Archive for the ‘gene’ Tag

Elixirul tineretii – o posibilitate reala   2 comments

Instinctul de conservare este adanc scris in genele noastre, AUTOCONSERVAREA fiind unul din cele 3 principii care definesc Viul (alaturi de autodezvoltare si autoreproducere). De aceea, ne vine greu sa acceptam ca viata umana este limitata, iar destui se pacalesc singuri imbratisand ideile naive ale diverselor religii – care, ca sa vezi, promit la unison „viata vesnica” prin „reinviere/reincarnare„, asa pur si simplu, fara nicio dovada.

Numai ca natura inconjuratoare ne plesneste peste ochi si ne trezeste la realitate – TOATE fiintele mor si materia lor este reciclata (iar daca este sa privim si mai departe, pare ca pentru toate este un sfarsit – planete, stele, ba chiar si Universul insusi ar putea avea un sfarsit). Dar oare DE CE trebuie sa moara fiintele ? Nu este oare o risipire a unui know-how pe care-l deprind in cursul existentei lor ?

Nu, Natura a ales pentru fenomenul numit Viata o alta cale: o cale a progresului genetic al speciei, nu al individului, progres numit EVOLUTIE, . Contrar unor opinii neavizate, evolutionismul (modern, caci de la Darwin a trecut mult timp) NU presupune generatii succesive din ce in ce mai complicate ci unele din ce in ce mai adaptate – cu toate ca de cele mai multe ori gradul de complexitate este asociat unor sisteme adaptive superioare.
Cum functioneaza rutina naturala este clar: o generatie traieste doar atat cat este necesar sa procreeze si eventual sa-si creasca copiii pana la stadiul de adult, apoi incepe declinul, rolul biologic s-a terminat si parintii trebuie sa dispara. TREBUIE  sa fie asa, caci altfel generatiile succesive ar ajunge sa se concureze reciproc pentru resurse – o concurenta neloiala in viziunea evolutionista.

Ei bine, acest scenariu este scris in genele noastre, fiintelor vii fiind efectiv programate ca sa imbatraneasca si sa moara. Se pare ca aceasta programare are doua strategii – o data („hardcoded”) pentru ca ciclurile replicarii celulelor sunt limitate la un numar magic (cu exceptia celulelor stem si a leucocitelor, iar in acest domeniul se vorbeste de telomeri) si a doua utilizeaza metode de control hormonalhormonii (tot niste proteine de fapt) fiind substantele de control pentru toate tipurile de vietuitoare.

Numai ca Omul a ajuns in etapa in care poate sa domine si sa manipuleze legile naturii, deci odata identificate, putem sa manipulam si mecanismele imbatranirii ! Adevarul este ca in acest domeniu inca „bajbaim”, dar ne apropiem din ce in ce mai mult de momentul intelegerii definitive a acestor procese.

Pozitionarea hipotalamusului (fotio: Wiki)

Pozitionarea hipotalamusului (foto: Wiki)

Dintr-un articol publicat de New Scientist (tradus de Daniela Albu pentru Scientia) aflam noutati privind imbatranirea creierului si a intregului organism:

– Maestrul-papusar la nivelul creierului este o mica structura cerebrala arhaica numita hipotalamus. Hipotalamusul este centrul sistemului vegetativ, avand functii extrem de importante: termoreglarea, reglarea senzatiei de foame si satietate, coordonarea actelor instinctive si a manifestarile instinctuale (frica, furie, etc), regleaza ciclurile circadiene (ritmul somn-veghe), coordoneaza activitatea glandelor endocrine, initiaza controlul emotiilor si a activitatii sexuale, influenteaza direct metabolismul si imunitatea, etc.

– Cercetatorii de la Colegiul de medicina Albert Einstein din New York au analizat diferentele dintre concentratiile diversilor hormoni prezenti in creierul soarecilor tineri fata de cei batrani. Astfel, au remarcat ca soarecii care imbatranesc produc niveluri ridicate de factor  „NF-kB” – un complex de proteine care joaca un rol major in reglementarea reactiilor imunitare. Pentru a studi efectul acestora asupra imbatranirii, cercetatorii au format 3 grupuri, din care unul martor, altul caruia i s-a aplicat o terapie genetica pentru inhibarea „NF-kB” si celalalt, caruia i s-a stimulat productia de factor „NF-kB”. Rezultatele au confirmat astepteptarile: cei cu valori mari ale factorului „NF-kB” au trait chiar mai putin decat grupul martor, in timp ce soarecii carora li s-au administrat inhibatori, au trait mai mult cu 20%. Si nu numai ca au trait mai mult, dar au ramas mai mult timp tineri, in plenitudinea capacitatilor fizice si intelectuale !

– S-a desprins astfel ideea ca hipotalamusul „initiaza” batranetea prin intermediul acestui hormon. Cercetarile ulterioare au aratat ca factorul NF-kB reduce nivelul unei substante produse de hipotalamus, numita  „hormonul de eliberare a gonadotropinei”  (GnRH), cunoscut mai mult pentru rolul sau in reglementarea pubertatii si a fertilitatii. Rezultatele unui experiment ulterior in care s-a injectat soarecilor GnRH subcutanat si direct in hipotalamus, au confirmat aceasta ipoteza – soarecii ramanand mai mult timp tineri exact ca in primul experiment – fara sa apara niciun efect secundar !!

– Reiese de aici posibilitatea ca administrarea periodica a GnRH sa inhibe unul din mecanismele imbatranirii. Din pacate, mai sunt necesare multe cercetari, caci imbatranirea este un proces adanc inscris in gene si utilizeaza mai multe mecanisme in acelasi timp.

In context, sa amintim si rezultatele altor experimente legate de imbatranire:

– administrarea de Rapamicina (medicament imunosupresor produs dintr-o bacterie gasita in Insula Pastelui) a demonstrat experimental ca prelungeste viata drojdiilor si a soarecilor. Concluzia este ca mecanismul natural al imunitatii joaca un rol in imbatranire !

– administrarea experimentala de resveratrol viermilor si mustelor a produs cresterea duratei vietii acestora cu 70% ! Se presupune ca resveratrolul (substanta regasita indeosebi in strugurii negrii) actioneaza asupra procesului de multiplicare a celulelor si protejeaza telomerii .

restrictia calorica cu pana la 30% aplicata rudelor noastre apropiate – macacii (de asemenea soarecilor, ramelor, etc) a demonstrat ca prelungeste durata vietii – si exista numerosi adepti care urmeaza aceasta cale. Se pare ca aceasta restrictie intarzie rata multiplicarii celulelor si, ca urmare, a „contorului” de care vorbeam la inceput.

man-vs-machine

– intr-un articol foarte recent am citit ca o echipa de cercetatori de la Harvard Stem Cell Institute a reusit sa intinereasca inima, muschii si maduva spinarii unui soarece varstnic prin transfuzii cu sange de la soareci tineri. Se pare ca aici este implicat GDF-1, un hormon mai putin cunoscut care face parte din proteinele ce formeaza familia factorilor de crestere.

– Anil Rana de la Universitea California (Los Angeles) a coordonat un studiu prin care s-a identificat in creier o gena-gunoier denumita generic „parkin„, care curata deseurile biologice din celulele cerebrale. Experientele asupra musculitei de otet le-au prelungit viata cu pana 28%, acestea ramanand, de asemenea, in buna forma fizica mai mult timp.

In alta ordine de idei, cercetarile asupra cancerului sunt legate direct de procesul de imbatranire, caci in celulele canceroase s-a defectat tocmai acest contor al multiplicarii limitate iar acestea refuza sa mai moara.

Ca o concluzie, sa remarcam ca, pe termen mediu, aceste cercetari vor aduce momentul mult visat cand vom obtine elixirul tineretii. Dar pe termen lung, constructiile biologice fragile si instabile (intentionat instabile, caci altfel nu aparea Evolutia !!) vor fi depasite de constructiile tehnologice, realizate, paradoxal, tocmai de inteligenta unei fiinte biologice – OMUL. Mai ales ca vom fi pusi in situatia de a ne parasi cuibul terestru, in cautare de noi resurse – asa cum prevestea luna trecuta si celebrul fizician Stephen Hawking. Acolo, in spatiu, vom avea nevoie de niste corpuri mult mai stabile, rezistente in conditiile vidului si radiatiilor cosmice.

Premii Nobel 2012: Chimie   Leave a comment

As vrea sa trecem in revista si anul acesta varfurile stiintifice reprezentate de premiile Nobel. Ma rezum la stiintele „tari”, cele pe care s-a construit (la propriu) civilizatia.

Premiul Nobel pentru Chimie pentru anul 2012 a fost acordat lui Brian Kobilka si Robert Lefkowitz pentru cercetarile asupra receptorilor moleculari.

Am mai subliniat aceasta idee – toate organismele sunt niste sisteme biologice automate, in spatele tuturor manifestarilor lor stau oarecum banale mecanisme fizico-chimice – ne ramane numai sa le identificam, si s-au facut multi pasi in aceasta directie. Ideea principala este ca inca de la prima protocelula, a fost nevoie de sisteme selective de comunicare cu mediul, sisteme care sa-i comande comportamentul sub imperiul unor factori externi, in conditiile in care una din principalele solutii ale autoprezervarii a fost „inventarea” peretelului celular. Era limpede ca „mesagerii celulari” trebuiau sa penetreze selectiv aceasta membrana, ajungand la sistemele de comanda, dar cum ? Intuitiv, se parea ca peretele celular trebuie sa inglobeze niste receptori care sa permita transmiterea mesajelor externe.

Inca de la inceputurile secolului 20 s-a descoperit ca mecanismul fiziologic de comunicare intre celulele constituente ale corpului este sistemul hormonal. O sumedenie de glande endocrine sunt raspandite in corpul uman (epifiza, hipofiza, tiroida, timusul, suprarenalele, pancreasul, ovarul/testicolele) si secreta hormoni cu functii de comunicare si reglare. Descoperirea celor 2 profesori americani arata cum interfereaza acesti hormoni cu receptorii celulari si mecanismele interne ale celulei.

Problema a fost dificila, cercetarile s-au intins de-a lungul intregului secol – si asta in conditiile in care peste jumatate din medicamentele prescrise se bazau pe existenta presupusilor receptori celulari, cu functionalitate demonstrata numai empiric:

-In anii 1940, savantul american Raymond Ahlquis, analizand reactiile diverselor organe la hormoni de tipul adrenalinei, a ajuns concluzia experimentala ca trebuie sa existe doua tipuri diferite de receptori pentru adrenalina, dar n-a putut sa-i identifice. El i-a numit receptori alfa şi beta. La putin timp dupa aceea, au fost sintetizate medicamentele beta blocante – utilizate cu succes si astazi in bolile de inima.

Mecanismul transferului informatiei de la exteriorul la interiorul celulei (imagine: scientia.ro)

– La sfarsitul anilor 1960, Robert Lefkowitz isi propune sa identifice receptorii celulari. Abia in 1970 anunta ca a reusit sa identifice un receptor activ. Timpul trece si  Alfred G. Gilman / Martin Rodbell (Premiul Nobel pentru Medicină 1994), identifica in interiorul celulei o proteina (numita generic proteina G) care influenteaza metabolismul celulei, dar inca lipsea legatura cu comenzile sosite din exteriorul celulei.

– In 1980, Lefkowitz decide ca echipa sa trebuie sa identifice gena care codeaza receptorul celular. In acelasi an este cooptat in echipa tanarul medic Brian Kobilka. El demonstreaza ca receptorul este format din sapte corzi spiralate lungi si grase. Semnificativ a fost ca acesta avea exact aceeasi forma de spirală ca aceea a unui alt receptor care fusese descoperit in altă zona a organismului: receptorul de rodopsina de la nivelul retinei ochiului. Asta a fost revelatia si apoi a urmat si demonstratia: in diferitele tesuturi ale corpului exista o familie completa de receptori celulari care arata si funcţioneaza in aceeasi maniera !

– Ambitia lui Kobilka a mers foarte departe, el dorea – nici mai mult nici mai putin – sa obtina o imagine a receptorului celular exact in momentul in care transfera semnalul din exterior provenit de la hormon catre proteina G – in interiorul celulei ! Fiind vorba de structuri foarte mici, abia in 2011 a reusit acest ambitios obiectiv, iar premiul Nobel 2012 a recompensat extraordinara realizare  a celor doi, care deschide calea aparitiei unor noi clase de medicamente mai eficiente, mai tintite.

– Cercetarile ulterioare au demonstrat ca receptorul celular este multifunctional, reactionand la mai multe tipuri de hormoni si transmitand in interior semnalul catre mai multe tipuri de substante de comanda, nu numai catre proteina G.

Finalizarea Proiectul Genomului Uman in 2003 a permis identificarea a peste 1000 de gene care codeaza receptori celulari. In jur de jumatate din acestia sunt olfactivi – sensibili la mirosuri. O treime sunt receptori hormonali, altii au rol in receptia luminii, functioneaza in papilele gustative, etc. Au mai ramas inca aproximativ 100 de gene care codeaza receptori celulari cu rol necunoscut – o provocare de viitor pentru cercetatori.

Codul vietii (3 si 4)   Leave a comment

Partea a 3-a din acest serial este extrem de instructiva, prezinta procesul prin care ADN-ul construieste fiinta al carei proiect il contine. Pentru vizualizarea procesului, va reamintesc ca ADN-ul este un SABLON chimic, care contine secvente speciale ale celor 4 baze azotate – numite GENE (peste 25.000 in genomul uman). Genele sunt intercalate intre secvente cu alte roluri sau chiar fara rol (cel putin inca neidentificat), numai 1% din ADN este constituit din secventele definitorii numite gene !

As porni o scurta explicatie de la efect spre cauza: corpul unei fiinte este format in mare masura din PROTEINE – peste 100.000 de tipuri de proteine specifice fiecarei componente functionale !
Proteinele sunt combinatii mai lungi sau mai scurte (de la sute la mii) ale numai 20 de AMINOACIZI ! Orice abatere de la proiectul standard al unei proteine conduce la variatii de forma ale acesteia – si cum stim din chimia organica – forma moleculei defineste si proprietatile ei.
Cum se realizeaza sinteza unei anumite proteine ? In 4 pasi:
– pasul 1: spirala dubla ADN din nucleul celulei se desface temporar in cele 2 catene in zona genei-sursa;
– pasul 2: printr-un proces asemanator duplicarii ADN-ului este creat ARN-ul „mesager” – o copie usor modificata („litera” T =timina este înlocuită cu „litera” U=uracil) a uneia dintre catene (una ramane nefolosita) prin alipirea de molecule libere la şablonul expus în urma separării.
– pasul 3:Catena dubla astfel rezultata se desface din nou, ADN-ul sursa revine la starea initiala (catena dubla) iar ARN-ul „mesager” paraseste nucleu celulei si intra in citoplasma unde este capturat de RIBOZOMI, care faciliteaza intalnirea cu o molecula pereche numita ARN de transport.
– pasul 4: ARN -ul de transport se alipeste ARN-ului mesager in grupuri de cate 3 „litere”, aducand cu sine si aminoacidul corespunzator grupului de 3 litere. Dupa alipirea a 2 aminoacizi consecutivi, ARN -ul de transport se desprinde si pleaca pentru a relua procesul de cautare-transport.
Astfel rezulta proteina tinta. Iar pasii decrisi se petrec simultan intr-o celula cu 30-40 de gene, rezultand simultan proteinele corespunzatoare.

Rezumand, ARN-ul este o „ciorna” de lucru a ADN-ului, care poate parasi nucleul pentru a intra in procesul de dezvoltare a organismului gazda. ADN-ul nu paraseste niciodata nucleul celulei, nu intra direct in procesul de dezvoltare, el ramane in seif ca un etalon pretios.
Subliniez inca o data ca procesul se desfasoara nu datorita unei inteligente microscopice ci a unor proprietati spatiale ale moleculelor, ca intr-un imens joc Lego. Iar proprietatile spatiale ale moleculelor sunt generate de structura atomilor component, structura atomilor este generata de proprietatile particulelor subatomice – si iata legatura cu MECANICA CUANTICA !
Ca tot am pomenit de LEGO: informatia din ADN este data de proprietatile spatiale ale moleculelor implicate si de ORDINEA acestora. Exact ca si la LEGO: primesti un set de caramizi din care poti construi mai multe figuri diferite, depinde in ce ordine folosesti caramizile disponibile !

In partea a 4-a sunt mentionate cateva din anomaliile genetice umane si progresele facute in identificarea si tratarea lor. Procesul fiind atat de complex, poate fi influentat in diverse faze de anumiti factori de mediu, rezultand abateri de la standard. Consecintele pot varia de la 0 pana la esuarea proiectului

Posted 3 noiembrie 2010 by Liviutz in Stiinta

Tagged with , , , , ,

Codul vietii (1 si 2)   Leave a comment

Iata inca un serial tradus de cei de la Scientia.ro, serie care descrie diversitatea uluitoare a vietuitoarelor trecute si prezente, fiecare cu propriul proiectant – ADN-ul.
Puteti trece mai repede peste mise-en-scene cu cei 3 oameni de stiinta care discuta subiecte stiintifice, mergand la partea in care aflam ca impartim acelasi arbore al vietii cu toate fiintele care au existat vreodata pe Terra. Avem 50% aceleasi gene ca si conopida (se explica de ce sunt unii „varza” :-)), 75% gene comune cu o soparla, 85% gene comune cu soarecele, 98% gene comune cu maimutele antropoide !
Pana in prezent nu s-a descoperit un alt arbore al vietii, posibil pentru ca nici nu am cautat unde trebuie, ci numai in locuri care permit existenta vietii in forma pe care o cunoastem.

In partea a doua a serialului aflam mai multe despre ADN. De retinut ca ADNul ca molecula care se autocopiaza a aparut inaintea celulei asa cum o cunoastem astazi (o sa mai revin la subiect).
Diferitele vietuitoare au ADN-ul repartizat in mai multe sau mai putine perechi de cromozomi (jumatate de la tata, jumatate de la mama) – numarul perechilor nefiind semnificativ in conditiile in care volumul informatiei genetice este asemanatoare la toate speciile.
Un cromozom este o molecula uriasa de ADN, care se prezinta ca o spirala dubla (destinsa sau foarte impachetata in functie de necesitati) avand ca trepte cele 4 baze azotate. Succesiunea celor 3 miliarde de baze azotate constituie formula care descrie o fiinta umana – iar recent codul genetic uman a fost citit in intregime. Asta nu inseamna ca se cunoaste semnificatia fiecarei „litere” – dar momentul acela nu este departe ! Va fi acela sfarsitul selectiei naturale si inceputul selectiei dirijate ? Eu unul n-am nicio indoiala ca asa va fi !

Posted 2 noiembrie 2010 by Liviutz in Stiinta

Tagged with , , , ,