VIII. Biológiai Tudományok Osztálya

Székfoglalók

Transzpozonok, mint „megszelídített” molekuláris paraziták biológiája és terápiás alkalmazásai
Ivics Zoltán, az MTA külső tagja székfoglaló előadása
2023. december 12.
MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria; Videófelvétel

A transzpozonok olyan molekuláris paraziták, melyek az evolúció során együtt fejlődtek gazdagenomjaikkal, és az élővilág minden szegmensében jelen vannak és nagy számban reprezentáltak. Ennek ellenére ezeknek az “ugráló géneknek” csak egy kis része aktív jelenleg a természetben. Ezt felismerve, molekuláris biológiai technológiák segítségével rekonstruáltunk egy aktív transzpozont halak genomjából, amelyet Sleeping Beauty-nak (SB) neveztünk el. Az SB a szintetikus biológia egyik első példája, mivel olyan gént képvisel, amely csak laboratóriumban létezik. Kiemelkedő jelentőséggel bír, hogy az SB volt az első transzpozon, amelyről kimutatták, hogy aktív emberi sejtekben; ez a felfedezés megnyitotta az utat a terápiás alkalmazások előtt. Az elmúlt 25 évben jellemeztük az SB transzpozícióban részt vevő alapvető molekuláris mechanizmusokat, és optimalizáltuk a rendszer géntechnológiai felhasználását. Az SB transzpozon egyik fontos alkalmazási területe az állatok csíravonalának módosítása, ahol az SB rendszer használata az egyszerűség és az idegen gének genomba való nagy hatékonyságú átvitelének kombinációját kínálja. Még ennél is izgalmasabb az SB-alapú génvektorok alkalmazása a humán génterápiában. A jelenleg folyó fejlesztések célja a rendszer klinikai tesztelése az életkorral összefüggő makuladegeneráció terápiájában, illetve rákos megbetegedések kezelésére szintetikus antigénreceptorokat expresszáló génmódosított emberi limfociták segítségével. Jelenleg futó kutatásaink egyik kiemelkedő témaköre a rendszer hematopoietikus őssejtekben való alkalmazhatóságának kísérletes értékelése és kidolgozása, ami megnyitná az utat a vér örökletes, monogénes betegségei egész sorának terápiája előtt. Végül jelentős előrelépést értünk el az SB transzpozáz módosításában azzal a céllal, hogy befolyásoljuk a transzpozon genomi integrációs mintázatát. Ezek a legújabb fejlesztések nemcsak hatékonyan, hanem a konkurrens technológiákhoz képest magasabb biztonsággal teszik lehetővé a humán klinikai alkalmazásokat.

The art of the state: Modelling the endpoints of evolution by natural selection
John M. McNamara, az MTA tiszteleti tagja székfoglaló előadása
2023. október 10.
MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria, Videófelvétel

McNamara professzor vezető elméleti biológus, a Bristol University emeritusz professzora. Fő kutatási területe az élőlények környezethez és egymás viselkedéséhez történő adaptációjának megértése, hatékony matematikai megközelítések, viselkedési modellek kidolgozása az élettörténet evolúcióból és az energiaelosztásból származó elvek segítségével. Teoretikus munkája különböző evolúciós területeket ölel fel: evolúciós játékelmélet, optimális döntéshozatal, információhasználat és a döntéshozatalok sztochasztikus állapotfüggő modellezése. Modelljeiben azt vizsgálja, hogy a fluktuáló környezet hogyan befolyásolja a Darwini értelemben vett fitneszt.

A Nemzetközi Viselkedésiökológiai Társaság 2008-ban a legmagasabb kitüntetését, a Hamilton-díjat adományozta számára, Alasdair Houston professzorral közösen. 2018-ban a világ első ökológiai, evolúcióbiológiai és viselkedésökológiai tudományos társasága, az American Society of Naturalists Sewall Wright díjjal tüntette ki. McNamara professzor többször tartott előadásokat Magyarországon, és közös kutatásokat végez hazai kutatókkal.

The molecular architecture of synapses in health and disease
Thomas C. Sudhof, az MTA tiszteleti tagja székfoglaló előadása
2023. szeptember 20.
MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria, Videófelvétel

Thomas C. Sudhof Nobel-díjas biokémikus, neurobiológus 1955-ben született Németországban, jelenleg a Stanford Egyetem, Molekuláris és Celluláris Élettan Tanszékének Avram Goldstein Professzora. Munkássága során a neurotranszmitter vezikulák felszabadulása molekuláris mechanizmusának megértésében tett alapvető felfedezéseket. Eredményei nagymértékben hozzájárultak a szinaptikus vezikulák plazmamembránnal történő fúzióját létrehozó molekuláris folyamatok megértéséhez. 2013-ban az amerikai James Rothmannal és Randy Schekmannal megosztva nyerte el a fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat. 2002-től az Amerikai Tudományos Akadémia tagja, 2017-től pedig a brit Royal Society külső tagja.

Számos magyar agykutatóval kutatási kapcsolatot tart fenn; három magyar kutató témavezetője volt. 2020-ban a Miskolci Egyetem díszdoktorának választották. A Magyar Tudományos Akadémia 2022-ben tiszteleti tagjává választotta.

Sejtbiofizika a tumorbiológiában
Szöllősi János, az MTA rendes tagja székfoglaló előadása
(Debreceni Egyetem)
2023. június 13.
MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria; Videófelvétel

A sejtfelszíni fehérjék vizsgálatára alkalmas Förster rezonancia energia transzfer (FRET) módszereket fejlesztettük tovább munkatársaimmal. Egyrészt a fehérjék fluoreszcens festékkel történő jelölését optimalizáltuk, másrészt a gerjesztő fény nagy intenzitásának torzító hatásának korrekcióját oldottuk meg. Ugyanakkor az autofluoreszcencia képpontonkénti figyelembevételére is találtunk megoldást kiszélesítve a FRET módszerek alkalmazhatósági körét. Vizsgáltuk az epidermális növekedési faktor receptor család tagjainak (köztük az ErbB2 és ErbB3) sejtfelszíni topográfiáját és jelátviteli mechanizmusát. Megállapítottuk, hogy az ErbB3 dimerizációját elősegíti az ErbB3-at aktiváló heregulin ligand kötődése és az ErbB2 sejtfelszíni koncentrációjának növekedése. Az ErbB2 pozitív emlőtumorok antitest terápiájának mechanizmusát tanulmányoztuk egér xenograft rendszerekben és kimutattuk, hogy a trastuzumab és pertuzumab antitestek kombinációja jóval hatékonyabb az egyedi antitestek alkalmazásánál. Az ErbB2-ellenes kiméra antigénreceptort tartalmazó T sejteket (CAR-T-sejteket) is sikerrel alkalmaztuk emlőtumorsejteken mind in vitro és in vivo. A CAR-T-sejteket előállításának optimalizálása után kimutattuk, azok a CAR-T-sej populációk a leghatékonyabbak, amelyekben effektor sejtek nagy számban fordulnak elő és a CD4+ és CD8+ sejtek aránya kiegyensúlyozott. Eredményeink a klinikai terápiát jelentősen befolyásoló üzenetekkel bírnak.

Kutyák, robotok és más kihívások: A szintetikus etológia
Miklósi Ádám, az MTA rendes tagja székfoglaló előadása
(Eötvös Loránd Tudományegyetem)
2023. április 11.
MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria; Videófelvétel

Az Etológia Tanszék munkatársai immár több mint 30 éve kutatják intenzíven a kutya-ember kapcsolatot, mint egyfajta hipotetikus funkciót. Evolúciós szempontból egy meglehetősen jelenkori esemény (i.e. 15-30 ezer évvel ezelőtt), hogy a két faj szorosabb kapcsolatba került, aminek egyik biztosan igazolható eredménye, hogy a kutya nemcsak egy új fajként jelent meg, hanem jelen evolúciós sikere meghaladja a farkasét, elterjedtséget és populációméretet is figyelembe véve. Ebben a folyamatban az embernek feltehetően jelentős szerep jutott, és feltételezhető, hogy e kölcsönhatás eredményeképpen a kutya az emberi kulturális (niche-konstrukciós, ill. technológiai) evolúciójának része lett.

A kutatásaink célja, hogy feltárjuk az ember-kutya kapcsolat mozgatórugóit, többek között a farkas és kutya viselkedésének összehasonlításával, azt vizsgálva, hogy miképp jött létre és milyen kognitív, emociónális és viselkedésbeli változások teszik lehetővé a kutya sikeres beilleszkedését a mai ember szociális környezetébe, a családba.

Az utóbbi 20 év egyik jelentősebb változása, hogy egyre nagyobb mértékben jelennek meg olyan gépek (robotok), amik képesek az emberrel való hatékony, néha akár, szociális interakcióra. Az ilyen gépek első generációját a mobiltelefonok képezik, de belátható időn belül megjelenhetnek a hétköznapokban is az ún. szociális robotok is. Gyakori elvárás és cél, hogy ezek a robotok az élet számtalan területén kiváltsák az emberi munkát, ill. együttműködjenek a dolgozókkal.

Ez a helyzet egyben új lehetőséget is kínál az etológiai kutatások számára is, hiszen az élő ágensek viselkedése mellett, a mesterséges ágensek viselkedésének tanulmányozására is lehetőség nyílik. Sőt az etológus nem csak megfigyelheti e mesterséges ágensek viselkedését, hanem maga is aktív részese lehet a tervezési folyamatnak. Eljöhet az az idő, amikor az etológiai kutatások során felismert és leírt viselkedési modellek a gyakorlatban is kipróbálhatóvá válhatnak az ilyen robotok révén, azaz az etológia is beléphet a szintetikus tudományok sorába.

Az előadásban elsősorban azt igyekszem bemutatni, hogy az alapkutatásokat jelentő ember-kutya interakció elemzése, hogy köthető össze a szociális robotok építésnek kihívásaival, és ez az új megközelítés, az etorobotika, végül miképp eredményezheti a szintetikus etológia megszületését.

Antibiotikumok és ellenálló baktériumok
Pál Csaba, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
(Szegedi Biológiai Kutatóközpont)
2023. március 14.
MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria , Videófelvétel

Ismert tény, hogy sok gyógyszer már alig vagy egyáltalán nem használható a bakteriális fertőzésekkel szemben. Jelenleg a gyógyszerfejlesztő cégek számos új antibiotikum fejlesztésén dolgoznak. De vajon működni fognak-e hosszú távon ezek az új antibiotikumok? Hihetünk-e a cégeknek, akik azt igérik, hogy ezekkel szemben a rezisztencia kialakulása elhanyagolható? Kutatócsoportunk számos ilyen, jelenleg is fejlesztés alatt álló antibiotikumokat vizsgált meg. Arra voltunk kiváncsiak, hogy az ellenállóképesség kialakul-e laboratóriumi körülmények között, és ha igen, milyen mechanizmusok révén. Az eredmény lesújtó. Szinte minden, általunk vizsgált antibiotikummal szemben pár nap alatt kialakult a kórokozók ellenállóképessége. Ez az ellenállóképesség többnyire olyan magas, ami már ellehetetleníti a kezelést a gyakorlatban. Egyes új antibiotikumok klinikai alkalmazása kimondottan veszélyes is lehet, mert olyan szuperbaktérumok kialakulását segíti elő, amelyek nem csak ellenállóak antibiotikumokkal szemben, de egyben fertőzőbbek (szaknyelven virulensebbek) is. A kórokozók nem csak egyedi mutációk révén, hanem más fajokból származó, mobilis rezisztencia gének révén is szert tettek az ellenállóképességre. Molekuláris adatbázisok révén igazoltuk, hogy ezek a laboratóriumban megfigyelt mutációk és rezisztencia gének már ott vannak a természetben és kórházakból származó baktériumokban is. Sőt, a humán bélflóra hasznos baktériumai is tartalmazzák őket! Ez nagyon meglepő, hiszen ezen antibiotikumok még nincsenek a piacon, miért hát ez a nagy sietség? Az előadás során bemutatom, miért van előbb az ellenállóképesség mint a piacra dobott antibiotikum. Javaslatokat teszek, hogyan lehetne jobb antibiotikumokat fejleszteni. Végezetül azt is megmutatom, hogy mi a köze van Safraneknek és Mr. Teufelnek az antibiotikum kutatáshoz.

Biodiverzitás és ökoszisztéma-szolgáltatások: tereptől a szakpolitikáig
Báldi András, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
(Ökológiai Kutatóközpont)
2023. február 14., MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria , Videófelvétel

A biodiverzitás az elmúlt évtizedek során jelentősen csökkent. Az ökoszisztémák mintázatainak és folyamatainak megismerése, megértése és ezáltal a pusztulás megállítása létérdekünk. A biodiverzitás csökkenésének egyik fő oka az eredeti természetes élőhelyek átalakítása, így ezeknek csak kicsi izolált maradány-foltjai találhatóak az ember dominálta tájban. Ezekre az élőhelyfoltokra érvényes a fajszám-terület összefüggés, mely egyike az ökológia kevés törvényszerűségeinek. Lecsökken továbbá a belső-, és megnő a szegély-élőhelyek aránya. Mindezek tükröződnek a fajok és egyedek előfordulásában, de a természetes mintázatokat és folyamatokat befolyásolhatják az emberi beavatkozások. A természetes élőhelyfoltokat ember dominálta – nagy részt mezőgazdasági – terület veszi körül; ezekhez ugyanakkor még jelentős biodiverzitás kötődhet. Alapvető kérdések várnak megválaszolásra, például mi a hatása a gazdálkodásnak és a tájszerkezetnek – és ezek interakciójának – a biodiverzitásra, illetve az ezen alapuló ökoszisztéma-szolgáltatásokra? A kapott kutatási eredmények alapvető információkat biztosítanak a természetbarát gazdálkodás, és ezzel a biodiverzitás hatákony megőrzése érdekében. A gyakorlat felé történő következő lépés a kutatási eredményeknek a beépítése a szakpolitikákba. E lépéshez számos eljárás, illetve intézmény tartozik, melyekben a kutatói részvétel kulcsfontosságú.

Előadásomban bemutatom a fajszám-terület összefüggést felülíró emberi behatás meglétét, továbbá az élőhelyszegélyek pozitív, ám fajspecifikus hatását madarak előfordulására, és negatív hatását a fészekaljak túlélésére. Sok év alatt számos mezőgazdálkodási élőhely biodiverzitását vizsgáltuk, benne növényeket, egyenesszárnyúakat, futóbogarakat, poloskákat, kabócákat, méheket, darazsakat, madarakat, és kimutattuk, hogy a hazai fajgazdagság jelentősen nagyobb más, intenzíven gazdálkodó országokénál. E gazdagság megőrzéséhez kontextus függő – például lokális élőhely, táji környezet, taxon – célzott kezelés szükséges. Az elmúlt években indított táji szintű kísérleteinkben vadvirágos parcellák létrehozásával, illetve ugarok felülvetésével derítjük fel a leghatékonyabb kezelési lehetőségeket, ahol mind a gazdálkodó, mind a biodiverzitás gyarapodhat. Végül bemutatom, hogy a kutatási eredmények átvitele a szakpolitikába és döntéhozatalba hogyan valósulhat meg, és milyen szerepe van nemzetközi szinten a hazai kutatóknak.

A gát nem mindig akadály
Deli Mária Anna, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
(Szegedi Biológiai Kutatóközpont)
2022. december 13., MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria , Videófelvétel

A biológiai gátak – mint a bélhám, a légutak hámja, vagy a vér-agy gát – fontos védelmi rendszerei a szervezetünknek, amelyek a tápanyagok bejuttatásában és az információ átadásában is jelentős szerepet játszanak. Megakadályozzák a kórokozók vagy káros anyagok bejutását a szervezetünkbe és kiemelten fontos szervünkbe, az agyba. A gátrendszerek működésének zavara súlyos következményekhez vezethet, így például a vér-agy gát sérülése a központi idegrendszert érintő különböző kórállapotok kialakulásában kiváltó okként vagy a kórfolyamat eredményeként hozzájárul az idegsejtek károsodásához. A biológiai gátak számos gyógyszer felszívódását és idegrendszeri bejutását korlátozzák, ami sok betegség gyógyítását megnehezíti. Azonban a szöveti barrierek egyes élettani folyamatai és a kórokozók által használt útvonalak kiaknázhatók a gyógyszerbejuttatás fokozására.

A biológiai gátrendszerek kutatásában nagy szerepet játszanak a sejttenyészetes modellek, amelyeket széles körben alkalmaznak élettani, kórtani, és gyógyszertani vizsgálatokban. Ezek a modellek különösen értékesek hatóanyagok sejtekre kifejtett hatásának és gátakon való átjutásának feltárásában, valamint fokozott gyógyszerátjutást és hatóanyagok célzott agyi bejuttatását lehetővé tevő eljárások kidolgozásában.

Az előadásban bemutatom a biológiai gátak legújabb modelljeit, amelyeket két vagy három sejttípus együttes tenyésztésével chip eszközökön hoztunk létre. Szó lesz a gátrendszereken keresztüli anyagátjutást növelő módszerekről, így a sejtkapcsolatok kismolekulákkal és kapcsolófehérjékre ható peptidekkel történő gyors és visszafordítható megnyitásáról, valamint a vér-agy gáton keresztüli célzott gyógyszerátjuttatást biztosító nanorészecskékről. Végül néhány betegség példáján keresztül ismertetem egyes kóroki tényezők károsító hatását a biológiai gátak működésére és az azok kivédésére alkalmas hatóanyagokat.

Sokszínűség a DNS-ben: okok és következmények
Vértessy Beáta, az MTA levelező tagja székfoglaló előadása
(ELKH Természettudományi Kutatóközpont; Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
2022. október 11., MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria , Videófelvétel

A DNS az élő szervezetek tervrajza, benne kódolódik a sejtek felépítéséhez és működéséhez szükséges információ. Ezen szerepéből adódóan, az életfolyamatok fenntartásához a DNS integritása, a benne kódolt információk hű megőrzése és továbbadása elengedhetetlen. A DNS stabilitását azonban a benne szereplő kémiai csoportok reaktivitása és az életfolyamatokból adódó szintén kémiailag reaktív környezet folyamatosan veszélyezteti, továbbá külső behatások (UV és egyéb sugárzás, környezeti tényezők) is a DNS módosításához vezethetnek. A genetikai információ stabilitásának megőrzése ezért nehéz és összetett feladat. Az evolúció során számos rendkívül hatékony és specifikus DNS-javító mechanizmus fejlődött ki, melyek pontos és összehangolt működése teszi lehetővé az élet fenntartását. A DNS-javító mechanizmusokhoz társulnak a DNS építőköveinek (nukleotidjainak) létrehozásáért és azok egymásba alakításáért felelős anyagcsere folyamatok, melyek enzimei szigorú szabályozás alatt állva biztosítják a DNS szintéziséhez szükséges nukleotid szinteket. A számos javító mechanizmus ellenére az életkorral a DNS hibák felhalmozódnak és hozzájárulnak az öregedéshez. A javító mechanizmusok nem megfelelő működése pedig számos kórképhez, elsősorban tumoros megbetegedésekhez vezethet.

Érdekes módon az elmúlt években kiderült, hogy a DNS hibák között előforduló ún. nem-kanonikus bázisok, melyek a négy tankönyvben leírt bázistól – adenin, timin, guanin, citozin – különböznek, több esetben is képesek a hiba-szereptől eltérően, jelátviteli szignálként működni. Így különösen fontossá vált, hogy ezen nem-kanonikus bázisok DNS-beli előfordulását pontosan megismerjük. Ehhez új módszerek kifejlesztése vált szükségessé, ezirányú eredményeink hozzájárulnak egyes rákellenes kemoterápiás gyógyszerek hatásmechanizmusának jobb megértéséhez.

Az előadás rávilágít majd a DNS-t építő nukleotidok újonnan feltárt sokszínűségére és új szerepeket tárgyal. A nukleotid anyagcsere és a DNS-szintézis kapcsolatában kulcsfontosságú fehérjék (enzimek és ezeket gátló molekulák) működési mechanizmusának megismerésében elért eredményeink elvezetnek egyrészt több orvosbiológiailag jelentős patogén mikroba, másrészt a karcinogenezis elleni küzdelemben fontos új stratégiák kialakításához.

A rendezetlen fehérjék táguló világa
Simon István, az MTA rendes tagja székfoglaló előadása
(ELKH Természettudományi Kutatóközpont)
2022. szeptember 13., MTA Székház, Nagyterem
Képgaléria , Videófelvétel

Az előadó és munkatársai a közelmúltban rámutattak arra, hogy bár korábban általánosan elfogadott volt, hogy a rendezetlen fehérjék csak rendezett makromolekulával kölcsönhatva rendeződhetnek, létezik a rendezetlen fehérjék egy jól elkülönülő alosztálya, amelyek rendeződéséhez nincs szükség stabil „támaszra”. Összehasonlító szerkezet és funkció vizsgálatokat végeztek ezeken a fehérjéken, a többi rendezetlen fehérjén és rendezett fehérjéken. Meghatározták az egymással kölcsönhatva rendeződő fehérjék monomer formában tapasztalható rendezetlenségének és a kölcsönhatások következtében történő rendeződésének fizikai alapjait. Bár ezek a fehérjék a stabil, rendezett, vízoldható fehérjékéhez hasonló aminosav összetételűek a bennük lévő peptidkötések egy része eltérő hidratációjú, mert a polipeptid láncban egymást követő aminosavak nem követik azokat a szabályszerűségeket, amelyek a stabil fehérjékben biztosítják a peptidkötések elérhetetlenségét a vízmolekulák számára. Az ilyen fehérjék az aminosav sorrend információs entrópiájának számításával találhatók meg. Az új fehérjecsalád megtalálása ugyan növeli a fehérje világ komplexitását, de a fehérje szerkezetek szerveződése leírása nem komplexebb, hanem inkább egységesebb lett.

Székfoglalók 2019

Székfoglalók 2016

Székfoglalók 2013

Székfoglalók 2010