Evolution and ecology of plague: a disease of today which changed our history
Nils Chr. Stenseth, az MTA tiszteleti tagja székfoglaló előadása
(The Faculty of Mathematics and Natural Sciences & the Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES), University of Oslo, Norvégia)
2022. június 14.
MTA Székház, Díszterem

Plague is a disease caused by the bacterium Yersinia pestis. It is first and foremost a wildlife disease which occasionally spills over to the human populations. At present a couple of thousand human cases are reported. In the past plague has cased three big human epidemics, the Justinian plague (from about 541 AD), the Black Death (from about 1330 AD) and the third plague pandemic (from about 1880 AD). During the Black Death about 50% of the European human population was killed. The lecture will provide an overview of the ecology and evolution of the plague illustrating the mutual interaction between ecology and evolution (with partly a focus on the dynamics in the wildlife hosts (rodents) as well as between the wildlife host and humans and within the human population); it will discuss how the bacterium is spread from human to human (mostly by human fleas and lice); it will discuss how the bacterium most likely come to Europe in several waves during the Black Death – using both ecological and genetic data; finally the lecture will briefly discuss how genetic changes in the bacterium changes the behavior of the fleas making it, through evolution, be as effective as possible in spreading the bacterium from one (wildlife) host to another host.

Képgaléria

Csipkerózsika és a többiek - Mobilis genetikai elemek: evolúciótól az alkalmazásig
Izsvák Zsuzsanna, az MTA külső tagja székfoglaló előadása
(Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin)
2022. április 12.
MTA Székház, Nagyterem

A transzpozonok a baktériumoktól az emberig minden egyes szervezetben jelen vannak. A transzpozonok evolúciós sikerét támasztja alá az a meglepő tény, hogy az emberi genom mintegy 60%-a transzpozonokból származik. Az evolúció során azonban a transzpozonok inaktiváló mutációkat halmoznak fel, igy jelentős részük már nem mobilis. Az emberi genomban például csak az úgynevezett LINE-1 elemek képesek szponzorálni saját mobilitásukat. Érdekes módon a gazdasejt gondosan szabályozza az inaktivált transzpozon kópiák átíródását. Az inaktiválódott transpozonokat a biológusok sokáig egyszerűen genomi "szemétnek" (junk) tekintették.

A "Hogyan lehet a szemétből kincs?" projektünk eredményeként született meg a "Csipkerózsika" (Sleeping Beauty) gén-transzfer vektor. A Csipkerózsika egy ősi, inaktiválódott, halakból származó szintetikus transzpozon, amely egy olyan változatot rekonstruál, amely körülbelül 15 millió évvel ezelőtt volt mobilis bizonyos lazacfélék genomjában. A Csipkerózsika molekuláris rekonstrukciójának egyik jelentősége, hogy ez volt az első sikeres művelet, ahol egy korábban kihalt gént reaktiváltak a tudósok. Másrészről, a szintetikus transzpozon fontos mérföldkövet jelent bizonyos génmanipulációs stratégiák kifejlesztésében. A transzpozonok "természetes eszköznek" tekinthetők, amelyek képesek egy meghatározott DNS-szegmenst egyik genetikai helyről a másikra áthelyezni. Például, jelenleg a Csipkerózsika transzpozont biztonságos, gén-szállító vektorként alkalmazzák különböző klinikai génterápiás kezelésekben. Egy másik megközelítésben, a mutagén tulajdonságokkal módosított vektorok felbecsülhetetlen értékű eszközzé váltak a rákkeltő gének azonosításában.

Kutatásom másik célja az inaktív transzpozonokat "újrahasznosító" evolúciós folyamatok (recycling) megfejtése. Az ilyen izgalmas vizsgálatok támadják azt a dogmát, amely a transzpozonokat kizárólag parazitáknak, vagy az inaktív változatokat egyszerűen "szemét" DNS-nek tekinti. Ezen evolúciós folyamatok az inaktív transzpozonokat új sejtfunkcióval ruházhatják fel. Ritkán, az inaktív transzpozonok új gének alapjául szolgálhatnak vagy új szabályozó elemek létrehozásához járulhatnak hozzá. Ismétlődő (repetitive) jellegük miatt a transzpozonokból származó szekvenciák akár szabályozó áramköröket is képezhetnek és részeivé válhatnak kulcsfontosságú biológiai folyamatoknak (pl. terhesség, embriológia) Az őssejtkutatás szempontjából is fontos lehet annak megértése, hogyan működnek a transzpozonokból származó áramkörök a korai humán embriogenezisben.

Összefoglalva, kutatásom egyik célja a mobil genetikai elemek és a gazdaszervezet közötti kölcsönhatás megértése. Továbbá fontos célom a transzpozonok kutatása során felhalmozott tapasztalatok és azok alkalmazásának integrálása egy olyan technológiai platform létrehozása érdekében, amely magában foglalja az őssejtkutatást, a gén- és sejtterápiát, a transzgenezist, a rákkutatást és a funkcionális genomikát. Tevékenységem hatékony híd lehet az alapkutatás és az új géntranszfer- és őssejttechnológiák klinikai és technológiai alkalmazása között.

Képgaléria

Information processing in the input layer of the cerebellar cortex
Robin Angus Silver, az MTA tiszteleti tagja székfoglaló előadása
(Department of Neuroscience, Physiology and Pharmacology, UCL)
2021. október 12.
MTA Székház, Nagyterem

Angus Silver’s research investigates how neural circuits in the brain represent and process sensory and motor information. In this presentation, he will draw largely on his own experimental and theoretical studies of the input layer of the cerebellar cortex to illustrate how the structural and functional properties of synapses and neurons in this brain region facilitate the transmission and transformation of sensorimotor information. Topics covered will include electrical and chemical synaptic transmission, neural population coding, pattern separation and the relationship between network structure and function. He will also briefly describe some of the methods he has developed to investigate circuit function across multiple spatial scales.

Képgaléria

Állványfehérjék a növekedési faktorok jelpályáiban: atomi szintű felbontástól az állatmodellekig
Buday László, az MTA rendes tagja székfoglaló előadása
2021. szeptember 14.
MTA Székház, Díszterem

A növekedési faktorok, mint például az epidermális növekedési faktor (EGF), nélkülözhetetlen szabályozói a sejtek növekedésének, osztódásának. Tirozin kináz aktivitással rendelkező receptora, az EGFR, nem csak a sejtek fiziológiás szabályozásban vesz részt, hanem sérülése (mutációja) esetén meghatározó szerepet játszik az emberi daganatok (pl. tüdőrák, vastagbélrák) kialakulásában is. Emiatt az EGF jelpálya komponenseinek azonosítása nem csak a normális sejtek működésének megismerésében fontos, hanem lehetőséget adhat az érintett daganatok oki kezelésére is.

A jelátviteli jelpályákban, így az EGF jelpályáiban is, fontos szerepet játszanak az ún. állványfehérjék, amelyek funkciója, jelentősége csak az elmúlt években kezd teljességében kibontakozni. Ezek a fehérjék tipikusan nagyméretűek, enzimaktivitással nem rendelkeznek, valamint több ún. fehérje domént tartalmaznak, amelyek membránokkal vagy más fehérjékkel való kapcsolódást segítik elő. Ennek következtében az állványfehérjék „felszínükön” több jelátviteli fehérjét tudnak egymással fizikai közelségbe hozni, lehetővé téve például enzimreakciók gyors lefutását.

Buday László előadásában munkacsoportja 2013-óta (a levelező tagi székfoglaló óta) elért legfontosabb eredményeit mutatja be. Ezek között kiemelendő, hogy génhiányos állatmodelleket fejlesztetek ki, amelyekkel elsőként sikerült bizonyítani több állványfehérje összetett szerepét. Így a Tks4 génhiányos egér tanulmányozása rávilágított, hogy az állványfehérje számos sejt, illetve szövet fejlődésében kulcsszerepet játszik. Sikerült a csoportnak az EGF jelpályában azonosítani a Tks4 fehérjét, s ezzel párhuzamosan derült ki, hogy a fehérje mennyisége számos emberi daganatféleségben jelentősen megemelkedik, hozzájárulva a daganatok rosszabb prognózisához. Caskin1 és Caskin2 dupla génhiányos egérmodellen bizonyították, hogy ezek az állványfehérjék szükségesen a szinapszisok normál működéséhez. A Caskin1/2 fehérjék hiányában romlott a génhiányos egerek tanulási képessége, illetve memória funkciói.

Az állványfehérjékben az egyik leggyakrabban megjelenő fehérje szerkezet az SH3 domén, amely más fehérjékkel való kapcsolódást tesz lehetővé. Az SH3 domént tirozin kinázok foszforilálhatják. Buday László munkacsoportjának elsőként sikerült a foszforilált SH3 domén kristályszerkezetét atomi szinten meghatározni, ezzel bizonyítva a sejten belüli fehérje-fehérje interakciók szabályozásának egy új típusú mechanizmusát.

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.

Mi tesz minket emberré? Magyar kalandozások az ember és az emlősök agykérgében
Tamás Gábor, az MTA rendes tagja székfoglaló előadása
2020. szeptember 8.
MTA Székház, Nagyterem

Az emberi agykéreg páratlan képességeit megalapozó mechanizmusok feltárása az idegtudomány egyik legnagyobb kihívása. Kísérleteinkben számos, az embert megkülönböztető sejt- és neuronhálózati szintű mechanizmust tártunk fel agyszelet preparátumokban és az állatmodellekhez viszonyítva az emberben újonnan megjelenő sejttípusok gazdagíthatják agykérgünket. Hipotézisünk szerint az új emberi idegsejt típusok beágyazódása a neuronhálózat evolúciósan konzervált elemeibe, illetve a más fajokban is előforduló neuron típusok emberre specializált szinaptikus és sejtes tulajdonságai az emberi agykéreg jelentős funkcionális átalakulásához vezethet. A térben és időben precíz, gyors ideghálózati működésben újonnan felfedezett emberi neuron típusok, például az ilyen frekvenciákra hangolt csipkebogyó sejtek is részt vehetnek kibővítve a klasszikus, más fajokból ismert mechanizmusokat. Az új elemek idegi hálózatokba épülését célzó funkcionális vizsgálatokhoz egyedi módszereket fejlesztettünk, amellyel korábban nem elérhető felbontással vizsgálhatjuk az agykéreg működését, különös tekintettel a kutatócsoportunk által megfigyelt alvási orsókba ágyazott éleshullámokra és az inzulin agykérgi szintézisére.

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.

Hálózatok tanulási és döntéshozatali mechanizmusai
Csermely Péter, az MTA rendes tagja székfoglaló előadása
2020. február 11.
MTA Székház, Díszterem

A hálózatkutatás az emberiséget elérő "információs lavina" megértésének és feldolgozásának egyik fontos eszközévé vált az elmúlt húsz évben. A számos életvezetési tanácsot is megfogalmazó székfoglaló előadásom vezérgondolata az, hogy a hálózatokra jellemző általános tulajdonságok nemcsak a szerkezetükre, hanem az adaptációjukra is érvényesek. A nem neuronális, egyedi sejtek igen hasonló alapszabály szerint tanulnak, mint az agy: az alkotó elemeik (pl. fehérjék) közötti kapcsolatok erőssége nő a tanulási folyamat során. A Hebb-féle tanulási szabály tehát sokkal általánosabban érvényes és alkalmazható, semmint azt eddig hittük. Általános a hálózatok döntéshozatali mechanizmusa is. Szokványos helyzetekben a hálózatok központi, jól összekötött régiójában (magjában) elhelyezkedő "főnökök" döntenek. Ez egy gyors, és megbízhatóan reprodukálható döntést tesz lehetővé. Új helyzetben azonban a hálózatok "szélén" (perifériáján) lévő nódusok sokasága is részt vesz a döntési alternatívák felvázolásában. Ezek közül az adott kihívásra adekvát választ megjelenítő nódusok a tanulási (azaz: élsúly-átrendeződési) folyamat során a hálózat perifériájáról bekerülnek a hálózat centrumába, így ők lesznek az új "főnökök". A demokrácia tehát nem pusztán egy morális alapállás, hanem a sejtjeinkbe kódolt parancs. Az a társadalom, amelyik túl akarja élni a XXI. századot, egymás gondolatait tisztelő, abból tanulni vágyó, a közös megoldások kimunkálására kész emberekből kell, hogy álljon. Ehhez ma is jó útravalót adnak Széchenyi Istvánnak 1826. december 10-én megfogalmazott gondolatai: "Nem, mi nem születtünk reformátoroknak, előbb mi magunkat kell megreformálnunk. Látogatnunk kell az alázat, az önmegtagadás iskoláját."

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.

Partimadarakkal a világ körül: viselkedés, evolúció és természetvédelem
Székely Tamás, az MTA külső tagja székfoglaló előadása
2019. december 10.
MTA Székház, Felolvasóterem

A szaporodási rendszerek (párválasztás, párkapcsolatok és az utódgondozás) evolúciójának a megértése a viselkedésökológia alapvető kérdései közé tartozik. A székfoglaló előadásomban a munkacsoportom lényegesebb eredményeit összegeztem. A partimadarak (lilék, partfutók és rokonaik) szaporodási viselkedésére koncentráltuk a kutatásainkat, hiszen ez a csoport változatos párzási rendszereket és utódgondozási típusokat mutat.

A kutatásunk első néhány évében két izgalmas mintázatot fedeztünk fel. Egyrészt kimutattuk, hogy a széki lile Charadrius alexandrinus – ami hazánkban egy elterjedt partimadár volt az 1990-es évekig – utódgondozó vielkedése változatos egy adott populáción belül, mivel a családok egy részében a nőstény szülő, míg a családok másik részében a hím szülő eltávozik a családból, és gyakran új párral kezd családalapításba. Másrészt azt is kimutattuk, hogy a széki lilék egyetlen fészkelési szezonon belül távoli területeken fészkelnek – alkalmanként akár egymástól 150 km-re távol eső területeken. Ebből a két eredményből 4 fő kutatási irányba indultunk el: fajképződés, konfliktus és kooperáció evolúciója, demográfiai ivararányok és természetvédelem.

A vizsgálataink számos élvonalbeli publikációt produkáltak. Ezek közül itt kettő eredményt emelnék ki. (1) Kimutattuk, hogy közelrokon lilefajok (Charadrius spp) ivararánya eltérő: vannak fajok, ahol több hím van mint nőstény, míg más lilefajnál a nőstények vannak többségben. Azt is kimutattuk, hogy az ivararánybeli különbségek kapcsolatban vannak a szaporodási- és utódgondozási viselkedéssel, ugyanis azoknál a fajoknál, ahol hím túlsúlyos a populáció, ott rendszerint a hímek gondozzák a fiókákat és a nőstények több hímmel párosodnak, míg a nőstény túlsúlyos populációkban rendszerint a nőstények gondozzák a fiókákat és a hímek pedig több nősténnyel párosodnak.(2) A terepvizsgálataink rámutattak arra, hogy számos partimadárfaj veszélyben van, aminek az egyik oka az, hogy a fészekpredáció gyakorisága megemelkedett. Egy globális projekt keretében azt is kimutattuk, hogy a fészekpredáció emelkedése legjelentősebb a sarkköri partimadaraknál. Ezek a változások sajnálatos módon azt mutatják, hogy a klímaváltozással és az antropogén hatások erősödésével a földön fészkelő madarak (mint például a partimadarak) szaporodási sikere csökken és ezzel veszélyezteti a fajok fennmaradását.

Összefoglalva a fentieket, a szociális viselkedések, mint például a szaporodási rendszerek megértése szintetizáló kutatásokat igényelnek. Vizsgálatunk nem csupán modern terepbiológiai, genetikai, bioinformatikai, evolúciós ökológiai és filogenetikai módszerek felhasználásával évonalbeli kutatási eredményeket produkált, hanem eredményeivel hozzájárult a természetes állatpopulációk védeleméhez is.

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.

Extracelluláris vezikulák, a sejtek közötti kommunikáció új szereplői
Buzás Edit Irén, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
2019. november 12.
MTA Székház, Nagyterem

Az extracelluláris vezikulák a sejtek által kibocsátott, membránnal körülvett képletek. Az extracelluláris vezikulák kutatása a korai, sporadikus megfigyeléseket követően csak 2010 után indult robbanásszerű fejlődésnek. A minden sejtes életformára jellemző extracelluláris vezikula kibocsátásról mára bebizonyosodott, hogy fontos szerepet játszik mind a sejtek homeosztázisának fenntartásában, mind a sejtek közti kommunikációban. Az extracelluláris vezikulákra vonatkozó eredményeket eleinte világszerte kétkedés fogadta. Ez a kezdeti kétkedés többek között annak volt a következménye, hogy az extracelluláris vezikulák mérettartományában végzett vizsgálatok számos esetben műtermékek detektálásához vezethettek. Az elmúlt közel másfél évtized alatt számos vizsgálatot végeztünk az extracelluláris vezikulák területén. Alapvető megfigyelésekkel járulhattunk hozzá az extracelluláris vezikula terület fő hibaforrásainak a feltárásához és kiküszöböléséhez, és ezáltal az extracelluláris vezikulák kvalitatív és kvantitatív vizsgálatának szilárdabb alapokra helyezéséhez. Az extracelluláris vezikulák igen sokrétű szerepet játszanak a fiziológiás és patológiás sejt-sejt kommunikációban. Minden testnedvből kimutathatók, és megkezdődött új generációs diagnosztikumként való alkalmazásuk. Terápiás felhasználásuk nem kevésbé ígéretes. Az extracelluláris vezikula kutatás további fejlődéséhez és a vezikulák mind diagnosztikus, mind terápiás felhasználásához elengedhetetlen a terület szakmai integritása, melyhez munkánkkal hozzájárulhattunk.

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.

A mintázatelemzéstől a folyamatok megértéséig
Padisák Judit, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
2019. október 8.
MTA Székház, Nagyterem

Fitoplanktonnak nevezzük a nyíltvizeket (alapvetően: tavak, tengerek, nagy folyók) benépesítő növényi életközösséget. Az egy víztérben kimutatható fitoplankton fajok száma több százra tehető, mikroszkópikus méretűek és képesek arra, hogy életciklusuk nagy részében a vízben szabadon lebegve jussanak energiához (döntően fényenergia) és tápanyagokhoz. A légköri oxigénkészlet mintegy felét e szervezetek termelik. Az 1970-es években a firoplankton kutatásokat a „forszfor paradigma” uralta, mely a vizek foszforterhelése és a víz klorofill-a tartalma alapján az eutrofizálódás folyamatára koncentrált – egyúttal a fitoplankton közösséget egyetlen, spektrofotometriásan könnyen meghatározható változóra redukálva. Sem elméletileg, sem gyakorlatilag nem mindegy azonban, hogy egy növényi közösséget mely fajok alkotnak, s ezek dominanciaviszonyait milyen folyamatok hattározzák meg. Az eutrofizálódásra koncentrált figyelem mellett a fitoplankton társulásökológiai kutatások nem voltak jellemzőek - e tudományág vizsgálja a faji összetételt (mint mintázatot) és annak környezeti meghatározottságát (mint folyamatot). Minthogy az összefüggések feltárása nagy adattömegek elemzését igényli, ezért általában a társulásökológia térnyeréséhez alapvetően szükség volt az információtechnológia és statisztikai elemzési módszerek az utóbbi 40 évben bekövetkezett gyors feljlődésére.

Az előadás számos példán mutatta be, hogy mintázatok alakításában a víztest fizikai jellemzőinak alapvető szerepe van:

A Balatonban a viharok (mint „zavarás”) után a kis termetű, gyors növekdésű (r-stratégista) algák szaporodnak el nagyobb mértékben, a csendes időszakokban átadják helyüket a nagyobb termetű, lassabb növekedésűeknek (K-stratégisták). E mintázat megfelel a Connell által trópusi esőerdőkre és korallzátonyokra leírt „Köztes Diszturbancia Hipotézisnek”. A fitoplankton vizsgálatok lehetővé annak az általános következtetésnek a levonását, hogy azok a zavarások vezetnek maximális kompozíciós diverzitáshoz, melyek 3-4 generációnként követik egymást.

A Fertő fitoplanktonja fajszegény, s abban a nagy termetű kovaalgák dominálnak. Ez a tó az Alpok és a Kárpátok közti szélcsatornában helyezkedik el, gyakran és gyorsan felkeveredik emiatt vize zavaros. A gyakori felkeveredés e gyenge lebegőképességű algákat rendszeresen a víz felső megvilágított részébe keverik, ahol lehetséges a fotoszintézis, a gyors süllyedés miatt pedig az üledék tápanyagtartalmát tudják hatékonyan hasznosítani. A nagy méret azt teszi lehetővé, hogy az ülepedő igen apró szervetlen részecskék ne temessék el őket.

Egy trópusi, rétegzett, mély tóban (Lake Dom Helvéció, Brazília) a járommoszat dominanciáját hasonló mechanizmus tartja fenn. A járommoszatok aktív lebegésregulációra szintén képtelenek, süllyedésül gyors. Klimatikus okok miatt e tavak minden kora hajnalban konvekciós áramlással teljes epilimnetikus mélységükben fekeverednek ezzel szuszpendálva az előtte a metalimnion sűrűbb, tápanyagdúsabb vizén összegyűlő algákat.

A berlini Müggelsee erősen “átfolyásos” tó. Alapvetően az határozza meg, hogy nyáron a kovaalgák vagy a cianobaktériumok dominálnak, hogy mennyi a tóban a víz kicserélődási ideje: ha kb. 45 napnál rövidebb, akkor a kovaalgák, ha hosszabb, akkor a cianokaktériumok.

A fent leírt mintázatok és folyamatok – több hasonló nemzetközi kutatással együtt – vezettek arra a felismerésre, hogy a fitoplankton fajokat társulásökológiai szempontból nem taxonómiai hovatartozás alapján szerencsés csoportosítani, hanem funkcionális jellegzetességeik szerint. E szükségeletet az is jelzi, hogy 2002 és 2010 között három ilyen, elméleti hátterét tekintve különböző rendszert is felállítottak. A funkcionális csoportokat olyan fajok alkotják, melyek sajátságai illeszkednek bizonyos élőhelytípushoz, illetve a az egyes habitatjellemzők változására - akár pozitívan, akár negatívan - hasonlóan reagálnak. E megközelítés tette lehetővé, hogy kefejlesszünk egy olyan mérőszámot, mely a Víz Keretirányelv szempontrendszerének megfelelően alkalmas a fitoplankton alapú ökológiai állapominősítésre. Ez az egyetlen olyan módszer, mely megfelelő kalibrálás esetén klímától, ökorégiótól és a meghatározó vezérváltozótól (pl. kinetikai jellemző, sótartalom, tápanyagterhelés, huminanyag tartalom, stb.) független, ami széleskörű elterjedségéhez vezetett. A esettanumányok bemutatták a Balaton referenciaállapotának becslését, Bulgária 78 tavának ökológiai állapotbecslését és a Loire folyót érő antropogén hatások kimutatását.

A Balatonban 1978-ban megjelent egy invazív trópusi cianobaktérium, a Cylindrospermopsis raciborskii (jelenleg érvényes nevén Raphidiopsis raciborskii), mely 1982-ben, 1992-ben és 1994-ben az egész tóra kitejedő vízvirágzást okozott. A világ minden tájáról összegyűjtött florisztikai adatok azt mutatták, hogy egész Földre kiterjedő inváziója mintegy másfél évszázad alatt ment végbe. A faj ökológiai, terjedésbiológiai és ökofiziológiai jellemzői alapján azt lehetett feltételezni, hogy evolúciós központja a trópusi mély tavak metalimnetikus vagy felő hipolimnetikus rétegében található, ahonnan célzott mintavétellel elő is került. Másodlagos evolúciós központként szerepelhettek az ausztrál billabongok (a folyók apadása után visszamaradó állóvizek), melyek sótoleranciáját és terjedőképességét magyarázzák. Mindezt későbbi molekuláris genetikai vizsgálatok igazolták.

A székfoglaló előadás további része a fitoplankton ökológiában az utóbbi időben megjelent új módszerek (molekuláris genetika, “omics”, térinformatika, on-line mérési módszerek, statisztikai eljárások) alkalmazási perspektíváit mutatta be. Különböző kontinensekről származó vízvirágzást okozó Microcystis cianobaktériumhoz asszociálódott baktériumközösségekről megállapítottuk, hogy azok baktériumai taxonómialilag ugyan különböznek, de a funkcionális hasonlóságuk jelentős, s a földrajzi távolságtól független. Egy, a gazdaságtudományból átvett statisztikai módszerrel, az un. oksági analízissel vizsgáltuk a Stechlin-tó eutrofizálódásának háttérét, a hatás és a rendszerválasz közti késés valószínű mechanizmusát. E kutatás a rendszermemória feltárásának egyedi példája.

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.

A talamusz és a sokféleség dicsérete
Acsády László, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
2019. szeptember 10.
MTA Székház, Felolvasóterem

A biológiai szerveződési szinten megfigyelhető jelenség az anyagcsere-folyamatoktól az ökoszisztémákig. A sokféleség minden bizonnyal nagyban fokozza az élő szervezetek alkalmazkodóképességét a gyorsan változó környezeti feltételek között.

Az idegrendszer sokfélesége legkönnyebben az idegsejtek sokféleségében érhető tetten. Az idegsejtek a teljes emberi szervezet mindössze 0,3%-át alkotják, mégis e 0,3% sokkal többféle sejttípusból áll, mint a maradék 99.7%. Akár egy idegrendszeri területen belül is, anatómiailag és működés tekintetében is több tucat eltérő sejttípus fordulhat elő. E sejtek egymás között rendkívül sokféle kapcsolatot alkotnak, és ez a sokféleség az alapja a komplex idegi működéseknek. A címben szereplő talamusz azonban kivételt képez. Jelenlegi ismereteink szerint a talamuszt egyféle idegsejt alkotja, amelyek egymással nem lépnek kapcsolatba.

A talamusz a gerinces idegrendszer „találmánya”. A legmagasabb idegrendszeri funkciókért felelős agykéreggel együtt fejlődött ki. A szerveződés során úgy alakult, hogy a legtöbb, a környezetre és az élőlény belső állapotára vonatkozó információ a talamuszon keresztül jut el az agykéregbe. Az agykéreg a talamusz nélkül el van vágva a külvilágtól. Emellett a bemeneti működés mellett az agykéreg normális működéséhez szükség van a talamusszal zajló folyamatos párbeszédre, illetve a talamuszon keresztül történik visszajelzés az agykéreg kéreg alatti területekre gyakorolt hatásáról. Hogyan lehetséges e komplex szerep végrehajtása egyféle idegsejttel?

Az Acsády László vezetésével a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben (MTA Kiválósági Intézet) működő Thalamus Kutatócsoport eredményei alapján kijelenthető, hogy a talamusz sokfélesége a bemenetek sokféleségében rejlik. E sokféleség legalább három dimenzióban valósul meg. Először: az agykéreghez képest a talamusz rendkívül sokféle agyterületről kap bemenetet. Másodszor: e sokféle bemenet morfológiailag és funkcionálisan sokféle serkentő és gátló idegvégződést alkot. Harmadszor: a különböző eredetű és típusú idegvégződések sokféleképpen kombinálódhatnak a talamusz területén. Ezzel az elrendezéssel a talamuszban az idegrendszerben egyedülálló módon egy mozaikos elrendezés valósul meg, amelyben az egymás mellett lévő talamikus területekre (vagy akár sejtekre is) más-más kapcsolódási elv jellemző. A legtöbb idegrendszeri területen ugyanis ún. moduláris elrendezést találunk, ahol egy adott kapcsolódási struktúra (bármennyire bonyolult is) ismétlődik az agyrégión belül.

Ezek alapján megállapítható, hogy a talamusz az idegrendszer szinte minden komplex működését érintő funkcióját úgy valósítja meg, hogy még mielőtt az agykéreg felé továbbítaná, az adott funkciónak megfelelően súlyozza és kombinálja az idegrendszer különböző területeiről érkező információkat. Az egyféle idegsejt pedig lehetővé teszi a rendszer belső állapottól függő egységes szabályozását, ami ezen állapotnak (pl. alvás, ébrenlét, figyelem, szorongás, öröm stb.) megfelelően szabályozza a talamikus integrációt és információtovábbítást.

Komplex funkciói ellenére a talamusz nagyon kevéssé ismert terület. A legújabb eredmények például arra utalnak, hogy a talamusz területén is előfordulhatnak különböző sejttípusok. Az Acsády László és kutatótársai által leírt egyedi bemeneti és kimeneti tulajdonságokkal jellemezhető sejttípus egyik fő funkciója az agytörzsi és hipotalamikus ébresztő szignálok továbbítása a teljes előagy területére.

A kutatók azt remélik, hogy a talamikus működés megértése új dimenzióba helyezi az agykérgi működés megértését, és ezzel együtt megnyitja a lehetőséget a talamokortikális rendszert érintő, a modern társadalom működését rendkívül súlyosan befolyásoló idegrendszeri kórképek (pl. alvászavar, skizofrénia, Parkinson-kór, autizmus, krónikus fájdalom, tudatzavar) új módszereken alapuló gyógyítására.

Az előadásról szóló, képgalériával és videóval bővített összefoglaló elérhető itt.