VIII. Biológiai Tudományok Osztálya

Osztályülések előadásai

Genomszerkesztés. A géntechnológia új lehetőségei
Venetianer Pál akadémikus tagja előadása
Elhangzott a 2016. szeptember 13-i osztályülésen.

A rekombináns DNS technológia (génsebészet) felfedezése a múlt század hetvenes éveiben forradalmasította az élettudományokat. Mezőgazdasági alkalmazásai azonban világszerte nagy ellenállást váltottak ki és erőteljes törvényi korlátozásokat hívtak életre. A 21. században olyan új módszereket dolgoztak ki (a ZFN, a TALEN és elsősorban a CRISPR/cas9 technológia), amelyek lehetővé teszik specifikus, tervezett mutációk létrehozását a genomban, idegen DNS bevitele nélkül. Venetianer Pál akadémikus előadása ezeket a technikákat és az általuk megnyílt gyakorlati alkalmazási lehetőségeket ismertette.

Harcban a véletlennel: hogyan irányítják a motorenzimek a rekombináció kimenetelét?
Kovács Mihály, az MTA doktora (ELTE-MTA Lendület Motorenzimológiai Kutatócsoport, ELTE Biokémiai Tanszék) előadása
Elhangzott a 2016. június 14-i osztályülésen.

Kovács Mihály, az MTA doktora elmondta, hogy a homológ rekombináció (HR) minden élőlényben előforduló folyamat, amely lehetővé teszi a törött DNS-molekulák potenciálisan hibamentes javítását. A genom épségének fenntartása mellett a HR lehetővé teszi a különböző génkészletek (pl. szülői genomok vagy a gazdagenommal kölcsönható idegen DNS-molekulák) közötti információcserét is, ezért egyaránt kulcsfontosságú a természetes folyamatokban, patomechanizmusokban illetve biotechnológiai alkalmazásokban is. Az információcsere különböző DNS-molekulák összekapcsolása, majd a kapcsolt molekulák szétválasztása révén jön létre. Mind a kapcsolódási pontok helyét, mind pedig a szétválasztás mikéntjét (és így a keletkezett termékek minőségét) sztochasztikus folyamatok befolyásolhatják, amelyek élet-halál kérdést jelenthetnek a sejt vagy a szervezet számára. Előadásában olyan közelmúltbeli eredményeket mutatott be, amelyek a DNS-szálak mentén mozgó és azokat feldolgozó motorenzimek lebilincselően finomhangolt és hatékony működését feltárva arra utalnak, hogy változatos természetes mechanizmusok alakultak ki a rekombináció kimenetelének a fizikai lehetőségeken belüli minél pontosabb irányítására.

Az MTA ÖK Ökológiai és Botanikai Intézet aktuális kutatási témái és fontosabb eredményei
Botta-Dukát Zoltán, az MTA doktora, tudományos tanácsadó, igazgató ( MTA ÖK Ökológiai és Botanikai Intézet) tájékoztatója
Elhangzott a 2016. április 12-i osztályülésen.

Botta-Dukát Zoltán előadásában beszámolt arról, hogy az 1952-ben, eredetileg Botanikai Kutatóintézet néven megalapított intézet több mint fél évszázados fennállása alatt mindig is a hazai botanika és növényökológiai egyik vezető műhelye volt. Feladata a magas színvonalú alapkutatás és az ezzel összefüggő társadalmi kérdések megválaszolása. Az előadó bemutatta az intézet kutatócsoportjait és azok legfontosabb eredményeit, valamint az intézet létszám és tudománymetriai adatait.
Az intézet a Vigyázó-kastély parkjából kialakított 27 hektáros Botanikus Kert területén működik. Kertje az ország legfajgazdagabb tudományos élőnövény gyűjteménye, amelynek fenntartása és bemutatása a nagyközönség számára egyszerre komoly feladat és lehetőség. Az előadás végén Botta-Dukát Zoltán néhány képben a kert értékeit is felvillantotta, és bemutatta azt is, hogyan lehet kihasználni ezt a lehetőséget arra, hogy eredményeiket a nagyközönséghez is eljuttassák.

„VividSTORM: korrelált konfokális és szuper-rezolúciós mikroszkópia sejttípus-specifikus molekuláris változások mérésére”
Katona István, az MTA doktora tudományos előadása (MTA KOKI, Lendület Molekuláris Neurobiológiai Kutatócsoport)
Elhangzott a 2016. március 8-i osztályülésen.

Katona István előadásában arról beszélt, hogy az élettani és kórélettani jelenségek hátterében álló molekuláris folyamatok feltárása az élettudományi kutatások egyik központi feladata. Az idegrendszer regionális, celluláris és szubcelluláris komplexitása azonban hatalmas módszertani kihívást jelent. Egy adott jelátviteli útvonal molekuláris alkotóelemeinek száma és térbeli eloszlási mintázata ugyanis gyakran sejttípus-, vagy akár szubcelluláris kompartment-specifikus módon is megváltozhat. Az elmúlt években munkatársaival feltárta, hogy a kémiai szinapszisok túlműködésének féken tartásában kulcsszerepet játszó endokannabinoid jelpálya egyik fontos alkotóelemének, a CB1 kannabinoid receptornak mennyisége harmadára zuhan epilepsziás betegek serkentő szinapszisaiban. A súlyos szellemi fogyatékossággal járó Törékeny X szindróma modelljében pedig azt tapasztalták, hogy az endokannabinoid-szintetizáló enzim szelektíven a serkentő szinapszisok széléről hiányzik, amelynek következtében megszűnik az endokannabinoid-közvetítette szinaptikus plaszticitás. Ezek az eredmények rámutattak, hogy szükség van olyan módszertani fejlesztésekre, amelyek segítségével nagy hatékonysággal lehetővé válik molekuláris változások nanométeres pontosságú nyomon követése sejttípus-, és kompartment-specifikus módon. Ezért munkatársaival az elmúlt években kifejlesztettek egy új mikroszkópos megközelítést és a hozzá tartozó nyílt hozzáférésű VividSTORM szoftvert, amelyek segítségével a konfokális és szuper-rezolúciós képalkotást ötvözve megvalósítható az élettani, anatómiai és molekuláris mérések kombinálása sejttípus-, és kompartment-specifikus módon. Előadásában ezt az eljárást és általános élettudományi alkalmazási lehetőségeit mutatta be egy olyan kísérleti eredményen keresztül, amely segít megérteni, hogy milyen molekuláris változások állhatnak a marihuána rendszeres fogyasztása során kialakuló tolerancia jelenségének hátterében.

Az MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézet története, aktuális kutatási témái
G-Tóth László, az MTA doktora, az intézet igazgatója előadása
Elhangzott a 2015. szeptember 8-i osztályülésen.

Az MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézetet gróf Klebelsberg Kuno vallás és közoktatási miniszter alapította 1926-ban „Magyar Biológiai Kutatóintézet” néven. Az intézetet 1927-ben adták át, amely akkor az ország első önálló kutatóintézete, és a Világ száz limnológiai-oceanográfiai kutatóintézetének egyike volt. Az intézet megalapításának gondolata már a XIX. sz. utolsó harmadában felmerült. A megalapításhoz a végső lökést a „Balaton Monográfia sorozat‟ (1897-1918, szerk. Lóczy Lajos, Budapest) adta, amely az egész tudományos világ figyelmét felhívta Közép-Európa legnagyobb sekély tavára, a Balatonra, és a magyar természettudomány fejlettségére. A megalapításhoz az a rendívül szerencsés politikai helyzet is szükséges volt, hogy a Bethlen-i konszolidációs gazdaságpolitika és a Klebelsberg-i kultúrpolitika törekvései egybe essenek. Az intézetben kezdettől fogva, egymást kiegészítve munkálkodtak a vízi növény- és állatvilág ökológiájával és élettanával foglalkozó kutatók. Az intézet világszintű eredményeket ért el a planktonkutatás, a halbiológia és a gerinctelen állatok idegrendszer kutatásának területén. Az intézet anyagforgalmi kutatási eredményei alapozták meg a Balaton eutrofizációjának visszafordítására tett gyakorlati intézkedéseket. Az intézet napjainkban is a Balaton-kutatás, és az egész magyar limnológia fellegvára, eredményei világszinten is versenyképesek és elismertek.

A 2015-2020-ra tervezett új kutatási irányok:

- molekuláris biológiai módszereken alapuló taxonómiai kutatások;
- a vízi szervezetek és a környezet közötti élettani kapcsolatok kutatása;
- szaporodásbiológiai, embrionális és korai lárva-fejődési kutatások;
- algaélettani kutatások;
- biodiverzitás és ökoszisztéma stabilitás vizsgálatok;
- faunisztikai és florisztikai kutatások a Balatonon és teljes vízgyűjtő területén

Változó makrogerinctelen állatvilág – a biológiai inváziók szerepe a Balaton életében
Balogh Csilla PhD, az MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézet munkatársa előadása
Elhangzott a 2015. szeptember 8-i osztályülésen.

A Balaton makrogerinctelen állatvilágának arculata az elmúlt másfél évszázadban jelentős változáson ment keresztül. A Sió-zsilip megnyitását (1863) követően kilenc, a pontokáspi régióból behurcolt invazív kagyló- és rákfaj honosodott meg a tóban. Az élőbevonatban ma az őshonos gerinctelen fajok (fonálférgek, kevéssertéjűek, csigák, árvaszúnyog fajok lárvái) az állati biomassza mindössze 2-20%-át teszik ki. A döntő részt a betelepült, idegenhonos, inváziós vándorkagyló fajok, a tegzes bolharák és más felemáslábú rákfajok alkotják. A vándorkagyló és a tegzes bolharák az 1930-as évektől a parti kövezésen tömegesen fordult elő és meghatározta a parti öv élőlény-együttes összetételét. 2008-tól, a vándorkagylónál agresszívabb, azzal rokonságban lévő kagyló, a kvagga kagyló is megjelent a tóban. Az inváziós fajok között erős versengés alakult ki, melynek eredményeként a kvagga kagyló mára jórészt visszaszorította az eddig domináns vándorkagylót és tegzes bolharákot. A jelenleg is zajló kicserélődési folyamat dinamikáját, és a biológiai anyagforgalomra és a parti öv ökológiájára gyakorolt hatást kiemelten vizsgáltuk az elmúlt években. A vándorkagyló és a kvagga kagyló intenzív szűrő, lebontó szervezetek. Balatoni tömeges megjelenésük révén jelentős ökológiai szerepük van a mai Balaton biológiai anyagforgalmában és új táplálékláncok szerveződésében. Ezáltal nagy hatással vannak a Balaton-víz minőségének alakulására is.

Változások a Balaton életében - kulcsszerepben a mikroszkopikus algák
Somogyi Boglárka
PhD, és Vörös Lajos MTA doktora, professzor emeritus, az MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézet munkatársai nak előadása
Elhangzott a 2015. szeptember 8-i osztályülésen.

A mikroszkopikus algák elsődleges szervesanyag termelése képezi a tó ökológiai rendszerének energetikai alapját. Az algák szaporodását a külső tápanyagterhelésen túlmenően az időjárási tényezők, a klímaváltozás, és annak közvetlen és közvetett hatásai egyaránt befolyásolják, de a vízgyűjtőn végzett beavatkozások pl. a Kis-Balaton tározórendszer kibővítése is hatással van rá. A Balatonban az elmúlt években a vízben lebegő algák (fitoplankton) össztömege a korábbiakhoz képest tovább csökkent. A fitoplankton összetételében jellegzetes változásokat figyeltünk meg: 2013 és 2014 nyarán a cianobaktériumok (elsősorban a fonalas, nitrogénkötő fajok) helyett a páncélos ostoros algák és kovamoszatok domináltak a korábbi évtizedektől eltérően. Eredményeink alapján a balatoni fitoplankton összetételét alapvetően a Kis-Balaton tározórendszerben zajló mikrobiális folyamatok határozzák meg, amelyekről a szükségesnél kevesebbet tudunk. A Balaton vízminőségének javulása, azaz a lebegő mikroszkopikus algák tömegének csökkenése együtt járt a víz átlátszóságának növekedésével, ami az üledékfelszínen élő algák számára teremt kedvező körülményeket. Utóbbiak a tó jelentős területén fontosabbá váltak, mint a fitoplankton.

Növényi biodiverzitás kutatás Indiában
Pócs Tamásakadémikus előadása
Elhangzott a 2015. június 9-i osztályülésen

Az elmúlt évben Pócs Tamás akadémikus és felesége Dr. S.K. Singh-től, a Meghalaya állam beli Shillong-ban lévő botanikai kutatóintézet szenior kutatójától meghívást kapott három hetes indiai tartózkodásra, amelynek keretében a meghívó tudományos anyagának közös vizsgálatát és a környéken terepkutatást végeztek. Egyúttal megismerkedhettek az indiai botanikai diverzitáskutató intézethálózat munkájával. Az útiköltséget saját forrásból, az ott tartózkodás költségeit az indiai fél fedezte. A meghívó kezdeményezésére egy további közös munkára szóló együttműködési szerződést is előkészítettek.

Indiában a botanikai biodiverzitás kutatás az 1890-ben a még britek által alapított Botanical Survey of India (BSI) szervezetében folyik, amely a Környezetvédelmi és Erdészeti Minisztérium hatókörében és finanszírozásával működik. A BSI központja Kolkatában van és a szubkontinens természeti tagolódása szerint további 9 kutatóintézete van, Coimbatore, Pune, Jodhpur, Dehra Dun, Gangtok, Itanagar, Shillong és Port Blair városokban. Közelebbről a shillongi és kolkatai intézetek munkáját ismerték meg. Valamennyi területi kutatóintézethez nagy és gondosan kezelt herbárium és botanikus kert tartozik. A kutatóintézetekben különböző növénycsoportok specialistái dolgoznak, legtöbbjükben jól felszerelt elektronmikroszkópos és DNS szekvenáló laboratórium is van. Saját hatáskörben folyóiratokat, tudományos monográfiákat és népszerű kiadványokat publikálnak. Munkásságuk florisztikai, taxonómiai és társulástani tanulmányokra, veszélyeztetett fajok inventorizációjára és vörös könyvek készítésére, érzékeny ökoszisztémák vizsgálatára és védett területek kijelölésére, ezek diverzitáskutatására valamint etnobotanikai kutatásokra terjed ki. Közösen egy indiai nemzeti adatbázist építenek fel.

Fehérje kináz alapú jelátviteli brigádok
Reményi Attila PhD (MTA TTK Lendület Fehérje Kölcsönhatás Kutatócsoport) előadása
Elhangzott a 2015. április 14-i osztályülésen

Reményi Attila PhD előadásában elmondta, hogy a fehérje foszforiláció talán az egyik legelterjedtebb sejten belüli jelátviteli mechanizmus. A fehérje kinázok molekuláris kapcsolókként hatnak a sejtfiziológiai folyamatokra. Az enzim aktivitását a kölcsönható partnerei befolyásolják és specifikus szabályzó szerepük alapja, hogy más fehérjékkel komplexeket alkotnak. Kutatásaik központi kérdése, hogy milyen molekuláris logika alapján szerveződnek a jelátviteli enzimek specifikus komplexekbe, azaz olyan „brigádokba”, amik adott szabályzó funkcióra szakosodtak. A mitogén-aktivált fehérje kinázokat modellként használva vizsgálták, hogy egy foszforilációra képes generikus rendszerből miként alakulnak ki sejtek működését specifikus módon szabályozni képes jelátviteli komplexek. Előadásában Reményi Attila bemutatta, hogy az utóbbiak dinamikus módon állnak össze biokémiai és evolúciós értelemben egyaránt és ezek a laza kapcsolatok az alapjai a funkcionális és organizmus szintű jelátviteli változatosságnak.

Rosszindulatú daganatos betegek várható túlélésének előrejelzése genom-szintű adatok felhasználásával
Győrffy Balázs, az MTA doktora (MTA TTK Lendület Onkológiai Biomarker Kutatócsoport) előadása
Elhangzott a 2015. április 14-i osztályülésen

A rosszindulatú daganatos betegségek esetén a gyógyszeres kezelések hatékonyságát az határozza meg, hogy a betegek életét mennyivel tudják meghosszabbítani. Győrffy Balázs, az MTA doktora elmondta, hogy a hatásosabb kezelésekhez elengedhetetlen megfelelő biomarkerek alkalmazása - olyan objektíven mérhető paraméterek meghatározása, amelyekkel egy beteg túlélése vagy pedig a terápiára várható válasza előre jelezhető. Biomarkereket elsősorban kísérletes módon lehet azonosítani, azonban ma már olyan sok adat elérhető, hogy nem minden esetben szükséges, hogy a kutató egy új kísérletet végezzen el. Kutatásaik során olyan adatbázisokat és interneten keresztül elérhető informatikai rendszereket hoztak létre, amellyel a más kutatók által elvégzett kutatások eredményeit automatizált formában ki lehet értékelni. Ezáltal lehetővé válik a várhatóan nem hatásos markerek kiszűrése, és így egy új kutatás kezdetén rögtön a legerősebb markerekkel lehet indítani.

Dinamikától a rendezetlenségig: új trendek a szerkezeti biológiában
Tompa Péter, az MTA doktora előadása
Elhangzott a 2015. március 10-i osztályülésen

A szerkezeti biológia alapvető jelentőségű a molekuláris sejtbiológia problémáinak atomi szintű megközelítésében, és így célzott gyógyszerfejlesztési törekvésekben. Az elmúlt évtizedekben a szerkezeti biológia számtalan kiemelkedő felismerést hozott, amit 9, kifejezetten szerkezetek megoldásáért odaítélt Nobel díj is fémjelez. A terület rendkívüli sikere miatt azonban átmenetileg vakvágányra tévedt, amikor a „szerkezeti genomika" programok keretében az (anyagi) erőforrások jelentős része nagyszámú könnyen megoldható, de nem túl érdekes fehérje vizsgálatára korlátozódott: a funkciók atomi szintű értelmezésének jelen kihívásaira ez az ipari megközelítés nem tudott választ adni.
Nyilvánvalóvá vált ugyanis, hogy az igazi újdonságot a kis molekulák statikus szerkezeteinek megoldása helyett a szerkezeti dinamika, nagy fehérjék/komplexek, a nem látható aktivált (minor) állapotok, a sejten belüli szerkezeti állapotok és a rendezetlen fehérjék vizsgálata és jellemzése jelenti. Az ezekre adandó válaszhoz új megközelítési módokra és technológiákra, vagy a korábbi technológiák kombinációjára és integrálására volt és van szükség. A teljesség igénye nélkül, előadásában röviden ismertette az NMR (mag mágneses rezonancia) újszerű alkalmazásait (szilárd fázisú NMR, sejten belüli mérések, nagy fehérjék/komplexek vizsgálata, dinamikai megközelítések), a röntgenkrisztallográfia új trendjeit (XFEL), a SAXS (kisszügű röntgenszórás) korszerű alkalmazásait (flexibilitás, szerkezeti sokaságok leírása), és az EM (elektronmikroszkópia) látványos sikereit (közel atomi felbontású szerkezeti modellek előállítása).tompa Péter előadását a szerkezeti rendezetlenség rövid ismertetésével zárta.

A kooperáció evolúciója
Barta Zoltán, az MTA doktora előadása
Elhangzott a 2015. február 10-i osztályülésen

A szociális viselkedés, amikor egy egyed viselkedése nem csak a saját, de társai szaporodási értékét is befolyásolja, rendkívül elterjedt az élővilágban. E viselkedés egyik érdekes esete az egyedek közötti kooperáció, amikor egy egyed a saját pillanatnyi sikere rovására növeli mások sikerét. Ennek számos esetét ismerjük szinte minden élőlénycsoportból. Az előadó áttekintett ezek közül néhányat a baktériumoktól, a szociális amőbákon és a madarakon keresztül, az emberig. Megvizsgálta a kooperáció evolúcióját magyarázó elméleteket, megmutatva közös vonásaikat. Végül egy újonnan intenzíven vizsgált terület, a viselkedés egyedi változatossága és a kooperáció kapcsolatával, valamint a köztük esetleg fennálló koevolúciós kapcsolatokkal foglalkozott.

Osztályülések előadásai 2014

A 2014.január 14-i osztályülésen Pócs Tamás, az MTA rendes tagja tartotta meg úti beszámolóját. Pócs Tamás két alkalommal járt a Malajziai Államszövetség területén. Először 2010 februárjában a Penangi Tudományegyetem (Universiti Sains Malaysia, Penang) meghívására, ahol Min Chuah Petiot professzorasszony kezdeményezésére egy hetes nemzetközi posztgraduális Trópusi Bryológia kurzust tartottak, a szervező és a Brunei Állami Egyetem Természettudományi Karának dékánja, Haji Mohamed Bin Abdul Majid professzor részvételével, nemzetközi hallgatóság előtt. A kurzus előkészítése és lefolytatása során a résztvevőkkel együtt két gyűjtőúton vett részt, a Perak állam területén lévő Bukit Larut (Maxwell Hill) 1000-1500 m magasan fekvő nedves hegyi esőerdeiben, illetve a Kedah államban lévő 1150 m magas Gunung Jerai erika- és fenyő-félékben gazdag, sovány talajú, nyílt fenyér-erdeiben. Mindkét útról gazdag gyűjtött anyaggal tértek haza és alkalmuk volt megismerni Ázsia egyik leginkább multikulturális (kínai-hindu-maláj-brit) városát, Georgetown-t, amely egyben Penang állam és sziget fővárosa.

Második alkalommal az előbb említett nemzetközi kurzus egyik résztvevője, Dr. Lee Gaik Ee, a Malajziai Nemzeti Egyetem (University Kebangsaan Malaysia, Bangi, Selangor) Herbáriumának munkatársa meghívására 2013 októberében és novemberében az egyetem szervezésében három hetes gyűjtőúton vettek részt a Maláj-félsziget védett erdőterületeinek diverzitásbiológiai kutatása céljából. Ennek keretében felkeresték a Selangor államban Kuala Lumpurtól keletre fekvő Sungai Gabai és Pangsun Valley területét, a Pahang állam beli Genting Highland-ot, az Ipoh körüli karsztvidéket, a Perak és Pahang határán fekvő Cameron Highlands-et, végül az eddig legkevéssé kutatott Kelantan állam számos védett területét. Ezek az utak igen változatos biotópok élővilágának megismerésére adtak alkalmat, a tenger szintjén fekvő mocsárerdőktől és karszterdőktől a 2000 m magasságban fekvő köderdőkig. Az útról gazdag tudományos anyagot gyűjtöttek, melynek feldolgozása jelenleg folyik. Az egyetemmel jó kapcsolatot sikerült kiépíteni, közös kutatás és publikációk formájában.

Az utak kiadásait részben a meghívók fedezték, részben a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával és a kiutazók saját költségen valósultak meg.

A szintetikus biológia ígéretei és lehetőségei
Pósfai György, az MTA doktora, az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont tudományos tanácsadója előadása.
Elhangzott a 2014. szeptember 14-i osztályülésen.

Pósfai György előadásában elmondta: A szintetikus biológia a természetben nem létező biológiai motívumok, modulok, akár teljes organizmusok előállítását célozó irányzat. A motiváció kettős: az adott célra készített biológiai rendszerek egyrészt gyakorlati hasznot hajtanak (pl. energiahordozók, gyógyszerek, ipari alapanyagok gyártása), másrészt új utakat nyitnak a tudományos megismerésben a természetben elő nem forduló biológiai alternatívák vizsgálatával.

Ideálisan a szintetikus biológiai rendszereknek az előállítása számításokon alapul, és szabványosított biológiai alkatrészeket használ fel. A biológiai rendszerek bonyolultsága és változékonysága miatt azonban kérdéses lehet a tervezett hálózatok programozhatósága, kiszámíthatósága. Ezen segíthet, ha a tervezett konstrukciót egy egyszerűsített, stabilizált gazdasejtben működtetik. Az ilyen egyszerűsített genomú baktériumsejt előállítását célzó, Craig Venter nevével fémjelzett munka során kis kémiai egységekből építik fel a működéshez minimálisan szükséges genomot. Az SZBK Szintetikus és Rendszerbiológiai Egységében fordított megközelítést alkalmaznak: a jól ismert E. coli baktérium genomját egyszerűsítik addig, amíg még jól működő sejtet kapnak.

Tájékoztató Magyarország EMBL tagságával megnyíló lehetőségekről
Előadó:Ormos Pál akadémikus
Elhangzott a 2014. október 14-i osztályülésen
(Az anyag kivonata Dr. Silke Schumacher, az EMBL nemzetközi kapcsolatokért felelős vezetőjének 2014. júliusában Szegeden az MTA SZBK-ban tartott előadásának.)

Mire jó a fehérjekrisztallográfia? A jelen nagy kérdései és a jövőbeli remények - áttekintés a 100. évforduló fényében
Előadó:Vértessy Beáta, az MTA doktora
Elhangzott a 2014. október 14-i osztályülésen

Vértessy Beáta előadásában elmondta, hogy ez az év jubileumi év, a krisztallográfia nemzetközi éve. Jó alkalom ez arra az áttekintésre, mit is köszönhetnek a molekuláris élettudományok ennek a páratlanul hasznos technológiának, és milyen irányban érdemes folytatni a további felhasználást. A kristályok az emberiség fejlődésében folyamatosan jelen voltak (elsősorban drágakövek és egyéb ásványi anyagok révén): szimmetrikus szépségükkel lenyűgöző hatást gyakoroltak és lényegi gazdasági szerepük volt. Napjainkban ‐ ezen túl ‐ a makromolekuláris kristályok a biológiai és orvostudományok fejlődésében is rendkívül jelentős szereppel bírnak. A jubileumi dátum ahhoz a nagyjelentőségű megfigyeléshez kötődik, amit Sir William Henry Bragg és Sir William Lawrence Bragg az 1910‐es években tett. Korábban Max von Laue kimutatta, hogy a Röntgen által felfedezett sugárzás réz‐szulfát kristályokon fizikailag a szerkezettel összefüggően értelmezhető diffrakciós képet nyújt, mivel a röntgensugárzás hullámhossza összemérhető a kémiai kötésben lévő atomok közti távolságokkal. W. L. Bragg ezen összefüggés rendkívül elegáns és egyszerű matematikai leírását adta, W. H. Bragg megépítette az első röntgen‐fotométert (a mai diffraktométerek/szinkrotronok ősét), és ezzel meghatározták a kősó, majd a gyémánt térszerkezetét. Ezen felfedezések jelentőségét szinte azonnal felismerve, 1914‐ben Laue, 1915‐ben a két Bragg (apa és fia) Nobel‐díjban részesült (a fiatalabb Bragg ekkor 25 éves volt!). A makromolekuláris szerkezetmeghatározás terén ezek után jó negyven évet kellett várni arra, hogy az első fehérjeszerkezetet meghatározzák (mioglobin, John Kendrew, 1958, Nobel díj 1962). Kicsit korábban, 1953‐ban került közlésre a hipotézis a DNS térszerkezeti modelljéről (Rosalind Franklin adatai alapján Francis Crick és James Watson tollából). Ma a makromolekuláris térszerkezeteket tároló adatbázis százezernél is több fehérje és komplex szerkezetét tárolja, és havonta hozzávetőlegesen 1000 új szerkezet kerül ‐ szigorú ellenőrzés ‐ után az adattárba (Protein Data Bank). A szerkezetmeghatározások robbanásszerű gyorsulásának több lényegi oka van, ezek között a két legfontosabb: a szerkezetmeghatározási módszerek matematikai és fizikai fejlődése és a vizsgálandó objektumok géntechnológiai előállításának egyre hatékonyabb lehetősége. A legutóbbi Nobel díjat ezen a téren 2012‐ben a kis G‐fehérjékkel kapcsolt receptorok térszerkezetének feltárásáért adták (Robert Lefkowitz és Brian Kobilka), továbbá a tavalyi kémiai Nobel díj (kvantummechanika és molekuláris dinamika, Karplus‐Levitt‐Warshel) is szorosan kötődik a röntgenkrisztallográfiához. Napjainkban a szerkezetek felderítéséből származó tudás felbecsülhetetlen hasznot hoz a biológiai felderítő kutatásokban és a molekuláris mechanizmusok megértésében. A biológiai egyedekben és közösségekben (a mikrobiálistól a gerincesekig) megvalósuló jelátvitel, ingerületátvitel, kommunikáció alapjait is ilyen szerkezetek révén érthetjük meg, és a megértés révén céljainknak megfelelően befolyásolhatjuk. A térszerkezeti információ nélkülözhetetlen a gyógyszertervezésben, a biotechnológiában, a nano‐tudományokban és fejlesztésekben egyaránt. Saját kutatócsoportom a szerkezetek megfejtésével a genomi integritás folyamatainak megértésében ért el eredményeket, melyek mind rákellenes, mind anti‐mikrobiális gyógyszerek tervezésében fontosak. A fehérjekrisztallográfiáról szóló előadás ismertetni fogja a jelenlegi főbb irányokat itthon és a nemzetközi színtéren, továbbá kitér arra is, hogy milyen fejlesztések várhatóak a közeljövőben és ezeknek milyen nagyjelentőségű hatásuk lehet a biológiában, biotechnológiában és az orvostudományokban.

Acsády László, az MTA doktora tájékoztatást adott a 2014. évi orvosi-élettani Nobel díjról.
Elhangzott a 2014. október 14-i osztályülésen

Az amerikai-brit John O'Keefe, a University College London professzora, valamint a trondheimi Norvég Tudomány- és Műszaki Egyetemen dolgozó May-Britt Moser és Edvard Moser agykutató May-Britt Moser és Edvard I. Moser kapta idén megosztva az orvosi-élettani Nobel-díjat. Az indoklás szerint a három kutató az agy helymeghatározó rendszerének, a térben való tájékozódást lehetővé tevő „belső GPS"-nek a felfedezéséért érdemelte ki a díjat.

A kutatók az agy egyik fontos részét alkotó hippokampusz és a memóriafolyamatok elemi mechanizmusaira világítottak rá. John O'Keefe 1971-ben az úgynevezett tér-sejteket fedezte fel, melyek az agyi GPS-rendszer fontos elemei, s amelyek különböző térbeli „térkép-pontokhoz" képesek kötni bizonyos információkat.

A Moser házaspár több mint harminc évvel Keefe felfedezése után a hippokampusz e funkcióhoz kapcsolódó agykérgi régiójában fedezte fel a rendszer másik fontos elemének számító, úgynevezett grid-sejteket. Kutatásaik arra irányultak, hogy ezek a lépszerű hexagonális hálózatot alkotó térmező sejtek hogyan eredményezik a hippokampusz térsejtjeinek szelektív működését. Rájöttek arra is, hogy a hippokampusz melletti egyik agyterület bizonyos sejtjeinek kisülése attól függ, hogy épp merre készülünk elindulni, amit állatkísérletekben bizonyítottak.

A kutatók patkányokon végzett kísérletei óta kiderült, hogy mindkét sejt emberekben is megtalálható, vagyis az emberi tájékozódás agyi alapját is ezek a sejtek képezik. A kitüntetettek munkája új utakat nyit annak megértésében, hogy a kognitív folyamatok hogyan integrálódnak és tárolódnak az agyban.

Terápiás ellenanyagok fejlesztése és alkalmazása
Kacskovics Imre, az MTA doktora előadása
Elhangzott a 2014. november 11-i osztályülésen.

A XIX. század végén Emil von Behring és Shibasaburo Kitasato kimutatta, hogy egy fertőzésből kigyógyult ember (vagy állat) széruma beoltva védettséget biztosít az ugyanabban a fertőző betegségben szenvedők számára. A humán donoroktól, ill. állatokból származó hiperimmun globulint ma is számos betegség ellen alkalmazzák terápiás célokra. Ezek a készítmények ugyanakkor több szempontból sem optimálisak a korszerű gyógykezelés szempontjából, hiszen korlátozott mennyiségben állnak rendelkezésre, összetételük az egyes sarzsok esetén eltérő, és a bennük lévő hatóanyag mennyisége általában alacsony. Mára sikerült ezeket a nehézségeket legyőzni, és a terápiás ellenanyagok alkalmazása az orvostudomány egyik legdinamikusabban fejlődő ágazatává vált.

Köhler és Milstein 1975-ben számolt be arról, hogyan lehet egy adott specificitású, monoklonális eredetű ellenanyagot nagy mennyiségben in vitro előállítani az ellenanyagtermelő B-sejtek és a folyamatosan osztódó mielóma sejtek fúziójából származó ún. hibridóma technológiával (1). 1986-ban regisztrálták az első terápiás, szövetkilökődés elleni monoklonális ellenanyagot (OKT3), de további ellenanyagok alkalmazására sokat kellett várni. Ennek oka amellett, hogy a gyógyszeripar sokáig csak az ún. kismolekulájú hatóanyagok egyeduralmában hitt, az ember számára immunogén egér fehérje humanizálásának a nehézsége volt, másfelől nem volt kellő technológia a monoklonális ellenanyagok nagy mennyiségű és azonos minőségű előállítására sem. Idővel ezek megoldódtak, és az immunglobulinok számos előnye is igazolódott; pl. a hosszabb felezési idő, vagy a nagyfokú fajlagosság. Míg 2000-ben a tíz legfontosabb gyógyszer közé csupán egy fehérje készítmény (Epogen/Procrit) tartozott, addig 2013-ra már három TNFα gátló monoklonális ellenanyagot soroltak ebbe a csoportba (Humira, Enbrel és Remicade). Jelenleg 36 féle ellenanyagot használnak világszerte a különböző terápiák során, és várhatóan ez a szám hamarosan az ötvenet is meghaladja. Ezeknek a gyógyszereknek az éves piaci értéke felülmúlja az 50 milliárd amerikai dollárt (11 ezer milliárd forint, ami a magyar GDP közel 40 %-a).

A terápiás ellenanyagok az IgG izotípusba tartoznak. A két könnyű- és két nehézláncból álló molekula hipervariábilis szakaszaival kötődik az antigénhez, melyek diverzitása biztosítja a nagyfokú fajlagosságot, és meghatározzák az affinitást is. Mindez ma már módosítható a különböző molekuláris biológiai módszerekkel. Az antigénhez való kötődést követően az ellenanyag Fc régiója aktiválja azokat a folyamatokat, melyek az ellenanyag által „megjelölt" sejtek, kórokozók megsemmisítéséhez vezetnek. Mivel az Fc régió biztosítja az IgG molekulák hosszú felezési idejét is, a korszerű gyógyszerfejlesztési eljárások célja nem csupán a hipervariábilis szakaszok optimalizálása, hanem az Fc régió átalakítása is, a legmegfelelőbb terápiás hatás elérése érdekében.

Jelenleg az ellenanyagfejlesztés fókuszában többnyire olyan sejtmembránba integrálódott, gyengén immunogén molekulák állnak, mint a G-protein kapcsolt receptorok (GPCR), vagy az ion-csatornák. Mivel a klinikai fázis végső szakaszában lévő terápiás ellenanyagok többsége egér eredetű, érdemes ezeknek az állatoknak az immunválaszát új immunizálási eljárásokkal, ill. genetikai módosításokkal fokozni.

Az ELTE Immunológiai Tanszékén az előadó olyan génmódosított egereket vizsgál, amelyeket korábban Bősze Zsuzsanna munkacsoportjával (Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Állatbiotechnológiai Kutatócsoport) közösen állítottak elő. Ezek a transzgénikus (Tg) állatok (egér, nyúl) az immunválasz egyik kulcsfontosságú molekuláját (neonatalis Fc receptor, FcRn) megnövekedett mértékben fejezik ki. Az FcRn biztosítja az anyai IgG transzportját, védi az IgG-t a gyors lebomlástól, és fontos szerepet tölt be az antigén prezentációs folyamatokban. Az FcRn-t nagyobb mértékben kifejező Tg egerekben és nyulakban fokozott és hatékonyabb humorális immun-válaszképességet figyeltünk meg gyengén immunogén antigének esetén is (2, 3). Ezzel új eljárást dolgoztak ki a terápiás, diagnosztikai és kutatási monoklonális- és poliklonális ellenanyagok fejlesztésére. Az előadó és munkatársai ezt a módszert szabadalmaztatták, illetve hasznosító vállalatot alapítottak. (ImmunoGenes; www.immunogenes.com). Erőfeszítéseiket a Magyar Tudományos Akadémia és a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala 2012-ben Akadémiai-Szabadalmi Nívódíjjal ismerte el. 2014 szeptemberében hasznosítási megállapodást kötöttek a Kyowa Hakko Kirin gyógyszergyárral (Japán), amely a terápiás ellenanyag fejlesztésében ezeket az FcRn Tg egereket fogja használni. Kutatási együttműködésben Katona Istvánnal (MTA Kísérleti Orvostudományi Kutató Intézet) olyan CB1-specifikus ellenanyagokat fejlesztettek, amely az új szuperrezolúciós mikroszkópia segítségével e receptor kifejeződésével kapcsolatos nagyon izgalmas új eredményre vezetett (4). Hasonló, tudományos együttműködést alakítottak ki Somogyi Péter (Anatomical Neuropharmacology Unit, University of Oxford) és Stefan Feske (New York University) professzorokkal, míg Cliff Shone munkacsoportjával (Public Health England) diagnosztikai ellenanyagok előállításán dolgoznak.

Osztályülések előadásai 2013

A 2013. június 11 -i osztályülésen Vonderviszt Ferenc, az MTA doktora az Önszerveződő biológiai rendszerek a nanotechnológiában címmel tartotta meg előadását. Az előadó kutatásainak egyik kiemelt célkitűzése a szupramolekuláris biológiai rendszerek önszerveződő képességének felhasználása a bio-nanotechnológiában alkalmazható komplex nanoszerkezetek előállítására. Munkája során a polimerizációra képes flagellin (FliC) fehérjét, a baktériumok flagelláris filamentumainak fő alkotóelemét építi össze más monomer fehérjékkel oly módon, hogy mindkét fúziós partner funkcionális tulajdonságai megmaradjanak. Így polimerizációra képes enzimeket, kötőfehérjéket vagy fluoreszcens jeladó alegységeket hozhatnak létre, amelyekből különféle filamentáris nanoszerkezetek állíthatók elő, alkalmazási lehetőségeket kínálva a nanoszenzorikában, nanomedicinában és biotechnológiában.

A 2013. április 09 -i osztályülésen Papp László és Pócs Tamás, az MTA rendes tagjai beszámoltak a Thaiföld déli részén 2012. október - novemberében az osztály anyagi támogatása segítségével megtett 3 hetes gyűjtő útjukról. Ez az ország a legnagyobb diverzitású délkelet-ázsiai térség, amely Indo-burma (indokínai) és Szunda (indonéziai) régióját köti össze. Ugyanakkor ebben a térségben leggyorsabb és legnagyobb mértékű a természetes élőhelyek pusztulása és a fajok kihalása, amely a század végére meghaladhatja a 40%-ot.

Papp László és Pócs Tamás 2012 októberében a Prince of Songkhla Egyetem (Hat Yai) Biológiai Intézetével és a Kuala Lumpur-i Egyetem két oktatójával lépett kapcsolatba. A terepmunka szervezésében Dr. Sahut Chantanaorrapint volt segítségükre, akivel közös publikáció is készül. Trópusi esőerdőkben (240 m tszf. magasságig) , illetve hegyi esőerdőkben (940 m-ig) elsősorban májmohákat és kétszárnyú rovarokat gyűjtöttek.

A rovargyűjtés eredményeként 6160 gyűjteményi példány készült, amely 900-1000 fajképviseletet tartalmaz. Egy, a tudomány számára új nemzetség leírása már publikálás alatt van.

Botanikai részről 540 mohapéldány begyűjtése történt meg 24 lelőhelyen. Határozás során ez 165 fajnak bizonyult, amelyből 141 már meghatározásra került (Pócs T. 62, S. Chantanaorrapint 52, Orbán S.13, Sass-Gyarmati A. 4). Ez a thaiföldi mohaflórának mintegy 10%-a. Az eddig meghatározott 141 fajból 26 új Thaiföld ill. Indokína területére, 4 pedig új fajnak bizonyult a tudományra nézve. A mohafajok földrajzi elterjedését vizsgálva értékes biogeográfiai következtetések vonhatók le.

Előadásukat 28 dia vetítésével és rovarbemutatóval is illusztrálták.

A 2013. március 12 -i osztályülésen Gál Péter PhD, az MTA Természettudományi Kutatóközpont Enzimológiai Intézetének munkatársa tartott előadást. Az előadás a komplement proteázok szerkezetével és élettani szerepével foglalkozott. Kutatótársaival modellt dolgoztak ki a C1r és a MASP-2 proteázok autoaktiválódási mechanizmusára. Megmutatták, hogy a nemkatalitikus domének döntő módon hozzájárulnak a komplement proteázok szubsztrát specificitásának kialakításához. Felfedezték a komplementrendszer egy új funkcióját: a proteáz általi közvetlen sejtaktiválást. Tisztázták a lektin út aktiválódásának pontos mechanizmusát, aminek az alapkutatási vonatkozásain kívül fontos gyakorlati jelentősége is van. Az előadásban elhangzott, hogy a komplementrendszer a természetes immunválasz egyik ősi effektor komponense. Mintázatfelismerő molekulák (C1q, mannóz-kötő lektin,fikolinok) kapcsolódnak a veszélyes struktúrákhoz (pl. patogén mikroorganizmusok, apoptotikus sejtek), aminek következtében szerin proteáz zimogének aktiválódnak. A szerin proteázok egy kaszkádrendszer keretében a kezdeti jelet nagymértékben felerősítik, ami végül a veszélyes struktúrák semlegesítéséhez, eltávolításához vezet.

A 2013. január 08- i osztályülésen Müller Viktor PhD, az ELTE Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai tanszékének munkatársa tartott előadást, aki arra keresett választ, miképpen indulhatott el Afrikában a HIV-járvány: mi volt az oka annak, hogy a huszadik század elején a majmokról átugró vírusok több változata is képes volt elterjedni az emberi népességben, noha erre sem azelőtt, sem azóta nem ismerünk példát. Részletes szimulációs modell segítségével megmutatta, hogy ezekben az évtizedekben a növekvő gyarmati központok különösen kedvező feltételeket kínáltak a HIV heteroszexuális terjedésének, amiben komoly szerepe volt a vírus átvitelét segítő bakteriális nemi betegségeknek. E betegségek visszaszorítása - a harmincas évektől - szabhatott gátat újabb HIV törzsek kialakulásának, és kordában tartásuk a jövőben is fontos lehet ahhoz, hogy elkerüljük további majomvírusok átugrását.

Osztályülések előadásai 2012


A 2012. április 17 -i
osztályülésen dr. Pós Zoltán egyetemi adjunktus a lymphocyták vándorlásának molekuláris hátteréről, az ún. "homing" jelenség korszerű megközelítéséről tartott előadást.
Előadásában rámutatott, hogy a folyamat nyilvánvaló és alapvető jelentősége ellenére annak szabályozása a mai napig jórészt ismeretlen. Nincs kiforrott válasz arra, hogy a szervezet különböző részei hogyan vannak reprezentálva egy vándorló T sejt molekuláris térképén, mely és hány különálló homing terület létezik ebben a "homing homunculus-ban", e területek mennyire feleltethetőek meg anatómiailag körülírt szerveknek és szervrendszereknek, pontosan milyen molekuláris jelzőtáblák teszik lehetővé az azonosításukat, illetve, hogy a bevándorló T sejtek miként alkalmazkodnak az egyes szöveti környezetekhez. Ezzel szemben a következő generációs immunterápiák fejlesztése számára mára már égetően szükségessé vált e folyamatok pontosabb megértése. Mint azt klinikai esetek és frissen engedélyezett terápiák példái mutatják, e mechanizmusok könnyen befolyásolhatóak és kiaknázhatóak lennének egy sor betegség klinikai terápiájában.