Παράξενη συμπεριφορά:Νέα μελέτη εκθέτει ζωντανά κύτταρα σε μια συνθετική πρωτεΐνη

Image courtesy of Arizona State University

Ένας τρόπος προσέγγισης για την κατανόηση των διαφόρων συστατικών στους ζωντανούς οργανισμούς είναι να προσπαθήσει κανείς να τα δημιουργήσει τεχνητά, χρησιμοποιώντας αρχές της χημείας, της μηχανικής και της γενετικής. Μια ομάδα τεχνικών – που συνολικά αναφέρεται ως συνθετική βιολογία- έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αυτό-αντιγραφόμενων μορίων, τεχνητών μονοπατιών σε ζωντανά συστήματα και οργανισμούς.

 Μια ομάδα επιστημόνων από το πολιτειακό πανεπιστήμιο της Αριζόνα στο τμήμα βιο-σχεδιασμού καθώς και από το τμήμα φαρμακολογίας του πανεπιστημίου Midwestern, δημιούργησαν μια τεχνητή πρωτεΐνη στο εργαστήριο και εξέτασαν τους εκπληκτικούς τρόπους με τους οποίους τα ζωντανά κύτταρα αποκρίνονται σε αυτήν. «Αν πάρεις μια πρωτεΐνη που δημιουργήθηκε σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα και τη βάλεις στο εσωτερικό ενός κυττάρου, θα λειτουργεί;», αναρωτιέται ο Chaput. «Το κύτταρο την αναγνωρίζει; Η μήπως την “μασά και την φτύνει”» Αυτή η ανεξερεύνητη περιοχή αντιπροσωπεύει έναν νέο πεδίο για τη συνθετική βιολογία και ίσως τελικά οδηγήσει σε μια ανάπτυξη καινοτόμων θεραπευτικών παραγόντων».

 Τα αποτελέσματα της έρευνας, όπως περιγράφονται online στο περιοδικό ACS Chemical Biology, περιγράφουν μια παράξενη ομάδα προσαρμογών από βακτηριακά κύτταρα του Escherichia coli που εκτίθενται σε μια συνθετική πρωτεΐνη που ονομάστηκε DX. Στο εσωτερικό του κυττάρου, οι πρωτεΐνες DX προσδένονται σε μόρια ATP, την ενεργειακή πηγή που χρειάζονται όλες οι βιολογικές ενότητες. «Το ATP είναι το ενεργειακό νόμισμα της ζωής,» εξηγεί ο Chaput.

 «Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί του ATP περιέχουν την απαραίτητη ενέργεια για να διεξάγονται οι αντιδράσεις στα ζωντανά συστήματα, και απελευθερώνουν την αποθηκευμένη ενέργεια όταν αυτοί οι δεσμοί διασπώνται χημικά. Η εξάντληση του διαθέσιμου ενδοκυτταρικού ATP από την πρόσδεση της DX διακόπτει τη φυσιολογική μεταβολική δραστηριότητα στα κύτταρα, εμποδίζοντας τα από το διαχωρισμό (αν και συνεχίζουν να αυξάνονται).

Μετά από έκθεση στη DX, τα φυσιολογικά σφαιρικού σχήματος βακτήρια E. Coli αναπτύσσονται σε επιμήκη ινίδια. Μέσα στα ινώδη βακτήρια, πυκνές ενδοκυτταρικές λιπιδιακές δομές δρουν για να διαχωρίσουν το κύτταρο σε κανονικά διαστήματα σε όλο το μήκος του. Αυτές οι ασυνήθιστες δομές, τις οποίες οι συγγραφείς ονομάζουν ενδολιποσώματα, αποτελούν ένα άνευ προηγουμένου φαινόμενο σε τέτοια κύτταρα. «Κάπου ανάμεσα στη γραμμή αυτής της ίνωσης, άλλες διαδικασίες αρχίζουν να συμβαίνουν τις οποίες δεν έχουμε πλήρως κατανοήσει σε γενετικό επίπεδο»», εξηγεί ο Chaput.

 «Αυτές οι πυκνές λιπιδιακές δομές σχηματίζονται σε πολύ φυσιολογικές περιοχές κατά μήκος του ινώδους κυττάρου και φαίνεται ότι αυτό μπορεί να αποτελεί ένα μηχανισμό άμυνας, επιτρέποντας στο κύτταρο να διαμερισματοποιηθεί μόνο του.» Αυτή η περίεργη προσαρμογή δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ σε βακτηριακά κύτταρα και φαίνεται μοναδική για έναν μονοκύτταρο οργανισμό.

Παράγοντας μια συνθετική πρωτεΐνη σαν τη DX, που μπορεί να μιμηθεί τα χαρακτηριστικά αναδίπλωσης των φυσικά σχηματιζόμενων πρωτεϊνών και να προσδεθεί με έναν μεταβολίτη-κλειδί όπως το ATP, δεν είναι καθόλου εύκολο. Μια έξυπνη στρατηγική, γνωστή ως απεικόνιση mRNA (mRNA display), χρησιμοποιήθηκε για να παράγει, να συντονίσει και να ενισχύσει συνθετικές πρωτεΐνες ικανές να προσδένονται σε ATP με υψηλή συγγένεια και ειδικότητα, όπως θα έκανε και μια φυσιολογικά σχηματισμένη πρωτεΐνη δέσμευσης στο ATP.

Κείμενο μεταφρασμένο-προσαρμοσμένο από:Arizona State University (2012, December 27). Strange behavior: New study exposes living cells to synthetic protein. ScienceDaily. Retrieved December 30, 2012, from http://www.sciencedaily.com­/releases/2012/12/121227143001.htm

Journal Reference:

1. Shaleen B. Korch, Joshua M. Stomel, Megan A. León, Matt A. Hamada, Christine R. Stevenson, Brent W. Simpson, Sunil K. Gujulla, John C. Chaput. ATP Sequestration by a Synthetic ATP-Binding Protein Leads to Novel Phenotypic Changes inEscherichia coli. ACS Chemical Biology, 2012; : 121203123002005 DOI: 10.1021/cb3004786

earthsos.gr/earthsos.blogspot.com

DNA "γραμμο"κώδικας θαλάσσιας ζωής: Οι γενετικοί δείκτες στη διαχείριση του ζωϊκού πλούτου

Όλοι έχουμε δει τους κώδικες που βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα προϊόντα στα σουπερμαρκετ, τους γνωστούς γραμμοκώδικες που χρησιμεύουν για την ηλεκτρονική ανάγνωση των προϊόντων. Αυτές οι μικρές μαύρες λωρίδες που καταλήγουν σε έναν αριθμό, είναι γνωστές ως Παγκόσμιος κώδικας προϊόντων(UPC label). Η ηλεκτρονική αυτή ανάγνωση έχει ως στόχο τον έλεγχο των προϊόντων, την αποφυγή λαθών.. Φανταστείτε τώρα το σκανάρισμα ενός DNA κώδικα σε ένα ψάρι που έχετε αγοράσει για το δείπνο σας. Το σκανάρισμα αυτό θα δίνει πληροφορίες για το είδος του ψαριού, τη διατροφική αξία και άλλες σημαντικές πληροφορίες. Οι ερευνητές του ΝΟΑΑ(Ατμοσφαιρική και θαλάσσια διοίκηση ΗΠΑ) προσπαθούν ώστε το παραπάνω σενάριο να πραγματοποιηθεί.
"Πρέπει να αναγνωρίσουμε με ακρίβεια είδη για μια σειρά λόγους όπως την καταγραφή της βιοποικιλότητας ειδών και γεωγραφικών περιοχών, την κατανόηση των διάφορων πληθυσμών και την διαχείριση της παγκόσμια αλιείας με έναν πιο οικονομικό τρόπο", εξηγεί ο Ο Bruce Collette, ζωολόγος στο εργαστήριο συστηματικής του ΝΟΟΑ, που βρίσκεται στην Ουάσινγκτον."O DNΑ κώδικας-δείκτης είναι ένα ακόμη εργαλείο για τους ταξινόμους και τους ερευνητές που μελετούν, καταγράφουν και οργανώνουν την γνώση για όλες τις μορφές ζωής πάνω στη Γη".
Ο Collete και οι συνεργάτες του στο NSL, συμμετέχουν στο FISH-BOL, μια πρωτοβουλία για τον παγκόσμιο κώδικα ζωής των ψαριών, που στοχεύει να συλλέξει τουλάχιστον πέντε αντιπροσώπους από κάθε είδος ψαριού τόσο των θαλάσσιων όσο και των γλυκών νερών(30000 είδη). Η FISH-BOL είναι μέρος της παγκόσμιας κοινοπραξίας για την "κωδικοποιήση" της ζωής(CBOL), που ξεκίνησε το 2003 για να κωδικοποιήσει τα πάντα, από ψάρια, μανιτάρια και λουλούδια μέχρι μικρόβια, έντομα και ζώα κάθε περιγραφής. Με δεκάδες χρόνια εμπειρία.Ο Collette ανήκει σε μια μικρή ομάδα ταξινόμων που διεξάγουν τη δύσκολη δουλειά που απαιτείται για την αναγνώριση νέων ειδών, ή τον επαναπροσδιορισμό παλαιών δειγμάτων.Παρόλο που εκατομμύρια ειδών έχόυν αναγνωριστεί τα τελευταία 300 χρόνια, ακόμη βρίσκουμε νέα είδη, αναφέρει ο COllette. "Και παρόλες τις τεχνολογικές εξελίξεις, ακόμη πρέπει να ερευνήσουμε την παραμικρή λεπτομέρεια πριν πούμε ότι έχουμε ένα νέο είδος. Πολλές φορές χρειάζεται να πάμε πίσω στα βασικά και να κοιτάξουμε τον οργανισμό μέσα στο βάζο για να κάνουμε μια διαπίστωση".
Ταξινομικές διαδικασίες που στηριζόταν στην οπτική αναγνώριση γινόταν εδώ και δεκαετίες. Oι DNA δείκτες προσφέρουν έναν ταχύτερο, πολύ πιο ακριβή τρόπο για την αναγνώριση ενός είδους και την παροχή πληροφοριών. Καθώς σχεδόν όλα τα βιολογικά είδη έχουν διακριτές γονιδιακές ακολουθίες, μπορούν να αναγνωριστούν χρησιμοποιώντας μια σύντομη ακολουθία που βρίσκεται σε συγκεκριμένη θέση στο γονιδίωμα.- έναν DNA κώδικα. Η κωδικοποίηση των ζώων στηρίζεται σε διαφορές μεταξύ των ειδών σε μια σχετικά μικρή περιοχή του μιτοχονδριακού DNA. Το πρώτο βήμα για την FISH-BOL και άλλες παρόμοιες προσπάθειες είναι η δημιουργία μιας δημόσιας βιβλιοθήκης γενετικών δεικτών από δείγματα μουσείων. Τα δείγματα προσφέρουν ιστούς ώστε να δημιουργηθεί ένας γενετικός δείκτης για το κάθε είδος. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν συγκεκριμένα εργαλέία και τεχνικές μοριακής βιολογίας για την απομόνωση DNA από ιστούς, τον εντοπισμό και την απόμόνωση της συγκεκριμένης ακολουθίας-δείκτη, την αντιγραφή και την αλληλούχισή της.
Γενικά, η ταυτοποίηση DNA(DNA barcoding) είναι μια ταξινομική μέθοδος που χρησιμοποιεί ένα σύντομο γενετικό δείκτη στο μιτοχονδριακό DNA ενός οργανισμού για να εξακριβωθεί σε ποιο είδος ανήκει. Η "εμπορευματοποίηση" αυτής της διαδικασίας θα προσφέρει σημαντικά στην διαχείριση και διατήρηση απειλούμενων ειδών που αλιεύονται-κυνηγούνται καθημερινά.

Πηγές:
1)NOAA National Marine Fisheries Service (2008, April 18). Building A Global Reference Library Of DNA Barcodes Of Marine Life. ScienceDaily. Retrieved April 19, 2008, from http://www.sciencedaily.com­ /releases/2008/04/080418105531.htm

2)http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_barcoding

earthsos.gr/earthsos.blogspot.com

Το γονιδίωμα του γιγάντιου πάντα πρόκειται να αποκρυπτογραφηθεί

double helix
Originally uploaded by satel444

Το πανεπιστήμιο του Κάρντιφ θα συνεισφέρει στην πρώτη αποκρυπτογράφηση γενετικού υλικού με βασικό στόχο την ενίσχυση της προσπάθειας διατήρησης ενός απειλούμενου είδους. Ερευνητές στην σχολή βιοεπιστημών του Κάρντιφ θα συνεργαστούν με άλλους επιστήμονες στο “Giant Panda Genome Project” ή στο «γονιδιωματικό εγχείρημα του γιγαντιαίου πάντα». Το πάντα συχνά αναφέρεται σαν «ζωντανό απολίθωμα», δίνοντας στοιχεία ότι οι πρόγονοι του υπήρχαν στην Κίνα για περισσότερο από 8 εκατομμύρια χρόνια πριν. Με μια έρευνα από τον καθηγητή Mike Bruford, της σχολής βιοεπιστημών του Κάρντιφ, είχε διαπιστωθεί ότι η μείωση του αριθμού των ατόμων του είδους σχετίζεται άμεσα με τις ανθρώπινες δραστηριότητες παρά με μια γενετική αδυναμία προσαρμογής και εξέλιξης. Παρ’όλα αυτά λίγη έρευνα έχει γίνει στο επίπεδο του DNA. Το γονιδίωμα του γιγαντιαίου πάντα είναι περίπου ίδιου μεγέθους με το ανθρώπινο και πιστεύεται ότι έχει 20.000-30000 γονίδια. Η ταξονομία και οι γενετικές μελέτες δείχνουν ότι το γιγαντιαίο πάντα σχετίζεται περισσότερο με τις αρκούδες, όχι με τα ρακούν όπως πιστεύονταν κάποτε κοιτώντας τα μοναδικά φυσικά τους χαρακτηριστικά. Ο καθηγητής Bruford είπε: « Αυτή η διεθνής συνεργασία θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν την γενετική βάση για τις μοναδικές προσαρμογές του γιγάντιου πάντα, περιλαμβάνοντας την διατροφική ειδίκευση, και θα αποκαλύψει την ιστορία του είδους με κάθε λεπτομέρεια. Το project είναι ένα ευρύτερο παράδειγμα για προσπάθεια διατήρησης-διαχείρισης, μεγάλης σημασίας που επιβλέπεται από την ερευνητική ομάδα βιοποικιλότητας και οικολογίας της σχολής των βιοεπιστημών.
πηγή: Cardiff University

earthsos.gr/earthsos.blogspot.com

Υπερθέρμανση και γενετική απόκριση ειδών

eye of the tiger's cousin
Originally uploaded by satel444

Το ερώτημα είναι αν οι κλιματικές αλλαγές, η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη μπορούν να προκαλέσουν γενετικές αλλαγές με στόχο την καλύτερη προσαρμοστικότητα του είδους. Από έρευνες ήταν γνωστό ότι τα είδη εμφανίζουν μια ελαστικότητα, μια προσαρμοστικότητα όσον αφορά τις συνθήκες του περιβάλλοντος γενικά και την υπερθέρμανση ειδικά. Οι γενετικές αλλαγές όμως από γενιά σε γενιά, η εξέλιξη ώστε να προσαρμοστούν τα είδη, μπορεί να γίνει σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα; Διάβασα εδώ αυτό το άρθρο από το πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα στον Καναδά για μια έρευνα του 2003. Σύμφωνα με αυτήν που έγινε σε κόκκινους σκίουρους η γενετική διαφοροποίηση μπορεί να συμβεί.

Ο Dr. Stan Boutin του Βιολογικού τμήματος του πανεπιστημίου της Αλμπέρτα μελετούσε επί δεκαπέντε χρόνια ένα πληθυσμό σκίουρων ο οποίος αντιμετώπιζε υψηλές ανοιξιάτικες θερμοκρασίες και είχε περισσότερη τροφή διαθέσιμη. Μέσα σε δέκα χρόνια η περίοδος αναπαραγωγής είχε προχωρήσει 18 ημέρες. Η πλαστικότητα(προσαρμοστικότητα) μετριέται με το πως ένας ξεχωριστός σκίουρος αλλάζει το χρόνο της αναπαραγωγής του από τη μια χρονιά στην άλλη σε σύγκριση με το χρόνο από τη μια γενιά στην άλλη. Αυτή τη γενετική απόκριση μελέτησε.

Παρατηρώντας τα ζώα η ομάδα των ερευνητών χρησιμοποίησε μια μέθοδο που λέγεται quantitative genetics, μια προέκταση της μεντελικής κληρονομικότητας και προσπάθησε να καταλάβει αν τα αποτελέσματα έδειχναν απλά πλαστικότητα, προσαρμοστικότητα ή κάτι παραπάνω που είναι η γενετική απόκριση, οι αλλαγές στο γενετικό υλικό. Αυτή η παρατήρηση χρειάζεται πολύ χρόνο για να επιβεβαιωθεί. Το επόμενο βήμα είναι η παρατήρηση κομματιών του γονιδιώματος μήπως και διαπιστωθούν αλλαγές.

Η εργασία αυτή έχει δημοσιευθεί στο Proceedings of the Royal Society of London B (DOI: 10.1098/rspb.2002.2224) και είναι η πρώτη που δείχνει γενετική αλλαγή λόγω υπερθέρμανσης σε θηλαστικά. Στον άνθρωπο κάτι τέτοιο είναι μάλλον αδύνατο δεδομένου και του χρόνου της γενιάς αλλά και πολλών άλλων λόγων όπως είναι τα κλιματιστικά, τα καλοριφέρ..

earthsos.gr/earthsos.blogspot.com