Egy fehérjemolekula nanomechanikája
Mártonfalvi Zsolt PhD (SE ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet)előadása
Elhangzott a 2018. március 13-i osztályülésen

Ez előadó elmondta, hogy a molekuláris rendszerekről alkotott tudásunkat többnyire molekulasokaság vizsgálatával szerezzük. Azonban ekkor számos tulajdonság rejtve marad. Ilyen a biomolekulák rugalmas, mechanikai tulajdonsága is, amelynek egyre nagyobb szerepet tulajdonítunk a biológiai folyamatokban. Az előadásban a titin óriás izomfehérje példáján kerül bemutatásra az egyedi molekulák vizsgálatának különlegessége. Nyugalmi izom megnyújtásakor rugalmas erő fejlődik, melyért elsősorban a titin felelős. A titin mintegy 300 globuláris domén sorozata, amelyet egyedi, stabil harmadlagos szerkezettel nem rendelkező szekvenciák szakítanak meg. Hogy az izom megnyúlása során milyen szerkezetváltoz történik a titinben, nem pontosan ismert. Az erővezérelt szerkezetváltozások feltárása érdekében egyedi titinmolekulákat vizsgáltak erőmérő lézercsipesszel és atomi erőmikroszkóppal. A titin nanomechanikáját a fehérjelánc mint polimer entrópikus rugalmassága, és az erre ráépülő erővezérelt gombolyodási folyamatok határozzák meg. Figyelemre méltó, hogy a titin domének mechanikai stabilitása hierarchiát mutat, amelynek fontos szerepe van az izomszarkomer szerkezeti integritásában. Egyes domének élettani körülmények között is kitekeredhetnek. Az így kitekeredett domének "molten globule" köztes állapoton keresztül gombolyodnak fel úgy, hogy közben asszisztálnak az izom összehúzódásában és erőkifejtésében.

Kinetikus képalkotás és klinikai lehetőségei
Osváth Szabolcs PhD (SE ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet) előadása
Elhangzott a 2018. március 13-i osztályülésen

A kinetikus képalkotás olyan új képalkotási eljárás, amely alkalmas az élettani mozgások vizualizálására akár mikroszkópos, akár makroszkópos méretskálán. A vérben áramló kontrasztanyag mozgásának detektálásán keresztül a módszer alkalmas a vérerek megjelenítésére illetve a mikrocirkuláció monitorozására is. Ahhoz, hogy a kinetikus képalkotás angiográfiai diagnosztikai validálásra kerüljön, standard klinikai angiográfiás felvételeket hasonlítottak össze a nyers képsorozatokból számított kinetikus képekkel, intervenciós radiológusok és érsebészek bevonásával. Eredményeik azt mutatják, hogy a kinetikus eljárás háromszor jobb jel-zaj viszonyt, továbbá szignifikánsan (p <0,0001) jobb minőségű képet eredményez, mint a standard angiográfiás felvétel. Az előadó elmondta, hogy a kinetikus képalkotás izgalmas távlatokat nyit a klinikai diagnosztikában, ugyanis a jobb képminőség felhasználható a kontrasztanyag és/vagy röntgen sugárdózis drasztikus csökkentésére az eddig megszokott képminőség megtartása mellett, és előrevetíti speciális funkcionális információ gyűjtésének lehetőségét.

A gímszarvas, Cervus elaphus genom program CerELa1.0 (Wonder Deer Genome CerELa1.0)
Orosz László akadémikus előadása
Elhangzott a 2018. február 13-i osztályülésen

A Mezőgazdasági Biotechnológiai Központ (MBK,NAIK, Gödöllő), a Kaposvári Egyetem Állattenyésztési, az ELTE Genetikai, és a SOTE 1. Belgy. 1. Klinika MSc és PhD programjai összefogásával, kizárólagosan hazai erőforrásokból, meghatároztatott a gímszarvas DNS-ének szekvenciája és elkészült a gímszarvas teljes genomjának leírása, amely CerELa1.0 névre kereszteltetett. A CerEla1.0 a gímszarvas genom első leírása. A CerEla1.0 program egy hosszú út végét jelzi, amely 1998-ban indult, koncepcióját Orosz László dolgozta ki, az állattenyésztési és vadgazdálkodási hasznosítást Horn Péter, a klinikai irányt Lakatos Péter jegyezte. A CerELa1.0 genom elérhető és letölthető az NCBI adatbázisból (NCBI, MKHE00000000 azonosítóval) továbbá az MBKNAIK honlapról is (elérési útvonal: http.//emboss.abc.hu/wonderdeer/JBrowse). Rövidesen elérhető lesz a Kaposvári Egyetem és az ELTE Genetikai Tanszéke honlapjairól is.

A CerEla1.0 19 éves története során öt egyetem doktori iskolájában (KE, ELTE, SZIE, SOTE, SZBK/SZTE) adott lehetőséget a PhD fokozat megszerzésére. Összesen több mint 50 diák és kutató munkatárs járult hozzá a program haladásához. A CerEla1.0-ről beszámoló közlemény a Molecular Genetics and Genomics –ban (MGG) 2018 Január 2-án jelent meg online: „Nóra Á. Bana, Anna Nyíri, János Nagy, Krisztián Frank, Tibor Nagy, Viktor Stéger, Mátyás Schiller, Péter Lakatos, László Sugár, Péter Horn, Endre Barta, László Orosz: The red deer Cervus elaphus genome CerEla1.0: sequencing, annotating, genes, and chromosomes”.

A CerEla1.0. leírja a 33 gímszarvas autoszóma, valamint az X és Y kromoszóma DNS szekvenciáját, a centromeronok helyzetét, 19368 fehérjét kódoló gént (a kérődzők ismert génjeinek 90 %-át), a gének részletes annotációját (pl. funkciók, ortológók más fajokban, exon, intron szerkezet, 5’ és 3’ UTR-ek , stb.), a repetitív szekvenciákat, LTR elemeket, transzfer RNS, kis RNS és riboszóma RNS géneket, mindezen genetikai elemek helyzetét a kromoszómák mentén a DNS szekvenciában. A CerEla1.0 lehetőséget adott 2.8 millió SNP és 365 ezer apró deléció és inszerció (indelek) azonosítására a genom mentén. A CerEla1.0 értékes adatokkal bővítette a kérődzők genom/kromoszóma evolúciójáról (kariológiai evolúció) alkotott képet is. A nyers „genom assembly” hossza 3.4 Gbp, amely korrekció után 2.7 Gbp-ra szűkül.

A CerEla1.0 példázat a genetikai analízis erejére, a kettős referencia alkalmazására, azaz amikor a megcélzott genomról rekombináció alapú géntérképpel rendelkezünk (jelen esetben a gímszarvasé, C.elaphus) és ezt az információt kombináljuk egy közel rokon faj (jelen esetben a szarvasmarha, Bos taurus) genom szekvenciájával. A CerEla1.0 folyamatosan bővíthető az új ismeretek függvényében, gazdag forrása máris populáció elemzéseknek, eredet vizsgálatoknak, forenzikus, bűnügyi, régészeti, természetvédelmi és vadgazdálkodási felhasználásoknak, teljes genom asszociációs vizsgálatokra (GWAS, Genome Wide Assotiation Studies) ad lehetőséget (pl. leszármazások meghatározása, de ilyen lehet pl. a kapitális agancsok titkának megfejtése is). A CerEla1.0 hasznosult már eddig is és hasznosulhat a jövőben is egyes orvosi/fejlődés biológiai kutatásokban (pl. oszteoporózis, szerv fejlődés/regeneráció, robusztus szövet gyarapodás/tumor biológia).

Orosz László akadémikus elmondta, hogy egy kapitális szarvasbika vérmintájából vett DNS-ét szekvenálták 74-szeres lefedettséggel (ILLUMINA Technology), majd rendezték szekvencia szakaszokba az ALLPATH-LG programcsomag segítségével (contigok, scaffoldok). A szarvasbika (Crot 3016) a Kaposvári Egyetem Vadgazdálkodási központja telepén, Bőszénfán élt, természet közeli körülmények között.

A nyers szekvencia szakaszok kromoszómák szerinti rendezéséhez, ill. a kromoszómákon belüli DNS szekvenciák és gének sorrendjei meghatározásához a genetika két alapvető összefüggését hasznosították: (i) a géntérképi pontok/kapcsolási csoport pontjai és elhelyezkedésük sorrendje a valós kromoszómán megegyezik (a Ko-lineáritás tétele), (ii) minél közelebbi evolúciós rokonságban van két faj annál jobban hasonlít géntérképük (az Összehasonlító Géntérképezés elve). Ha a két faj géntérképét párhuzamba állítjuk és közülük egyikük genom szekvenciáját is ismerjük, a másik faj genom szekvenciái halmaza is sorrendekbe rendezhető.

Esetükben felhasználták gímszarvas kromoszómák/kapcsolási csoportok 5.7 cM felbontású géntérképét, a géntérkép 365 pontját (egyik referencia) és a szarvasmarha genom szekvenciáját (NCBI Btau_5.0.1, másik referencia). A gímszarvas géntérkép általuk kiválasztott pontjait/markereit kijelölő DNS szekvencia polimorfizmusok és gének szarvasmarha megfelelői (ortológjai) egyértelműen azonosíthatók voltak a szarvasmarha genom szekvenciában. A géntérképi markerek sorrendje a két fajban számos kromoszóma mentén megegyezett, másutt nagy szakaszokon szintenikus volt, megint másutt a közös Pecora őstől történt evolúciójuk elválása során rögzült inverziókat és transzlokációkat jeleztek. A géntérképi pontok közeit a szarvasmarha genom segítségével feltöltötték a szekvencia elemekkel (contigok, scaffoldok), a scaffoldokban ellenőrizték a gímszarvas/szarvasmarha gének sorrendjét, kapcsoltságát (szinténiák), a géneket/genetikai elemeket részletesen annotálták. A CerEla1.0 genom szekvencia helyességét a napokban független vizsgálat erősítette meg: a kézirat bírálata idején nyilvánossá lett egy angol-újzélandi kutatócsoport által meghatározott, 38 ezer SNP rekombinációs elemzését tartalmazó nagy sűrűségű gímszarvas géntérkép, amely tökéletes fedésbe volt hozható a CerEla1.0 szekvenciájával.

A gímszarvas genom programot jelentős OTKA, NKTH (Széchenyi Program), FVM, EÜM pályázati források támogatták az első 9-10 évben, amelyek biztosították a laboratóriumi infrastruktúrák kiépítését és a folyamatos működést. Maga a CerEla1.0 igen szerény költségekből valósult meg, amelyet a kapcsolódó doktori programok, elsősorban a Kaposvári Egyetem állattenyésztési, vadgazdálkodási és természetvédelmi doktori iskolája és a Földművelésügyi Minisztérium tudományos gyakornoki programja biztosított.

Az utóbbi években a CerEla1.0 számos természetvédelmi célú genom kutatás sikeres elindításának jelentett és jelent bátorítást a „gímszarvas genomon” felnőtt fiatal kutatóknak, ilyen például a nagy ragadozók (medve, farkas, hiúz) magyarországi előfordulásának/vándorlásának igazolása, a vaddisznó állományok nyomon követése genom diagnosztikával, vagy a pannon méh genomjának feltárása és méhészeti alkalmazása.

A Vadászati Világkiállítást 2021-ben Magyarország rendezi. Vadászati/trófea minőségét tekintve Magyarországon, elsősorban Gemencen és a Dél Dunántúlon él a világ legkiválóbb gímszarvas populációja, nemzeti kincs. Noha a gímszarvas programot megvalósítók egyike sem vadász, nagy többségük még vadászatot sem látott még és a szarvasok pártján a szíve, örömünkre lenne, ha a Világkiállítás Magyar Pavilonjában a rekord trófeák mellett a CerEla1.0 is helyet kapna, -fejezte be előadását Orosz László akadémikus.

A növényi sokféleség megértése és megőrzése: természetvédelmi vonatkozások
Molnár V. Attila MTA doktora, közgyűlési doktor képviselő előadása (Debreceni Egyetem Természettudományi és Technológiai Kar Biológiai és Ökológiai Intézet)
Elhangzott a 2018. január 9-i osztályülésen

Már‐már közhelyszerű evidenciának számít, hogy az élőlények genetikai (és ettől természetesen nem független alaktani, élettani stb.) változatosságnak kulcsszerepe van a populációk környezethez való alkalmazkodásában és hosszú távú fennmaradásában. A változatosság és sokféleség meghatározó jelentőségű az élőlényközösségek stabilitásának kialakításában is. A 20. század végére általánosan elfogadottá vált, hogy a bolygónkon az emberi tevékenység következtében veszélybe került a populációk és közösségek változatossága és sokfélesége, azaz ’biodiverzitási krízis’ alakult ki. E paradigma megjelenése néhány évtizeddel ezelőtt egy új szintetikus, multidiszciplináris tudományág, a természetvédelmi biológia’ (conservation biology) létrejöttét eredményezte. Az előadó saját közleményeken alapuló esettanulmányok legfontosabb eredményeinek felvillantása során igyekszik betekintést nyújtani e tudományterületen folyó kutatásokba, törekedve arra, hogy bemutassa a felmerülő kérdések és a megválaszolásukra alkalmazott módszerek sokszínűségét is. Az előadó beszámolt arról, hogy miként segítenek megbecsülni a herbáriumok a növényfajok éghajlatváltozásra adott fenológiai válaszát, vagy magjaik életképességének maximális hosszát, ill. miképpen segítik elő korábban fel nem ismert fajok felfedezését. Bemutatta, hogy milyen jelentős szerepet játszanak a vándorló vízimadarak az őshonos és behurcolt növényfajok terjesztésében. Az élőlények genetikai változatosságának megőrzése érdekében és a védelmi prioritások meghatározásában igen fontos egyrészt a genetikai elszigeteltség mértékének (azaz az örökítőanyag ’pótolhatatlanságának’) vizsgálata, másrészt a genetikailag rögzült változatosság és a fenotípusos plaszticitás egymástól való elkülönítése. A természetes élőhelyek világszerte tapasztalható pusztulásával és felaprózódásával a kis kiterjedésű, természetközeli állapotú élőhelyfoltok egyre inkább felértékelődnek. Emiatt az előadás igyekezett kitérni az olyan ember által létrehozott vagy fenntartott, ún.’másodlagos’ élőhelyeknek, mint a temetőknek, útszegélyeknek, belvizes szántóknak, a növényi sokféleség megőrzésében betöltött szerepére is.
Molnár V. Attila MTA doktora Fekete Gábor akadémikus (1930–2016) emlékének ajánlotta előadását.