Znajdź zawartość

Ekspresja genów w łożysku pozwala na przewidzenie rozmiarów mózgu dziecka w momencie urodzenia oraz jego tempa wczesnego rozwoju poznawczego, które – w połączeniu z innymi czynnikami – może w późniejszym życiu doprowadzić do schizofrenii. Odkryty właśnie związek genów i rozwoju poznawczego jest silniejszy u chłopców. Autorami odkrycia są naukowcy z Lieber institute for Brain Development (LIBD) oraz Wydziału Medycyny University of North Carolina (UNC). Dzięki zidentyfikowaniu aktywacji specyficznych genów w łóżysku, które wydają się być unikatowe dla ryzyka schizofrenii, mogliśmy badać procesy biologiczne, które w przyszłości można będzie wykorzystać do rozpoczęcia leczenia w łonie matki i zmniejszenia ryzyka schizofrenii, mówi Daniel R. Weinberger z Lieber Institute. Dotychczas zapobiegania schizofrenii na tak wczesnym etapie rozwoju było nie tylko niemożliwe, ale nawet niewyobrażalne. Teraz wszystko się zmieniło. Winberger i jego koledzy opisali swoją pracę w artykule Placental genomic risk scores and early neurodevelopmental outcomes opublikowanym na łamach PNAS. Zrozumienie odchyleń od normalnego rozwoju mózgu może być kluczowym elementem zapobiegania chorobie, czytamy w artykule. Autorzy badań powołują się na 30 lat innych prac naukowych, które konsekwentnie sugerują, że schizofrenia – zwykle diagnozowana u dorosłych – może rozpoczynać się na na bardzo wczesnym etapie życia, być może już w okresie prenatalnym. Wiele badań wskazywało, że komplikacje w czasie ciąży, jak infekcje czy niedożywienie, są powiązane z większym ryzykiem wystąpienia schizofrenii. Z mózgach nienarodzonych dzieci stwierdzono ekspresję wielu genów wiązanych ze schizofrenią. W 2018 roku naukowcy z Lieber Institute stwierdzili, że niektóre takie geny są też aktywowane w łożysku, a do aktywacji dochodzi przede wszystkim wówczas, gdy pojawiają się jakieś komplikacje w ciąży, np. stan przedrzucawkowy czy hipotrofia wewnątrzmaciczna. W czasie poprzednich badań wykryliśmy interakcję pomiędzy genetycznymi czynnikami ryzyka wystąpienia schizofrenii (GRS) a komplikacjami we życiu płodowym (ELC). Stwierdziliśmy, że prawdopodobieństwo wystąpienia schizofrenii jest wyższe, gdy pacjent ma za sobą historię ELC niż gdy jej nie ma, wyjaśniają autorzy najnowszych badań. Wyniki takie wskazywały, że rolę może tutaj odgrywać zdrowie samego łożyska, szczególnie gdy rozwijające się dziecko jest płci męskiej. Teraz naukowcy postanowili sprawdzić, czy w przypadku osób z historią ELC genetyczne czynniki ryzyka obecne w łożysku odgrywają jakąś rolę w rozwoju neurologicznym do 2. roku życia. Odkryliśmy, że łożyskowe czynniki ryzyka są negatywnie skorelowane z objętością przestrzeni wewnątrzczaszkowej (ICV) w badanej próbce ciąż pojedynczych i mnogich oraz, u dzieci z ciąż pojedynczych, jest skorelowane z gorszym rozwojem funkcji poznawczych w wieku 12 miesięcy oraz równie gorszym, chociaż już nie tak bardzo, rozwojem w wieku 24 miesięcy. Naukowcy odkryli tez, że u osób dorosłych, u których zdiagnozowano schizofrenię, te same geny, do których ekspresji dochodzi w łożysku, pozwalają przewidzieć rozmiary mózgu. Taki sam związek zauważono u noworodków z tą samą ekspresją genów w łożysku. Nie stwierdzono go jednak w grupie kontrolnej zdrowych dorosłych. Uzyskane wyniki sugerują, że – przynajmniej u osób z historią komplikacji w życiu płodowym – geny powiązane z reakcją łożyska na stres i ewentualnie związane ze schizofrenią, mogą wpływać na rozwój mózgu, kierując go w stronę ewentualnej choroby. Naukowcy podkreślają jednak, że na rozwój schizofrenii wpływa tak wiele czynników genetycznych i środowiskowych, że dzieci, w przypadku których stwierdzono występowanie niekorzystnej ekspresji genów, wcale nie muszą zachorować na schizofrenię. Weinberger zauważa, że większość dzieci, w których łożysku wystąpiły geny predestynujące do rozwoju schizofrenii, nie zachoruje, gdyż inne czynniki genetyczne i środowiskowe skompensują w późniejszym życiu niekorzystny wpływ genów z łożyska. Jednak w przypadku osób, u których obok genetycznych czynników ryzyka wystąpiły też komplikacje w czasie życia płodowego, późniejsza kompensacja może nie wystarczyć i dojdzie do rozwoju schizofrenii, szczególnie jeśli są mężczyznami. U większości osób ze zmienioną ścieżką rozwoju neurologicznego dochodzi do korekty i powrotu do prawidłowego rozwoju, jednak u niektórych rozwój podąża w jeszcze bardziej niewłaściwym kierunku i prowadzi do choroby, stwierdzają naukowcy. « powrót do artykułu

Otyłe samce myszy mają potomstwo z zaburzeniami metabolicznymi, ponieważ wysokotłuszczowa dieta wywołuje zmiany epigenetyczne w plemnikach. Wcześniej sądzono, że tego typu zjawiska nie mają wpływu na młode, bo przed i po zapłodnieniu dochodzi do "przepakowania" zawartości jądra komórkowego. Maria Ohlsson Teague i Michelle Lane z Uniwersytetu w Adelajdzie w Australii wykazały, że myszy, którym podawano niezdrową karmę, miały potomstwo podatne na insulinooporność. Oznacza to, że w pewnych regionach plemników zmiany epigenetyczne najwyraźniej się utrzymują. W ramach pogłębionych badań zidentyfikowano 21 miRNA (jednoniciowych cząsteczek RNA regulujących włączanie i wyłączanie genów), których ekspresja była inna w plemnikach gryzoni jedzących wysokotłuszczową i zdrową karmę. Panie posłużyły się bazą danych znanych miRNA i dzięki temu opisały możliwy wpływ zaobserwowanych zmian. Na samym początku uplasowały się rozwój embrionu i plemników oraz zaburzenia metaboliczne. Teague uważa, że duża ilość tłuszczu wokół jąder zmienia warunki i sprzyja zmianom epigenetycznym.

Wystawienie komórek jajowych na wysokie stężenia nasyconych kwasów tłuszczowych, jak ma to miejsce w jajnikach kobiet otyłych i cierpiących na cukrzycę typu 2., upośledza rozwój zarodka (PLoS ONE). Naukowcy z Antwerpii, Hull i Madrytu stwierdzili, że u krów embriony powstające z jaj wystawionych na oddziaływanie wysokiego stężenia nasyconych kwasów tłuszczowych mają mniej komórek, zmianie ulegają też ekspresja genów oraz aktywność metaboliczna. Wszystkie wymienione zjawiska są wskaźnikami zmniejszonej zdolności utrzymania się przy życiu. Specjaliści podkreślają, że choć studium prowadzono na komórkach jajowych krów, odkrycia mogą pomóc w wyjaśnieniu, czemu kobietom z zaburzeniami metabolicznymi, np. otyłością czy cukrzycą, trudniej zajść w ciążę. Pacjentki z tej grupy metabolizują więcej zmagazynowanego tłuszczu, co skutkuje wyższym stężeniem kwasów tłuszczowych w obrębie jajników, a te są toksyczne dla jaja przed owulacją. U krów możemy wywołać bardzo podobne zaburzenia metaboliczne prowadzące do zmniejszenia płodności, a szczególnie upośledzenia jakości jaj. Między innymi z tego powodu bydło jest tak interesującym modelem w badaniach nad ludzkim zdrowiem reprodukcyjnym – przekonuje szef zespołu badawczego, prof. Jo Leroy z Uniwersytetu w Antwerpii. Wiemy z wcześniejszych badań, że wysokie stężenie kwasów tłuszczowych może wpłynąć na rozwój komórek jajowych w jajnikach, ale teraz po raz pierwszy wykazaliśmy, że ten negatywny wpływ rozciąga się również na przeżywalność zarodka. Veerle Van Hoeck, doktorantka z Antwerpii, badała embriony 8 dni po zapłodnieniu. Znajdowały się one wtedy w stadium blastocysty, składającej się z ok. 70-100 komórek. Akademicy przyglądali się m.in. aktywności metabolicznej zarodka, czyli temu, jakie związki pobierał ze środowiska oraz jakie i w jakich ilościach wydalał. Najbardziej żywotne embriony, te, które z największym prawdopodobieństwem prowadziły do udanej ciąży, cechowały się spokojnym, mniej nasilonym metabolizmem, zwłaszcza w odniesieniu do aminokwasów. Tam, gdzie komórka jajowa była eksponowana na duże stężenia kwasów tłuszczowych, zarodek wykazywał nasilony metabolizm aminokwasów, a także zmienione zużycie tlenu, glukozy oraz mleczanów – wszystko to wskazuje na upośledzenie regulacji metabolizmu i zmniejszoną żywotność – wyjaśnia dr Roger Sturmey z Uniwersytetu w Hull. Leroy dodaje, że takie embriony wykazują zwiększoną ekspresję genów związanych ze stresem komórkowym. Choć wyższy poziom kwasów tłuszczowych nie zatrzymuje rozwoju zarodka na etapie dwóch komórek, następuje widoczne zmniejszenie liczby komórek zdolnych do przekształcenia się w blastocystę. Na kolejnych etapach badań akademicy zamierzają sprawdzić, czy skutki wysokiego poziomu kwasów tłuszczowych są widoczne także po narodzinach.

Czworook (Anableps anableps), południowo- i środkowoamerykańska ryba spokrewniona z gupikami, zawdzięcza swoją dwuogniskowość specyficznemu wzorcowi ekspresji genów opsyny – światłoczułego barwnika wzrokowego. Pisząc pracę dyplomową, Gregory L. Owens (obecnie z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej), stwierdził, że podział oka istnieje nie tylko na poziomie anatomicznym, ale również na poziomie molekularnym. Żywiąc się owadami i glonami, czworooki spędzają większość życia w pobliżu powierzchni wody. Górna połowa oka monitoruje linię wody, a dolna pozostaje zanurzona. Ponieważ geny opsyny A. anableps przypominają geny innych gatunków, które nie widzą ponad wodą, nie było wiadomo, czy oczy czworooków są przystosowane do obu środowisk: wodnego i lądowego. By to sprawdzić, Owens skonstruował kilka molekularnych sond, które po przyłożeniu do siatkówki wiążą się z mRNA konkretnych typów opsyny. W czopkach występują 3 rodzaje opsyny: niebieska, czerwona i zielona. Kolor jest związany z długością pochłanianej fali. Pojedynczy czopek zawiera tylko jeden rodzaj opsyn. Określając rodzaj i rozkład mRNA opsyn w siatkówce, Kanadyjczyk odkrył, że oko żyjącej w lasach namorzynowych ryby jest wyraźnie podzielone na dwie części różniące się pod względem wrażliwości na kolory. Jedna część siatkówki, wystawiona na oddziaływanie światła "lądowego", została wyposażona w czopki wrażliwe na dominujące w powietrzu zielone długości fal świetlnych. Druga część siatkówki, zanurzona, jest bardziej dostrojona do dominującej pod wodą żółtej części widma. Oko jako całość wykazuje wrażliwość na jeszcze inne długości fali: od ultrafioletu po błękit. Spodziewaliśmy się pewnych różnic między różnymi częściami oka, ale aż tak dramatycznych – podsumowuje Owens.

U zdrowych palaczy w płucach zachodzą zmiany w ekspresji genów, które przypominają zmiany widoczne u palaczy z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP). Chcieliśmy przeanalizować ekspresję szeregu genów w próbkach tkanki płuc pacjentów z POChP, bez względu na to, czy są oni palaczami, czy nie, oraz osób, które przeszły operację usunięcia nowotworu lub przeszczepu płuc – wyjaśnia Ricardo Bastos z Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (IDIBAPS). Wykorzystując łańcuchową reakcję syntezy fragmentów DNA (PCR – Polymerase Chain Reaction), hiszpańscy naukowcy przyglądali się ekspresji 42 genów, związanych m.in. z zapaleniem tkanek i naczyń. Zespół bazował przy tym na wcześniejszych doniesieniach, zgodnie z którymi pewne kodowane przez te geny białka są zaangażowane w zapoczątkowanie i rozwój POChP. W kolejnym kroku akademicy porównywali profil ekspresji tych genów u pacjentów z umiarkowanie oraz mocno nasiloną POChP, u zdrowych palaczy z prawidłową funkcją płuc oraz osób niepalących. Okazało się, że profil chorych z umiarkowanym POChP był bardzo podobny do stwierdzonego u zdrowych palaczy. To [kolejne badanie] akcentujące decydującą rolę palenia w powodowaniu tego typu patologicznych zmian. Hiszpanie podkreślają, że zdrowi palacze i pacjenci z umiarkowanie nasilonymi objawami przewlekłej obturacyjnej choroby płuc mają bardziej zbliżone profile ekspresji genów niż osoby z umiarkowaną i głęboką POChP. W ramach wcześniejszych badań laboratoryjnych ustalono, że strukturalne i komórkowe zmiany w płucach zdrowych palaczy przypominają te widywane u palaczy z lekką lub umiarkowaną postacią POChP.

„W małych ilościach nie szkodzi" - w taki sposób często odpowiadają palacze na zarzuty o szkodliwości nikotyny. Niestety, nie mają racji. Wystarcza palenie nawet okazjonalne lub bierne, żeby wywołać szkodliwe zmiany w nabłonku dróg oddechowych. Rozstrzygnięcia pytania, jaka ilość wypalanego tytoniu jest bezpieczna, podjął się doktor Ronald Crystal, specjalista pulmonologii oraz intensywnej opieki medycznej NewYork - Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center (NYPH/WCMC). Podczas prac nad studium badano 121 osób: palących nałogowo, okazjonalnie i niepalących. Pobierano od nich próbki moczu, w których oznaczano stężenie nikotyny oraz produktu rozkładu nikotyny przez wątrobę: kotyniny. Od wszystkich pobierano próbki nabłonka z dróg oddechowych, które badano pod kątem zmian w ekspresji genów wrażliwych na nikotynę. Opracowaną przez autora studium złożoną metodą ilościowej analizy genów za pomocą mikromacierzy testowano 372 geny, które znane są z wrażliwości na nikotynę. Ta metoda pozwoliła na analizę ekspresji zarówno pojedynczych genów, jak i całego genomu. Okazało się, że nawet u ochotników z najniższą ekspozycją, nikotyna wywoływała ekspresję u ponad jednej trzeciej badanych genów. Stres wywołany nikotyną w komórkach dróg oddechowych był wyraźny nawet, jeśli stężenie nikotyny w moczu było poniżej poziomu wykrywalności a kotyniny jedynie nieznacznie przekraczało ten poziom. Wraz ze wzrostem ekspozycji na nikotynę, stres komórkowy i ekspresja genów rosły proporcjonalnie. Żeby wykryć początki raka płuc, trzeba by sięgnąć bardzo daleko i badać osoby używające tytoniu przez wiele, wiele lat - podsumował Larsson Omberg, jeden ze współautorów, specjalista od biologii statystycznej i obliczeniowej. - Pierwsze sygnały zagrożenia pojawiają się na bardzo, bardzo niskim poziomie ekspozycji. To pierwsze badanie, pokazujące, że nie ma bezpiecznej dawki tytoniu, szkodliwe działanie nikotyny objawia się wyraźnie już przy minimalnych i trudno wykrywalnych stężeniach.

Izraelczycy pracują nad badaniem krwi, które pozwala na wykrycie stwardnienia rozsianego (SR) na 9 lat przed wystąpieniem pierwszych objawów. Naukowcom udało się bowiem odkryć chemiczne markery choroby (Neurobiology of Disease). Jeśli uda się stworzyć i "doszlifować" test, nastąpi ogromny przełom, ponieważ obecnie nie ma sposobu na zdiagnozowanie SR przed pojawieniem się symptomów. W wielu przypadkach poprawna diagnoza stawiana jest zbyt późno. Tymczasem przewidując początek choroby, można by zawczasu podać pacjentowi glatiramer (octan glatirameru) lub interferon beta. Jeszcze nie jesteśmy w stanie leczyć ludzi z [potencjalnym] SR, tak by zapobiec początkowi choroby, ale wiedza daje moc i możliwości. Za każdym razem, gdy spotykamy człowieka ze stwardnieniem rozsianym, musimy sobie zadać pytanie: "jak długo to już trwa?". Potrafimy zdiagnozować SR, stosując obrazowanie rezonansu magnetycznego, nigdy nie byliśmy jednak w stanie stwierdzić, jak "świeża" jest choroba" – podkreśla prof. Anat Achiron z Wydziału Medycyny Uniwersytetu w Tel Awiwie. Teoretyzowaliśmy, że przyglądając się sygnaturze ekspresji genów krwinek zdrowych ludzi, można by poszukać ewentualnych markerów biologicznych, które charakteryzują osoby zapadające na późniejszych etapach życia na stwardnienie rozsiane. W ramach studium badano próbki pobrane od 19-20-letnich poborowych. W momencie wcielenia do armii byli zdrowi, ale po jakimś czasie u 9 zdiagnozowano SR. Dzięki temu izraelscy naukowcy byli w stanie wytropić różnice w ekspresji różnych genów. Ponieważ zakłada się, że za SR częściowo odpowiada predyspozycja genetyczna, zespół Achiron przypuszcza, że test z krwi znajdzie początkowo zastosowanie w diagnostyce rodzeństwa chorych.

Naukowcy odkryli, że mleko matki wpływa na ekspresję genów oseska. Może to wyjaśnić, czemu karmione w ten sposób dzieci mają silniejszy układ odpornościowy, rzadziej zmagają się z alergiami czy przewlekłymi chorobami, np. astmą czy cukrzycami typu 1. i 2. Geny są naprawdę wrażliwe na to, co jemy, a teraz mamy geny, które mogą wyjaśnić wiele klinicznych obserwacji dotyczących różnic między niemowlętami karmionymi mlekiem matki i odżywką – wyjaśnia Sharon Donovan z University of Illinois. Amerykanie porównali grupę trzymiesięcznych dzieci: 10 karmionych odżywką i 12 karmionych piersią. Wykorzystali fakt, że podczas trawienia dochodzi do naturalnego złuszczania nabłonka przewodu pokarmowego. Badacze śledzili ekspresję genów, analizując mRNA z odchodów. Okazało się, że mleko i odżywka wpływały inaczej na co najmniej 146 genów. Większość genów, których aktywność była zwiększana przez ludzkie mleko, oddziaływała na szybki rozwój jelit i układu odpornościowego. Część z nich chroni przed nieszczelnymi jelitami (ang. leaky gut), czyli zaburzeniem polegającym na ich zwiększonej przepuszczalności, kiedy do krwiobiegu przez ścianę jelita dostają się obce cząstki. Uważa się, że zwiększa to ryzyko alergii i chorób zapalnych, np. choroby Leśniowskiego-Crohna czy astmy. Podczas porodu dziecko zostaje przeniesione z dobrze chronionego środowiska macicy do świata wypełnionego bakteriami, gdzie składniki odżywcze trzeba pozyskiwać za pomocą niedojrzałego układu pokarmowego. Jak tłumaczy Donovan, im szybciej jelita i układ odpornościowy zyskają odpowiednią sprawność, tym lepiej dla malucha. Zespół z University of Illinois uważa, że mleko i odżywka mogą wpływać na ekspresję genów na dwa sposoby: 1) zmieniając czynniki odpowiedzialne za przepisywanie informacji zawartej w genach na mRNA oraz 2) za pośrednictwem efektu epigenetycznego, gdzie spirala DNA jest tak zwijana, że pewne geny stają się mniej, a inne bardziej dostępne, a zatem zdatne do użytku. Wg Donovan, druga z wymienionych zmian jest zazwyczaj stała, co wyjaśniałoby długofalowe korzyści z karmienia piersią.

Bardzo krótkie cząsteczki RNA, uznawane dotychczas za pośrednie produkty rozpadu większych cząsteczek tego związku, okazują się zadziwiająco trwałe - donoszą badacze z University of Pittsburgh. Mało tego - najprawdopodobniej odgrywają one istotną rolę w fizjologii komórki. Cząsteczki, o których mowa, nazwano niezwykle krótkimi RNA (ang. unusually small RNAs - usRNA). Nic dziwnego - ze swoją długością wynoszącą zaledwie około 15 nukleotydów są one krótsze nawet od słynnych siRNA, za odkrycie funkcji których przyznano w 2006 r. Nagrodę Nobla. Choć z obecności usRNA w komórkach zdawano sobie sprawę od co najmniej kilku lat, dotychczas uznawano je za nieaktywne biologicznie produkty pośrednie rozpadu większych cząsteczek. Dopiero naukowcy z Pittsburgha postanowili przyjrzeć się im dokładniej. Jak się okazuje, przeczucia ich nie zawiodły - analizowane cząsteczki odgrywają ważną rolę w regulacji licznych procesów fizjologicznych. Jak wykazała analiza sekwencji nukleotydów usRNA, wiele z nich posiada na jednym z końców bardzo podobne względem siebie (lub, jak mawiają biolodzy, konserwatywne) odcinki, co skłoniło naukowców do przypuszczenia, że może to wynikać z istnienia konretnego zastosowania dla tych cząsteczek. Rzeczywiście, po pewnym czasie zaobserwowano, że niektóre cząsteczki usRNA wchodzą w bezpośrednią interakcję z białkami biorącymi udział w regulacji aktywności wielu genów. Jakby tego mało, usRNA okazały się zadziwiająco trwałe zarówno pod względem chemicznym, jak i z punktu widzenia oporności na degradację przez enzymy. Dość mocno sugeruje to, że nie są one tylko marnym produktem rozpadu aktywnych biologicznie rodzajów RNA, lecz same także mają własne zadania do wykonania. Te odkrycia sugerują, że usRNA są zaangażowane w procesy biologiczne i że powinniśmy je dalej badać, uważa dr Bino John, jeden z autorów odkrycia. Dodaje przy tym, że dokładne zrozumienie natury tych cząsteczek może pozwolić na opracowanie metod diagnostyki oraz leczenia licznych chorób.

Komercyjne systemy pozwalające na precyzyjną regulację aktywności (ekspresji) genów są zwykle niezwykle drogie. Istnieją jednak znacznie prostsze rozwiązania, o czym świadczy wynalazek opracowany na University of California. Prototyp ten nie tylko radzi sobie doskonale z kontrolowaniem aktywności metabolizmu bakterii w zależności od ich położenia na płytce hodowlanej, lecz także, co najważniejsze, oparty jest o... drukarkę wartą ok. 100 dolarów. Nowatorską maszynę opisali na łamach czasopisma PLoS ONE Daniel Cohen oraz Michel Maharbiz. Sercem urządzenia jest popularna drukarka atramentowa Epson R280, zaś organizmem modyfikowanym z jej wykorzystaniem były pospolite bakterie Escherichia coli. Metabolizm bakterii modyfikowano z wykorzystaniem tzw. operonu laktozowego. Jest to układ kilku ściśle współpracujących ze sobą genów, pozwalających bakterii na dostosowanie ilości wytwarzanych enzymów do stężenia dwóch ważnych cukrów, glukozy oraz laktozy, w otoczeniu. Operon laktozowy reaguje osobno na stężenie obu węglowodanów. Preferowanym pokarmem jest glukoza - enzymy potrzebne do jej wykorzystania wytwarzane są zawsze wtedy, gdy cukier ten znajduje się w otoczeniu bakterii. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy pożywka zawiera oba cukry jednocześnie, obecność glukozy powoduje bowiem zablokowanie produkcji białek rozkładających cukier mleczny. Jeżeli jednak laktoza jest dostępna, a dostęp do glukozy jest ograniczony, bakteria "przestawia się" na konsumpcję laktozy, zaś enzymy odpowiedzialne za przetwarzanie glukozy nie są syntetyzowane. Operon może też zostać całkowicie wyłączony - dzieje się tak w przypadku braku obu cukrów w środowisku. Aby wpływać na działanie operonu laktozowego, Cohen i Maharbiz zmodyfikowali drukarkę i dostosowali ją do "plucia" roztworami obu badanych cukrów. Aby wytworzyć dwuwymiarową mapę rozkładu tych substancji na płytce hodowlanej, badacze użyli kolejnego popularnego narzędzia - programu Adobe Photoshop (oczywiście możliwe byłoby też wykorzystanie prostszych aplikacji). Po 15 godzinach od "drukowania" bakterie poddano obserwacji. Jak się okazało, badaczom udało się wytworzyć na płytce oddzielne strefy, w których bakterie dostosowywały swój metabolizm do rodzaju nałożonego w danym miejscu pokarmu. Jednocześnie na granicach pomiędzy poszczególnymi sektorami zaobserwowano interesujące, dynamicznie zmieniające się zachowanie bakterii, świadczące o mieszaniu się roztworów obu węglowodanów. Eksperyment zaprojektowany przez Cohena i Maharbiza to tylko skromny przykład możliwości opracowanego przez nich systemu. Bardzo podobne rozwiązania mogą już niedługo posłużyć np. do precyzyjnej kontroli ekspresji genów w hodowlach komórek ssaków. Można by w ten sposób dokładnie sterować genetycznym programem rozwoju pojedynczych komórek rozwijającej się tkanki. Możliwe zastosowania takiej metody byłyby wprost nieograniczone.

Naukowcy z Case Western Reserve University zidentyfikowali nowy, zupełnie niespodziewany mechanizm kontroli aktywności genów. Odkryte zjawisko polega na degradacji cząsteczek mRNA w miejscu, w którym nikt tego nie oczekiwał - na powierzchni rybosomu. mRNA (od ang. messenger RNA - informacyjny RNA) to jeden z najważniejszych cząsteczek występujących w komórkach. Powstają one po skopiowaniu (transkrypcji) fragmentów informacji genetycznej zapisanej w DNA, po czym trafiają do rybosomów - kompleksów zbudowanych z cząsteczek tzw. rRNA (rybosomalnego RNA) oraz białek - gdzie zachodzi synteza białek o strukturze aminokwasów zgodnej z instrukcją zapisaną w mRNA. Zgodnie z obowiązującą dotychczas teorią, mRNA wykorzystany przez rybosom trafia do tzw. ciałek P, gdzie zostaje rozłożony przez specjalne enzymy. Ku wielkiemu zaskoczeniu badaczy z Case Western Reserve University okazało się jednak, że pierwsza faza degradacji tych cząsteczek zachodzi niemal równocześnie z syntezą białek, tzn. jeszcze przed ich odłączeniem od rybosomu. Dane jasno wskazują, że zamknięcie w otoczeniu pozarybosomalnym, takim jak ciałko P, nie jest konieczne dla rozpoczęcia rozkładu mRNA, podsumowuje wyniki badań ich autor, dr Jeff Coller. Ta praca rozszerza horyzonty i rzuca nowe światło na jeden z najważniejszych szlaków degradacji mRNA - procesu kluczowego dla regulacji ekspresji genów. Wspomniana regulacja ekspresji genów to nic innego, jak dostosowanie aktywności poszczególnych genów do bieżących potrzeb komórki. Wiedząc, jak wielką rolę odgrywa ekspresja informacji genetycznej, nietrudno zrozumieć, jak ważne jest odkrycie dokonane przez zespół dr. Collera. Może ono odegrać niezwykle istotną rolę nie tylko w zrozumieniu procesów zachodzących w komórkach, lecz także w leczeniu ogromnej liczby chorób - każda z nich wpływa bowiem na fizjologię organizmu, przez co modyfikuje ekspresję różnych genów. O odkryciu poinformowało czasopismo Nature.

Od wielu lat wiadomo, że poszczególne geny różnią się poziomem aktywności, lecz wciąż wiemy stosunkowo niewiele na temat mechanizmów decydujących o tym, które fragmenty DNA podlegają w danej komórce aktywnej ekspresji, a które zostają "wyciszone". Nowych, istotnych informacji na ten temat dostarczają badacze z Instytutu Studiów Biologicznych Salk. Równowaga pomiędzy genami poddawanymi ekspresji i tymi o obniżonej aktywności jest kluczowa dla przeżycia komórki. Widać to np. na przykładzie nowotworów. Do ich rozwoju konieczna jest przewaga czynności genów sprzyjających podziałom komórkowym, zwanych protoonkogenami, nad genami blokującymi ten proces, zwanymi supresorami. Właśnie jednego z tych ostatnich, zwanego p16, dotyczyło studium przeprowadzone przez badaczy z Instytutu Salk. Jedną z podstawowych form "wyciszania" określonych fragmentów nici DNA jest jej owijanie wokół białek zwanych histonami. Powstaje w ten sposób ściśle skręcony odcinek, zwany heterochromatyną, do którego nie mogą dotrzeć enzymy odpowiedzialne za przetwarzanie informacji genetycznej. Proces ten może doprowadzić np. do "wyłączenia" p16, co sprzyja rozwojowi nowotworu. Niestety, dotychczas nikt nie wiedział, jak dokładnie dochodzi do tego zjawiska. Przełomowego odkrycia dokonał zespół dr. Michaela Witchera. W pobliżu odcinka DNA zawierającego p16 badacze zidentyfikowali charakterystyczną sekwencję, pełniącą funkcję miejsca wiążącego białko CTCF. Jak określają autorzy, miejsce to pełni rolę "molekularnego płotu", który szczelnie odgradza miejsca powstawania heterochromatyny od odcinków, w których nić DNA pozostaje rozpleciona i aktywna. Odkrycie naukowców z Instytutu Salk udało się potwierdzić podczas badań nad wieloma typami komórek nowotworowych. Jak wykazała analiza ich DNA, sekwencja wiążąca CTCF, która powinna znajdować się w okolicy genu kodującego białko p16, była w nich nieaktywna z powodu braku charakterystycznej modyfikacji chemicznej zwanej PARlacją (skrót od "poli(ADP-rybozyl)acja"). Efektem było ukrycie tego genu wewnątrz heterochromatyny, przez co komórki nie mogły wytwarzać białka hamującego rozwój nowotworu. Odkrycie dokonane przez naukowców z Instytutu Salk może pomóc w badaniach nad poszukiwaniem leków, które przywracałyby utraconą aktywność p16, pozwalając komórce na odzyskanie kontroli nad tempem własnych podziałów lub przeprowadzenie procesu "samobójstwa", czyli apoptozy. Oba te procesy byłyby bardzo korzystne z punktu widzenia terapii onkologicznej.

Regulacja aktywności wielu genów naraz od dawna stanowiła zagadkę dla biologów. Troje naukowców dowodzi, że jednym z procesów regulujących te procesy jest częstotliwość, z jaką poruszają się wahadłowo niektóre białka wewnątrz komórki. Odkrycia dokonało trzech naukowców z California Institute of Technology (Caltech): dr Michael Elowitz, dr Long Cai oraz student Chiraj Dalal. Badacze analizowali zachowanie pojedynczych komórek drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae) w odpowiedzi na nadmiar jonów wapnia w pożywce. Komórki odbierają nagłe zmiany składu chemicznego otoczenia jako zagrożenie, w odpowiedzi reagując zmianą aktywności ściśle określonych genów. Właśnie ten proces, a dokładniej mówiąc: jego regulacja, był głównym obiektem badania. Wcześniejsze badania wykazały, że jednym z białek odpowiedzialnych za reakcję komórek na zmianę stężenia jonów wapnia jest proteina zwana Crz1. Wykorzystując techniki inżynierii genetycznej badacze wyhodowali szczep drożdży, które produkowały cząsteczki Crz1 połączone z zielonym białkiem fluorescencyjnym (ang. Green Fluosrescent Protein - GFP). Pozwalało to na śledzenie zachowania molekuł wewnątrz komórki. Rejestracja zmian była mozliwa dzięki mikroskopowi sprzężonemu z lampą ultrafioletową (powodowała ona na wywołanie fluorescencji, czyli świecenia GFP) oraz kamerą wykonującą zdjęcia komórki w regularnych odstępach czasowych. Celem eksperymentu była analiza ruchu cząsteczek Crz1 do wnętrza jądra komórkowego oraz ucieczki z niego. Badacze zaobserwowali, że lokalizacja białka zmienia się nieustannie, lecz zawsze w sposób skoordynowany - w określonej chwili poszczególne molekuły poruszały się zawsze w jednym kierunku. Czas ich pobytu we wnętrzu jądra komórkowego był stały, lecz częstotliwość wykonywania "przeskoków" zależała od warunków, w jakich przebywała komórka. Jak tłumaczy dr Elowitz, można w takim razie powiedzieć, że poziom wapnia jest "zakodowany" w częstotliwości tych gwałtownych zmian lokalizacji. Zaobserwowana u drożdży metoda sterowania aktywnością genów jest niezwykle rzadka. W podobnych sytuacjach czynnikiem regulującym jest zwykle stężenie określonych substancji, lecz regulację poprzez częstotliwość ruchu wahadłowego cząsteczek zaobserwowano prawdopodobnie po raz pierwszy. Obserwacje wykonane przez naukowców z Caltech wskazują, że molekuły Crz1 regulują aktywność około stu genów. Co ważne, każdy z nich reaguje na stymulację w charakterystyczny dla siebie sposób, zależny od sytuacji wewnątrz komórki. Jest to warunek kluczowy dla optymalnej reakcji komórki na stres. Szczegółowych informacji na temat odkrycia dokonanego przez zespół dr. Elowitza dostarcza najnowszy numer czasopisma Nature.

Filiżanka, a czasem nawet łyk kawy pomaga zwalczyć senność. Czy jednak w podobny sposób może zadziałać wąchanie czarnego naparu? Wydaje się, że tak... Yoshinori Masuo i zespół z National Institute of Advanced Industrial Science and Technology w Tsubie przez dobę pozbawiali szczury snu. Kiedy zbadano ich mózgi, odnotowano zmniejszone stężenie mRNA 11 istotnych dla funkcjonowania tego organu genów (Journal of Agricultural and Food Chemistry). Po wystawieniu zwierząt na oddziaływanie aromatu kawy poziom matrycowego RNA 9 genów powrócił do normy, a dwóch pozostałych nawet ją przekroczył. Skok ponad normę odnotowano w przypadku genu GIR, zaangażowanego w kontrolę neuroendokrynną, oraz NFGR, który odpowiada za zarządzanie stresem oksydacyjnym. Naukowcy podkreślają, że nie wiedzą, czy te same geny są hamowane u ludzi pozbawionych snu ani czy przedstawiciele naszego gatunku czują się zmęczeni, gdy tak się dzieje. Wiadomo na pewno, że sporo tych genów ma swoje odpowiedniki u Homo sapiens. W przyszłości Japończycy zamierzają zidentyfikować w zapachu kawy substancję, która wpływa na ekspresję genów. Wymyślili już nawet, że można by ją, np. za pośrednictwem klimatyzacji lub przewodów wentylacyjnych, wpuszczać do biur czy hal produkcyjnych. Dzięki temu pracownicy, którzy nie mogą ze względu na rodzaj wykonywanej czynności pić prawdziwej kawy, stawaliby się mniej senni. Matrycowy RNA to cząsteczka kwasu rybonukleinowego, która zawiera informację przepisaną z genów. Na jej podstawie w rybosomach "składane" są białka.

Detergent, który potrafi sam likwidować powstające podczas prania mydliny, znacznie zmniejszyłby pobór wody zużywanej do płukania. Zespół profesora Antona Middelberga z University of Queensland opracował do tego celu substancję powierzchniowo czynną, czyli surfaktant. Można go także zastosować do celów medycznych. Ze względu na wykorzystanie białek jest właściwie pepfaktantem. Kiedy ulepszono jego skład aminokwasowy, okazało się, że może uruchamiać lub blokować swoje właściwości, reagując na kwasowość otoczenia i obecność/brak jonów cynku. Gdy pepfaktant jest "włączony", może tworzyć emulsję lub piankę. Dookoła małych kieszonek z tłuszczem albo powietrzem formują się wtedy przypominające kolagenowe kapsułki. Jeśli surfaktant jest "wyłączony", pęcherzyki pękają. W sytuacji, gdy opisywana substancja spełnia rolę detergentu, może ona tworzyć błyskawicznie znikającą pianę. Podczas prania pepfaktant jest włączony i ma właściwości spieniające, w czasie płukania pH spada i bąbelki zanikają – wyjaśnia profesor Middelberg. Peptyd i wypłukany przez niego brud mogą być potem łatwo usunięte. Czemu, pomijając kwestię mniejszego zużycia wody, nowy detergent miałby być przyjaźniejszy dla środowiska? Australijczycy tłumaczą, że skoro jest zbudowany z aminokwasów, stanowi łatwy cel dla różnych mikroorganizmów. W pepfaktancie wykorzystano białko, które łącząc się z DNA, uruchamia ekspresję genów. Wykorzystano jednak tylko niewielki fragment oryginalnej cząsteczki. Stało się tak, by jak nadmienia profesor, detergent nie wpływał na ekspresję genów organizmów zamieszkujących ekosystem. W przyszłości zostanie dokładnie zbadana jego toksyczność i biodegradowalność. Początkowo pepfaktant będzie kosztował więcej od tradycyjnych detergentów. Może się to wkrótce zmienić, ponieważ ceny ropy stale rosną. Niewykluczone, że pepfaktant znajdzie zastosowanie w medycynie i zostanie wykorzystany do dostarczania leków, np. przeciwnowotworowego taksolu. Ma on oleistą konsystencję i obecnie podaje się go w formie zastrzyku. Za pomocą enkapsulacji można by jednak uzyskać żelowe drażetki z ukrytym wewnątrz taksolem.

Naukowcy z 3 jednostek badawczych z Wielkiej Brytanii i Francji (Imperial College London, INSERM U145 oraz EMI 0363) odkryli cząsteczkę, która w przyszłości stanie się celem leków przeciwcukrzycowych. Okazało się bowiem, że jeden z kwasów mikroRNA (miRNA), a konkretnie miR124, hamuje wytwarzanie insuliny przez trzustkę. Robi to, kontrolując ekspresję kilku genów komórek beta wysepek Langerhansa. Badacze uważają, że jeśli farmaceutyki zablokują działanie miR124 i innych pokrewnych miRNA, organizm cukrzyka zacznie produkować więcej insuliny, a stan zdrowia pacjenta poprawi się. MikroRNA to jednoniciowe cząsteczki RNA o długości ok. 21-23 nukleotydów. Należą do grupy tzw. ncRNA (ang. non-coding RNA), czyli niekodujących kwasów rybonukleinowych. Regulują za to różne procesy komórkowe. Blokują ekspresję wybranych genów na etapie syntezy białka. Kod białka z DNA najpierw "przepisuje się" na mRNA. To na jego matrycy budowane jest potem dane białko. Kiedy miRNA przyłączy się wtedy do mRNA, cały proces ulega zahamowaniu. Syntetyczne cząsteczki zwane antagomirami potrafią inaktywować mikroRNA. Badacze mają nadzieję, że kiedyś uda się je skierować przeciwko konkretnym miRNA, w tym miR124. Akademicy chcą też sprawdzić, czy istnieją różne warianty genu kodującego miR124 i czy któreś z nich predysponują do zachorowania na cukrzycę. Antagomiry są oligonukleotydami komplementarnymi do dojrzałych mikroRNA. "Wyłapują" miRNA przed ich przyłączeniem się do mRNA, dlatego nie mogą one regulować syntezy białek.

Dieta z dużą zawartością soli wiąże się ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia wrzodów żołądka. Dwa regulujące zjadliwość geny Helicobacter pylori, bakterii odpowiedzialnych za to schorzenie, stają się bardziej aktywne w obecności wysokich stężeń tej substancji. Wyniki badań amerykańskiego zespołu zaprezentowano na konferencji Amerykańskiego Stowarzyszenia Mikrobiologii. H. pylori żyją w żołądku. Przypisuje im się powodowanie 90% wrzodów dwunastnicy i 80% wrzodów żołądka. Według specjalistów, zwiększają one prawdopodobieństwo zachorowania na nowotwór wymienionych części układu pokarmowego. Dr Hanan Gancz i zespół z Uniformed Services University of the Health Sciences podkreślają, że od dawna wiadomo, że ludzie jedzący dużo soli, np. Japończycy, częściej zapadają na nowotwory, nikt jednak nie pokusił się o sprawdzenie, jak sól wpływa na same bakterie H. pylori. Dlatego oni postanowili zbadać wzrost i ekspresję genów tej bakterii w różnych warunkach. Podczas eksperymentów laboratoryjnych zademonstrowano, że w obecności wysokich stężeń NaCl spadało tempo wzrostu patogenów. Zaczynały też one tworzyć długie łańcuchy. Wzrastała ekspresja dwóch genów związanych z wirulencją, czyli zjadliwością. Najwyraźniej Helicobacter pylori bacznie śledzi dietę ludzi, którzy są jej nosicielami i wykorzystuje sprzyjające warunki, gdy tylko się pojawią.