Znajdź zawartość

Kwasy nukleinowe, szczególnie RNA, mogą być niezwykle podatne na degradację, szczególnie w przewodzie pokarmowym. Rozwiązanie tego problemu otwiera nowe możliwości terapeutyczne, w tym możliwość opracowania doustnych szczepionek, mówi Giovanni Traverso, profesor inżynierii mechanicznej na MIT i gastroenterolog w Brigham and Women's Hospital. Amerykańscy naukowcy wykazali właśnie, że opracowana przez nich kapsułka pozwala na dostarczenie do żołądka świni do 150 mikrogramów RNA. To więcej niż mRNA używane w szczepionkach przeciwko COVID-19. Zespół Traverso od lat współpracuje z zespołem Roberta Langera, profesora w David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research. Celem ich badań jest stworzenie nowych technik doustnego dostarczania leków. W 2019 roku zaprezentowali kapsułkę z igłą, która wbija się w wyściółkę żołądka i dostarcza tam insulinę. Kapsułce nadano kształt karapaksu żółwia lamparciego. Karapaks zwierzęcia ma taki kształt, że jeśli żółw upadnie na grzbiet, bez problemu odwraca się na nogi. Naukowcy nadali kapsułce taki kształt, dzięki czemu zawsze ustawi się ona tak, by igła mogła wbić się w żołądek. W ubiegłym roku Traverso i Langer wykazali, że za pomocą kapsułki możliwe jest dostarczanie dużych molekuł, jak przeciwciała monoklonalne. Po udanych testach postanowili sprawdzić, czy ich kapsułka przyda się również do pracy z innymi dużymi molekułami, kwasami nukleinowymi. Kwasy nukleinowe łatwo ulegają degradacji po dostaniu się do organizmu. Dlatego też muszą być dostarczane w osłonkach. Uczeni z MIT opracowali więc specjalne polimerowe nanocząsteczki wykonane z poli(β-aminoestrów). Już wcześniej wykazali bowiem, że dzięki nadaniu im odpowiedniego kształtu można dobrze chronić kwasy nukleinowe. Nowe cząstki przetestowano najpierw na myszach. Zwierzętom wstrzyknięto je do żołądka, nie używając przy tym kapsułki. Cząstki miały chronić RNA z kodem pewnego białka reporterowego. Gdyby dostarczenie do żołądka i pobranie RNA przez organizm było skuteczne, białko to powinno pojawić się w tkankach. I rzeczywiście. Wykryto je zarówno w żołądkach, jak i wątrobie, co wskazuje, że RNA zostało dostarczone do innych organów, a następnie trafiło do filtrującej krew wątroby. Następnie naukowcy poddali kompleks RNA-nanocząsteczki liofilizacji i umieścili go w swoich kapsułkach. W jednej byli w stanie upakować około 50 mikrogramów mRNA. Trzy takie kapsułki podano świniom. Badania wykazały, że po podaniu kapsułek białko reporterowe było wytwarzane przez komórki żołądka, ale nie znaleziono go w innych częściach ciała. W następnym etapie badań naukowcy spróbują zwiększyć ilość RNA dostarczonego do organizmu zmieniając budowę nanocząsteczek lub podając więcej RNA. Zauważają jednak, że w niektórych zastosowaniach wystarczy dostarczyć RNA do samego żołądka. W układzie pokarmowym znajduje się wiele komórek układu odpornościowego, a stymulowanie tych komórek to znany od dawna sposób na wywołanie reakcji immunologicznej, stwierdzają naukowcy. Traverso i Langer chcą sprawdzić, czy podanie szczepionki mRNA drogą doustną wywoła ogólnoustrojową reakcję immunologiczną, w tym aktywację limfocytów B i T. Nowa metoda podawania mogłaby też być wykorzystywana przy leczeniu chorób układu pokarmowego, które trudno jest zwalczać za pomocą tradycyjnych zastrzyków podskórnych. Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach pisma Matter. « powrót do artykułu

Profesor Krzysztof Marycz z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu chce wykorzystać technologię mRNA do leczenia osteoporozy. Jego projekt badawczy uzyskał najwyższe (3,2 miliona pln) finansowanie z programu Tango 5 Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Ta technologia może zrewolucjonizować nasze podejście do leczenia osteoporozy, mówi uczony, który ma zamiar odwrócić proces resorpcji kości. Na osteoporozę cierpi ok. 33% kobiet w okresie przekwitania. Ryzyko złamania kości wynosi u nich 40%, podczas gdy u mężczyzn jest co najmniej 2-krotnie mniejsze. W krajach wysoko rozwiniętych, w tym i w Polsce, osteoporoza to jedna z głównych przyczyn śmierci, gdyż złamania wiążą się z zanikiem mięśni, pojawieniem się odleżyn, zatoru czy opadowego zapalenia płuc. Profesor Marycz wykorzystuje mRNA do stworzenia materiału, który nie tylko zahamuje rzeszotowienie kości, ale również doprowadzi do odbudowy brakującej tkanki. Technologia mRNA została po raz pierwszy zastosowana w 2001 roku. Wtedy choremu pobrano komórki, wprowadzono do nich RNA, a całość ponownie wstrzyknięto pacjentowi. mRNA to kopia genu zawierająca np. informację o tym, w jaki sposób komórka ma wyprodukować konkretne białko. Ze znajdującego się w jądrze komórki DNA organizm przenosi mRNA do cytoplazmy komórki, tam wykonywana jest zawarta w mRNA instrukcja i wytwarzane jest konkretne białko. A to białka odpowiadają za większość procesów fizjologicznych naszego organizmu. Uczony z Wrocławia zapowiada, że wykorzysta technologię mRNA do leczenia osteoporozy. Nad tym rozwiązaniem zaczęliśmy pracować już kilka lat temu, przed pandemią. Punktem wyjścia były badania związane z końmi. Razem z Pawłem Golonką zaproponowaliśmy podobną technologię, choć jeszcze bez mRNA, do wypełniania cyst podchrzęstnych u koni. Wszystko się dobrze powiodło, opublikowaliśmy pracę ukazującą spektakularne wyniki badań klinicznych, więc zacząłem się zastanawiać nad tym, jak to doświadczenie wykorzystać w szukaniu rozwiązań terapeutycznych dla ludzi. Bo po pierwsze, konie mogą pomagać medycynie człowieka, ale po drugie – czy chodzi o to, by pomagać setkom koni, czy milionom ludzi?. Projekt naukowca, który zyskał uznanie NCBiR, to pomysł na wykorzystanie mRNA do hamowania osteoklastów – komórek kościogubnych, mających zdolność rozpuszczania tkanki kostnej – i promocji osteoblastów, komórek tworzących kości. To radykalna zmiana myślenia. Do tej pory myślano o tym, by do kości dostarczać wapń. Ja zamierzam wykorzystać komórki, które ten wapń produkują, bo problemem osteoporozy są nadaktywne komórki kościogubne, tj. te „zjadające” kość. Z kolei te, które ją budują i umożliwiają deponowanie wapnia w kości, są wyraźnie słabsze. Wpadłem więc na pomysł, by na poziomie postranskrypcyjnym zablokować komórki osteoporotyczne, a więc osteoklasty, a aktywować komórki osteoblastyczne, tym samym doprowadzając do sytuacji, w której będą one deponować kluczowe białka w macierzy kostnej i sprzyjać odkładaniu się wapnia, a więc budować kość w miejscu ubytku, wyjaśnia uczony. Uczonemu zależy też, by cały proces był niezwykle precyzyjny. Zawierający mRNA biomateriał ma być wprowadzany w miejsce konkretnego ubytku, a lekarz ma sterować przebiegiem leczenia. Najpierw mają otwierać się mikrokapsułki z mRNA, które zahamuje osteoklasty, a następnie kapsułki z mRNA pobudzającym osteoblasty. Profesor Marycz chce zawieszać mRNA nie w obecnie stosowanych lipidach, a w hydroksyapatytach, związkach nieorganicznych połączonych z nanocząstkami magnetyczymi. Naukowiec powołał już interdyscyplinarny zespół naukowy i zaprasza do współpracy. Mój projekt daje szansę rozwoju całej grupie badawczej, a co więcej, pozwala rozbudować zespół – dlatego też zwracam się do młodych i ambitnych naukowców – jeśli kogoś interesują innowacyjne badania z zakresu spersonalizowanej i precyzyjnej medycyny  translacyjnej, to zapraszam do aplikacji i zgłoszenia się do mnie, aby dać sobie szansę udziału w projekcie, który otwiera możliwość rozwoju i udziału w przełomowych badaniach. Marycz już stawia sobie kolejne ambitne cele. Jeśli uda mu się stworzyć szczepionkę mRNA przeciwko osteoporozie, rozpocznie prace nad szczepionką przeciwko rakowi prostaty i jelita grubego. « powrót do artykułu

Amerykański Narodowy Instytut Alergii i Chorób Zakaźnych (NIAID) poinformował, że wstępne badania szczepionki mRNA przeciwko HIV dały pozytywne rezultaty. Badania,przeprowadzone na myszach oraz nie człowiekowatych wykazały, że szczepionka jest bezpieczna i wygenerowała pożądaną reakcję przeciwciał i komórek w odpowiedzi na wirusa podobnego do HIV. Rezusy, którym podano pierwszą dawkę szczepionki, a następnie dawki przypominające, były narażone na 79% mniejsze ryzyko infekcji SHIV (simian-human immunodeficiency virus) niż zwierzęta niezaszczepione. Pomimo czterech dekad poszukiwań, szczepionka przeciwko HIV wciąż nie istnieje. Ta eksperymentalna szczepionka mRNA ma liczne cechy, dzięki którym może pokonać niedociągnięcia innych eksperymentalnych szczepionek przeciwko HIV. To obiecująca technologia, mówi dyrektor NIAID, Anthony Fauci. Eksperymentalna szczepionka przeciwko HIV zawiera mRNA kodujące dwie kluczowe proteiny wirusa HIV – Env i Gag. Po domięśniowym podaniu komórki zaszczepionych zwierząt wytwarzają cząstki podobne do wirusa (VLP), zawierające Env na swojej powierzchni. Jako, że nie mają pełnego materiału genetycznego nie mogą się ani namnażać, ani wywołać choroby. Jednak wywołują reakcję ze strony układu odpornościowego. Podczas badań na myszach po podaniu dwóch dawek szczepionki przeciwciała pojawiły się u wszystkich zwierząt. Proteina Env, którą wytworzyły myszy z instrukcji przekazanych przez mRNA zawarte w szczepionkach, był bardzo podobny do Env wytwarzanej przez wirusa HIV. To duży postęp w porównaniu z wcześniejszymi szczepionkami. Prezentacja na powierzchni każdej VLP licznych kopii autentycznej osłonki wirusa HIV to jedna z olbrzymich zalet naszej szczepionki. Dzięki temu zaszczepienie symuluje prawdziwą infekcję i może odegrać olbrzymią rolę w uzyskaniu pożądanej reakcji ze strony układu odpornościowego, mówi główny autor badań, doktor Paolo Lusso. Po obiecujących testach na myszach, szczepionka Env-Gag VLP mRNA była testowana na makakach. Na różnych grupach zwierząt zastosowano różne schematy podawania szczepionki. Jednak każdej grupie po podaniu oryginalnej szczepionki przez rok podawano dawki przypominające składające się z Gag mRNA i ENV mRNA wirusów HIV z dwóch innych kladów niż ten, którego białka wykorzystano w oryginalnej szczepionce. Używano różnych wariantów wirusa, by jak najbardziej uwrażliwić układ odpornościowy na najbardziej zachowywany pomiędzy wirusami obszar Env. Mimo, że podawano wysokie dawki mRNA zwierzęta dobrze tolerowały szczepionkę, pojawiły się tylko łagodne przejściowe skutki uboczne, jak np. utrata apetytu. Do 58. tygodnia wszystkie zwierzęta posiadały w organizmach mierzalny poziom przeciwciał, które atakowały większość z 12 testowanych szczepów HIV. Od początku 60. tygodnia wszystkie zaszczepione zwierzęta oraz niezaszczepioną grupę kontrolną, co tydzień wystawiano wirusa SHIV, podając im go do nosa. Po 13 tygodniach 2 z 7 zaszczepionych makaków wciąż nie były zainfekowane. Makaki, które nie były szczepione, zaraziły się średnio po 3 tygodniach. Makaki, które były zaszczepione i się zaraziły, zarażały się średnio po 8 tygodniach. Wirusa SHIV użyto, gdyż HIV-1 nie replikuje się u makaków. Obecnie pracujemy nad udoskonaleniem zarówno samej szczepionki, jak i protokołu szczepień. To powinno zwiększyć efektywność naszej szczepionki, dzięki czemu potrzebna będzie mniejsza liczba dawek przypominających. Jeśli szczepionka okaże się bezpieczna i efektywna, przygotujemy się do I fazy badań klinicznych na zdrowych dorosłych ochotnikach, mówi doktor Lusso. « powrót do artykułu

Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego opracowali nową metodę znakowania mRNA. Pozwoli ona na lepsze monitorowanie cząsteczek mRNA zarówno w komórkach, jak i w całym organizmie. Technologia, stworzona przez zespół pracujący pod kierunkiem prof. Jacka Jemielitego i dr hab. Joanny Kowalskiej, przyspieszy prace nad rozwojem terapii wykorzystujących mRNA. mRNA służą komórkom do produkcji białek. Wytwarzanie białek przez komórki zaczyna się od skopiowania niewielkiego fragmentu DNA, czyli wykonania cząsteczki mRNA. Opuszcza ona jądro komórkowe i przechodzi do cytoplazmy. Tam przechwytują ją enzymy transportujące mRNA do rybosomów. W rybosomach mRNA jest odczytywane i na podstawie zawartych w nim instrukcji produkowane są cząstki białka. Cząstki mRNA są bardzo nietrwałe i szybko ulegają degradacji. Dlatego też naukowcy, pracujący nad wykorzystaniem mRNA w medycynie, musieli przezwyciężyć dwa problemy. Jednym z nich było ustabilizowanie mRNA tak, by zwiększyć jego odporność na obecne w komórkach czynniki degradujące. Z drugiej zaś – konieczne było zwiększenie jego produktywności, zatem by wykorzystywane w terapii mRNA częściej trafiało do rybosomów. Już w 2007 roku obie te trudności udało się przezwyciężyć zespołowi prof. Jemielitego i dr Kowalskiej. Teraz, gdy technologie mRNA zaczynają być stosowane na szeroką skalę – tutaj przykładem są szczepionki przeciwko COVID-19 – i rośnie zainteresowanie tą technologią, pojawiło się kolejne wyzwanie. Naukowcy opracowujący nowe terapie z wykorzystaniem mRNA chcieliby mieć możliwość dokładnego śledzenia losów cząsteczek mRNA podanych do organizmu. Naukowcy z UW dodali właśnie do jednego z końców mRNA, zwanego cap 3', znaczniki fluorescencyjne, pozwalające na monitorowanie cząsteczki w żywych komórkach. Co ważne, zastosowana przez Polaków technologia jest kompatybilna z tą stosowaną do oznaczania drugiego z końców, cap 5'. To zaś oznacza, że dzięki uczonym z Warszawy możliwe jest oznaczanie obu końców mRNA. Co więcej, każdy z nich może zostać oznaczony innym kolorem, a znaczniki mogą wymieniać między sobą energię jeśli znajdą się blisko siebie. Podwójne znakowanie mRNA umożliwia zlokalizowanie tej cząsteczki w żywych organizmach. Nasze badania prowadzone były na organizmie kijanki Danio pręgowanego. W ich trakcie wykazaliśmy, że można prowadzić monitoring, czy i kiedy mRNA ulega degradacji, a także sprawdzać, jak efektywnie powstaje z niego białko. Podwójne wyznakowanie fluorescencyjne utrzymuje w pełni funkcjonalność mRNA, zarówno w liniach komórkowych, jak i żywym organizmie. W naszych badaniach wyznakowane mRNA odpowiadało za produkcję białka GFP. Jest to białko fluorescencyjne, które dawało światło w innym kolorze niż oba znaczniki zastosowane w mRNA. To pozwoliło nam jednocześnie obserwować losy wyznakowanego mRNA i powstającego białka. Co ważne, opracowana przez nas technologia pozwala tworzyć sondy molekularne, które umożliwiają monitorowanie enzymów odpowiedzialnych za metabolizm mRNA w komórkach żywych, stwierdził profesor Jemielity. « powrót do artykułu

Na łamach American Journal of Obstetrics and Gynecology opublikowano wyniki badań nad działaniem szczepionek Moderny i Pfizera na kobiety w ciąży. Z badań wynika, że  u ciężarnych pojawiła się równie silna reakcja immunologiczna, co u nie będących w ciąży kobiet w wieku rozrodczym. Dane sugerują, że szczepionka jest bezpieczna i oferuje przynajmniej częściową ochronę dziecku za pośrednictwem łożyska oraz noworodkowi za pośrednictwem mleka matki. Badania były jednak prowadzone na małej grupie 131 kobiet. Działanie szczepionek testowano na 84 ciężarnych, 31 karmiących i 16 nie będących w ciąży kobietach. Uzyskane w tej grupie wyniki porównano z badaniami krwi 37 kobiet, które zaraziły się COVID-19 w czasie ciąży. To wstępne dowody. Biorąc jednak pod uwagę wstępne dane, w przypadku kobiet ciężarnych i karmiących szczepionki działają podobnie, jak u kobiet nie będących w ciąży i zapewniają lepszą ochronę niż nabyci odporności drogą naturalną, czyli przez zarażenie się wirusem, mówi doktor Denise Jamieson z Emory University School of Medicine, która nie była zaangażowana w badania. Naukowcy od początku podejrzewali, że szczepionki przeciwko COVID-19 będą efektywne i bezpieczne dla kobiet w ciąży i kobiet karmiących, jednak nie było co do tego pewności, gdyż nie prowadzono badań na ten temat. Profesor Stephanie Gaw z University of California mówi, że powyższe badania to ważny pierwszy krok w kierunku potwierdzenia przypuszczeń uczonych. W badaniach uwzględniono szczepionki mRNA firm Moderna i Pfizer. Obecne w nich mRNA instruuje komórki organizmu, by wytwarzały białko kolca (białko S), dzięki czemu nasz układ odpornościowy uczy się je rozpoznawać i zwalczać. Następnie mRNA ulega szybkiej degradacji, pozostając w organizmie jedynie przez kilka dni. Od uczestniczek badań pobierano krew w czasie podania pierwszej oraz drugiej dawki szczepionki, oraz po 6 tygodniach od drugiej szczepionki. Od kobiet, które urodziły w czasie trwania badań, pobierano też krew podczas porodu. W czasie badań rodziło 13 kobiet. Od 10 z nich pobrano krew pępowinową. W każdym z tych przypadków w krwi znaleziono przeciwciała wygenerowane w wyniku działania szczepionki, co sugeruje, że szczepionka chroni tez dziecko. Również wszystkie próbki mleka pobrane od karmiących wykazały obecność przeciwciał. Obecnie nie wiadomo, jak silna jest ochrona zapewniania czy to dzieciom w łonie matki, czy dzieciom karmionym jej mlekiem. U badanych kobiet pojawiły się podobne typowe objawy podania szczepionki, jak ból głowy, zaczerwienienie czy swędzenie w miejscu podania. Nie zauważono tutaj różnic pomiędzy ciężarnymi, karmiącymi i nie będącymi w ciąży. W każdej z tych trzech grup były kobiety, które doświadczyły gorączki i dreszczy, częściej po drugiej dawce. Tego typu zjawiska pojawiły się u około 1/3 ciężarny. Autorzy badań podkreślają, że kobiety ciężarne, które zostaną zaszczepione, powinny być bardziej szczegółowo monitorowane właśnie pod kątem gorączki. Wiadomo bowiem, że gorączka, szczególnie długotrwała, jest powiązana ze zwiększonym ryzykiem poronienia i pojawienia się wad u dziecka. Szczególnie niebezpieczna jest wysoka długotrwała gorączka w pierwszym trymestrze ciąży. Doktor Jamieson mówi, że jeśli u zaszczepionej ciężarnej pojawi się gorączka należy zbić ją paracetamolem. Uczona zauważa, że sam COVID powoduje długotrwałą gorączkę, więc zachorowanie również niesie ze sobą ryzyko. Badania nie wyjaśniają jednak wszystkich wątpliwości. Nie wiemy na przykład, czy szczepienie nie niesie ze sobą ryzyka dla dziecka w łonie matki. Takie ryzyko mogłoby się pojawić, gdyby mRNA dotarło do łożyska i wywołał ostan zapalny lub też gdyby przekroczyło łożysko i wywołało reakcję immunologiczną u dziecka, mówi profesor Gaw. Jednak, jako że mRNA ulega szybkiemu rozpadowi, jest mało prawdopodobne by jego większe ilości dotarły do łożyska. Mimo to profesor Gaw i jej zespół planują przeprowadzić badania pod kątem występowania stanów zapalnych u zaszczepionych ciężarnych i ich dzieci po urodzeniu. Otwartym pozostaje też odpowiedź na pytanie, czy mRNA może przedostać się do mleka matki. Gaw z kolegami zbadali pod tym kątem 6 kobiet i nie znaleźli w ich mleku śladów mRNA, jednak kwestia ta powinna być bardziej szczegółowo przeanalizowana. Naukowcy chcieliby się dowiedzieć też, czy ciąża u kobiet zaszczepionych i niezaszczepionych przebiega podobnie. Amerykańskie Centra Kontroli i Prewencji Chorób zbierają dane na ten temat za pośrednictwem systemu V-safe. Dotychczas do sytemu tego trafiły dane ponad 30 000 ciężarnych, które otrzymały szczepionkę Moderny lub Pfizera. Spośród nich 275 kobiet już urodziło, a odsetek komplikacji w tej grupie nie był wyższy niż jest to zazwyczaj. To mocne potwierdzenie bezpieczeństwa szczepionek, ale wciąż potrzebujemy więcej danych, mówi Jamieson. Profesor Gaw przypomina, że uzyskane dotychczas dane sugerują, iż ciąża zwiększa ryzyko ciężkiego przebiegu COVID-19 i zgonu. Dlatego też uczona mówi, że mimo wszystko ciężarne kobiety, które są narażone na wysokie ryzyko zarażenia, powinny poważnie zastanowić się nad zaszczepieniem się. « powrót do artykułu

Naukowcy z Uniwersytetu w Nottingham odkryli, jak działa pierwszy pozyskiwany z dziko rosnących pasożytniczych grzybów lek przeciwnowotworowy. Rzadki kordyceps chiński (Cordyceps sinensis), zwany też maczużnikiem chińskim, pochodzi z Tybetu i atakuje gąsienice pewnego gatunku motyla. Brytyjczycy mają nadzieję, że dzięki ich badaniom lek stanie się skuteczniejszy i będzie użyteczny w leczeniu większej liczby nowotworów. Kordycepina jest powszechnie wykorzystywana w medycynie chińskiej. Naukowcy interesują się jej właściwościami już od ponad 50 lat. Pierwsza praca na ten temat ukazała się w 1950 r. Niestety, choć lek wydawał się obiecujący, był szybko rozkładany w organizmie. By temu przeciwdziałać, podawano go w połączeniu z inną substancją, lecz ta z kolei powodowała skutki uboczne. Naukowcy zaczęli więc szukać zastępników dla drugiej połowy tandemu i zainteresowali się mechanizmem działania samej kordycepiny. Nasze odkrycia pozwolą wytypować szereg różnych nowotworów, które można by leczyć kordycepiną. Będzie można przewidzieć, czy będą wrażliwe na tę substancję i stwierdzić, z jakimi lekami przeciwnowotworowymi warto ją sparować – tłumaczy dr Cornelia de Moor. Badacze z Nottingham opracowali metodę pozwalającą ocenić skuteczność nowych receptur kordycepiny i jej połączeń z innymi lekami. To spora korzyść, która pozwala wykluczyć nieprzydatnych kandydatów jeszcze przed testami na zwierzętach. Podczas eksperymentów Brytyjczycy zaobserwowali, że niskie dawki kordycepiny hamują niekontrolowany wzrost i podział komórek, a wysokie ograniczają ich gromadzenie się w jednym miejscu i również wzrost. Oba zjawiska bazują najprawdopodobniej na tym samym mechanizmie, ponieważ kordycepina oddziałuje na produkcję białek w komórce. Niskie jej dozy zaburzają powstawanie matrycowego RNA (mRNA), które zawiera informację genetyczną o sekwencji poszczególnych polipeptydów. Wysokie dawki oddziałują bardziej bezpośrednio na proces powstawania białek.

Zaburzenie rytmu dobowego może prowadzić do problemów ze snem, zwiększa też ryzyko wystąpienia różnych chorób, w tym nowotworów. Pracę zegara biologicznego reguluje zestaw genów, a ich działanie można śledzić, ustalając stężenie matrycowego RNA (mRNA). Dotąd śledzenie ekspresji tych genów było dość trudne, ale dzięki wygodnej, rzetelnej i nieinwazyjnej metodzie japońskich naukowców wszystko powinno się zmienić. Wystarczy kilka włosów z głowy bądź z brody. Makoto Akashi z Yamaguchi University i inni odkryli, że odpowiednia ilość materiału, czyli komórek mieszków, znajduje się w 5 włosach z głowy i 3 z brody. Zespół przetestował technikę na pracownikach zmianowych, którzy na przestrzeni 3 tygodni co 7 dni rozpoczynali tygodniową zmianę nocną bądź dzienną. Okazało się, że choć w każdym tygodniu wzorce snu przesuwały się mniej więcej o 7 godzin, zegar biologiczny cofał się lub przyspieszał co najwyżej o 2 godziny. Jako że rezultaty są obiecujące, wszystko wskazuje na to, iż w przyszłości zgodność prowadzonego trybu życia z własnym zegarem biologicznym będziemy oceniać, oddając do laboratorium pukiel włosów...

Komórki macierzyste mają być przełomem w medycynie, ale na razie problemem jest ich wytwarzanie. Istnieją sposoby na przemianę zwykłych komórek w macierzyste, ale modyfikowanie ich przy pomocy DNA stwarza ryzyko nowotworów. Być może lepsze okaże się RNA. Komórki macierzyste to komórki niedorosłe, które mogą potencjalnie przekształcić się w dowolny rodzaj tkanki. Opanowanie tego procesu pozwoliłoby na leczenie takich chorób jak alzheimer, cukrzyca, choroba Parkinsona, może nawet na regenerację uszkodzonych nerwów. Niestety, trudno znaleźć naturalne komórki macierzyste w wystarczających ilościach. Ok kilku lat znana jest metoda pozwalająca na przekształcenie dorosłych komórek skóry w komórki macierzyste. Dokonuje się tego poprzez wstrzykiwanie do wnętrza komórki odpowiednich genów, nośnikami fragmentów DNA, które nadpisuje genom komórki, są wirusy. Proces przeprogramowania oparty na DNA jest jednak ryzykowny, nieudany może grozić uszkodzeniem zapisu genetycznego i przemianę komórki w nowotworową. Istnieją też inne metody, naukowcy z Uniwersytetu Kyoto dokonali reprogramowania komórki przy pomocy jedynie czterech genów, udało się też z sukcesem przekształcić komórkę dostarczając bezpośrednio do jej wnętrza zamiast genów - gotowe białka. Wszystkie te technologie wymagają jednak długiego czasu i większych nakładów. Są zbyt drogie i zbyt mało wydajne, dlatego powszechnie wykorzystuje się wciąż reprogramowanie przy pomocy DNA. Potencjalnie istnieje inny sposób, pożądane geny można wstrzykiwać przy pomocy RNA. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology: Mehmet Fatih Yanik i Matthew Angel spróbowali wykorzystać messenger RNA (mRNA, RNA matrycowe) - cząstki, które przenoszą fragmenty DNA z informacjami wewnątrz komórki. Metoda ta napotkała jednak na poważną przeszkodę: wewnątrzkomórkowy system immunologiczny, który broni komórki przed infekcją wirusową. Obce fragmenty RNA są przez niego usuwane, jeśli zaś pojawia się ich zbyt wiele, komórka ulega apoptozie (śmierci samobójczej), aby uniknąć rozprzestrzeniania się infekcji. Yanik i Angel znaleźli na to sposób. Wiedząc, że niektóre wirusy potrafią omijać system obronny komórki, podpatrzyli i wykorzystali mechanizm, którym posługują się wirusy zapalenia wątroby typu C. Dzięki wstrzyknięciu małego interferującego RNA (siRNA) dało im się zablokować odpowiedź immunologiczną komórki i można było na dalszym etapie wprowadzić mRNA przekształcające komórkę z dorosłej w macierzystą. Tym samym Naukowcy MIT są pierwszymi, którym udało się dostarczenie odpowiednich genów przy pomocy mRNA. Technika ta jest bardzo obiecująca, ale przez badaczami jeszcze wiele pracy. Nie mogą na razie oficjalnie stwierdzić, że udało im się nową metodą przekształcić komórkę z dorosłej w macierzystą. Aby dowieść sukcesu, muszą skutecznie wyhodować w laboratorium większą ilość komórek i utrzymać je przez dłuższy czas. Jeśli technika ma mieć szanse na komercyjne zastosowanie, muszą jeszcze potwierdzić zdolność przekształcania się tak stworzonych komórek macierzystych w wybrane, konkretne tkanki. Świat medyczny jednak bez wątpienia czekać będzie z niecierpliwością na wyniki dalszych prac Yanika i Angela.

Komórka zainfekowana przez wirusa wydaje się z pozoru niemal całkowicie bezbronna, zdana co najwyżej na pomoc ze strony układu odpornościowego. Okazuje się jednak, że w czasie zagrożenia maszyneria odpowiedzialna za syntezę białek przechodzi specyficzną zmianę, która nie tylko chroni powstające proteiny przed uszkodzeniem, lecz także może utrudnić dalszą ekspansję wirusa (Nature). Zespół prof. Tao Pana z University of Chicago odkrył to zjawisko podczas badania tzw. misacylacji, czyli naturalnie pojawiających się błędów podczas syntezy protein. Dochodzi do nich, gdy cząsteczka tRNA, odpowiedzialna za przyłączanie reszty aminokwasowej do powstającej cząsteczki białka, nieprawidłowo rozpoznaje instrukcję zapisaną w informacyjnym RNA i przyłącza się w miejscu, w którym powinien pojawić się inny rodzaj tRNA, odpowiedzialny za transport innego aminokwasu i tym samym przypisany do innej sekwencji informacyjnego RNA. Dotychczas uważano, że do misacylacji dochodzi średnio raz na 10 tysięcy reakcji przyłączenia nowej grupy aminokwasowej. Dzięki wykorzystaniu nowych metod badawczych zespół prof. Pana wykazał jednak, że podczas wstawiania jednego z aminokwasów, metioniny, do błędu dochodzi nadspodziewanie często. Szacuje się, że aż jedna na sto reszt metioninowych znajduje się nie tam, gdzie powinna. Jak wykazano podczas dalszych analiz, narażenie komórek na stres związany np. z działaniem wolnych rodników tlenowych lub infekcji wirusowej dodatkowo zwiększa częstotliwość misacylacji metioniny aż o 1000%. Łącznie oznacza to 1000-krotne przekroczenie "podręcznikowej" częstotliwości błędów popełnianych podczas syntezy białek. Wszystko wskazuje jednak na to, że nie jest to ewolucyjna pomyłka, tylko forma dostosowania się do niekorzystnych warunków. Reszty metioninowe pełnią w wielu białkach kluczową rolę. Dzięki obecności atomów siarki działają one niczym żywa tarcza, przyjmując na siebie uszkodzenia związane z działaniem wolnych rodników. Następnie, dzięki wyspecjalizowanym enzymom, dochodzi do przywrócenia ich prawidłowej formy i regeneracji cząsteczki białka. Wygląda więc na to, że opisywane "pomyłki" zapewniają każdej cząsteczce białka unikalną lokalizację reszt metioninowych, dzięki czemu zwiększa się prawdopodobieństwo, że przynajmniej część ogólnej puli proteiny zachowa swoją funkcję. Zaobserwowane zjawisko odgrywa prawdopodobnie także inną rolę. Podczas infekcji wirusowej wytwarzanie białek o nietypowo zlokalizowanych resztach metioninowych prowadzi do spadku ich wydajności. Opóźnia to ekspansję wirusa i ułatwia jego eliminację. Według podręczników brzmi to chaotycznie i niezbyt sensownie, lecz w ten sposób komórki zawsze zapewniają sobie, że część białek jest mniej wrażliwa na dodatkowe ataki - podsumowuje prof. Pan. Jak zaznacza, różnorodności tej nie udałoby się osiągnąć, gdyby mechanizmy syntezy protein działały bez pomyłek.

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.

Naukowcy z nowojorskiego Yeshiva University zaprezentowali technikę, pozwalającą na niezwykle czułą analizę aktywności genów pojedynczej komórki. Osiągnięcie tak wielkej precyzji badania pozwoli na przeprowadzenie wyjątkowo dokładnych badań nad wieloma procesami zachodzącymi w naszych organizmach. Opracowana metoda służy do wykrywania cząsteczek mRNA - nośnika informacji genetycznej pozwalającego na wytworzenie określonego produktu (białka lub RNA mogącego pełnić w organizmie różne funkcje) na podstawie informacji zapisanej w DNA. Cząsteczki mRNA powstają dzięki "przepisaniu" (transkrypcji) sekwencji DNA, zaś sekwencja samego mRNA może np. posłużyć jako instrukcja, według której syntetyzowana jest cząsteczka białka. Aby zidentyfikować wyłącznie cząsteczki mRNA powstające na bazie sekwencji zapisanej w poszukiwanym genie, badacze zastosowali technikę fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (ang. fluorescent in-situ hybridization - FISH). Została ona opracowana 26 lat temu, a jednym z naukowców pracujących nad jej stworzeniem był dr Robert Singer, który pracował także nad najnowszą jej modyfikacją. Analizy FISH są możliwe dzięki krótkim cząsteczkom DNA wyznakowanym barwnikiem fluorescencyjnym (stąd ich nazwa: sondy). Sekwencja sond jest dobrana w taki sposób, by łączyły się one wyłącznie z poszukiwanymi cząsteczkami mRNA. Po powstaniu odpowiednich połączeń i usunięciu cząsteczek niezwiązanych wystarczy oświetlić próbkę za pomocą lampy UV i zliczyć kolorowe punkty w obrazie mikroskopowym (patrz: zdjęcie). Choć technika fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ jest znana od ponad ćwierć wieku, po raz pierwszy udało się wykonać z jej pomocą tak precyzyjny pomiar aktywności pojedynczego genu w pojedynczej komórce. Badanie aktywności genów może mieć niebagatelne znaczenie dla naukowców próbujących zrozumieć liczne procesy fizjologiczne oraz chorobowe zachodzące w naszych organizmach. Jak bardzo istotny jest technologiczny skok naprzód w dziedzinie badań z wykorzystaniem FISH? Prawdopodobnie najlepszej odpowiedzi udziela sam dr Singer: nasze studium z wykorzystaniem tej nowej techniki już teraz wygenerowało dostatecznie wiele nowych pomysłów, by zająć naszych studentów na 10 lat. Życzymy miłej i owocnej pracy! ;-)

Badacze z Uniwersytetu Rockefellera donoszą o nieznanym dotąd mechanizmie ułatwiającym szybki rozwój zarodka. O swoim odkryciu poinformowali na łąmach czasopisma Journal of Cell Biology. Niemal wszystkie procesy zachodzące w komórce są sterowane za pośrednictwem instrukcji zawartych w genomie. Zapisana w DNA informacja jest "przepisywana" na odpowiednią sekwencję zapisaną w mRNA, a następnie instrukcja zapisana w mRNA jest odczytywana i na jej podstawie dochodzi do syntezy białka. Czasami jednak komórka wytwarza mRNA, ale z różnych względów nie jest ono wykorzystywane. Zostaje wóczas specjalnie oznakowane i trafia do tzw. ciałek P, gdzie dochodzi do jego rozkładu. Badacze z Uniwersytetu Rockefellera odkryli jednak zachodzące w jajach robaków nietypowe zjawisko, dzięki któremu nadmiar mRNA trafia do ciałek P, lecz zostaje zachowane na potrzeby dalszego rozwoju komórki. Sekretem nietypowych właściwości komórek dojrzewającego jaja jest brak enzymu zwanego Pat1, odpowiedzialnego za rozkład mRNA. Wiele wskazuje na to, że rolą tych specyficznych ciałek P jest więc magazynowanie mRNA kodującego informacje o białkach potrzebnych na dalszych etapach rozwoju. Kiedy nadchodzi odpowiedni moment, ciałka P uwalniają swoją zawartość, umożliwiając w ten sposób szybką syntezę potrzebnych w danej chwili protein. Pozwala to na uniknięcie "oczekiwania" na wyprodukowanie dostatecznej ilości mRNA, dzięki czemu rozwój jaja zachodzi sprawniej. Co ciekawe, badacze zaobserwowali przynajmniej cztery typy ciałek P wyróżniające się obecnością charakterystycznych enzymów. Ponieważ każdy rodzaj tych struktur pojawia się w komórkach na ściśle okreslonym etapie rozwoju, kontrolują one najprawdopodobniej różne procesy. Sugeruje to, że cały system "magazynów mRNA" odgrywa istotną rolę regulacyjną w procesie dojrzewania młodego osobnika. Choć badania przeprowadzono organizmie na odległym ewolucyjnie od człowieka, ich wynik może się okazać istotny także dla nas. Warto bowiem wiedzieć, że ciałka P są obecne także w ludzkich komórkach, co może sugerować, że także w naszych organizmach odgrywają one rolę bardziej złożoną, niż tylko usuwanie nadmiaru mRNA. Dokładne rozszyfrowanie tej zagadki mogłoby pomóc w zrozumieniu genetycznych podstaw wczesnych etapów rozwoju człowieka oraz rozwoju niektórych chorób związanych z zaburzeniami tych niezwykle istotnych procesów.

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.