Előfizetés a lapra

Friss cikkek

2019/01/03

A peptidek szerkezetének nyomában

A hét kutatója, fehérje, interjú, kémia

Az élő szervezetekben a több ezernyi aminosavból felépülő fehérjék számtalan feladatot láthatnak el a szövetek felépítésétől a folyamatokat katalizáló enzimekig. A rövidebb aminosavláncok, a peptidek első látásra kevésbé tűnnek érdekesnek, holott valójában ezek is esszenciálisan szükségesek a sejtek megfelelő működéséhez. Beke-Somfai Tamás, a Magyar Tudományos Akadémia Anyag- és Környezetkémiai Intézetében működő Biomolekuláris Önrendeződés Kutatócsoport vezetője főként e molekulákkal foglalkozik. Kutatásai hozzájárulhatnak megannyi betegség jobb megértéséhez, illetve új típusú antibiotikumok kifejlesztéséhez is.

– Hogyan jutott el érdeklődése a peptidek kémiájáig?

– Hat évesen eldöntöttem, hogy két Nobel-díjat szeretnék kapni, mindkettőt biokémiai témában: az egyiket az AIDS, a másikat a rák gyógymódjának felfedezéséért. Ez akkoriban teljesen reális célnak tűnt, és ennek érdekében haladtam végig az iskolákon, és közelítettem a molekuláris biológia felé. A biológia és a kémia között végül is az döntött, hogy a biológia felvételi előtt elestem a biciklivel, és összetörtem a kulcscsontomat. Egyébként is azt gondoltam akkor, hogy a kémiában kevesebbet kell tanulni (ez a véleményem aztán később megváltozott), és a matek mindig is jól ment. A biológiai érdeklődésem már szinte automatikusan a fehérjék és a szerkezeti kémia felé terelt, hiszen a proteinek funkcióinak sokfélesége lenyűgözött.

– Miért foglalkozik manapság inkább aminosav-oligomerekkel a nagy és bonyolult fehérjék helyett?

– Ennek kezdetben főként technikai okai voltak, ugyanis azokat a fehérjéket, amelyek engem igazán érdekeltek volna, nagyon nehéz volt előállítani. Emellett egyre inkább kezdtek foglalkoztatni a sejtmembránnal összefüggő makromolekulák, és ezek közül a membránaktív peptidek, azok, amelyek igazán nagy szerkezeti változatossággal rendelkeznek. Ezek attól függően alakítják a szerkezetüket, hogy éppen milyen lipid-kettősréteggel találkoznak.

– Mit jelent pontosan a membránaktivitás?

– E peptidek aminosav-szekvenciája tartalmaz hidrofób – víztaszító – és hidrofil – vízoldható – elemeket is, ezért vizes oldatban automatikusan hozzákötődnek a lipidmolekulákhoz, és megfelelő alakba rendeződnek. Itt azonban nem arról a folyamatról van szó, mint a magasabb szintű térszerkezetet felvevő fehérjék esetében, ahol a molekula önmaga rendeződik bizonyos alakba. Mi ugyanis azon folyamatok iránt érdeklődünk, amikor a peptid más molekulákkal – például fehérjékkel, lipidekkel – kölcsönhatva rendeződik el.

Egy antimikrobiális peptid, a CM15, amint egy szerves kismolekula helikális konformációba kényszeríti. A képhez kapcsolódó publikació az RSC Advances-ben jelent meg 2017-ben.

– E molekulák milyen funkciókat látnak el a sejtekben?

– Néhány ilyen peptid részt vesz az antimikrobiális, illetve a tumorellenes folyamatokban is, amelyeket ma még nem teljesen értünk. E molekulák például a célsejt membránjához kapcsolódva lyukat képezhetnek rajta, amelynek hatására a lízis során a sejt alkotóelemei kiáramlanak a membránon keresztül. Ezt a funkciót kihasználva és némileg változtatva rajta, bejuttathatunk a sejtbe peptidhez kapcsolt molekulákat, például gyógyszerhatóanyagokat is.

Mi tehát nem elsősorban anti-mikrobiális vagy rákellenes vegyületeket igyekszünk előállítani, hanem azt a mechanizmust próbáljuk minél teljesebben megérteni, ahogy a peptidek kölcsönhatnak a membránnal. Vannak például peptidek, amelyek az emlősök viszonylag egyszerű sejtmembránjához nem kötődnek jól, ellenben a baktériumok erősen negatív töltésű külső membránja vonzza őket. A peptidek aminosav-szekvenciáját változtatva befolyásolni tudjuk ezt a kötődést.

– Hogyan befolyásolja e molekulák térszerkezetét a lipidmembrán?

– Amikor az aminosav-oligomerek vizes oldatban úszkálnak, általában rendezetlen szerkezetűek. Ha kapcsolatba lépnek a membránnal, a jól ismert térszerkezetek valamelyikét (tehát ?-hélixet, ?-redőt és így tovább) veszik fel, vagyis jelentős konformációváltozáson mennek át. Ekkor aktivizálódik a funkciójuk. Hogy ezek a változások automatikusan, külső energiabefektetés nélkül mennek-e végbe, vagy nem, az jó kérdés. A modellmembránok vizsgálata alapján úgy tűnik, hogy ezek a folyamatok spontán végbemennek.

Csakhogy a modellek steril környezetnek tekinthetők, amelyek nélkülözik az élő szervezetek valós miliőjének rengeteg komponensét. Nincs ott az a „húsleves”, amely az élő szervezetben adott. Ezt a problémát kiküszöbölendő kezdtünk olyan vezikulákkal, membránhólyagokkal foglalkozni, amelyeket például a vörösvértestek fűznek le saját membránjukból, hogy beléjük csomagolva az elöregedett hemoglobinmolekulákat elküldjék a májba lebontani. Ezek membránja ugyanis tökéletesen megfelel a sejtek tényleges hártyájának.

– Mindezek a mechanizmusok milyen folyamatokban vesznek részt a szervezetben?

– Például az antibiotikumoknak ellenálló baktériumok, illetve a gyógyszerrezisztens tumorok mechanizmusrendszere több ponton hasonló alapokon nyugszik. Az Egészségügyi Világszervezet jelentéseiből nyilvánvaló, hogy a rendelkezésünkre álló antibiotikumokkal szemben már milyen aggasztó mértékű ellenálló képességet fejlesztettek ki a baktériumok, új hatóanyagok azonban már nagyon régen nem kerültek a piacra. Az antimikrobiális hatású peptidek viszont évmilliók óta jelen vannak az élős szervezetekben, bár érdekes módon aktivitásuk jóval alacsonyabb, mint a legtöbb antibiotikumé. A hosszú együttélés ellenére a kórokozó baktériumoknak mindeddig nem sikerült ellenük rezisztenciát kifejleszteniük. Felmerül hát annak a lehetősége, hogy ezeket a peptideket vagy működési mechanizmusukat felhasználva új típusú baktériumellenes vegyületeket fejlesszünk ki a jövőben.

– A természetes peptidek mellett az ön kutatócsoportja az úgynevezett foldamer vagy nem természetes peptideket is kutatja. Milyen szempontból nem természetesek ezek?

– A foldamer peptidek nem természetes aminosavakból épülnek fel – például azért, mert aminosavanként eggyel több metiléncsoportot tartalmaznak a szénláncukban. Ennek ellenére nagyjából két évtizede kimutatták róluk, hogy ugyanúgy térszerkezetek sokaságát képesek létrehozni, mint a természetes peptidek – bár ezek a megszokottól eltérők lesznek, hiszen más az építőkő is. Minket azért érdekelnek, mert sokukról kimutatták, hogy erős biológiai aktivitással rendelkeznek, vannak közöttük baktérium-, HIV- és gombaellenes vegyületek is. De e molekulák membránaktivitása mind a mai napig fehér foltot képez ismereteinken, és azon foldamer peptidek kifejlesztése is várat magára, amelyek egyszerre mutatnak vízben és zsírban oldódó tulajdonságokat (ezáltal pedig aktívan képesek kölcsönhatni a lipid membránokkal). Ahhoz, hogy nem természetes aminosavakból felépülő antimikrobiális peptideket tervezzünk, meg kell értenünk először, hogy ezek hogyan rendeződnek a lipid-kettősrétegben. Hogyan tudjuk elérni, hogy a nekünk megfelelő módon szerveződjenek, adott esetben átjussanak a membránon.

– Hogyan kapcsolódnak kutatásaik az Alzheimer-kór mögött rejlő mechanizmusok jobb megértéséhez?

– A membránhoz kapcsolt oligomerek egyes térszerkezeti elemei – konkrétan a nyújtott ?-redők – nagyon hasonlatosak az Alzheimer-kórt okozó amiloidrostok szerkezetéhez. Így ha az utóbbi működését akarjuk megérteni, hasznos lehet, ha az előbbi működését vizsgáljuk. Hiszen a térszerkezeti hasonlóságaik miatt tulajdonságaik, viselkedésük nagyon hasonló. Tehát az általunk vizsgált foldamer peptidek az amiloidszálak modelljeként használhatók.

MOLNÁR CSABA

2018/12/17

A fehérjekutatók betanított segédje

A hét kutatója, bioinformatika, biológia, fehérje, informatika, interjú

Az ELTE PIT Bioinformatikai Csoportjának kutatói készítették el a SECLAF nevű fehérjeosztályozó eszközt, mely több mint 99 százalékos találati pontossággal osztályozza a fehérjeszekvenciákat. Ez azért szükséges, mert a szoftver az adatbázisok ismert funkciójú fehérjéit alapul véve betanítható arra, hogy a fehérjék aminosav-sorrendje alapján felismerje azok funkcióit; az ily módon betanított eszköz ezután a szekvencia alapján már az ismeretlen funkciójú fehérjéket is be tudja sorolni az ismert funkcionális osztályokba. Grolmusz Vince professzor és Szalkai Balázs doktorjelölt a tekintélyes Bioinformatics 2018. február 27-ei számában tették elérhetővé a webszervert, illetve a letölthető programot.

2018/12/17

Középkori nanotechnológia

A hét kutatója, ásványtan, interjú, kémia, középkor, nanotechnológia

Weiszburg Tamás – az ELTE Ásványtani Tanszék vezetője – Gherdán Katalin adjunktussal és egy kutatócsapattal különleges kutatást folytatott a középkori aranyhímzésekről. A kutatásról nemrég jelent meg egy cikk az Analytical Chemistry-ben, újszerűsége és az általuk kialakított kutatási protokoll miatt azóta is kérnek kiegészítő információkat tőlük. A műszeres analitikai vizsgálat során arra keresték a választ, hogy mintegy nyolcszáz évvel ezelőtt hogyan voltak képesek akár hetven nanométeres aranybevonatot készíteni egy párszáz mikrométeres ezüstszalagra.

2018/12/14

Fizika, a gondolkodás magasabb szintje

A hét kutatója, fizika, interjú

Már iskolás korában kiemelkedő eredményeket ért el a matematika és fizika versenyeken. Mindig is érdekelték a természet jelenségei, az őt körülvevő környezet változásai és imádott kísérletezni. Egyszerre felvételizett a Zene­művészeti Főiskolára és a fizika szakra, amire még a gimnáziumi fizikatanárnője buzdította. Végül fizikus lett, ma pedig a Wigner Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézetének igazgatója és kutatója. Lapunk e heti számában Czitrovszky Aladárral beszélgettem a fizika fontosságáról és jövőjéről.

2018/12/14

Demográfiai múlt és jövő

A hét kutatója, demográfia, interjú, társadalomtudomány

Váralljai Csocsán Jenő, a Magyar monarchia és az európai reneszánsz című könyv szerzője 1931-ben született, ötgyermekes görög-katolikus család első gyermekeként. Az igazságos jövedelemelosztásról írt doktori értekezésében értékelméletet dolgozott ki, majd eljutott Görögországba, ahol a hellén és bizánci kultúrát tanulmányozta. 1966-ban szentelték görög-katolikus pappá. Ugyanebben az évben került az Oxfordi Egyetemre, ahol a nemzeti jövedelemről és a népesedésről végzett kutatásokat. A Pázmány Péter Katolikus Egyetem újrainduló Bölcsészeti Karára azért hívták, hogy megszervezze a Társadalomtudományi Intézetet.

2018/11/28

Harminc hektárnyi sokszínűség

A hét kutatója, állatkert, állatorvos, interjú, Nyíregyháza

Papp Endre a Nyíregyházi Állatkert közelében nevelkedett, majd állatorvosi pályára lépett. Jelenleg a Nyíregyházi Állatpark (Sóstó ZOO) állatorvosa és igazgatóhelyettese. Az állatkert 30 hektáros területén mindig akadnak feladatok és színes programok, melyek gyermekek ezreit csábítják a legkülönlegesebb állatfajok megcsodálására. Lapunk e heti számában többek közt ezekről is kérdeztem az állatorvost.

2018/11/28

Locsolócsővel az infrahangok nyomában

A hét kutatója, fizika, infrahang, interjú, szeizmológia

Alig több mint fél éve infrahangállomást telepítettek Piszkéstetőre. Nem csak ez az állomás, hanem az infrahang-kutatásának tudománya is elég fiatalnak tekinthető. Czanik Csenge szeizmológussal, az MTA CSFK GGI Kövesligethy Radó Szeizmológiai Obszervatórium munkatársával arról beszélgettünk, milyen új ismereteket lehet szerezni ezzel a módszerrel, illetve eszközzel, milyen lehetőségei vannak a témának itthon és a nagyvilágban. Az interjúból az is kiderül, hogy egy teljesen hétköznapi kerti locsolócső hogyan segítheti a tudományos kutatást.

2018/11/22

Klímaváltozás, járványok, fertőzések

A hét kutatója, epdemiológia, interjú, járvány, klíma, klímaváltozás

Sok területen vizsgálták már az éghajlatváltozás következményeit, de a fertőzések, járványok terjedése eddig kevesebb figyelmet kapott. Ezt a témát kutatja Csima Zoltán epidemiológus, a Semmelweis Egyetem ETK Epidemiológiai Tanszékének munkatársa. Vele beszélgettünk a kutatások módszereiről, a kapott eredmények és előrejelzések megbízhatóságáról, és kitértünk arra is, milyen teendői vannak a szakmának és nekünk, hétköznapi embereknek a veszélyek megelőzése és kezelése érdekében.

2018/11/22

MI és az agyunk

A hét kutatója, informatika, interjú, mesterséges intelligencia

A tavalyi Digitális Esélyegyenlőség Konferencia a mesterséges intelligencia (MI) lehetőségeiről és határairól szólt. Török Ágoston, az MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet (SZTAKI) tudományos munkatársa előadásában a mesterséges neurális hálót és az emberi agyat hasonlította össze. Számos kérdés merül fel e sokakat izgató témában, ezért a szakemberrel arról beszélgettünk, mi kell ahhoz, hogy a MI olyan legyen, mint mi és adott esetben veszélyes lehet-e ez ránk nézve.

2018/11/20

Kicsik és kütyük

A hét kutatója, etológia, gyerek, interjú, kütyü, OTKA, pszichológia

Már a kisiskolások kezében is ott az okostelefon vagy a tablet. A röviden csak kütyüknek nevezett eszközöket egyre fiatalabb kortól kezdik használni a gyerekek, sokan féltik is tőlük a kicsiket, de – meglepő módon – komoly tudományos vizsgálat nem készült ezek hatásairól. Eddig! Ezt a nagyon fontos kutatást végezték el az ELTE Etológiai Tanszékén. A program vezetőjével, Konok Veronikával, a tanszék tudományos munkatársával beszélgettünk az eredményekről és a projekt folytatásáról.