Pri miših in podganah je bil ta način obnavljanja znan že prej, človek pa ni tako odvisen od pravilnega prepoznavanja vonjev, zato so menili, da se morda sposobnost obnavljanja v evoluciji ni ohranila. Novo odkritje je pomembno, ker zdaj vemo, da nove živčne celice v možganih odraslih ljudi vendarle nastajajo. Raziskava bo objavljena v reviji Science, danes pa je že na voljo kot predhodna spletna objava.

V marčni številki revije FASEB Journal (FASEB je kratica za Zvezo ameriških društev za eksperimentalno biologijo) pa bo izšel članek, v katerem poročajo, da pri regeneraciji perifernih živcev lahko sodeluje interferenčna RNA (iRNA). Periferni so vsi živci razen možganskih in hrbtenjačnih. Aksoni živčnih celic so lahko zelo dolgi in razdalje od jedra so pri perifernih živcih tudi več deset centimetrov. Glede na to, da je mesto sinteze proteinov v 'običajnih' celicah v bližini jedra, ni bilo jasno, kako to poteka pri dolgih živčnih celicah in kako poteka uravnavanje izražanja genov. Na primeru bedrnega živca, ki je najdaljši živec pri človeku, so ugotovili, da oddaljeni deli živčne celice vsebujejo značilne proteine, ki sestavljajo kompleks RISC (z RNA inducirani utiševalni kompleks) , zato so postavili hipotezo, da prav iRNA uravnava izražanje genov v aksonih.
Čeprav gre za zelo splošno odkritje, pričakujejo, da bi z uravnavanjem iRNA lahko sprožili regeneracijo poškodovanih živcev.
Mimogrede, za odkritje iRNA so lani podelili Nobelovo nagrado za fiziologijo oziroma medicino.

Končno cepivo proti aidsu?

Dolgo je veljalo, da učinkovitega cepiva proti aidsu ni mogoče pripraviti, ker se površinski epitopi virusa HIV prehitro spreminjajo. Zdaj pa so razrešili prostorsko strukturo proteina gp120, ki je zasidran v virusni membrani. Prav ta protein je tisti, ki se veže na receptorski protein CD4 v membrani tarčne celice.

Predhodne analize virusnega genoma so pokazale, da se en del zapisa za gp120 vendarle ne spreminja, vendar pa so menili, da je na ravni proteina ta nevariabilni del v strukturi umaknjen v notranjost in zato nedostopen za protitelesa. Na osnovi rešene prostorske strukture proteina gp120 je zdaj mogoče trditi, da je nevariabilni del proteina vendarle dovolj blizu površine, da ga protitelesa lahko prepoznajo in se nanj vežejo.

Že iz predhodnih raziskav so poznali protitelo, ki je pri opicah zagotavljajo zaščito pred okužbo. Zdaj so ugotovili, da se to protitelo veže prav na del proteina gp120, ki je ohranjen. Predvidevajo, da bi enak učinek imelo tudi pri ljudeh. Žal pa zaščito lahko zagotovi samo kot profilaktično, ne pa terapevtsko protitelo. Kljub zanimivemu odkritju bo potrebnega še precej dela, preden bo cepivo res na voljo.

Novico so danes objavili na spletni strani revije Nature in se nanaša na članek, ki bo izšel jutri in v resnici govori o določitvi kristalne strukture proteina gp120 v kompleksu s protitelesom b12.

Mutacijski profili tumorjev za poosebljeno zdravljenje raka

Pri reviji Nature Genetics so včeraj na spletu objavili članek, ki govori o sistemski analizi mutacij DNA v tumorskih celicah. Članek ima 53 avtorjev s 26 inštitucij, kar da vedeti, da je šlo za široko zasnovano raziskavo.

Znanje o povezavi med mutacijami v genomu in rakom se hitro širi, zdravniki pa se zdi, da težko sledijo novemu znanju, saj manjkajo učinkovite in cenovno sprejemljive metode za detekcijo tako velikega števila mutacij, ki so opisane v znanstveni literaturi. Avtorji citiranega članka so analizirali 1000 vzorcev različnih človeških tumorjev in na osnovi izolirane DNA preverili, ali ta vsebuje katero od 238 znanih mutacij v 17 različnih onkogenih. Pregledali so le najpogostejše izmed opisanih mutacij, povezanih s 17 tipi raka.

Pri 30 % vzorcev so našli vsaj po eno mutacijo, ob tem pa so odkrili še nekatere doslej neopisane mutacije onkogenov. Zanimivo je tudi, da so se nekatere kombinacije mutacij ponavljale. Zato sklepajo, da bi bilo mogoče izdelati celovit profil tumorskih mutacij, ki bi zdravnikom omogočil tumor sistematizirati in na osnovi profila določiti najprimernejši način zdravljenja.

Morda se zdi rezultat slab, saj torej pri 70 % tumorjev niso našli nobene mutacije. Vendar pa je analiza vključevala le 17 onkogenov, zato avtorji menijo, da je rezultat pričakovan. Vodilni avtor članka je za medije izjavil (EurekAlert), da je znanih več sto tipov tumorjev in skoraj tisoč različnih mutacij, povezanih z rakom.

Za sistematično analizo je treba uporabiti enostavno in poceni metodo. Pri opisani raziskavi je bila cena ene analize med 50 EUR in 100 EUR, verjetno pa bi bila višja, če bi rutinsko pregledovali širši spekter mutacij. Izolirano DNA so najprej pomnožili, nato pa so jo nanesli na ploščo s sondami, specifičnimi za posamezne mutacije. Končno detekcijo prisotnosti mutacij so izvedli z masno spektroskopijo, kar je sicer običajna metoda pri analizah proteoma, ne pa tudi pri genomskih analizah. Visokozmogljive genomske analize bodo prej ko slej postale metoda, ki jo bodo uporabljali v kliničnih preiskavah. Ali se bodo posebej za te naloge razvili veliki centri v tujini ali pa bo tehnika dostopna tudi večjim bolnišnicam, bo pokazal čas, vsekakor pa bo treba izobraziti molekularne genetike in zdravnike, ki bodo razumeli postopke in rezultate takšnih preiskav.

S pomočjo kromosomskega inženirstva odkrili nov tumorski supresor

Kromosomsko inženirstvo ni prav ustaljen izraz, vendar je dokaj na mestu pri razlagi postopka, s katerim so odkrili nov protein, ki deluje protitumorsko. Raziskavo so objavili v predvčerajšnji številki revije Cell, kratka razlaga pa je tudi v sporočilu za javnost CSHL - Laboratorijev Cold Spring Harbor (ZDA).

Pri razlagi naj najprej pojasnim, kaj so tumorski supresorji. Za rakaste celice je značilno, da se v nasprotju z zdravimi neprestano delijo. Ko so ugotavljali, v čem je biokemijska razlika v delovanju zdravih in rakavih celic, so odkrili, da se pri rakavih celicah okvari kontrola celičnega cikla. Namesto, da bi se celice zaustavile v fazi G1 pred podvojitvijo lastne DNA, preidejo kontrolno točko G1 in vstopijo v fazo S. Kontrola celičnega cikla je odvisna od interakcije med ciklini in kinazami. Celica lahko preide v fazo S šele, ko se dovolj poveča koncentracija kompleksa ciklin/kinaza, ki je sposoben fosforilirati druge proteine.

Tumorskih supresorjev je bilo doslej znanih več vrst in sodelujejo pri kontroli celičnega cikla s tem, da interagirajo s kompleksom ciklin/kinaza. Če kompleks fosforilira tiste tumorske supresorje, ki so v celici povezani s transkripcijskimi faktorji (TF), se TF sprostijo in s tem lahko delujejo v stopnji prepisovanja DNA v RNA. Drugi tumorski supresorji (npr. p53, ki je verjetno najboj znan) delujejo tako, da preverjajo DNA, ali morda ne vsebuje kakšne napake, preden se ta podvoji. Po eni strani lahko p53 aktivira sisteme popravljanja DNA, po drugi pa povzroči sintezo proteina p21, ki se veže na kinazo in ciklin in s tem preprečuje njuno direktno povezavo. Tumorski supresorji lahko celico z okvaro privedejo tudi v programirano celično smrt - apoptozo.

Pri nekaterih tipih raka so že predhodno odkrili delecije dela 1. kromosoma na območju 1p36, vednar niso vedeli, kako je to povezano z razvojem rakave bolezni. V članku ameriški avtorji opisujejo delo na poskusnih miših, ki so jim bodisi izrezali regijo 1p36 ali dodali še eno kopijo te regije (pravzaprav je pri miših ustrezna regija na 4. kromosomu, tako da so v resnici delali z regijo D4Mit). Ugotovili so, da pri miših z delecijo pride do hiperproliferacije (prekomerne delitve in razrasti celic) medtem ko je pri dodatni kopiji kromsomske regije prišlo do povečanega apoptoznega odmiranja celic.

Nato so natančneje analizirali področje 1p36, ki vsebuje 52 genov. Na osnovi znanega genoma so izbrali 11 genov, za katere so menili, da bi lahko bili odgovorni za opaženo fiziološko vlogo v celicah. S pomočjo interferenčne RNA so utišali vsakega od teh genov posebej in opazovali, kdaj bo prišlo do spremembe fenotipa pri miših s podvojeno regijo 1p36. Tako so ugotovili, da je ključna domena Chd5. Ta zapisuje za tumorski supresor, ki je preko proteina p19 povezan s supresorjem p53. Tudi pri induciranih tumorjih pri miših so opazili, da Chd5 res deluje zaviralno.Končno so še analizirali koncentracijo proteina CHD5 v človeških tumorskih celicah. Ugotovili so, da je v možganskih tumorjih ta v primerjavi z normalnimi možganskimi celicami bistveno zmanjšana.

Odkritje novega tumorskega supresorja odpira možnost razvoja novih zdravil.

Umetne celice za boj proti boleznim

Danes se še vedno sliši kot prizor iz filma, kjer je vse animacija, vendar se zna zgoditi, da bodo umetne celice s specializiranimi nalogami čez nekaj časa samo eden od načinov boja proti boleznim. V januarski številki revije Nature Nanotechnology je namreč 14 ameriških raziskovalcev s prvopodpisanim Philipom R. leDucom predstavilo idejo, kako bi bilo mogoče nanotehnološka 'orodja' nadgraditi za delo v obolelih tkivih. Ker revija v Sloveniji ni dostopna, novico povzemam po različnih spletnih virih in slikah iz članka, ki niso zaklenjene.

Avtorji predlagajo, da bi pripravili psevdocelice, ki bi bile z lipidno membrano obdani nanostroji. Razložijo osnovni princip takih bioloških nanostrojev (slika): imeti mora ovoj, ki zagotavlja določeno čvrstost, transportni mehanizem za vstop in izstop snovi, v ovoj vključene mehanizme za zaznavanje okolice, v notranjost vključene encime, ki opravljajo presnovno funkcijo, v ovoj vključene receptorje, ki bi psevdocelico zasidrali na želeno tarčno mesto, vključen pa bi moral biti tudi sistem za samouničenje, ki bi ga bilo mogoče sprožiti od zunaj. Umetne celice bi morale biti sposobne sprejemati signale in hranilne snovi iz okolja, hkrati pa bi morale biti neobčutljive na imunske celice in protitelesa (slika).

Zasnova projekta izhaja iz rezultatov delovne skupine, ki so jo osnovali na simpoziju Keckove iniciative za prihodnost. Iniciativa se ukvarja z načrtovanjem prihodnosti; eden od simpozijev leta 2005 je imel za temo inženiring življenja (vse predstavitve so dostopne), novembra 2004 pa so na konferenci, posvečeni prihodnosti v nanoznanosti, v ciljni delovni skupini razpravljali o bioloških nanostrojih. Nič manj zanimive teme pa so obdelovale tudi druge delovne skupine.

Psevdocelice bi izvajale zdravljenje tako, da bi bodisi razgrajevale produkte, ki povzročajo bolezni ali sintetizirale snovi, ki bi preprečevale njihov razvoj. Vsebina teh umetnih celic bi bila prilagojena posameznim boleznim, izkoriščali pa bi mehanizme, ki so tudi sicer prisotni v organizmu. Odpadlo bi jemanje učinkovin v rednih odmerkih, pač pa bi zdravljenje potekalo samo od sebe.

Za zdaj gre le za idejo, kako bi zdravljenje lahko potekalo. Rešiti je treba še ogromno praktičnih in teoretičnih vprašanj, kar bo gotovo trajalo vsaj še kakšno desetletje.

Določen genom konja

Danes so na spletu objavili osnutek celotnega genoma konja. Z 2,7 milijardami nukleotidi je po velikosti primerljiv z ostalimi genomi sesalcev (človeka, miši, opic), za njegovo dokončanje pa so porabili približno 12 milijonov EUR iz sredstev Državnih inštitutov za zdravje (NIH). Delo je potekalo pretežno v letu 2006, predstavlja pa nadgradjo genomskih analiz, ki so jih opravili v desetletju pred tem. Projekt sta vodili raziskovalki z MIT-ja in Harvardske univerze, v Nemčiji pa so pripravili 300.000 klonov s koščki genoma, vstavljenimi v umetne bakterijske kromosome. Ta del raziskav sta financirala sklad podjetja Volkswagen (1,5 milijona EUR) in dežela Spodnja Saška.

Podrobno zaporedje izhaja iz krvnih celic kobile Twilight iz črede, ki jo gojijo na Univerzi Cornell. Zanesljivost določenega zaporedja je predvidoma dokaj visoka, saj so za sestavljanje zaporedja na osnovi posameznih klonov morali vsak nukleotid v povprečju prebrati 7-krat. Primerjava znanih delov zaporedij DNA konjev drugih pasem je omogčila izdelavo karte genetskih variacij pri konjih in zajema okrog 1 milijon nukleotidov (SNP-jev), ki so pri različnih pasmah različni.

Zakaj je sploh smiselno poznati genom konja? Razlogov je več. Veterinarji si obetajo, da bodo na osnovi genoma bolje razumeli nastanek in razvoj nekaterih bolezni pri konjih. Razen tega poznajo pri konjih 80 dednih bolezni, ki so zelo podobne kot pri človeku. Primerjalna genomika se bo ukvarjala s primerjavo zaporedij z drugimi znanimi genomi sesalcev, primerjava med pasmami pa bo morda skupaj s splošnimi podatki prispevala k razumevanju razvoja vrst. Morda bo lažje razumeti tudi razlike v lastnostih, značilnih za posamezne pasme.

Novico povzemam po zbirniku novic EurekAlert.

Tkivno inženirstvo: umetni hrustanec

Okvare sklepov, ki so posledica 'izrabe' hrustanca, je mogoče odpraviti z vsaditvijo umetnih sklepov ali z implantacijo hrustanca, ki so ga po večmesečnem gojenju pripravili v laboratoriju. Oba pristopa sta draga in zahtevna za izvedbo, zato iščejo nove načine zdravljenja.

Nov način predstavlja priprava čvrste tridimenzionalne tkanine, ki je po lastnostih zelo podobna hrustancu. Raziskava je objavljena v februarski številki revije Nature Materials in je predstavljena tudi s sliko na naslovnici. Poseben tkalni stroj naredi gost preplet niti, ki ima enake mehanske lastnosti kot naravni hrustanec, obenem pa je v njegovi strukturi dovolj prostora, da bi se v prepletu lahko zasidrale celice, ki bi izločale hrustanec. Lahko pa bi vnesli tudi izvorne celice, ki bi se razvile v hondrocite.

Zdravljenje z izvornimi celicami v Kanadi že preizkušajo na konjih, kot danes poroča Science Daily. Izvorne celice izolirajo iz popkovnične krvi, nato pa usmerjeno vodijo njihov razvoj v hondrocite. Tridimenzionalno strukturo ustvarijo s tem, da na mesto poškodbe vnesejo koščke kosti, obrasle s hrustančnimi celicami, vendar se zdi, da bi nova polsintetična ogrodja bila bolj primerna za delo. Za začetno zdravljenje je tudi lažje pripraviti dovolj velike površine umetnega hrustanca, ki bi ga celice kolonizirale postopno. Gojenje celic ex vivo, kot to počnejo sedaj, je namreč zelo počasno in je težko dobiti dovolj materiala za obsežnejše okvare.

V Sloveniji se s pripravo hondrocitov za vsaditev v poškodovane sklepe ukvarja eno redkih visokotehnoloških podjetij na področju novih biologij, Educell.

Kemične oznake - signali aktivnega genoma

Z razjasnitvijo človekovega genoma - določitvijo zaporedja nukleotidov v kromosomih - se je zdelo, da bo mogoče razjasniti marsikatero skrivnost delovanja celice in organizma. Vendar pa je veliko vprašanj ostalo brez odgovora. Potrebni so novi pristopi in mnogo dodatnih analiz. Ena takih je včeraj objavljena raziskava na spletni strani Nature Genetics, v kateri ameriški znanstveniki ugotavljajo, kateri deli genoma so aktivni - se torej prepisujejo v RNA.

Prepisovanje DNA v RNA se začne na mestih v bližini promotorskih zaporedij, na katera se veže encim RNA-polimeraza. Na hitrost prepisovanja pa lahko v veliki meri vplivajo druga, bolj oddaljena zaporedja, ki jih imenujemo 'ojačevalna zaporedja'. Vendar postopek ni preprost, saj je pri človeku (tako kot pri drugih evkariontih) DNA ves čas pripeta na proteine histone (DNA skupaj s proteini imenujemo kromatin), večino časa pa tudi tesno zapakirana. Pri podvojevanju DNA in pri prepisovanju v RNA se mora torej kompleks med DNA in histoni razrahljati, da je DNA dostopna za encime in pomožne proteine.

Za razrahljanje kompleksov DNA-histoni so pomembne kemične spremembe histonov. Med temi spremembami aminokislinskih ostankov sta predvsem pomembna acetiliranje in metiliranje. Z natančno analizo vzorca metiliranja in acetiliranja histonov v bližini znanih promotorjev in ojačevalnih zaporedij so ugotovili, da so histoni H3 v bližini promotorjev trimetilirani na ostanku Lys4, medtem ko so isti histoni na mestih v bližini ojačevalnih zaporedij monometilirani. S tem preprostim podatkom so preverili metilacijski vzorec na dolžini 30 milijonov nukleotidov in ugotovili, da zaporedje vsebuje približno 200 promotorjev in 300 ojačevalnih zaporedij. [Animacijo, ki predstavlja začetne stopnje prepisovanja gena in vključuje tudi ojačevalna zaporedja, je prikazan tule.]

Na osnovi tega odkritja so lahko razvili računalniški algoritem, ki omogoča analizo metilacijskih vzorcev DNA kot oznak regulatornih mest na kromatinu. Te kemične oznake so imenovali 'histonski kod', ki zapisuje aktivne regije genoma, za razliko od klasičnega genskega koda, ki ga predstavljajo po tri nukleinske baze in določajo po en aminokislinski ostanek v proteinu.

Popkovnice in Virgin

Multinacionalka Virgin Group, ki je verjetno bolj znana iz sveta zabave in turizma, se bo verjetno usmerila tudi na področje izvornih celic. Načrtujejo, da bi v Veliki Britaniji ustanovili banko popkovnične krvi, ki je bogata z zarodkovimi izvornimi celicami. Računajo, da bi hranili okrog 300.000 vzorcev, pri vsakem pa bi bila cena odvzema in hrambe celic za 20 let okrog 2300 EUR. Polovico vzorca bi vsak dal v prosto uporabo, polovica pa bi ostala vedno zamrznjena za primer, da bi se kdaj kasneje v življenju pojavila potreba, da izvorne celice uporabimo za zdravljenje.

Tudi v ZDA načrtujejo uvedbo banke popkovnične krvi. Prvi cilj je pridobiti 150.000 vzorcev, s čimer bi verjetno pokrili 90 % vseh kompatibilnostnih skupin. V ZDA je trenutno odvzem in hramba vzorcev približno za polovico dražja kot naj bi bila v Veliki Britaniji, tako da naj bi Virgin s svojo novo dejavnostjo ne imel profita. Gre torej samo za reklamno potezo ali računajo, da bi se s polovicami vzorcev morda le dalo kaj zaslužiti?

(Povzeto po novici na spletnem portalu Times on-line in Forbes.)

Etična pravila dela z embrionalnimi izvornimi celicami

V reviji Science, v celoti pa na internetu, so včeraj izšle smernice za delo z embrionalnimi izvornimi celicami (ESC), o čemer med drugim poroča tudi Reuters. Pri pripravi smernic so v okviru Mednarodnega združenja za raziskovanje izvornih celic (ISSCR) so sodelovali raziskovalci, zdravniki, etiki in pravniki iz 14 držav. Raziskave izvornih celic so se v zadnjih 5 do 10 letih zelo razmahnile, ves čas pa se srečujemo z nasprotovanji delu z embrionalnimi celicami, občasno pa tudi škandalom, kakršen je bil razvpiti primer južnokorejskega znanstvenika Hwanga Woo-suka.

Dokument predstavlja napotke za delo, ki naj bi jih upoštevali po vsem svetu, čeprav nimajo enake teže kot zakoni. Cilj pripravljalcev je bil doseči etično delo z embrionalnimi izvornimi celicami, vendar nasprotniki tovrstnih raziskav menijo, da so objavljene smernice brezpredmetne, saj naj bi jih napisali raziskovalci in podjetniki, ki jim gre za profit tudi za ceno uničevanja zarodkov.

Ne glede na kritike nasprotnikov dela z embrionalnimi izvornimi celicami pa je objavljeni dokument najresnejši poskus postaviti visoke standarde za delo z ESC, kjer je določeno, kaj je dovoljeno in kaj ne (reproduktivno kloniranje ostaja prepovedano, ni pa izrecno prepovedano pripraviti himerne celice, torej križance med človeškimi in živalskimi celicami), določeno je, da je treba pridobiti informirani pristanek donorjev celic, pred izvedbo poskusov pa jih morajo obravnavati in odobriti odbori na inštitucijah, kjer naj bi raziskave izvajali.

Parkinsonova bolezen in vinske mušice

Pri Parkinsonovi bolezni je glavni razlog za težave z gibanjem in govorom, pogosto pa tudi vedenjske motje, odmiranje celic, ki sintetizirajo dopamin (živčni prenašalec). Bolezen je napredujoča in zdravila, ki obstajajo, učinkujejo le nekaj časa, potem pa se pokažejo stranski učinki ali odpornost nanj. Razen tega ne obstaja laboratorijski preizkus, s katerim bi zagotovo diagnosticirali bolezen. V nekaterih primerih je bolezen genetsko pogojena (znanih je več mutacij, ki so povezane z razvojem bolezni), a redko.

Celice, ki v možganih sintetizirajo dopamin (dopaminergični nevroni), so omejene na majhen, težko dostopen del možganov (substantia nigra). Nevroni iz tega dela potujejo do striatuma v predelu možganskih bazalnih ganglijev, ki med drugim sodelujejo pri koordinaciji gibanja. Ker je dopaminergičnih nevronov malo in so prostorsko zelo omejeni, se zdi, da je bolezen idealen primer za zdravljenje z izvornimi celicami. Če bi jih uspeli vsaditi na mesto okvarjenih nevronov in jih usmeriti, da se razvijejo v celice, ki proizvajajo živčni prenašalec, bi bilo zdravljenje gotovo uspešno. Vendar pa je do zdravljenja na ta način še daleč.

Leta 2005 so objavili, da so pri opicah z boleznijo, podobno Parkinsonovi, uspeli doseči izboljšanje stanja s tem, da so jim na mesto odmrlih nevronov presadili celice, ki so jih vzgojili iz izvornih, a so jih in vitro usmerili v razvoj dopainergičnih živčnih celic. Lani pa je bil odmeven članek o uspešnem zdravljenju podgan s PB. Na mesto poškodovanih nevronov so jim presadili človeške embrionalne izvorne celice, ki so jih prej gojili v prisotnosti astrocitov in stimulirali njihovo diferenciacijo v smeri dopainergičnih nevronov. Podgane niso več kazale značilnih bolezenskih znakov, kar je bilo zelo vzpodbudno. Natančnejše analize pa so pokazale, da so na mestu presaditve začeli nastajati skupki tumorigenih celic.

Med najbolj znanimi bolniki s Parkinsonovo boleznijo je ameriški igralec Michael J. Fox (video, na katerem govori o PB), ki je ustanovil sklad za financiranje raziskav. Med drugimi so se januarja letos odločili s 4,6 milijoni dolarjev podpreti razvoj zdravil v 10 manjših biofarmacevtskih podjetjih. Eno od njih je podjetje ReNeuron, ki razvija zdravilo na osnovi izvornih celic. Te so genetsko spremenjene tako, da lahko v izbranem trenutku sprožijo celično smrt in s tem preprečijo, da bi se celice razvile v tumorske.

In kaj počnejo tu vinske mušice? Pričakovali bi namreč, da bodo poskusi na živalih privedli do poskusnega zdravljenja ljudi. Pa vendar se bo prej zdelo, da je pri Parkinsonovi bolezni trend obrnjen na glavo. Že pred 20 leti so namreč izvajali poskusne presaditve nevronov na mesto odmrlih, vendar tudi pri uporabi izvornih celic uspeh ni bil zelo prepričljiv. Pri nekaterih pacientih je sicer prišlo do izboljšanja stanja, pri mnogih pa ne. Presajene celice so pogosto odmrle, izvorne celice pa po presaditvi niso proizvajale dopamina. Raziskave so trenutno usmerjene v natančnejšo diferenciacijo embrionalnih izvornih celic v dopaminergične nevrone in v genetsko spreminjanje, tako da celice proizvedejo več dopamina kot normalne. Razen tega - tako kot pri drugih raziskavah, kjer računajo na izvorne celice - ostaja odprto vprašanje vira izvornih celic. Za en poskus zdravljenja Parkinsonove bolezni so namreč uporabili celice iz šestih blastocist.

Vinske mušice za raziskave Parkinsonove bolezni so uporabili na Kalifornijski univerzi v Los Angelesu (UCLA) V včerajšnji številki revije Journal of Neuroscience so namreč objavili članek (povzemam ga iz kratke informacije UCLA) z rezultati novega modela PB na osnovi mutacij v genu za parkin. Mutirani človeški gen so iz človeka prenesli v vinsko mušico in dokazali, da to privede do odmiranja dopaminergičnih celic, to pa do simptomov, značilnih za PB. Predvidevajo, da bo na vinskih mušicah možno izvajati analize v večjem obsegu kot na višjih organizmih. Na videz se torej zdi, da raziskave selijo s človeka na žuželke in se s tem oddaljujejo od končnega cilja. Vendar pa se je treba zavedati, da je ta raziskava samo ena izmed mnogih in da bo treba združiti znanje celičnih biologov, nevropatologov in nevrofiziologov, biokemikov in genskih tehnologov, da bi prišli do novih bioloških zdravil za to bolezen.