„Rákról” mint betegségről beszélni nem egyszerű, hiszen tulajdonképpen nem egyetlen betegségről van szó, hanem olyan mutáció-együttesek százairól, amelyek adott kombinációban az érintett sejtek kontroll nélküli osztódását, súlyosabb esetekben a szervezetben szabadon való terjedését (áttétképzést) teszik lehetővé. Ugyanakkor egy dolog azért mindig elmondható: a rák, ha kialakult, nem ragályos. Nem kell attól tartani, hogy a beteggel érintkezők, vagy őt ápolók elkapják. Léteznek ugyan olyan családon belül öröklődő mutációk, vagy ragályos vírusok (pl. HPV), amelyek jelentősen megnövelik a rák kialakulásának kockázatát, de itt is kockázatokról beszélünk, és nem arról, hogy egy rosszindulatú daganatos sejtvonal új gazdát keres magának, ui. utóbbi, ha meg is történne az új szervezet egyszerűen idegenként ismerné fel a rákos sejtet és kilökné/elpusztítaná.

De mennyire természetes ez, illetve van-e olyan természetes „rák”, ami képes fertőző betegség módjára terjedni? Erről beszélgetünk a mostani impaktákban Újvári Beával, az ausztráliai Deakin University kutatójával.

Közhelyes, de ismeretterjesztők és oktatók számára ma is aranyszabály, hogy egy jó kép, vagy hatásos videó néha többet ér száz szónál. A Science-ben most megjelent ún. MEGA-plate kísérlet, ahol lényegében egy hatalmas Petri-csészén élőben figyelik, hogy miként alakul ki az antibiotikum rezisztencia eredetileg nem rezisztens baktériumokban, pont egy ilyen videót ad mindenki kezébe, mert ennél szemléletesebben tényleg nem nagyon lehet ezt már csinálni. (A ráérősebbeknek érdemes a The Atlantic cikket elolvasni, ahol a kísérlet háttérsztorijáról, a berendezés összeállításáról is bővebben írnak.) 

Kevés dolog vált annyira evidenciává a biológia tankönyvek evolúcióról szóló fejezetében, mint a pikkelyek és tollak (és persze a szőr) homológiája. A madarak hüllő-rokonságának egyre pontosabb feltárása, a tollas dínókra való rácsodálkozás az elmúlt évtizedben mind-mind segített ezt a homológiát ismertté tenni. Ennek megfelelően számos tankönyv és renegeteg összefoglaló tanulmány illusztrálta, hogy miként is alakul(hatot)t ki az egyszeri pikkelyből toll az evolúció folyamán.

És épp ezért volt bosszantó, hogy egészen a közelmúltig a legfontosabb bizonyíték mégiscsak hiányzott a témában: az, hogy a fejlődés során hasonló képletekből alakulnak ki a későbbi pikkelyek, illetve tollak.

1990 decemberében az emberiség első alkalommal detektálta egy bolygón az élet jeleit az űrből. Az, hogy erről nagyon kevesen tudnak, nem a nemzetközi háttérhatalmak ármánya, hanem annak a következménye, hogy laikusok szemével nézve az esemény banalitása a fölöslegesség határát súrolta. De nem volt az.

A jelzett időpontban a Föld mellett elhaladó Galilei szonda érzékelőit Carl Sagan és munkatársai bolygónk felé fordították, és ahogy azt később leírták, a légkörben kiemelkedően magas oxigén tartalmat érzékeltek és a termodinamikai egyensúlytól lényegesen eltérő mennyiségű metánt, a felszínen pedig egy nagy gyakoriságú, vörös hullámhosszú fényt elnyelő pigmens jelenlétét, amelyek együttesen azt valószínűsítették, hogy a bolygón élet van. Sőt, az amplitúdómodulált rádiójelek jelenléte még az intelligens élet lehetőségét is felvetette.

Mindezt természetesen a Galilei nélkül is tudtuk, de pont ezért volt annyira fontos a kísérlet: ha ugyanis a szonda méréseivel az egyetlen ismert, életet rejtő bolygón sem tudnánk felfedezni az élet jeleit, akkor aligha várhatjuk, hogy a világűr egy távoli pontján majd sikerülni fog.

Saganék cikke a kontrollkísérletek fontosságát mutatja, amelyek hiányában a kísérletes munka eredményei sokkal nehezebben és kisebb bizonyossággal értelmezhetők. A gond persze ott van, hogy nem minden esetben vannak jó és egyértelmű kontrollkísérletek - de ilyenkor is törekedni kell persze arra, hogy ha kell kreatív kérdésfeltevéssel megbizonyosodjunk arról, hogy választott módszereink valóban alkalmasak-e a kitűzött cél elérésére.

Ennek a kreativitásnak a remek példája Eric Jonas és Konrad Kording cikke, ami még májusban került fel a bioRxiv-ra és amelyben azt az egyszerű kérdést tették fel, hogy egy ha egy mai idegtudós, kvázi marslakóként rácsodálkozna egy mikroprocesszorra, képes lenne-e megfejteni a működését.

Madagaszkár nem természetes otthona a pontyoknak, olyannyira nem, hogy a franciák csak 1912-ben telepítették be a halat tenyésztési céllal. Akkor sem akármilyen pontyot, hanem a gazdaságilag sokkal nyereségesebben tenyészthető tükörpontyot. Pár évtized múlva azonban elkezdődtek a bajok: valahogy a tükörponty "elromlott", és 1958-ra már elég egyértelmű volt, hogy nem csak pikkelytelen tükörpontyok élnek a vizekben, hanem nagyon is pikkelyes halak. Nem pont olyanok, mint a hagyományos pontyok, mert nagyobb pikkelyeik vannak, de ettől eltekintve kétségtelenül pikkely borította őket.

Sokáig nem volt világos, hogy mi történhetett, és ugyan azóta volt még pár betelepítés (hagyományos és tükörpontyokat is vittek, pl. Magyarországról is) a "pikkelyes tükörpontyok" továbbra is jelen voltak és titkuk megfejtésre várt. Most a Proceedings of the Royal Society B lapban jelent meg egy részleges válasz, amely alapján úgy tűnik, hogy ez is egy olyan eset, amikor az evolúció egy kicsit rükvercbe kapcsol.

Az evolúcióbiológia egyik legizgalmasabb témája, hogy miképp következett be a szárazföld meghódítása a gerincesek által (hogy alakultak ki a szárazföldi életmódhoz alkalmazkodott állatcsoportok) és ennek megfelelően evolúcióbiológusokat régóta foglalkoztatja, hogy miképp alakult át a halszerű ősök mellúszója egy lábszerű végtaggá, amely aztán megtartotta gazdája súlyát a parton.

Hogy mi is történt (időgép hiányában) talán 100%-os pontossággal sosem lesz reprodukálható, de ettől persze próbálkozni lehet. Ebben nagy segítség a paleontológia, pontosabban azok a fosszíliák, amelyek ezt az átmenetet örökítik meg valamilyen módon, illetve sok mindent reprodukálhatunk abból is, ha mai halak mellúszófejlődését vetjük össze szárazföldi gerincesek végtagfejlődésével, keresve a hasonlóságokat és dokumentálva a különbségeket.

A legnagyobb név ezen a területen egyértelműen Neil Shubin ("A belső hal" szerzője), aki mindkét említett megközelítéssel kiemelkedőt alkotott: egyrészt ő a legendás Tiktaalik, az egyik legizgalmasabb átmeneti fosszília felfedezője, de emellett laborja jelentős része az említett fejlődésbiológiai kérdéseket vizsgálja, finoman szólva sem eredménytelenül.

Az ószövetségi sztori szerint Matuzsálem közel 1000 évig élt és röpke 182 éves korában még épp csak belekezdett a családalapításba. Valódi Homo sapiens természetesen soha nem élt ilyen hosszan, de igazán az állatvilágban, különösen a gerincesek közt, sem ismerünk fajokat, amelyek ezt megközelítenék. Teknősök, grönlandi bálnák, emberhalak (amelyek valójában barlangi vakgőték) esetében nem ritka a száz év feletti kor, de a teljes természetességgel megélt sok száz év feletti kor azért azokra sem jellemző.

Charles Darwint az HMS Beagle-n tett földkörüli útja során lenyűgözte a Galapagos szigetek különös élővilága. És bár ma elsősorban a pintyek jutnak az emberek eszébe, ha a Darwin egykori látogatásáról beszélünk, nem ezek a kis madarak az egyetlen lakói a szigeteknek, amelyek figyelemreméltó adaptációt mutatnak.

A galapagosi kormoránokat (Phalacrocorax harrisi) az különbözteti meg dél amerikai rokonaiktól, hogy röpképtelenek, ugyanis szárnyaik túl rövidek (csökevényesek) ahhoz, hogy a madarakat a levegőbe emeljék. Egy a bioRxiv-ra felkerült cikkben annak jártak utána, hogy a nagyon jellegzetes fenotípusos változás, milyen genetikai okokra vezethető vissza. 

Konkrétabban olyan fehérjéket kerestek, amelyekben megjelenő mutációk azok működését gyengítik (ezt empirikusan nem tudták letesztelni, de ma már elég jó predikciós programok vannak - pl. PROVEAN - amivel a konzervált részekben bekövetkező változások hastását lehet megsaccolni). Ehhez a galapagosi kormoránnak és három rokonának is meghatározták, majd összehasonlították a szekvenciáját, majd azokban az esetekben, ahol jellegeztes különbségek adódtak a fehérjekódoló régiókban, elvégezték az említett vizsgálatot. Az így kapott géneket ezután csoportosították aszerint, hogy milyen jelátviteli útvonalhoz, illetve sejtfunkcióhoz kapcsolhatók.  

Az eredményekből kiemelkedett a csillóképzés, illetve a csilllókhoz kapcsolható Hedgehog (Hh) jelátviteli útvonal - messze a legtöbb megváltozott (mondjuk így, funkciógyengült) fehérje ezekhez volt kapcsolható. Ami azért is érdekes volt, mert a Hh jelátvitelnek legendásan fontos szerepe van a végtagok kialakításában is (meg még tucatnyi egyéb folyamatban), de ezen kívül pont azok a fehérjék, amelyek a kormoránban megváltoztak, onnan is ismertek, hogy mutációjuk számos csilló-eredetű emberi betegség, ún. ciliopátia oka lehet (lásd alább).

Ezek mellett, még egy nagyon konzervált transzkripciós faktor, a porcképződésben fontos CUX1 kódoló génje egy olyan mutációt hordoz, ami miatt csak a fehérje töredéke jön létre, és az ami így marad belőle sokkal kevésbé képes a célgének aktivációját befolyásolni - márpedig a célgének ismét csak a csillófehérjék kódoló régiói.

Mi következik mindebből? Egyrészt, hogy a galapagosi kormorán csonka szárnyai azért alakultak ki, mert végtagképződésben és a csontok megnyúlása során fontos Hh-jelátvitel nem működött megfelelően. A másik érdekesség viszont az, hogy ez a jelátvitel még számos egyéb fejlődési folyamatban is fontos szerepet játszik, és egyelőre úgy tűnik, hogy ezekben az folyamatokban valahogy az alig-alig működő Hh-jelátvitel is elegendőnek bizonyul a kormorán esetében. Hogy miért, az nem teljesen világos, és sajnos a cikkben sem nagyon tárgyalják. Pedig ezt megérteni azért is fontos lenne, mert ha megtudjuk, miként kompenzálódik az alacsony Hh szint, az akár új terápiák kifejlesztésének is megágyazhat.    

xx

(A fedőkép Robert Bush oldaláról származik.)

Burga A, Wang W, Wolf PC, Ramez AM, Verdugo C, et al. (2016) Loss of flight in the Galapagos cormorant mirrors human skeletal ciliopathies. bioRxiv doi: http://dx.doi.org/10.1101/061432

Mi lenne, ha a rák ragályos lenne? Sokakban merülhet fel ez a kérdés, de szerencsére alaptalanul, ahogy azt egy korábbi posztunkban már kifejtettük: emberben tulajdonképpen nem ismerünk ilyen daganatos betegséget.

De ez persze nem jelenti azt, hogy ilyen nem is létezik, és mint ugyanabban a posztban rámutattunk, legalább három esetről tudunk, amelyek közül kettő emlőst (kutyákat, illetve tasmán ördögöt) érint, egy pedig egy tengeri kagyló fajt.

Most azonban kiderült, hogy a tengeri puhatestűek között sokkal gyakoribb lehet ez az invazív, egyedek közti áttét képzésre is képes betegség, mint azt eddig gondoltuk. A Nature egyik újabb cikke további három tengeri fajt (Mytilus trossulus, Cerastoderma edule, Polititapes aureus) ír le, ahol a puhatestűekre jellemző fehérvérűség egy fajtája így terjed. (Magyarán a metasztatizáló sejtek a beteg egyedekben bizonyíthatóan egy másik egyedből származnak, és nem a saját testi sejtjeikben felhalmozódó mutációk okozzák a betegséget.)

Kinek mi jut eszébe az űrhajós ételekről? Nekem elsőre az, hogy természetesen tubusból szipkázzák ki a különböző izű tápláló zseléket. Pedig a tubusos űrkoszt már jócskán a múlté, manapság a liofilizált készétel divik (úgy a hatvanas évek óta). Az elkészült sült illetve főtt ételeket fagyasztva száritják, és adagonként műanyag tasakokban tárolják. Ezeket az ételeket nem kell hűteni, viszonylag sokáig elállnak, és elég csak egy kis vizet önteni a zacskóba, hogy elkészüljön a vacsora. De friss zöldséghez nem nagyon jutnak az űrhajósok, az biztos. Akkor mi az ott Scott Kelly kezében?  Az kérem szépen a nemzetközi űrállomáson termesztett saláta.

Igen, ehető növényeket termesztenek az űrállomáson. A NASA és az ESA hidegháborút idéző versenyt folytat egymással e téren. Mig a NASA salátája már kézzel fogható (és ehető), az ESA mer nagyot álmodni. Az ESA  MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) projektje a mentőexpedició (The Martian) cimű Ridley Scott film tematikáját idézi: hosszabb távú űrexpediciókat (Hold- illetve Mars-projekt) szeretnének megkönnyiteni illetve egyáltalán lehetővé tenni azzal, hogy különféle növényeket termesztenek az űrállomásokon és az űrhajókon étkezési és egyéb (potenciálisan oxigén-nyerési) céllal.

Hogy erre miért is van igény? Egyrészt az űrhajón magukkal vihető készletek (ételek, viz, oxigén) végesek, a liofizált ételek eltarthatósága is véges, valamint az űrhajósok bélflórájának sem tesz jót az űrutazás illetve az űrkoszt. A mikroorganizmusok, illetve még speciálisabban a bél mikrobiótájának űrutazások alatt történő változása régóta foglalkoztatja az űrutazást kutatókat. Az Apollo 14 és 15 Hold-expediciójának 6 tagjának utazás előtti illetve utáni mikrobiológiai vizsgálata alapján az űrutazás 3 hete során a bőrről, torokból illetve ürülékből izolált mikroorganizmusok sokfélesége a felére csökkent. A legújabb, mikrobiómra kiterjedő vizsgálatok szerint az űrutazás alatt az űrhajósok belében a baktériumközösség összetétele is megváltozik. Ugyanezt a változást tapasztalták azokon a vizsgált egyéneken, akiket földi körülmények között izolálva tartottak ugyanennyi ideig, és ugyanolyan liofizált űrételt fogyasztottak, mint az asztronauták. Ez azért potenciális veszélyforrás, mert mig a beredezéseket lehet sterilizálni, addig az asztronauták baktériumait nem lehet, de nem is célszerű kiirtani. Viszont ha az ártalmatlan baktériumok mennyisége és sokfélesége lecsökken, nagyobb esélyt kapnak a patogén baktériumok a térnyerésre, és egy űrbeli bélrendszeri fertőzést igencsak jó lenne elkerülni, mondjuk növényi rostokkal, mint prebiotikumokkal. És ha már a bélrendszernél tartunk, az emésztés és kiválasztás során képződő végterméket is jó lenne lebontani és újrahasznositani, főleg, ha földön túli kolóniákról álmodoznak egyesek.

A MELiSSA projekt résztvevői már a munka legelején megállapodtak abban, hogy csak olyan rendszert hajlandóak elfogadni végeredményképpen, amelyik a (növényi és emberi) végtermékeket 100%-ig újrahasznositja, akárcsak egy jól működő tavi ökoszisztéma. A CRLSS (closed regenerative life support systems) névre hallgató rendszer terve a következően néz ki: az űrhajó különboző kamrái a tavi ökoszisztéma különbőző fázisainak felelnek majd meg. A növényi hulladékok és az emberi végtermékek az első külön helységben alkótóelemeikre lebontódnak (különböző anaerob erjesztők végzik a lebontást ásványi anyagokig, zsirsavakig, ammóniumionig és szén-dioxidig). A következő kamrában, a fotoheterotróf helységben a Rhodospirillium rhubrum baktérium segitségével a zsirsavak kerülnek további lebontásra. Innen "az anyag" a nitrifikációs kamrába kerül, ahol a növények számára felvehető állapotú nitrogén-vegyületeket, nitrátokat állitjanak elő ammóniából a nitrogénfixáló Nitrosomonas és Nitrobacter baktrériumok. Az utolsó kamrában, a fotoautotróf kompartmentben történik majd a klasszikus növénytermesztés: a nitrogénben gazdag tápanyagot étkezési célra felhasználható növények és oxigén-termelő kékalgák termesztésére használják majd.

Az űrbéli növénytermesztés ötlete már igencsak korán megfogalmazódott a kutatókban. Először 1960-ban, a Szputnyik 4-gyel vittek fel az űrbe búza-, borsó- és kukoricamagokat, hogy utána megvizsgálják, ki tudnak-e csirázni. Azóta több űrkisérlet is zajlott élő növényekkel, például a Szaljut-7 űrállomáson sikeresen felneveltek lúdfüvet (Arabidopsis thaliana), ami magot is hozott. Több kisérlet is bizonyitotta, hogy a növények képesek az űrben, csökkent gravitáció mellett is növekedni és szaporodni, bár az irodalom szerint kisebb hatékonysággal. Az ok a következő: a súlytalanság hatással van a növények viz- és tápanyagszállitására és a gázcserére. A legnagyobb problémát a gyökérzóna oxigénhiánya okozza, mert ez kihat a tápanyagfelvételre is, és ventillátorral kevésbé hatékonyan orvosolható. Érdekes módon a gravitáció hiánya nem befolyásolja a növények fejlődését, alakját. Hosszútávú problémát jelenthet viszont az űrben a kozmikus sugárzás magasabb szintje, ami a növényi genom gyorsabb változását okozhatja.

Mivel a termőföld, mint termesztési közeg túlságosan nehéz, hogy nagy mennyiségben szállitani lehessen, és túlságosan komplex ahhoz, hogy szabályozni lehessen, vizkultúrás termesztési módszert választottak a projekt kutatói. Az, hogy milyen növények kerülnek majd a gasztronauták negyedik kamrájába illetve tányérjára, még vita tárgya. Minden egyes növénynek megvannak az előnyei és hátrányai. A rizs például hihetetlen vizigényű, és bár a termése nagyon tápláló, de nyersen nem fogasztható, és elkészitése idő- és eszközigényes, a rostban gazdag hulladék pedig igencsak ellenáll a lebontásnak. Mig a paradicsom nyersen fogysztható, a növény a termésén kivül nem ehető, tehát ez esetben is viszonylag sok hulladék keletkezik. A termesztést tekintve a legideálisabb növények a salátafélék: nyersen majdnem az egész növény elfogyasztható, minimális maradék képződik, cserébe viszont nem tápláló. Nem csoda, hogy a NASA pont salátát termesztett a nemzetközi űrállomáson (A NASA Veggie projektje, aminek a keretein belül a salátát termesztették, bár céljaiban megegyezik MELiSSA projekttel, nagyban eltér tőle, ugyanis egyáltalán nem foglalkozik a hulladék és az emberi végtermék hasznositásával).

A projektben olyan növények vesznek részt, amelyeknek

• rövid az életciklusa
• nagy a terméshozama
• patogénekkel szemben ellenálló
• az űrbéli körülményekhez könnyen adaptálódik
• nagy a stressztűrő képessége
• magas a tápanyagtartalma
• kevés a "nem ehető" része.

Az ezeknek a feltételeknek megfelelő növények közül kisérleteznek a búza, durum búza, krumpli és a szójabab termesztésével földi, ún. "űrszimulációs" közegben, ahol folyamatosan alacsony kozmikus sugárzásnak teszik ki a növényeket és különböző módszerekkel szimulálják a mikrogravitációt, ám legutóbb két francia séfet arra kértek meg, hogy állitsanak össze egy hosszútávú Mars-menüt a következő hozzávalókból: rizs, hagyma, paradicsom, krumpli, saláta, spenót és spirulina alga.

Az ételek és a termesztendő növények kiválasztásába az iz és kedvelhetőség faktort is belevették: az űrhajósoknak ugyanis ezeket az ételeket kell sokszor egymás után enniük, tehát nem mindegy, mit is találnak ki az űrgasztrológusok. A kóstolást is speciális, zéró-gravitációt szimuláló körülmények között végzik, ugyanis súlytalanság állapotában a vérkeringés megváltozik, és a fejben, nyakban, nyelvtájékon töb nyirok és vér található, mint a földi körülmények között, igy az izérzékelés is potenciálisan más az űrben, mint a földön. Az eddig kipróbált űrételek közül a toplistát a gnocchi vezeti.

Az ételek elkészitése is kihivás pár esetben, ugyanis az űrjárművek sztenderd felszereltségébe általában egy mikrohullámú sütő tartozik, bár a nemzetközi űrállomás fedélzetén már van hűtő is. Képzeljük el, hogy mennyi mindenre lesz szüksége egy űrhajónak ahhoz, hogy a helyben termesztett búzából pizzát tudjon egy lelkes vállalkozó sütni. Az űri közönség főzöcskézése amúgy is sok egyéb érdekes kérdést vet fel: legyen-e plusz személyzet, akik az ételek termesztésével és főzésével lesznek csak megbizva, vagy az alapvetően kutatói feladatokat ellátó legénység főzzön-e. A hogyant már Sandy Magnus úgy-ahogy kipróbálta (nejon zacskóban mikrozta az olajjal összekevert hagymát), de ettől még kihivás számba mehet majd egy olyan egyszerű feladat isa súlytalanságban, mint lisztből és vizből tésztát gyúrni anélkül, hogy a szellőzőrendszer eldugulna.

A blog egyik központi témája a génmódosítás és GMO-kérdés körüli viták, erre tettünk még rá egy lapáttal az utóbbi évben az újgenerációs genomszerkesztési technikákról szóló posztjainkkal. Mivel kevés olyan technológiát ismerünk, ami potenciálisan teljesen felforgathatja a jövőben mindazt, amit a mezőgazdaságról, természetvédelemről, vagy akárcsak magunkról, emberekről gondolunk, mindez eligha volt indokolatlan.

Most azonban, kedves alkalmi, illetve rendszeres olvasóink, rajtatok lenne a sor, hogy elmondjátok ti mit gondoltok a kérdésről. Szeretnénk, ha minél többen kitöltenétek az alábbi kérdőívet (ha nem működne a beillesztett verzió, itt találjátok), és ezzel segítenétek nekünk felmérni, hogy miképp is viszonyul a magyar közvélemény ezekhez a kérdésekhez. Segítségeteket előre is köszönjük!

Evolúcióbiológusként az első bejegyzésem itt fura módon az intelligens tervezésről szól. Lassan ott tartunk a világ ismeretében, hogy egészen érdekes dolgokat tudunk racionálisan tervezni. Persze tervezni már régóta tervezünk dolgokat, mint épületeket, járműveket vagy akár számítógépeket. De gyógyszereket? Manapság azokat is.

Olyan betegségekről legyen szó, amelyben egy RNS a ludas. Lehet ez egy RNS vírus vagy egy rák, amelyben egy szabályzó RNS molekula felelős a kontrollálatlan sejtosztódásért. Az RNS molekulák másodlagos szerkezetét (lásd ábra) könnyű számítógépes módszerekkel jósolni. Az így kapott szerkezetben levő elemek ellen kell valamilyen szelektív kis molekulás gyógyszert készíteni, ami kötődve az RNS molekulához, akadályozza annak működését.

Ez így leírva egyszerűnek hangzik, de honnan fogjuk tudni, hogy milyen vegyület kell ezen RNS-en levő szerkezeti egységek ellen? Nem árt, ha van egy adatbázis pont erre a célra. Az elmúlt években Matthew Disney és kutatócsoportja pontosan ilyen adatbázist hozott össze.

Vizsgált RNS-ek másodlagos szerkezete. A másodlagos szerkezetben azt tüntetjük fel, hogy mely bázis mely másik bázissal kapcsolódik (s persze mely bázisok vannak magukban). A legismertebb másodlagos szerkezet a tRNS "lóherelevél" formája. A félkövérrel szedett N-ek jelölik azokat pozíciókat, amelyekre mindenféle kombinációban nukleotidokat helyeztek, s azok kötődését kis molekulákhoz nézték. A jobb és baloldali RNS-ben egy belső hurkot változtattak, míg a középsőnél egy véghurkot.

Az adatbázis alapjául szolgáló adatokat az úgynevezett kétdimenziós, kombinációs szűréssel (two-dimensional combinatorial screening, 2DCS) szerezték. Röviden, vegyünk egy felszínt, amire rakosgassunk fel molekulákat. Ezek lesznek azok a kis molekulák, amelyekről szeretnénk, ha kötődnének valamilyen RNS-hez. Ezeket a molekulákat jól odarakjuk (kémiailag odakötjük, immobilizáljuk). Majd vegyünk egy RNS könyvtárat (azaz sokféle RNS molekulát), amelyben egyetlen belső hurok minden lehetséges változatát előállítottuk. Ez a 6 nukleotidból álló rész összesen 4096 (4×4×4×4×4×4) különböző belső hurkot jelenthet (fenti ábra bal oldali szerkezet). Ezeket eresszük rá az immobilizált kis molekulákra úgy, hogy erős kapcsolódás esetén az RNS molekulák is maradjanak a helyükön. Így később az RNS molekulát kinyerve az felszaporítható PCR-el és szekvenciája meghatározható (hogy tudjuk mi kötődött mihez). Persze a kis molekula nem csak ehhez a 6 nukleotidhoz vagy az általuk kialakított szerkezetekhez kötődhet, hanem az RNS molekula más részeihez is. Minket viszont csak ez a kis részlet érdekelt (ebből is nagyon sok fajta van). Legyártották az RNS-eket úgy is, hogy ez a belső hurok nem szerepel bennük. A kötődésvizsgálatot ezzel a szerkezettel is elvégezve, ha az kötődik ugyan azon kis molekulához, akkor nem a 6 bázisos részen keresztül köt. Ha viszont a belső hurok nélkül nem köti az RNS a kis molekulát, akkor bizony a minket érdeklő részlet felelős a kötődésérét.

A kis molekula kötésére szelektált szekvenciákban/szerkezetekben aztán megkeressük a hasonlóságot (például, hogy UU egymással szemben van, vagy az AC nem párosodó kitüremkedés (belső hurok) mellett legalább egy GC pár is van). Ez a számítógépes része a módszernek. Magának az RNS másodlagos szerkezetnek a meghatározása is számítógépes módszerrel történik.

Az emlőrák kialakításában feltehetőleg részt vevő microRNA-96 nevű szabályozó RNS elnyomja a FOXO1 sejthalált elősegítő fehérje kifejeződését. Így a sejtek nem halnak meg, amikor meg kéne halniuk, s kontrollálatlanul osztódni kezdenek. Ezt az RNS-t egy bis-benzimidazol köti (korábbi tanulmányukból ismerték (Velagapudi et al. 2014)). Ez a vegyület egy U-U belső hurokhoz kötődik (lenti ábrán zöld rész). Bár ez a vegyület igen specifikus erre a szerkezeti elemre, de egy jó gyógyszertől elvárjuk, hogy csak azt a molekulát gátolja, amely ellen hatni kell, s mást ne (ez a szelektivitás). A feltételezés az, hogy U-U belső hurok sincs túl sok a szervezetben levő funkcionális RNS-ekben, de U-U belső hurok és mellette két bázispárral arrébb egy G-G belső hurok együttes még kevesebb. Tehát a kötés specifikusságát, s így a gyógyszer szelektivitását és hatékonyságát tovább növelendő olyan vegyületet kerestek az adatbázisban, ami a közeli G-G belső hurkot köti. Ez a vegyület egy másik bis-benzimidazol. A két vegyület összekapcsolva elvileg ezt a szerkezeti elemet képes csak kötni. S igen, az így kapott molekula (lenti ábrán 3-assal jelölve) hatékonynak bizonyult az microRNA-96 RNS kötésében és sejttenyészetben a rákos növekedés fékezésében / a rákos sejtek apoptózisának indukálásában.

A vegyület RNS-t köt és DNS-t nem. Fontos, hogy más sejtekbe bejutva ott a génállományt ne zavarja. Mutációt indukáló hatása nincs. Egér modellben a vegyület nem mérgező és valamelyest képes visszaszorítani a tumor növekedését (el nem tünteti azt).

Az utolsó pár sorban leírt eredmény a hosszú és drága része a kísérletnek. Minél kevesebb molekulával kell elvégezni, annál olcsóbban jutunk hatékony új gyógyszerhez. Az elejének egy nagy része számítógéppel megoldható, ami sokkal olcsóbb, mint a kísérlet (szaktudás kell hozzá, de amúgy egy sima számítógép elég). Az in silico - számítógépes - technikák egyre fontosabbak a gyógyszerkutatásban. S mostanság az RNS-ek is egyre fontosabb célpontjai a gyógyszerfejlesztésnek, ami számomra is érdekes, mert - bár más okból - de nagyon érdekel az RNS-ek másodlagos szerkezetének és működésének összefüggése.

• Velagapudi, S. P., Cameron, M. D., Haga, C. L., Rosenberg, L. H., Lafitte, M., Duckett, D. R., Phinney, D. G. és Disney, M. D. 2016. Design of a small molecule against an oncogenic noncoding RNA. Proceedings of the National Academy of Sciences 113(21): 5898-5903
• Velagapudi, S. P., Gallo, S. M. és Disney, M. D. 2014. Sequence-based design of bioactive small molecules that target precursor microRNAs. Nature Chemical Biology 10(4): 291-297
• Paul, D. J., Seedhouse, S. J. és Disney, M. D. 2009. Two-dimensional combinatorial screening and the RNA Privileged Space Predictor program efficiently identify aminoglycoside–RNA hairpin loop interactions. Nucleic Acids Research 37(17): 5894-5907
• Velagapudi, S. P., Seedhouse, S. J. és Disney, M. D. 2010. Structure-activity relationships through sequencing (StARTS) defines optimal and suboptimal RNA motif targets for small molecules. Angewandte Chemie (International ed. in English) 49(22): 3816-3818
• Disney, M. D., Labuda, L. P., Paul, D. J., Poplawski, S. G., Pushechnikov, A., Tran, T., Velagapudi, S. P., Wu, M. és Childs-Disney, J. L. 2008. Two-dimensional combinatorial screening identifies specific aminoglycoside−RNA internal loop partners. Journal of the American Chemical Society 130(33): 11185-11194
• Velagapudi, S. P., Seedhouse, S. J., French, J. és Disney, M. D. 2011. Defining the RNA internal loops preferred by benzimidazole derivatives via 2D combinatorial screening and computational analysis. Journal of the American Chemical Society 133(26): 10111-10118
• Aminova, O., Paul, D. J., Childs-Disney, J. L. és Disney, M. D. 2008. Two-dimensional combinatorial screening identifies specific 6′-acylated kanamycin A− and 6′-acylated neamine−RNA hairpin interactions. Biochemistry 47(48): 12670-12679
• Tran, T. és Disney, M. D. 2010. Two-dimensional combinatorial screening of a bacterial rRNA A-site-like motif library: Defining privileged asymmetric internal loops that bind aminoglycosides. Biochemistry 49(9): 1833-1842
• Childs-Disney, J. L., Wu, M., Pushechnikov, A., Aminova, O. és Disney, M. D. 2007. A small molecule microarray platform to select RNA internal loop−ligand interactions. ACS Chemical Biology 2(11): 745-754