Informatie

Het gebruik van eiwitten bij het maken van geheugen


Ik heb zeer beperkte kennis van hoe het menselijk geheugen werkt, zoals ik denk dat op dit moment de meeste mensen dat doen. Ik heb echter enkele artikelen gelezen die zeggen, en ik citeer het artikel dat zojuist is gelinkt

Herinneringen worden gemaakt door messenger RNA (mRNA) dat codeert voor β-actine-eiwit.

Corrigeer me als ik het mis heb, maar eiwitten van welke soort dan ook hebben massa. Dus, waarom volgens deze regel van eiwitten die worden gebruikt om het geheugen te creëren, groeien onze hersenen niet in massa met elk geheugen dat we creëren/coderen. En ook, als onze herinneringen zijn gecodeerd met behulp van eiwitten, waarom kunnen neurodegeneratieve (bijv. Alzheimer) niet worden genezen door kunstmatige eiwitten op dezelfde manier als we insuline gebruiken. ik citeer nogmaals,

herinneringen waren gewoon buiten bereik

volledig artikel Dit betekent toch zeker dat het mogelijk is om met behulp van kunstmatige eiwitten of mogelijk elektrische prikkels herinneringen te herstellen. Of ben ik hier op het verkeerde spoor gekomen? Ben ik correct? Of zijn mijn concepten van geheugen enigszins verkeerd?


Ik denk dat het belangrijk is om te vermelden dat de details van geheugenopslag in de hersenen nog steeds worden uitgewerkt. Ik denk dat wat we er wel van weten is dat geheugenopslag sterk afhangt van de fysieke configuratie van de neuronen in de hersenen. Ze bewegen en leggen nieuwe verbanden terwijl ze informatie verwerken (en waarschijnlijk ook wanneer ze geen informatie verwerken!). Verschillende hersengebieden slaan korte- versus langetermijngeheugen en verschillende soorten herinneringen op. De neuronen zelf hebben veel interne celfysiologie die ook kan veranderen - er zijn veel verschillende neuroreceptoren die de synaptische verbindingen vormen.

Al deze dingen zijn misschien geen uitgebreide lijst. Maar aan de basis van al deze processen brengt de cel nieuwe eiwitten tot expressie in mRNA en deze eiwitten doen al dit werk. bèta-actine en histon-de-acetylase, zoals vermeld in uw link, zijn verantwoordelijk voor het herschikken van de cel in respectievelijk de celvorm en in termen van zijn interne transportprocessen en in de kern.

Ik ben er vrij zeker van dat wat hier precies gebeurt niet echt goed wordt begrepen. het bewaken van het inwendige van de cel is moeilijk. Het werk waarbij histondeacetylase wordt geremd, is een frisse nieuwe gedachte, die aantoont dat de rangschikking van de chromosomen in de kern betrokken is bij het verbergen van herinneringen. Het is nog steeds hetzelfde als een gestopt horloge opnieuw laten beginnen door het te schudden - er zijn onderdelen die op hun plaats vielen en weer begonnen te tikken, maar we weten nog niet echt wat de onderdelen doen.

Dit geeft aan dat als je de cellen op een bepaalde manier zou verstoren, je misschien geheugen zou kunnen vrijmaken, maar het is nog lang niet gegarandeerd dat een bepaalde aanpak zal werken. Ik zou zelfs verbaasd zijn als de celbehandeling van Dr. Tsai zelfs 70% van de tijd in haar experiment zou werken. Hypnose of een gerichte meditatiesessie kan nog steeds net zo effectief zijn. Ik denk dat het een beetje te veel is om te verwachten dat de herinneringen van Alzheimer volledig bewaard en hersteld kunnen worden. In sommige gevallen waarschijnlijk, maar categorische uitspraken houden zelden stand in de biowetenschap.

Zoals veel neurowetenschappen is dit werk suggestief, maar het gaat nog steeds om een ​​beter begrip van deze processen.


Geheugen T-cellen: hoe worden ze gevormd?

T-lymfocyten spelen een centrale rol bij de bescherming van mensen tegen intracellulaire pathogenen of tumorantigenen die door T-cellen gemedieerde immuunresponsen vereisen. T-cellen, in het bijzonder CD8+ T-cellen, kunnen worden geactiveerd om kankercellen of geïnfecteerde cellen te doden na herkenning van antigenen. CD8+ T-cellen zijn samengesteld uit 3 belangrijke subsets, waaronder naïeve, effector- en geheugen-T-cellen. Naïeve T-cellen zijn de primaire T-cellen die nog niet eerder een pathogeen zijn tegengekomen. Effector T-cellen worden ontwikkeld uit naïeve T-cellen bij blootstelling aan antigenen. De meeste effectorcellen worden verwijderd door apoptose na eliminatie van pathogenen om het immuunsysteem in evenwicht te houden.

Er blijft echter een klein deel van de langlevende T-cellen over voor een snelle reactie bij hernieuwde blootstelling aan pathogenen. Dit soort cellen worden geheugen-T-cellen genoemd. Omdat geheugen-T-cellen zijn getraind om specifieke antigenen te herkennen, zullen ze een snellere en sterkere immuunrespons veroorzaken nadat ze hetzelfde antigeen hebben ontmoet. Dit is hoe vaccins werken om ons te beschermen tegen infectie.

Vaccins worden al eeuwenlang gebruikt. Het is echter nog steeds onduidelijk hoe geheugen-T-cellen worden gegenereerd, ondanks het feit dat het een onderbelicht veld is. Het begrijpen van de oorsprong van geheugen-T-cellen zal gunstig zijn voor het ontwerp van vaccins. Er zijn twee belangrijke modellen voorgesteld om het achterliggende mechanisme te verklaren. Model A ondersteunt de hypothese dat geheugen-T-cellen zijn afgeleid van naïeve T-cellen. Model B suggereert dat een subset van effectorcellen aanleiding geeft tot geheugen-T-cellen.

Eindelijk heeft dit langdurige debat nu een antwoord. Twee onderzoeksteams, samen met een leider Dr. Rafi Ahmed van de Emory University School of Medicine, publiceerden deze week twee artikelen online in Nature met de sterke bewijzen dat ze het eens zijn met model B.

Beide artikelen richten zich op de verwerkingsroute van CD8+ T-cellen. Akondy et al. gebruikte deuterium-gelabelde menselijke T-cellen na vaccinatie tegen gele koortsvirus om CD8+ T-cellen te volgen [1], terwijl Youngblood et al. gebruikt muismodel om de vorming van geheugen-T-cellen te onderzoeken [2]. Ze controleerden de epigenetische modificaties van naïeve, effector- en geheugen-T-cellen, evenals de DNA-configuratie in die drie soorten T-cellen.

DNA-methylatie, een soort epigenetische verandering die wordt geassocieerd met genrepressie, werd geanalyseerd door Youngblood en zijn collega's. Ze ontdekten dat DNA-methylatie de functie en status van drie soorten T-cellen bepaalt. Zowel effector-T-cellen als geheugen-T-cellen hebben vergelijkbare DNA-methyleringsprofielen voor effectorfunctie-genen met minder toevoeging van methylgroepen in vergelijking met naïeve T-cellen, wat een snelle reactie op hernieuwde blootstelling van pathogenen voor geheugen-T-cellen bevordert. Dit sterke bewijs is consistent met model B. Bovendien hebben geheugen-T-cellen minder methylering van naïeve-geassocieerde genen nodig om een ​​lang levend stadium te behouden nadat ze uit effector-T-cellen zijn voortgekomen. De auteurs identificeerden verder een DNA-methyltransferase genaamd Dnmt3a dat T-celstadia reguleert door middel van DNA-methylatie.

Akondy et al. analyseerde ook de patronen van DNA-toegankelijkheid en ontdekte dat geheugen-T-cellen een chromatine-toegankelijkheidspatroon vertonen dat vergelijkbaar is met dat van effector-T-cellen. Dit levert verder bewijs dat het idee ondersteunt dat geheugen-T-cellen ontstaan ​​uit effectorcellen.

Beide onderzoeken hebben duidelijk aangetoond dat geheugen-T-cellen worden gegenereerd uit effector-T-cellen door middel van epigenetische modificaties, en de onderzoeken onthulden ook dat Dnmt3a werkt als een sleutel-DNA-methyltransferase dat de vorming van geheugen-T-cellen beïnvloedt. Deze nieuwe bevinding werpt licht op een betere strategie voor het ontwerpen van vaccins. Bovendien draagt ​​het bij aan de verbetering van immuuntherapieën gericht op Dnmt3a.


Sleutelpeptiden en eiwitten bij de ziekte van Alzheimer

De ziekte van Alzheimer (AD) is een vorm van progressieve dementie met cognitieve stoornissen, leer- en geheugenverlies. Verschillende eiwitten (zoals amyloid precursor protein (APP), β-amyloid (Aβ) en tau protein) spelen een sleutelrol bij de initiatie en progressie van AD. We bespreken de rol van de belangrijkste eiwitten en peptiden in de pathogenese van AD. De structuur, biosynthese en fysiologische rol van APP worden kort samengevat. De details van de handel en verwerking van APP naar Aβ, het cytosolische intracellulaire Aβ-domein (AICD) en kleine oplosbare eiwitten worden getoond, samen met andere amyloïde-vormende eiwitten zoals tau en α-synucleïne (α-syn). Hypothetische fysiologische functies van Aβ worden samengevat. Het mechanisme van conformationele verandering, de vorming en de rol van neurotoxisch amyloïde oligomeer (oAβ) worden getoond. Het proces van fibrilvorming en het naast elkaar bestaan ​​van verschillende sterische structuren (U-vormig en S-vormig) van Aβ-monomeren in rijpe fibrillen worden gedemonstreerd. We vatten de bekende pathogene en niet-pathogene mutaties samen en tonen de toxische interacties van Aβ-soorten na binding aan cellulaire receptoren. Tau-fosforylering, fibrillatie, de moleculaire structuur van tau-filamenten en hun toxische effect op microtubuli worden getoond. De ontwikkeling van Aβ- en tau-beeldvorming in AD-hersenen en CSF evenals bloedbiomarkers wordt kort samengevat. De meest waarschijnlijke pathomechanismen van AD, inclusief de toxische effecten van oAβ en tau de drie (biochemische, cellulaire en klinische) fasen van AD worden getoond. Ten slotte vat de laatste sectie de huidige staat van Aβ- en tau-gerichte therapieën en toekomstige richtingen van AD-onderzoek en geneesmiddelontwikkeling samen.

trefwoorden: AD medicijnen AD-pathomechanismen APP Ziekte van Alzheimer ApoE Tau amyloïde aggregatie β-amyloïde..


Wetenschappers onthullen structurele details van spike-eiwit dat wordt gebruikt in het leidende COVID-19-vaccin

LA JOLLA, CA — Wetenschappers van Scripps Research hebben details op atomaire schaal met hoge resolutie verkregen van de structuur van een SARS-CoV-2 '8220spike'-8221-eiwit van een experimenteel COVID-19-vaccin'details die consistent zijn met de robuuste neutraliserende antilichaamreacties van het vaccin uitgelokt in preklinische en fase 1 klinische studies. 

Het experimentele vaccin, NVX-CoV2373, wordt ontwikkeld en getest in klinische proeven door de vaccinmaker Novavax Inc. Het gebruikt in het laboratorium gekweekte kopieën van het SARS-CoV-2 spike-eiwit om neutraliserende antilichaamreacties op dit belangrijke virale eiwit te stimuleren, met het doel om nieuwe COVID-19-infecties te blokkeren.

De nieuwe structurele details, verkregen met behulp van lage-temperatuur-elektronenmicroscooptechnieken, zijn beschikbaar in het manuscript dat is ingediend bij de open-access preprint-repository bioRxiv. De moleculaire kaart van het Novavax-spike-eiwit kan nuttig zijn bij het evalueren van de lopende klinische onderzoeksresultaten van het vaccin bij mensen.

“Onze bevindingen suggereren dat het snelle ontwerp en de productie van dit vaccin de kwaliteit van de spike-eiwitstructuur niet in gevaar heeft gebracht,'8221 zegt de hoofdauteur van de studie, Andrew Ward, PhD, een professor in de afdeling Integrative Structural and Computational Biologie bij Scripps Research.

SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt, lijkt afkomstig te zijn van een vleermuiscoronavirus in China. Het heeft nu wereldwijd bijna 20 miljoen menselijke infecties veroorzaakt, waaronder meer dan 700.000 doden. Een vaccin om infectie te voorkomen is 's werelds hoogste prioriteit voor de volksgezondheid en om dat doel na te streven, hebben tientallen onderzoeksteams potentiële vaccins ontworpen en getest.

Het Novavax-vaccin is, net als de meeste andere COVID-19-vaccinkandidaten, ontworpen om een ​​immuunrespons te stimuleren. Idealiter zorgt het voor een langdurig immuungeheugen tegen het SARS-CoV-2-spike-eiwit. Deze spike-eiwitten vormen het oppervlak van elk coronavirusdeeltje. Het zijn de uitsteeksels die het virus zijn kroonachtige uiterlijk geven en bevatten de segmenten die het virus gebruikt om gastheercellen binnen te dringen en vervolgens te infiltreren.

In wat een strategie kan zijn om immuunherkenning te ontwijken, heeft het spike-eiwit een slappe, steeds veranderende vorm. Het Novavax immunogen spike-eiwit gebruikt mutaties om het spike-eiwit in zijn functionele vorm te stabiliseren, zodat het immuunsysteem het kan leren herkennen en aanvallen. Deze belangrijke vooruitgang is gebaseerd op ontdekkingen die enkele jaren geleden zijn gedaan door Ward en samenwerkende onderzoekers Jason McLellan, PhD (University of Texas in Austin), en Barney Graham, MD, PhD (Vaccine Research Center bij de National Institutes of Health) in hun structurele studies van het seizoensgebonden coronavirus HKU1 en van de pandemische coronavirussen MERS en SARS.

De nieuwe structurele studie toont aan dat de mutaties het Novavax spike-eiwit in de gewenste conformatie stabiliseren.

“Het is ongelooflijk bevredigend om te zien hoe ons eerdere werk een directe impact heeft op de ontwikkeling van vaccins voor SARS-CoV-2,” Ward. “De mogelijkheid om de vaccinformulering die Novavax bij mensen test te karakteriseren, brengt de cirkel rond.”

“We zijn Andrew Ward en de wetenschappers van Scripps Research dankbaar voor het definiëren van de structuur met hoge resolutie van het SARS-CoV-2-spike-eiwit in ons NVX-CoV2373-vaccin,'zegt Gale Smith, PhD, vice-president van vaccin ontwikkeling en hoofdwetenschapper bij Novavax. “Deze belangrijke bijdrage geeft inzicht in de hoge mate van overdracht van COVID-19 en een wetenschappelijke basis voor het vaccin dat neutraliserende antilichamen induceert bij 100 procent van de deelnemers aan de fase 1-studie.'8221

Novavax heeft gegevens van de klinische fase 1-studie ingediend bij een peer-reviewed wetenschappelijk tijdschrift en de online preprint-server medRxiv.org.

Ward merkt op dat de structurele details er ook op wijzen dat het spike-eiwit van het coronavirus eerder onontdekte 'zakken'8221 heeft gevonden waar bepaalde verbindingen zich zouden kunnen binden. ,' zegt hij.

De spike-eiwitten van het coronavirus vormen, net als die van andere virussen, waaronder HIV, van nature driekoppige structuren die trimeren worden genoemd op virusdeeltjes, en functioneren in die trimeervorm. Ward en zijn team ontdekten in de nieuwe studie dat de spike-eiwitten niet alleen met succes trimeren vormen, maar ook clusters van twee of drie trimeren kunnen vormen.

De specifieke moleculaire aard van interacties wijst op de mogelijkheid die Ward en collega's nu kunnen onderzoeken in verdere studies dat clustering van spike-trimeren van nature voorkomt op SARS-CoV-2 om de besmettelijkheid ervan te vergroten.

'Het is mogelijk dat het virus meer dan één spike-trimeer nodig heeft om een ​​gastheercel te doorboren, dus deze neiging om clusters van hogere orde te vormen, kan ten grondslag liggen aan de besmettelijkheid', zegt Ward.

De studie, 'Structurele analyse van SARS-CoV-2 spike-eiwit van volledige lengte van een geavanceerde vaccinkandidaat', is geschreven door Sandhya Bangaru, Gabriel Ozorowski, Hannah Turner, Aleksandar Antanasijevic, Deli Huang, Xiaoning Wang, Jonathan Torres , Jolene Diedrich, John Yates III, David Nemazee, James Paulson en Andrew Ward, allen van Scripps Research en Jing-Hui Tian, ​​Alyse Portnoff, Nita Patel, Michael Massare, Greg Glenn en Gale Smith van Novavax Inc.

Ondersteuning werd verleend door het National Institute of Allergy and Infectious Diseases (UM1 AI144462, R01 AI113867, R01 AI132317), de Bill and Melinda Gates Foundation (OPP1170236) en Novavax Inc.


Geheugen & denkveranderingen

Denk- en geheugenproblemen behoren tot de meest zorgwekkende potentiële symptomen van de ziekte van Parkinson. Gezien hun significante impact op de functie en kwaliteit van leven, is het begrijpen en behandelen van de reeks cognitieve veranderingen bij Parkinson een topprioriteit voor onderzoekers.

Cognitieve veranderingen

Denk- en geheugen (cognitieve) symptomen zijn: vaak voor bij Parkinson, maar niet iedereen ervaart ze. Bij sommige mensen zijn ze mild en hebben ze geen invloed op het werk of de dagelijkse activiteiten. Dit wordt 'milde cognitieve stoornis' genoemd. In andere zijn ze belangrijker en beïnvloeden ze de dagelijkse activiteiten van zowel de persoon die ze ervaart als hun zorgpartner. Dit wordt geclassificeerd als 'dementie'. Er zijn verschillende aspecten van denken en geheugen, en mensen met Parkinson merken meestal problemen op met:

  • Opletten of concentreren
    voorbeelden: een boek lezen, deelnemen aan groepsgesprekken
  • Multitasking en probleemoplossing (uitvoerende functie)
    voorbeelden: jongleren met meerdere lopende projecten, oplossingen bedenken zoals omleiding door een file of wat te doen voor het avondeten als je geen ingrediënten bij de hand hebt
  • Informatie driedimensionaal zien (visuospatiale vaardigheden)
    voorbeelden: een mentale kaart maken om door de buurt en terug te lopen, de afstand tussen je auto en die voor je beoordelen tijdens het rijden

Het maakt niet uit wanneer en hoe significant Parkinson de cognitie beïnvloedt, het heeft de neiging om de aandacht en de uitvoerende functie meer te beïnvloeden dan het geheugen.

Milde cognitieve stoornis

Milde cognitieve stoornis (MCI) is een verandering in denken of geheugen die meer is dan verwacht bij normale veroudering, maar is niet genoeg om iemands dagelijkse activiteiten te verstoren. Mensen met MCI kunnen zich afgeleid of ongeorganiseerd voelen of hun gedachtengang verliezen. Ze vinden het misschien een grotere uitdaging om zich te concentreren of om meerdere taken tegelijk te beheren.

Zoals met alle symptomen van Parkinson, behandeling van MCI is geïndividualiseerd. Artsen raden u doorgaans aan: houd je hersenen actief (Zie: Boosting Brain Health) en werk samen met een ergotherapeut, logopedist of cognitieve revalidatiespecialist om cognitieve vaardigheden versterken en uw specifieke uitdagingen aangaan. (Uw arts kan u doorverwijzen naar een van deze deskundigen.) Uw arts zal dat ook doen zoeken naar en behandelen van een medische aandoening, zoals een urineweginfectie, depressie of slaapprobleem, die de cognitie mogelijk kunnen verergeren. (Zie: Testen.) Op dit moment zijn er geen door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) goedgekeurde medicijnen om milde cognitieve stoornissen te behandelen, maar het onderzoek op dit gebied is aan de gang.

Schattingen variëren, maar ongeveer 25 procent van de mensen met Parkinson ervaart MCI. Milde cognitieve stoornissen kunnen in de loop van de tijd hetzelfde blijven, beter worden of verergeren. Bij sommige mensen ontwikkelt MCI zich geleidelijk tot dementie.

Dementie

Dementie is een brede term voor een verandering in denken of geheugen die belangrijk genoeg om te interfereren met dagelijkse routines, werk of sociale activiteiten. Als dementie optreedt bij de ziekte van Parkinson, is dit meestal na vele jaren of decennia van leven met de ziekte.

Mensen met dementie bij de ziekte van Parkinson (PDD) ervaren veel van dezelfde symptomen als mensen met een milde cognitieve stoornis, maar in grotere mate. Omdat ze problemen hebben met aandacht en executieve functies, kunnen ze moeite hebben met het plannen en voltooien van activiteiten en kan het langer duren om informatie te verwerken en vragen te beantwoorden. Ze kunnen moeite hebben met het vinden van woorden, verdwalen op bekende plaatsen en raken gemakkelijker in de war.

De ziekte van Parkinson dementie deelt symptomen en hersenveranderingen (alfa-synucleïne-eiwitklonten genaamd Lewy-lichaampjes) met een verwante ziekte genaamd dementie met Lewy-lichaampjes (DLB). Deze twee ziekten - PDD en DLB - zijn gegroepeerd onder de overkoepelende term Lewy body dementie. Lewy body dementie veroorzaakt veranderingen in denken en geheugen (dementie) en bewegingssymptomen (tremor, traagheid, stijfheid en loop- en evenwichtsproblemen). Het kan ook leiden tot hallucinaties (dingen zien die er niet zijn), wanen (vals, vaak paranoïde, overtuigingen), fluctuaties in aandacht en alertheid (de ene dag "erbij zijn" en de volgende dag "eruit"), en slaap, stemming en gedragsveranderingen.

Vanwege hun overeenkomsten, artsen en onderzoekers onderscheiden PDD en DLB voornamelijk op basis van wanneer bewegingssymptomen en dementie optreden. Mensen met de ziekte van Parkinson beginnen met bewegingssymptomen en ontwikkelen vele jaren of decennia later dementie. Bij dementie met Lewy-lichaampjes beginnen de bewegingssymptomen en dementie tegelijkertijd of binnen een jaar na elkaar.

Niet iedereen met Parkinson ervaart dementie. Schattingen variëren, maar ongeveer 40 procent van de mensen met Parkinson heeft PDD, en kleine studies suggereren dat dit aantal hoger kan zijn bij mensen die al 20 jaar of langer Parkinson hebben. Bepaalde factoren kunnen het risico op dementie verhogen: een langere loop van de PD, aanzienlijke bewegingsproblemen (meer loop- en evenwichtsproblemen in plaats van tremor), milde cognitieve stoornissen, dingen zien die er niet zijn (hallucinaties) of dingen geloven die niet waar zijn (wanen).

Medicijnen kunnen de symptomen verlichten en de kwaliteit van leven verbeteren, maar het is nog niet bewezen dat het de ziekteprogressie vertraagt ​​of stopt. Symptomen en hun veelgebruikte behandelingen zijn onder meer:


Chemische en synthetische biologiebenaderingen om cellulaire functies te begrijpen - Deel B

Lauren L. Haar, . Robert M. Hughes, in Methoden in Enzymologie, 2019

Abstract

Optogenetische hulpmiddelen bieden een niveau van ruimtelijke en temporele resolutie die nodig is om nieuw licht te werpen op dynamische intercellulaire processen. In dit hoofdstuk schetsen we specifieke protocollen voor het toepassen van deze hulpmiddelen op celmotiliteit (optogenetisch cofiline), apoptose [optogenetisch Bcl-achtig eiwit 4 (Bax)] en eiwitkinase-gemedieerde signaalroutes [optogenetisch cAMP-afhankelijk eiwitkinase (PKA)] . De activiteit van deze optogenetische soorten wordt gereguleerd door de door licht gemedieerde dimerisatie van een cryptochroom/Cib-eiwitpaar, dat de intracellulaire positionering van het betreffende eiwit regelt. De door licht geïnduceerde rekrutering van cofiline naar het cytoskelet wordt gebruikt voor gerichte migratiestudies en filopodiale dynamiek. Door licht getriggerde migratie van Bax naar het buitenste mitochondriale membraan induceert cellulaire ineenstorting en uiteindelijke apoptose. Ten slotte biedt de door licht gemedieerde beweging van PKA naar specifieke intracellulaire compartimenten de mogelijkheid om de gevolgen van PKA-activiteit op een plaatsspecifieke manier te beoordelen via fosfoproteomische analyse.


Informatieve injecties

Een andere sleutel tot het maken van een cel is om de software goed te krijgen. Om een ​​synthetische cel in staat te stellen de instructies van wetenschappers te volgen en zichzelf te repliceren, is een manier nodig om informatie op te slaan en op te halen. Voor levende systemen wordt dit gedaan door genen - van honderden voor sommige microben tot tienduizenden voor mensen.

Hoeveel genen een synthetische cel nodig heeft om zichzelf te laten functioneren, is een kwestie van gezond debat. Schwille en anderen zouden het graag in de buurt van enkele tientallen houden. Anderen, zoals Adamala, denken dat synthetische cellen 200-300 genen nodig hebben.

Sommigen hebben ervoor gekozen om met iets levends te beginnen. Synthetisch bioloog John Glass en zijn collega's van het J. Craig Venter Institute (JCVI) in La Jolla, Californië, namen een van de kleinste bekende microbiële genomen ter wereld, die van de bacterie Mycoplasma mycoides, en systematisch zijn genen verstoorde om de essentiële te identificeren. Toen ze die informatie eenmaal hadden, hechtten ze in het laboratorium chemisch een minimaal genoom aan elkaar.

Dit gesynthetiseerde genoom bevatte 473 genen - ongeveer de helft van wat er in het oorspronkelijke organisme zat - en het werd getransplanteerd in een verwante bacteriesoort, Mycoplasma capricolum 9 . In 2016 toonde het team aan dat dit minimale synthetische genoom een ​​vrijlevend, hoewel langzaam groeiend organisme kan 'opstarten' 10 . Glass denkt dat het moeilijk zal zijn om dat aantal nog veel verder te verlagen: elk gen wegnemen, en het doodt de cellen of vertraagt ​​hun groei tot bijna nul, zegt hij.

Hij en zijn JCVI-collega's stellen een lijst samen met 'cellulaire taken' op basis van de nieuwste versie van hun creatie, JCVI-syn3.0a, die zou kunnen fungeren als een blauwdruk van de minimale takenlijst van een cel. Maar voor ongeveer 100 van deze genen kunnen ze niet identificeren wat ze doen waardoor ze essentieel zijn.

Als volgende stap, en ondersteund door een NSF-subsidie ​​van bijna $ 1 miljoen, zullen Glass en Adamala proberen het JCVI-syn3.0a-genoom te installeren in een synthetisch liposoom dat de machinerie bevat die nodig is om DNA in eiwit om te zetten, om te zien of het kan overleven . In dat geval zou zowel de software als de hardware van de cel vanaf het begin synthetisch zijn.

Als het zou kunnen groeien en verdelen, zou dat een geweldige stap zijn. Maar velen beweren dat om echt een levend systeem te vertegenwoordigen, het ook zou moeten evolueren en zich moeten aanpassen aan zijn omgeving. Dit is het doel met de meest onvoorspelbare resultaten en ook de grootste uitdagingen, zegt Schwille. "Een ding dat zichzelf de hele tijd maakt, is niet het leven - hoewel ik daar blij mee zou zijn!" ze zegt. "Om een ​​cel te laten leven, moet hij nieuwe functionaliteit ontwikkelen."

Het team van Glass bij de JCVI heeft adaptieve laboratoriumevolutie-experimenten gedaan met JCVI-syn3.0a, waarbij ze selecteren op organismen die sneller groeien in een voedingsrijke bouillon. Tot nu toe hebben hij en zijn team, na ongeveer 400 delingen, cellen verkregen die ongeveer 15% sneller groeien dan het oorspronkelijke organisme. En ze hebben een handvol veranderingen in de gensequentie zien opduiken. Maar er is nog geen bewijs dat de microbe nieuwe cellulaire functies ontwikkelt of zijn conditie met grote sprongen verbetert.

Erb zegt dat uitvinden hoe je evolutie aan synthetische cellen kunt toevoegen, de enige manier is om ze interessant te maken. Dat kleine beetje rommeligheid in biologische systemen is wat hen in staat stelt om hun prestaties te verbeteren. “Als ingenieurs kunnen we geen perfecte synthetische cel bouwen. We moeten een zelfcorrigerend systeem bouwen dat gaandeweg beter wordt”, zegt hij.

Synthetische cellen kunnen leiden tot inzichten over hoe het leven eruit zou kunnen zien op andere planeten. En synthetische bioreactoren onder de volledige controle van een onderzoeker kunnen nieuwe oplossingen bieden voor de behandeling van kanker, het aanpakken van antibioticaresistentie of het opruimen van giftige locaties. Het vrijgeven van een dergelijk organisme in het menselijk lichaam of de omgeving zou riskant zijn, maar een van bovenaf ontwikkeld organisme met onbekend en onvoorspelbaar gedrag zou nog riskanter kunnen zijn.

Dogterom zegt dat synthetische levende cellen ook andere filosofische en ethische vragen met zich meebrengen: “Wordt dit een leven? Wordt het autonoom? Zullen we het onder controle krijgen?” Deze gesprekken moeten plaatsvinden tussen wetenschappers en het publiek, zegt ze. Wat betreft de zorgen dat synthetische cellen amok maken, maakt Dogterom zich minder zorgen. "Ik ben ervan overtuigd dat onze eerste synthetische cel een slechte nabootsing zal zijn van wat al bestaat." En als de ingenieurs van synthetisch leven, kunnen zij en haar collega's gemakkelijk bedieningselementen of een kill-schakelaar inbouwen die de cellen onschadelijk maakt.

Zij en andere synthetisch biologen zullen doorgaan met het verkennen van de grenzen van het leven. "De timing is goed", zegt Dogterom. “We hebben de genomen, de onderdelenlijst. De minimale cel heeft maar een paar honderd genen nodig om iets te hebben dat er levend uitziet. Honderden onderdelen is een enorme uitdaging, maar het zijn geen duizenden - dat is heel spannend.

Natuur 563, 172-175 (2018)


Een afgewerkt papier aminozuur.

We hebben een leuke papiervouwactiviteit. Weet je nog hoe eiwitten zijn gemaakt van bouwstenen die aminozuren worden genoemd en hun eigen speciale vorm hebben? Niet alleen zien eiwitten er anders uit, ze hebben verschillende taken in de cel om je lichaam soepel te laten werken.

Het eiwit dat we hebben gemaakt, is een kanaal dat in het buitenste celoppervlak of membraan zit en werkt als een deur die bepaalde moleculen doorlaat. Sommige kanalen zijn de hele tijd open, terwijl andere kunnen worden gesloten, afhankelijk van signalen van de cel of de omgeving. Wanneer het kanaal open is, kunnen andere moleculen de cel binnenkomen door door het gat in het midden te gaan.

Zoals je zult ontdekken tijdens het bouwen van je origamikanaal, is de vorm van een eiwit erg belangrijk. Als je je origami-aminozuren niet correct vouwt, passen ze niet bij elkaar om een ​​eiwitketen te maken. Of, als u een fout maakt bij het samenvoegen van aminozuren, kan het voltooide kanaal mogelijk niet correct worden geopend en gesloten.

In de natuur kan hetzelfde gebeuren. Als een eiwit de verkeerde vorm heeft, zal het niet goed werken.

Materialen: Je hebt 8 vierkante stukjes papier van hetzelfde formaat nodig.

Tips: De beste manier om vouwen te maken, is door het papier op een harde, vlakke ondergrond te leggen, zoals een tafel. Het is belangrijk om op de richting van het papier te letten en ervoor te zorgen dat u de richting niet verandert wanneer u de instructies volgt.

Je kunt meer te weten komen over hoe eiwitten zich in unieke vormen vouwen om in je lichaam te laten werken en werken in de sectie Eiwitwetenschap.

U kunt ook onze Origami Protein Handout (PDF) downloaden en afdrukken voor stapsgewijze instructies voor het maken van uw eiwitkanaal, of bekijk deze stapsgewijze video.

1. Vouw een enkel stuk papier diagonaal dubbel
2. Vouw het papier nogmaals diagonaal dubbel
3. Je gevouwen papier zou er zo uit moeten zien
4. Vouw het papier open

5. Vouw het papier dubbel
6. Vouw het papier nogmaals dubbel
7. Je gevouwen papier zou er zo uit moeten zien

8. Vouw de bovenste laag van het vierkant half open
9. Open de bovenste laag van het vierkant en druk het plat tot een driehoek, met behulp van de bestaande vouwen.
10. Je gevouwen papier zou er zo uit moeten zien

11. Draai het om
12. Vouw de bovenste laag half open
13. Open de bovenste laag en druk deze plat tot een driehoek, met behulp van de bestaande vouwen.
14. Je gevouwen papier zou er zo uit moeten zien

15. Vouw de randen van de bovenste laag alleen in de middellijn
16. Je gevouwen papier zou er zo uit moeten zien
17. Draai het om
18. Vouw de randen van de bovenste laag alleen in de middellijn
19. Je hebt nu één aminozuur voltooid. Herhaal deze stappen met een ander stuk papier totdat je in totaal acht aminozuren hebt gemaakt.

En dat is het! Als je eenmaal aminozuren hebt, ben je klaar om naar deel 2 te gaan om het eiwitkanaal te maken.


Inhoud

In het begin van de twintigste eeuw werd de cel gezien als in wezen een klodder protoplasma (een verzameling gelatinemoleculen) en hoewel de innerlijke werking nog niet werd begrepen, werd aangenomen dat de eerste cel zich ontwikkelde via een proces van chemische evolutie (abiogenese ). Het volgende is een citaat van Ernest Haeckel, die liefkozend bekend stond als de buldog van Darwin.

'helemaal niet samengesteld uit organen, maar volledig uit vormeloze, eenvoudige, homogene materie ... niets meer dan een vormeloze, mobiele, kleine klomp slijm of slijm, bestaande uit albumineuze combinatie van koolstof.' [4]

Aan de andere kant onthult de technologie van de 21e eeuw dat hoewel de kleinste bacteriecellen ongelooflijk klein zijn en minder dan 10-12 gram (of 1 picogram) wegen [5], de hele cel ongelooflijk geïntegreerd is en elk onderdeel werkt als onderdeel van een team .

Celbiologie illustreert overweldigend bewijs van met name intelligent ontwerp, dankzij de vele onherleidbaar complexe moleculaire machines. Cellen zijn zo enorm gecompliceerd dat we hun interne werking pas beginnen te begrijpen, en inderdaad, veel functies in de cel blijven nog steeds een totaal mysterie.

Een analogie die soms wordt gebruikt, is de vergelijking van een cel met een stad. De arbeiders kunnen bijvoorbeeld worden vergeleken met het eiwit, de energiecentrale met de mitochondriën, de wegen met de actinevezels en microtubuli, de vrachtwagens met de kinesine en dyneïne, de fabrieken met de ribosomen, de bibliotheek met het nucleïnezuur, de recyclingcentrum naar het Lysosoom, de politie naar de chaperonnes en het postkantoor naar het golgi-apparaat.

Naarmate de technologie toeneemt, opent de wetenschap voortdurend zwarte dozen binnen reeds geopende dozen en naarmate er meer en meer van worden blootgelegd, duwt de fenomenale complexiteit van het hele systeem de evolutietheorieën naar een breekpunt.


Transport over het celmembraan

Met uitzondering van eenvoudige diffusie zijn eiwitten ook essentieel voor het verplaatsen van gepolariseerde of geladen moleculen en grote moleculen door celmembranen.

Eenvoudige diffusie

Kleine moleculen zoals zuurstof en koolstofdioxide kunnen door de lipide dubbellaag van het celmembraan diffunderen. De bewegingsrichting is afhankelijk van de concentratiegradiënt. Stoffen met een hogere concentratie in de cel (bijv. CO2) zal uit de cel diffunderen naar de kant met een lagere concentratie. Stoffen in hogere concentratie buiten de cel (bijv. O2) zal diffunderen naar de binnenkant van de cel, d.w.z. langs de concentratiegradiënt.

Veel andere moleculen kunnen echter de celmembranen niet passeren door eenvoudige diffusie en vereisen gespecialiseerde mechanismen voor beweging over membranen. Een verscheidenheid aan transporteiwitten, vaak aggregaten van eiwitsubeenheden, bieden een manier om geladen moleculen en grote moleculen te transporteren via een van de volgende twee mechanismen:

Gefaciliteerd vervoer

Polaire moleculen en geladen ionen kunnen de lipidedubbellaag niet passeren. Hun doorvoer is afhankelijk van speciale transportkanalen die worden gecreëerd door eiwitten die in het celmembraan zijn ingebed. Gefaciliteerd transport is passief omdat er geen cellulaire energie voor nodig is, en net als bij eenvoudige diffusie verloopt de beweging van de moleculen via een concentratiegradiënt van hoge concentratie naar lage concentratie. Er zijn specifieke eiwitten voor elke stof die door dit mechanisme wordt getransporteerd, en de doorvoer kan door de cel worden gereguleerd. Moleculen zoals glucose en aminozuren worden op deze manier getransporteerd. Ze zullen binden aan hun drager/transporteiwit en binding veroorzaakt een verandering in de vorm van de drager die het molecuul over het membraan beweegt. Zodra het molecuul is vrijgegeven, keert de drager terug naar zijn oorspronkelijke vorm (conformatie).

Actief transport

Actief transport is ook afhankelijk van transmembraantransporteiwitten, maar dit proces is in staat om stoffen tegen een concentratiegradiënt in te transporteren, wat betekent dat zelfs als de concentratie van, bijvoorbeeld kaliumionen, hoger is in de cel dan buiten, er meer kalium in de cel kan worden getransporteerd . Dit komt omdat cellulaire energie (ATP) wordt verbruikt.

Eiwitten spelen dus een integrale rol in de functie van een cel. Velen zijn ingebed in de celmembranen of overspannen de hele lipidedubbellaag waar ze een belangrijke rol spelen bij herkenning, signalering en transport.

Inhoud �. Alle rechten voorbehouden.
Datum laatst gewijzigd: 22 maart 2016.
Gemaakt door Wayne W. LaMorte, MD, PhD, MPH,


Bekijk de video: Biochemie 4 aminozuren peptide dipeptide polypeptide (November 2021).