• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Europejscy naukowcy przedstawiają projekt komórki minimalnej

    13.08.2012. 17:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Niemiecko-hiszpańskiemu zespołowi naukowców udało się przedstawić pierwszy, pełny obraz komórki minimalnej, która wywołuje nietypowe zapalenie płuc - Mycoplasma pneumoniae. Wyniki badań, opisane w czasopiśmie Science, stanowią dorobek projektów 3D-REPERTOIRE i PROSPECTS, które uzyskały dofinansowanie ze środków unijnych na kwoty odpowiednio 13 mln EUR i 11,78 mln EUR.

    Naukowcy z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu, Niemcy, oraz z Centrum Regulacji Genomicznej (CRG) w Barcelonie, Hiszpania, poszukiwali odpowiedzi na różne pytania, w tym jakie elementy są potrzebne do wygenerowania komórki zdolnej do przetrwania samodzielnie.

    Wyniki badań, zaprezentowane w trzech artykułach zamieszczonych w czasopiśmie Science, rzucają światło na nowości, które są kluczowe dla biologii bakterii.

    Zespół pod kierunkiem dr Peer Borka, Anne-Claude Gavin i Luisa Serrano wybrał M. pneumoniae jako model, ponieważ ta niewielka, jednokomórkowa bakteria jest odpowiedzialna za atypowe zapalenie płuc u ludzi i jest małym prokariotą (komórką bezjądrową), który jest w stanie reprodukować się bez wykorzystywania mechanizmu komórkowego gospodarza. Zdaniem zespołu, M. pneumoniae może przetrwać samodzielnie i stanowi komórkę minimalną, gdyż nie jest złożona.

    Naukowcy z Oddziału Biologii Strukturalnej i Komputerowej EMBL oraz Oddziału EMBL-CRG Systemów Partnerskich CRG analizowali bakterię na trzech różnych płaszczyznach. Zespół 1 opisał M. pneumoniae, identyfikując wszystkie molekuły RNA (kwasu rybonukleinowego) wygenerowane z jej DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego) w różnych warunkach środowiskowych. Zespół 2 zdefiniował reakcje metaboliczne zachodzące w niej - zjawisko zwane metabolomem - w tych samych warunkach. Zespół 3 zidentyfikował wszystkie kompleksy wielobiałkowe wygenerowane przez bakterię, charakteryzujące jej organizację proteomiczną.

    "Na wszystkich trzech poziomach stwierdziliśmy, że M. pneumoniae jest bardziej złożona niż się spodziewaliśmy" - wyjaśnia dr Serrano z CRG, współinicjator projektu w EMBL.

    Ocena proteomu i metabolomu umożliwiła naukowcom odkrycie wielofunkcyjności licznych molekuł, gdzie enzymy metaboliczne katalizują różnorodne reakcje, a inne białka biorą udział w więcej niż jednym kompleksie białkowym.

    Ich zdaniem M. pneumonia łączy również procesy biologiczne w przestrzeni i czasie. Części mechanizmu komórkowego zaangażowane w "dwa kolejne kroki w procesie biologicznym są często łączone".

    Regulację transkryptomu (zestawu wszystkich molekuł RNA wytworzonych przez jedną komórkę lub ich populację) tej bakterii można porównać z regulacją jądrowców (organizmów, których komórki mają jądro). Większość transkryptów wygenerowana z DNA M. pneumonia nie podlega translacji na białka, a geny nie zawsze są transkrybowane w jedną grupę. Mogą one jednak wykazywać ekspresję lub tłumić poszczególne geny w ramach grupy w sposób dyskryminacyjny.

    Naukowcy odkryli również, że bakteria, która ma cechy wspólne z innymi, bardziej zaawansowanymi organizmami, ma zdolność dostosowywania swojego metabolizmu do ekstremalnych zmian w warunkach otoczenia wypływających na organizmy.

    "Kluczem są właśnie owe cechy wspólne" - twierdzi dr Gavin z EMBL. "To właściwości, bez których nawet najprostszy organizm nie może się obyć i które pozostały nietknięte przez miliony lat ewolucji - absolutne podstawy życia."

    Projekt 3D-REPERTOIRE (Interdyscyplinarne podejście do określania budowy kompleksów wielobiałkowych w organizmie modelowym) został dofinansowany z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE. Projekt PROSPECTS (Specyfikacja proteomiczna w czasie i przestrzeni) otrzymał wsparcie unijne z tematu "Zdrowie" Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Mycoplasma pneumoniae – mała, atypowa bakteria całkowicie pozbawiona ściany komórkowej. Pojedyncze komórki Mycoplasma pneumoniae mogą przyjmować kształty od form kulistych lub gruszkowatych do rozgałęzionych włókienek. Wielkość form kulistych waha się od 0,3 do 0,8 mikrometrów, natomiast długość form włókienkowatych może dochodzić nawet do kilkudziesięciu mikrometrów. Ziarniak - jest to jeden z możliwych kształtów jakie przybierają kolonie bakteryjne powstałe z podziału pojedynczej komórki. Oznacza pojedyncze, okrągłe komórki. W szerszym kontekście do ziarniaków zaliczane są te komórki, których wszystkie osie są mniej więcej takie same (a więc także dwoinki). Wiropeksja to sposób wirusów wnikania do komórki. Polega on na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki. W przypadku wirusa, kiedy przyłącza się on do komórki, ta "wyczuwając" znane jej białko wpuszcza agresora do cytoplazmy, dzięki czemu wirus może zaaplikować się w jej wnętrzu. Wirus ma białko takie samo jak komórka tylko na "wystających nitkach". To dzięki nim może wniknąć do środka komórki. Gdy owe "niteczki" zostaną na powierzchni komórki, w jej środku rozpoznawalne zaczyna być obce białko, które komórka niszczy. W ten sposób wirus "wpuszcza" do jądra komórkowego swój materiał genetyczny, który może się ulotnić z niszczonego przez komórkę kapsydu.

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja). Jądro komórkowe, nukleus - otoczone błoną organellum obecne we wszystkich komórkach eukariotycznych, z wyjątkiem tych, które wtórnie je utraciły w trakcie różnicowania, np. dojrzałe erytrocyty ssaków. Zawiera większość materiału genetycznego komórki, zorganizowanego w postaci wielu pojedynczych, długich nici DNA związanych z dużą ilością białek, głównie histonowych, które razem tworzą chromosomy. Geny zlokalizowane w chromosomach stanowią genom komórki. Funkcją jądra komórkowego jest przechowywanie i powielanie informacji genetycznej oraz kontrolowanie czynności komórki, poprzez regulowanie ekspresji genów. Główne struktury, które obecne są w budowie jądra komórkowego to błona jądrowa, podwójna membrana otaczająca całe organellum i oddzielająca je od cytoplazmy oraz blaszka jądrowa, sieć delikatnych włókienek białkowych utworzonych przez laminy, stanowiących rusztowanie dla jądra i nadających mu wytrzymałość mechaniczną. Błona jądrowa jest nieprzepuszczalna dla większości cząsteczek, dlatego obecne są w niej pory jądrowe. Są to kanały przechodzące przez obie błony, umożliwiające transport jonów i innych cząstek. Transport większych cząstek, takich jak białka, jest ściśle kontrolowany i zachodzi na zasadzie transportu aktywnego, kontrolowanego przez białka transportowe. Transport jądrowy jest kluczowy dla funkcjonowania komórki, ponieważ przemieszczanie cząstek poprzez błonę jądrową wymagane jest zarówno przy zarządzaniu ekspresją genów oraz utrzymywaniu chromosomów.

    Zapalenie tchawicy (łac. tracheitis) – choroba górnych dróg oddechowych, zazwyczaj o etiologii wirusowej. Najczęstszymi drobnoustrojami są wirusy grypy, paragrypy, rhino, adeno, RS oraz rzadziej bakterie atypowe: Chlamydia pneumoniae oraz Mycoplasma pneumoniae. W formie ostrej przebiega często z zapaleniem oskrzeli oraz krtani (pseudokrup). Zakażenie tchawicy może być wstępem do zapalenia oskrzeli. W postaci przewlekłej często ma wspólna etiologię i przebieg z przewlekłym zapaleniem gardła. Ostre zapalenie tchawicy zaczyna się nagle bólami za mostkiem, nasilającymi się przy głębokim oddychaniu oraz kaszlem, początkowo suchym i bolesnym, następnie przechodzącym w kaszel wilgotny. Schorzeniu mogą towarzyszyć inne objawy stanu zapalnego, takie jak stany podgorączkowe, osłabienie i złe samopoczucie. Najczęściej choroba jest uleczalna, lecz w najgorszych wypadkach grozi śmiercią. Kai Simons (ur. 24 maja 1938 w Helsinkach) – fiński profesor biochemii na stałe mieszkający i pracujący w Niemczech. Autor koncepcji raftów lipidowych, twórca pojęcia trans-Golgi network i jego roli w sortowaniu białek i lipidów. Współzałożyciel i współorganizator EMBL (European Molecular Biology Laboratory), ELSO, inicjator założenia Instytutu Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki Maxa Plancka w Dreźnie. Autor ponad 350 artykułów naukowych.

    Bakterie tlenowe – bakterie, aeroby, które mogą przeprowadzać reakcje metaboliczne z wydzieleniem energii w warunkach tlenowych. Wiele bakterii tlenowych rozwija się także w warunkach beztlenowych. Mutacja heterochroniczna - mutacja w obrębie genu kontrolującego rozwój zarodkowy powodująca, że pewne grupy komórek zachowują się w sposób typowy dla innego stadium rozwojowego danego organizmu. Można się tutaj dopatrzyć pewnej analogii z mutacją homeotyczną; jednakże w przypadku mutacji homeotycznej mamy do czynienia ze zmianą wartości pozycyjnej komórki natomiast w przypadku mutacji heterochronicznej dochodzi do zaburzenia czegoś co można by nazwać "wartością czasową" komórki w odniesieniu do procesów programu rozwojowego w który zaangażowana jest komórka bądź ich grupa. Dosyć dobrze zbadane są tego typu mutanty u nicienia Caenorhabditis elegans będącego jednym z organizmów modelowych w biologii rozwoju. Zazwyczaj geny, których zmiany objawiają się w taki sposób, kodują białka wpływające na zachowanie się komórek podczas ontogenezy.

    Mykoplazmoza – choroba wywołana przez Mycoplasma pneumoniae. Obraz kliniczny jest bardzo zróżnicowany, od łagodnie przebiegającego zakażenia górnych dróg oddechowych do zapalenia płuc oraz wielopostaciowych powikłań, głównie ze strony układu nerwowego, serca, stawów i trzustki.

    Fagi T-parzyste - grupa fagów zjadliwych, tzn. takich, które zabijają zarażoną przez siebie komórkę. Nie występuje u nich nigdy zjawisko lizogenii. W czasie zakażenia przejmują całkowitą kontrolę nad metabolizmem gospodarza. Genom fagów T-parzystych ma masę 100-130 MDa. Koduje 55-170 genów. Zawiera on zamiast cytozyny jej pochodną: 5-hydroksymetylocytozynę. Zabezpiecza to przed działaniem enzymów fagowych rozkładających DNA gospodarza. Dodatkowa glikozylacja niektórych jej cząsteczek chroni przed działaniem enzymów restrykcyjnych bakterii. Przykładem faga T-parzystego jest bakteriofag T-4 porażający komórki E. coli. Fag T-4 ma budowę bardzo złożoną. Składa się z ikosaedralnej główki, ogonka posiadającego rdzeń oraz kurczliwą otoczkę, podstawki oraz wyrastających z niej 6 włókienek. Po rozpoznaniu ściany komórkowej bakterii przez włókienka następuje skurcz otoczki ogonka, wskutek czego ogonek przebija ścianę komórkową. Proces ten oprócz mechanicznego ma również charakter enzymatyczny, ponieważ białka podstawki mają zdolność lizy polisacharydów ściany bakterii.

    Chlamydophila pneumoniae (dawniej Chlamydia pneumoniae) – bakteria przenoszona drogą kropelkową, powodująca m.in. zapalenia płuc (rzadko u dzieci poniżej 5 r. życia). Poważnym następstwem tej infekcji jest uszkodzenie nabłonka rzęskowego w oskrzelach i alergiczne przestrojenie organizmu sprzyjające rozwojowi dychawicy oskrzelowej, nawracających katarów nosa, przewlekłego zapalenia gardzieli i zapalenia zatok. Dodatkowe objawy to bóle stawów i nierzadko zapalenie stawów. Może uszkadzać śródbłonek naczyń i tworzy się blaszka miażdżycowa. Naprawa DNA – szereg procesów prowadzących do identyfikacji i naprawy zmian w cząsteczkach DNA w żywej komórce. W komórkach organizmów żywych procesy metaboliczne i czynniki środowiskowe mogą powodować uszkodzenie DNA. W każdej komórce codziennie ma miejsce nawet milion takich uszkodzeń. Wiele z nich powoduje trwałe zmiany w cząsteczce DNA, które mogą upośledzić albo pozbawić komórkę możliwości prawidłowej transkrypcji kodowanego przez uszkodzony fragment DNA genu. Inne uszkodzenia mogą skutkować potencjalnie groźną dla genomu komórki mutacją, dotyczącą tej komórki i wszystkich następnych powstałych z niej po podziałach. Oznacza to, że proces naprawy DNA w komórce musi być cały czas aktywny, by móc szybko i skutecznie niwelować skutki każdego uszkodzenia komórkowego DNA.

    Plazmid – cząsteczka pozachromosomowego DNA występująca w cytoplazmie komórki, zdolna do autonomicznej (niezależnej) replikacji. Termin "plazmid" został po raz pierwszy zaproponowany przez prof. Joshua Lederberga w 1952r. jako genetyczna nazwa wszystkich znanych (w tamtym czasie) "pozachromosowych cząstek genetycznych", a w praktyce zaczął funkcjonować dopiero 8 lat później. Plazmidy występują przede wszystkim u prokariotów, ale znane są także plazmidy występujące u eukariotów. Zazwyczaj plazmidy nie niosą genów metabolizmu podstawowego, a więc nie są komórce niezbędne do przeżycia. Mogą jednak kodować produkty potrzebne w pewnych specyficznych warunkach, na przykład geny oporności na antybiotyki lub umożliwiające rozkład i asymilację różnych związków odżywczych. Plazmidy mogą być przekazywane pomiędzy komórkami bakteryjnymi w czasie podziału komórki lub poprzez horyzontalny transfer genów np. w procesie koniugacji, transdukcji i transformacji. System hok/sok (z ang. host killing/suppressor of killing) w biologii molekularnej to przykład systemu pozwalającego na "przeżycie" plazmidu, tzn. utrzymanie przy życiu tylko bakterii, które go posiadają a zabicie tych, które go utraciły. System ten występuje na plazmidzie R1 w bakteriach Escherichia coli. Mechanizm działania tego systemu jest posegregacyjny.

    Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Dodano: 13.08.2012. 17:17  


    Najnowsze