PROGRAM

5. listopadu 2014

Genetické příběhy

v Centru Mendelianum

(Mendelianum MZM, Muzejní 2)

9-12 h

Nobelovy ceny v genetických příbězích

(Prof. E. Matalová)

13-17 h

Středa s J. G. Mendelem

(Dr. A. Matalová)

PROGRAM

6. listopadu 2014

Proč nám něco voní a něco ne

(Ústav živočišné fyziologie a genetiky

AV ČR, v.v.i., Veveří 97)

9-12 h

Čichový epitel, jeho organizace

a funkce

(Mgr. E. Janečková)

13-15 h

Výzkum tkání ve vědecké praxi

(Mgr. E. Janečková)

Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu
Jaroslav Doubek

 
Nobelovy ceny za fyziologii/medicínu – základní fakta

• mezinárodní ocenění spravované Nobelovou nadací, založenou v roce 1895,
• Alfred Nobel (21. 10. 1833 – 10. 12. 1896) ve své závěti rozhodl, že bude každoročně udělována
• cena za významné vědecké objevy, literární tvorbu a zásluhy o mír ve světě,
• ceny za fyziologii a medicínu uděluje Institut Karolinska, cena sestává z medaile, diplomu a finanční odměny,
• vyhlašována od roku 1901, některé roky ale udělena nebyla,
• může být udělena za jednu nebo dvě práce (objevy), ale nesmí být rozdělena mezi více než tři kandidáty,
• Nobelovy ceny nejsou udělovány posmrtně, v oblasti fyziologie a medicíny byl však akceptován případ, kdy k úmrtí došlo několik dní před vyhlášením ceny a výbor o úmrtí nevěděl (2011, Ralf M. Steinman),
• nominace se uzavírají 1. února a je v nich zahrnuto zhruba 250 kandidátů,
• stejnou osobu lze nominovat opakovaně, kandidáti jsou ale zveřejněni až po padesáti letech,
• právo předkládat návrhy na udělení ceny v oblasti fyziologie/medicíny mají členové Nobelova shromáždění (Karolinska Institutet) a další členové Nobelova výboru, předchozí laureáti Nobelovy ceny, členové lékařské skupiny Královské švédské akademie věd, univerzitní profesoři lékařských fakult (kromě Švédska také z Dánska, Finska, Norska a Islandu) a další osobnosti zvolené Nobelovým shromážděním,
• ceremonie probíhá na výročí Nobelovy smrti (10. prosince).

Zajímavosti – převaha mužů

Do letošního roku bylo za fyziologii/medicínu oceněno 207 osob, z nich jedenáct byly ženy:

1. Gerty Cori (1947, objev průběhu katalytické konverze glykogenu),
2. Rosalyn Yalow (1977, vývoj radioimunoanalýz peptidových hormonů),
3. Barbara McClintock (1983, objev mobilních genetických elementů),
4. Rita Levi-Montalcini (1986, objev růstových faktorů),
5. Gertrude B. Elion (1988, objev důležitých léčebných principů),
6. Christiane Nüsslein-Volhard (1995, objevy týkající se řízení časného embryonálního vývoje),
7. Linda B. Buck (objev odorantových receptorů a organizace čichového systému),
8. Françoise Barré-Sinoussi (2008, objev viru lidské imunodeficience),
9. Elisabeth H. Blackburn (2009, objev, jak jsou chromozomy chráněny telomerami a enzymu telomerázy),
10. Carol W. Greider (2009, objev, jak jsou chromozomy chráněny telomerami a enzymu telomerázy),
11. May Britt-Moser (2014, objev buněk, které v mozku vytvářejí systém určování polohy).

Další zajímavosti

• Rita Levi-Montalcini, která získala Nobelovu cenu v roce 1986, se dožila 103 let (1909-2012),
• nejmladším oceněným v oblasti fyziologie/medicíny byl Frederick G. Banting, který v roce 1923 získal Nobelovu cenu ve 32 letech za objev inzulinu,
• nejstarší laureát byl Peyton Rous, který ve svých 87 letech obdržel cenu za objev virů indukujících nádory (1966),
• Gerty Cori, rozená Radnitz, pocházela z Prahy, stejně jako její manžel C. F. Cori, také nositel Nobelovy ceny,
• Coriovi jsou jedním ze dvou manželských párů oceněných Nobelovou cenou – druhým jsou v letošním roce manželé Moserovi,
• v oblasti fyziologie/medicíny dosud nikdo nezískal Nobelovu cenu vícekrát, vícenásobnými laureáty jsou: John Bardeen (Fyzika 1956, Fyzika 1972), Frederick Sanger (Chemie 1958, Chemie 1980), Marie Curie (Fyzika 1903, Chemie 1911), Linus Carl Pauling (Chemie 1954, Mír 1962),
• jeden z laureátů ve fyziologii/medicíně musel odmítnout Nobelovu cenu, a to Gerhard Domagk v roce 1939 (za objev antibakteriálního efektu prontosilu) na příkaz Adolfa Hitlera.

Více informací lze získat např. na http://nobelprize.org

Nobelovy ceny ve 3. tisíciletí

Eva Matalová

2011

objevy klíčových regulátorů buněčného cyklu

L. Hartwell - USA, P. Nurse - UK, T. Hunt – UK

K dělení buněk dochází v buněčném cyklu, do kterého buňky vstupují z klidové (G0) fáze. V první fázi buněčného cyklu (G1) buňka zvětšuje svůj objem, pak podstupuje syntézu DNA (S), připravuje se na dělení (G2) a projde mitózou (M).

Základní přehled fází buněčného cyklu

Jak je tento mechanismus řízen?

V buněčném cyklu musí být zajištěna správná souslednost kroků, ale také zpětná kontrola jejich provedení. Proto se mezi kroky G1/S a G2/M vyskytují tzv. kontrolní body. Kontrola spočívá v kontrole připravenosti na mitózu a kontrole správnosti replikace. Pokud dojde k chybám, buněčný cyklus se v kontrolním bodě zastaví a nastupují reparační mechanismy. Jsou-li poškození neopravitelná, buňka podstupuje buněčnou smrt (apoptózu). Tato kontrola je nesmírně důležitá, pokud se např. přes kontrolní bod pustí buňka „s chybami“, může dojít k nádorovým transformacím.

Schéma interakcí cyklinů a cyklin-dependentních kináz (CDK) při řízení buněčného cyklu

A kdo k objasnění řízení buněčného cyklu přispěl a zasloužil si Nobelovu cenu?

Leland Hartwell

Hartwell použil buňku kvasinky a objevil geny zodpovědné za řízení buněčného cyklu (CDC-genes – cell division cycle genes). Tyto geny se uplatňují v kontrolních bodech buněčného cyklu G1 a G2/S.

Paul Nurse

Nurse identifikoval klíčový regulátor buněčného cyklu u kvasinek – gen cdc2 a izoloval odpovídající gen také u lidských buněk – CDK1. Tento gen kóduje protein, který je členem rodiny cyklin - dependentních kináz (CDK), tedy enzymů schopných fosforylovat proteiny a řídit tak jejich funkčnost (inhibice, aktivace).

Tim Hunt

Hunt objevil cykliny a pojmenoval je podle jejich charakteristické změny množství v různých fázích buněčného cyklu. Množství CDK molekul je během cyklu stejné, jejich aktivita je však výrazně měněna působením cyklinů. Periodická syntéza a degradace cyklinů během buněčného cyklu je tedy klíčovým regulačním mechanismem podílejícím se na buněčné proliferaci.

2002

objevy týkající se genetické podstaty řízení embryonálního vývoje a uplatnění programované smrti buněk

S. Brenner - USA, R. Horvitz - USA, John Sulston - UK

Embryonální (resp. prenatální) vývoj je provázen masivním dělením buněk. Vždyť z jedné zygoty vzniká celý organismus! Aby se všechny orgány založily a vyvíjely, jak mají, je nezbytná přísná molekulární kontrola. K mnohonásobnému buněčnému dělení navíc dochází i v postnatálním vývoji a také u dospělého organismu při obnově tkání.

Dvě základní cesty buněčné smrti – nekróza („patologická smrt“) a apoptóza („fyziologická“ programovaná smrt).

Jak je balancován tento vysoký nárůst buněk a jak je řízen vývoj (morfogeneze) jednotlivých orgánů?

Ideálním modelem pro zodpovězení těchto otázek je hlístice Caenorhabditis elegans. Tělo tohoto asi 1 mm velkého tvora totiž sestává z přesně daného počtu buněk (959), jehož je docíleno přesně řízeným buněčným dělením a likvidací určitých buněk.

Kdo tento model zavedl, kdo s ním dále pracoval a na co přišel?

Sydney Brenner

Brenner použil hlístici jako model výzkumu vývoje orgánů a programované smrti buněk.

Robert Horvitz

Horvitz využil tento model pro výzkum genetického programu řídícího buněčnou smrt, identifikoval první „geny buněčné smrti“, označené jako ced-3 a ced-4 a ukázal, že jsou nezbytné pro její průběh. Následně objevil také gen zabraňující buněčné smrti – ced-9. Obdobné geny byly později nalezeny také u člověka.

John Sulston

Sulston pak vyvinul techniku studia buněčných linií u C. elegans a potvrdil přesné řízení buněčné smrti.

Deregulace programované buněčné smrti vede k řadě závažných onemocnění. Smrt buněk, které by měly přežívat, se podílí na neurodegenerativních onemocněních, jako jsou Alzheimerova nebo Parkinsonova choroba. Likvidace pomocných T-lymfocytů po invazi viru HIV provází AIDS. Na druhou stranu vede nežádoucí přežívání buněk k nádorovým, ale také autoimunitním onemocněním.

2003

objevy týkající se zobrazování s využitím magnetické

rezonance

P. Lauterbur - USA, P. Mansfield - UK

Detailní vyšetření orgánů neinvazivní metodou je vždy vítanou cestou v medicíně. Princip magnetické rezonance (MRI) byl popsán již v polovině 20. století, kdy byla ukázána možnost zobrazení různých struktur s využitím této metody.

Lze ale tuto metodu využít i v lékařství?

Paul Lauterbur a Peter Mansfield prokázali, že ano.

Schematické znázornění principu magnetické rezonance

Jak na to přišli?

Paul Lauterbur objevil, že vytvořením gradientu magnetického pole lze dosáhnout dvourozměrného zobrazení struktur. Voda je součástí každé buňky, každá tkáň má však odlišný obsah vody. Silné magnetické pole ovlivňuje pohyb vodíkových atomů v molekulách vody a dokáže je srovnat jedním směrem. Elektromagnetický signál vychýlí směr magnetického momentu jádra vodíku a detekční přístroj tyto změny zaznamenává.

Peter Mansfield ukázal, že gradienty magnetického pole dávají signály, které mohou být rychle a efektivně analyzovány a převedeny v zobrazení. MR vlastně dokáže vytvořit trojrozměrný obraz vnitřních struktur bez fyzického kontaktu. Zobrazování s využitím magnetické rezonance umožňuje včasnou diagnostiku, ale také sledování průběhu nemocí a účinnosti terapie, přesnější chirurgický zákrok nebo cílení nádorové radioterapie. MRI nahradila řadu invazivních metod, výrazně snížila riziko komplikací vyšetřovaných pacientů a zvýšila jejich komfort.

2004

objevy receptorů pro odoranty a organizace čichového systému

R. Axel – USA, L. Buck – USA

Čich patří k evolučně nejstarším smyslům a představuje dálkovou chemorecepci. Zvířata používají čich k vyhledávání potravy, partnera i ke komunikaci. Přestože čich u člověka není nepostradatelným smyslem, dokáže rozlišit asi 10 000 různých vůní a pachů.

Jak toto rozlišení funguje?

Receptory čichu jsou primární smyslové buňky, jedná se tedy přímo o neurony. Čichová sliznice je jediným místem těla, kde jsou neurony v přímém styku s vnějším prostředím. K rozlišení dochází na několika úrovních. První je úroveň čichových receptorů (buněk). Druhé rozlišení pak probíhá v čichových glomerulech, kde se scházejí nervová vlákna z více receptorů. Finální čichový vjem je vytvořen v centrální nervové soustavě (čichová kůra, amygdala atd.), kde se dále kombinuje s dalšími vjemy např. chutí a může dojít k vytvoření „čichové paměti“ (spojení čichového vjemu se zážitkem nebo událostí).

Jak tedy organizace čichového systému vypadá a kdo na to přišel?

Richard Axel a Linda Buck studovali receptorové čichové buňky a popsali geny, které kódují specifickou rodinu receptorů – receptory vázající odoranty. Tyto receptory jsou lokalizovány na buněčných membránách nervových receptorových buněk a jejich proteinové řetězce se liší v několika aminokyselinách, což umožňuje první rozlišení vůní. Po vazbě chemické látky (odorantu) na tento receptor dojde k přenosu signálu přes membránově vázané G-proteiny a elektrický signál vytvořený v receptorových buňkách je přenášen čichovými nervovými drahami do mozku.

Základní princip organizace čichového epitelu a rozlišení vůní na principu ligand (odorant) a receptor

2005

objev bakterie Helicobacter pylori a její role při zánětech

a vředových onemocněních žaludku

B. J. Marshall - Austrálie, J. R. Warren – Austrálie

V uspěchané společnosti západních zemí byla vředová onemocnění žaludku dlouho připisována životnímu stylu. Stres, nadbytek kyseliny chlorovodíkové v žaludku a další faktory byly brány jako příčina těchto nepříjemných stavů. Léčba se tedy zaměřovala především na eliminaci projevů/symptomů.

Nebo tato onemocnění mají jinou příčinu a dají se účinně léčit?

Odpověď přinesl objev bakterie Helicobacter pylori. Zánětová a vředová onemocnění žaludku lze trvale vyléčit, protože jsou bakteriálního původu.

Kdo na to přišel?

Barry J. Marshall a J. Robin Warren ukázali, že Helicobacter pylori je v lidské populaci běžná bakterie, ale pouze asi u 10–15 % lidí jde o infekci symptomatickou. H. pylori byl izolován v roce 1982 na základě rozsáhlého studia vzorků pacientů podstupujících gastroskopii, což umožnilo korelaci výskytu této bakterie s vředovými onemocněními trávicího traktu. H. pylori kolonizuje žaludeční mukózu člověka, kde produkuje enzym, který neutralizuje žaludeční kyseliny a umožňuje tak jeho přežití. Zánět a následné krvácení jsou hlavními symptomy, ale může dojít až ke vznikunádorů. Imunitní odpovědi organismu se bakterie brání například vylučováním toxinu, který zabíjí T-lymfocyty. V současnosti se pátrá po možné bakteriální spoluúčasti u dalších chronických zánětlivých onemocnění (např. revmatických zánětů).

2006

objevy RNA interference - umlčování genů dvouřetězcovou RNA

A. Fire - USA, C. Mello - USA

Geneticky modifikované organismy jsou známy a využívány několik desetiletí. Modifikace však znamenají zásahy do centrální databáze – genetické informace v podobě DNA. Bylo by možné ovlivnit vyjádření genetické informace bez zásahu do DNA na úrovni exprese genů?

Jak vlastně genová exprese probíhá?

Genová exprese zahrnuje transkripci (přepis) informace z DNA do RNA a poté translaci (překlad) z jazyka nukleových kyselin do jazyka proteinů na ribozomech.

Šlo by zasáhnout na úrovni RNA a DNA nechat „intaktní“?

Andrew Fire a Craig Mello ukázali, že ano a objevili, že základním mechanismem řídícím tok genetické informace je dvouřetězcová RNA.

Jak na to přišli?

Jejich klíčový experiment představoval injekci RNA různých genů, a to jak jednořetězcové, tak dvouřetezcové. Zatímco jednořetězcová RNA neměla žádný vliv, dvouřetězcová RNA vedla k fenotypu odpovídajícímu vyřazení daného genu na úrovni DNA. Tím bylo prokázáno, že dvouřetězcová RNA eliminuje cílovou mRNA.

K RNA interferenci (RNAi) dochází v každém typu buňky u živočichů i rostlin. Dvouřetězcová RNA (dsRNA) se váže k proteinovému komplexu Dicer, který štěpí dsRNA na malé kousky. Jeden z řetězců RNA reaguje s dalším proteinovým komplexem RISC a váže se na mRNA (mechanismus párování bazí). mRNA je poté rozštěpena a nemůže dojít k syntéze odpovídajícího proteinu. RNA interference se mohou stát slibnou cestou pro řadu terapií, protože umožňují „umlčení genů“ bez riskantních zásahů do genomu.

Princip „umlčování“ genetické informace na úrovni RNA

2007

objevy principů specifických genových modifikací u myší s využitím embryonálních kmenových buněk

M. Capecchi - USA, M. J. Evans - UK, O. Smithies - USA

Kmenová buňka je buňka, která je schopna sebeobnovy a má diferenciační potenciál. Sebeobnova je umožněna asymetrickým dělením, kdy jedna dceřiná buňka diferencuje, ale druhá zůstane kmenovou. Tento systém umožní, že nedojde k rychlému vyčerpání zásoby kmenových buněk. Podle počtu typů buněk, do kterých může kmenová buňka „dozrát“, se pak označuje jako totipotentní, pluripotentncí či multipotentní. Kmenové buňky jsou základem embryonálního vývoje a nezbytností pro obnovu orgánů a tkání a také lákavým cílem pro terapie.

Lze embryonální kmenové buňky využít pro cílené genové modifikace?

Sir Martin Evans, Mario Capecchi a Oliver Smithies ukázali, že ano a využili k tomu myší model.

Na co vlastně přišli a jak?

Sir Martin Evans izoloval embryonální kmenové buňky, v buněčné kultuře je s využitím virového vektoru geneticky modifikoval, injikoval tyto buňky do blastocysty, kterou zavedl do „náhradní“ matky pro vytvoření geneticky upraveného potomstva. Kultivované embryonální kmenové buňky tak byly využity pro vytvoření transgenních zvířat. Mario Capecchi a Oliver Smithies nezávisle použili metodu homologické rekombinace, která umožňuje obdobné modifikace embrya.

Znalosti týkající se biologie kmenových buněk a technologie tzv. genově modifikovaných myší umožňují rychlé pokroky v pochopení normálního embryonálního vývoje, souvisejících abnormalit a onemocnění, a také navržení účinných prevencí a terapií. Genom myší i člověka má obdobný počet genů a genetickou manipulací embryonálních kmenových buněk lze vytvářet i myší modely lidských onemocnění.

Implantace kmenových buněk a vznik chimérického potomstva

2008

objev lidského papilomaviru způsobujícího nádor děložního čípku a viru lidské imunodeficience H. zur Hausen – Německo, F. Barré-Sinoussi - Francie, L. Montagnier - Francie

Karcinom děložního čípku je u žen jedním z nejčastějších nádorových onemocnění. Výskyt tohoto onemocnění souvisí s papilomaviry, kterých je řada typů. Lidský papilomavirus patří mezi DNA viry a je běžně přítomný v populaci, aniž vyvolává nějaké symptomy. V kombinaci s různými rizikovými faktory však může dojít k rozvoji nádorového onemocnění a vytvoření karcinomu.

Kdo na tuto souvislost přišel a jak?

Harald zur Hausen nenalezl u těchto nádorů přímo viry, ale s využitím krátkých úseků DNA prokázal, že papilomavirové geny souvisejí s rozvojem nádorového onemocnění. Během desetiletí izoloval celou řadu virových částic, které se podílejí na více než polovině lidských karcinomů děložního čípku.

Lze proti HPV zasáhnout?

Z aktuálních vědeckých závěrů vycházejí metody pro včasnou diagnostiku a je na nich založena vakcinace výrazně omezující rozvoj tohoto nádorového onemocnění. Optimální věk pro očkování je před zahájením sexuální aktivity.

AIDS neboli syndrom získaného selhání imunity (Acquired Immune Deficiency Syndrome) způsobuje virus HIV (human immunodeficiency virus), který patří mezi retroviry. Přestože je nemoc známa již přes třicet let a jsou známy látky, které tlumí její průběh, dosud nebyl nalezen účinný lék.

Kdo přišel na to, že AIDS způsobuje HIV a jak?

Françoise Barré-Sinoussi a Luc Montagnier se domnívali, že AIDS způsobuje retrovirus, ale bylo obtížné vysvětlit, jak tento virus souvisí s různými klinickými příznaky této nemoci. HIV objevili v lymfatických uzlinách infikovaných pacientů, byl ve velké míře zastoupen v bílých krvinkách a způsoboval smrt jejich populací. V důsledku toho docházelo k rozvoji řady sekundárních onemocnění, které oslabený imunitní systém nezvládne. Propojením příčiny a důsledku, tedy HIV/AIDS bylo umožněno zahájit dlouhou cestu k efektivní terapii.

2009: objevy, jak jsou chromozomy chráněny telomerami a enzymu telomerázy E. H. Blackburn – USA, C. W. Greider – USA, J. W. Szostak – USA

Telomery (koncové úseky chromozomů) chrání kódující DNA před účinky endonukleáz. Protože se telomery při každé replikaci DNA zkracují, je jejich délka ukazatelem replikativního stárnutí buňky.

Umístění telomery na chromozomu a její zkracování během buněčného dělení

Jak byly telomery a jejich funkce objeveny?

Molekulární mechanismy související s telomerami byly studovány s využitím prvoků Tetrahymena. Tento organismus obsahuje krátké lineární chromozomy (minichromozomy) kódující zejména ribozomální RNA a byl proto vhodným modelem pro výzkum koncových úseků DNA. Na koncích chromozomů byly nalezeny opakující se hexamerové sekvence, které jsou druhově specifické.

U prvoků ale bylo také zjištěno, že jejich telomery se mohou prodlužovat.

Co to znamená?

Existuje enzym, který dokáže zkrácené telomery prodloužit!

Kdo ho našel?

Carol Greider, studentka pracující pod vedením E. Blackburn, objevila enzym telomerázu.

Později bylo prokázáno, že telomeráza je podstatou replikační nesmrtelnosti buněk. Kromě vysoké aktivity telomerázy v embryonálních buňkách a využití pro lákavou nesmrtelnost je druhou stranou mince její přítomnost v buňkách nádorových.

2010: rozvoj fertilizace in vitro

R. G. Edwards – Velká Británie

Zhoršování faktorů plodnosti v lidské populaci je stále častěji diskutované téma. Již před několika desetiletími se R. D. Edwards zabýval možností oplození lidského vajíčka mimo tělo matky, získání časného embrya a implantace zpět do dělohy.

V prvním kroku se zdařila fertilizace in vitro a došlo k vývoji časného embrya.

Lze však tento zárodek vrátit do těla matky a získat zdravé dítě? Odpověď zní: ANO!

Během posledních padesáti let byly odhaleny důležité principy reprodukce člověka a provedena první úspěšná oplození „ve zkumavce“. Mnohaletá práce byla věnována výzkumu maturace lidských oocytů, principům hormonálních regulací a vlastnímu procesu splynutí vajíčka a spermie. Toto úsilí bylo korunováno narozením prvního takto počatého dítěte v roce 1978. V následujících letech R. G. Edwards a jeho kolegové tuto technologii zdokonalovali a pomáhali s jejím rozšířením ve světě.

Počet in vitro počatých dětí se již počítá na miliony a zrodilo se nové odvětví medicíny. Přesto, že toto téma je stále v některých směrech kontroverzní, objevy R. G. Edwardse (UK) se staly milníkem v moderní reprodukční medicíně.

U matky (dárkyně vajíčka) je hormonálně stimulováno dozrávání vajíček ve vaječnících. Těsně před ovulací jsou vajíčka odebrána a umístěna do živného média v inkubátoru. Současně s odběrem vajíček jsou ejakulací partnera zajištěny spermie. K oplození může dojít řadou způsobů – od přidání spermií k vajíčku až po vstříknutí spermie mikroinjekcí přímo do vajíčka. V případě úspěchu vzniká zygota, která se dále rýhuje in vitro stejně, jako by k tomu docházelo in vivo. Po 3-5 dnech je časné embryo implantováno do dělohy matky. Těhotenství probíhá stejně jako v každém jiném případě.

Základní schéma asistované reprodukce

2011: objevy týkající se aktivace vrozené imunity a objevy týkající se dendritických buněk a jejich role v získané imunitě

Vrozená (nespecifická) imunita je první obrannou linií v imunitním systému pro zastavení invaze patogenů a zmírnění jejích následků spuštěním zánětové reakce. V případě prolomení této linie nastupuje adaptivní (získaná, specifická) imunita, kdy jsou aktivovány T-lymfocyty (buněčná imunita) a B-lymfocyty (protilátková, humorální imunita). Po úspěšné obraně si imunitní systém vytváří „paměť“ pro rychlý zásah v případě opakovaného útoku.

Na co přišli nobelovští laureáti?

B. Beutler a J. Hoffman objevili proteinové receptory, které umožňují rozeznání mikroorganismů (patogenů) a aktivaci vrozené imunity).

R. Steinman objevil, že dendritické buňky mají jedinečnou úlohu v aktivaci a regulaci získané imunity.

Kromě objasnění fyziologických mechanismů v imunitním systému tak objevy těchto vědců přispěly k rozvoji nových směrů prevence a terapie při infekčních, nádorových a zánětových onemocněních.

Vztah vrozené (nespecifické) a získané (specifické) imunity

2012 za objevy, že maturované buňky mohou být reprogramovány na pluripotentní 

J. B. Gurdon - UK, S. Yamanaka – Japonsko/USA

Somatické kmenové buňky jsou základem pro obnovu tkání v dospělém organismu. Kmenové buňky se dělí asymetricky, jedna dceřiná zůstává kmenovou, druhá diferencuje do daného buněčného typu. Somatické kmenové buňky jsou také lákavým zdrojem pro terapie s využitím kmenových buněk pacienta. Problémem je jejich nedostatečné množství pro terapie a jejich často nesnadná izolace.

Bylo by možné nastartovat opačný program a získat z diferencované buňky kmenovou?

Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPS) se získávají přeprogramováním již diferencovaných somatických buněk. Bylo prokázáno, že iPS buňky jsou schopny participovat na vývoji organismu. Jejich velkou výhodou z hlediska terapií je jejich pluripotentní kapacita a imunologická kompatibilita (dárce a příjemce je tentýž jedinec). Získání iPS je založeno na technologiích transdiferenciace již diferencovaných buněk do buněk kmenových.

Dokázal už někdo něco takového?

Derivace iPS se provádějí u řady živočišných druhů, od potkanů, přes prasata, až k primátům. Z iPS buněk již byly získány kardiomyocyty, inzulin produkující buňky, neurony, hepatocyty i fotoreceptory a dosavadní výsledky ukazují jejich potenciál i pro další využití.

John B. Gurdon objevil již v roce 1962, že specializace buněk může být reverzibilní. Tuto skutečnost prokázal zdánlivě jednoduchým experimentem, kdy vyměnil jádro vaječné buňky žáby za jádro diferencované buňky. Toto upravené vajíčko dalo vznik pulci a ukázalo, že genetický program diferencované buňky je stále využitelný pro vznik celého organismu.

Shinya Yamanaka navázal na experiment Gurdona o více než 40 let později a ukázal, že diferencovaná buňka myši může být indukcí pouze několika genů převedena na buňku kmenovou. Tyto buňky jsou navíc pluripotentní, dokáží tedy diferencovat do jakéhokoliv buněčného typu.

Schéma indukce somatických buněk (fibroblastů) do pluripotentních kmenových (iPS)

2013

James E. Rothman, Randy W. Schekman, Thomas C. Südhof objasnění mechanismů regulujících transport vezikul v buňkách

U buněk mnohobuněčného organismu dochází k neustálé výměně energie, látek a informací, ale k těmto tokům dochází i uvnitř buněk. Dopravení správné molekuly na správné místo ve správný čas je naprosto klíčové. Tento princip je mimo jiné základem regulací na úrovni systému nervového a endokrinního. Související poznatky mají zásadní význam pro funkce zdravého organismu a jejich defekty se podílejí na onemocněních (např. diabetes, některé formy epilepsie).

Jak jsou molekuly transportovány a kdo na to přišel?

James E. Rothman studoval živočišné buňky z hlediska mechanismu transportu látek a jejich exportu z buněk. Objevil proteinový komplex, který umožňuje pohyb vezikul (váčků) s látkou k cytoplazmatické membráně a jejich fúzi následovanou vyloučením látky do extracelulárního prostoru. Současně zjistil, že tento mechanismu je specifický a váček s danou částí membrány musí být komplementární (zámek-klíč).

Randy W. Schekman (University of California, Berkeley, USA) studoval v sedmdesátých letech genetické základy pro tvorbu vezikul v buňkách a její řízení. K experimentům používal buňky kvasinek s genetickým defektem, který vedl k poruše tvorby vezikul. Určením poškozených genů byly definovány tři skupiny genů, které řídí procesy určující, jak buňka vytváří transportní váčky a jak se tyto pohybují uvnitř buněk.

Thomas C. Südhof se zajímal o komunikaci nervových buněk. Navázal na poznatky, že neurotransmitery se na synapsích (spoje nervových buněk) vylučují z transportních váčků, které se otevírají pouze, je-li daná buňka aktivována v rámci nervové sítě.

Přesuny transportních váčků v buňkách a jejich specificit

2014

John O´Keefe, May-Britt Moser, Edvard I. Moser za objev buněk, které tvoří poziční systém mozku

Mozek dokáže řídit náš pohyb v prostoru a čase. Rozezná, kde jsme, navede, kam jdeme a kudy se tam dostaneme. Má tedy nějaký vnitřní GPS systém. Toto téma zajímalo už starověké myslitele a další vědce po celá staletí.

Jak tedy tento navigační systém funguje a kdo na to přišel?

John O'Keefe objevil už před 40 lety základy tohoto systému. Týkaly se části mozku s poetickým názvem hipokampus, který vznikl z morfologické podobnosti této struktury s mořským koníkem. O´Keefe zaznamenal, že určité části hipokampu se aktivují vždy, když se pokusná zvířata nacházejí v daném místě prostoru. O´Keefe došel k závěru, že tyto „poziční buňky“ vytvářejí prostorové mapy.

Na jeho práci navázali o dalších 30 let později manželé Moserovi. Ti prokázali další typ buněk, které vytvářejí koordinovaný systém, obdobu souřadnic u GPS. Tyto souřadnice umožňují přesnou lokalizaci pozice a navigaci při hledání cesty v prostoru.

Jaký je širší význam tohoto objevu?

Orientace v prostoru a cílený pohyb jsou základem naší existence. Buňky v mozku umožňují řadu procesů od určování vzdálenosti, přes cílený pohyb, po návrat do výchozí pozice.

Poruchy se projevují. např. u Alzheimerovy choroby, kdy pacienti nejsou schopni poznat okolí, orientovat se v prostoru a najít cestu do dané pozice (např. domů). Orientace v prostoru souvisí s dalšími kognitivními procesy, jako jsou paměť, myšlení a plánování.

Dva základní typy buněk zprostředkovávají vnitřní navigaci v mozku

Obrázky k této kapitole: Mgr. Eva Pláteníková

Genetické příběhy v Centru Mendelianum

Eva Matalová

Genetické příběhy jsou prezentovány na pozadí objevů oceněných Nobelovými cenami za fyziologii/medicínu.

Příběh 1: Cesta k rozluštění genetického kódu

Mendel byl první, kdo v roce 1865 správně objasnil, že existuje určitý genetický kód využívající informačních jednotek. Až další století však ukázalo, že genetický kód je uložen v jádře v podobě určitých nukleových látek. Později byly specifikovány chromozomy a jejich role v dědičnosti, za tyto objevy získal Nobelovu cenu v roce 1933 T. G. Morgan, který je znám svými pokusy s octomilkami. Kde přesně je genetický kód zapsán, ukázaly až analýzy nukleových kyselin v polovině 20. století a zejména objev struktury DNA v roce 1953. Watson, Crick a Wilkins, kteří za něj získali Nobelovu cenu v roce 1962, otevřeli éru molekulární biologie. Přispěli také k prolomení embarga na genetiku v tehdejším socialistickém Československu daném érou lysenkismu a dědičnosti získaných vlastností, což odporovalo Mendelovým objevům. Z dalších milníků je třeba zmínit objev transpozonů, nazývaných také skákající geny. Za objev těchto mobilních genetických elementů, které zřejmě hrají roli především v evoluci, získala v roce 1983 Nobelovu cenu Barbara McClintock. Pro rozluštění genetického kódu je v nobelovských oceněních přelomový rok 1968. V tomto roce získal R. W. Holley, H. G. Khorana a M. W. Nirenberg cenu za objasnění principu translace, tedy překladu z jazyka nukleových kyselin do jazyka proteinů.

Brzy se ukázalo, že se nepřekládá celý zápis z DNA, ale dochází k sestřihu. Během tohoto procesu se na úrovni RNA vyčleňují introny (nekódující sekvence) od exonů (kódujících sekvencí). Další výzvou na vědecké cestě k rozluštění a pochopení genetického kódu byla možnost čtení genomů, tedy písmen genetické abecedy. Objev restrikčních enzymů a jeho nobelovské ocenění v roce 1978 zahájilo éru klonování a sekvenování. Zásahy do genetického programu na mnoha úrovních jsou horkým tématem aktuální vědy. Poškození DNA vlivem rentgenového záření může vyvolávat nežádoucí mutace, cílené poškození DNA radiací je však důležitým nástrojem v terapii nádorů. Umlčování genů na úrovni RNA, stejně jako genové modifikace s využitím buněk mají obrovský potenciál pro výzkum a aplikace, na druhou stranu jsou diskutována rizika těchto postupů. Etické otázky a přístupy jsou nedílnou součástí vědecké práce.

Ve struktuře DNA je zapsána genetická informace mnohobuněčných organismů

Příběh 2: Od buňky k organismu

Lidský organismus vzniká z jedné buňky, zygoty, která se tvoří po splynutí mateřského vajíčka a otcovské spermie. S nárůstem reprodukčních problémů v lidské populaci je vítána možnost zahájení života s využitím asistované reprodukce. Za techniku in vitro fertilizace získal Nobelovu cenu v roce 2010 R. G. Edwards. Jak ale z jedné buňky (zygoty) dosáhnout 1014, což je odhad počtu buněk dospělého člověka? Mnohonásobné dělení musí být přísně řízeno, a to buněčným cyklem. Buněčný cyklus zahrnuje přípravné fáze, replikaci DNA a mitózu, tedy rozdělení buněk. Regulátory buněčného cyklu jsou molekuly zvané cykliny, které lze s nadsázkou přirovnat k řadicí páce auta. Pouze správné řazení umožní bezchybnou funkčnost motoru, který představují cyklin-dependentní kinázy. Brzdou jsou pak inhibiční proteiny. Tak buňka pozná, ve které fázi cyklu se nachází a co má dělat. Důležité jsou dva kontrolní body, ověřující připravenost na dělení a bezchybný průběh kopírování DNA. Pokud buňka nevyhoví kontrole, musí zaniknout.

Jak se ale vzniklé buňky organizují do tkání a orgánů? Za objev genetického řízení embryonálního vývoje byla udělena Nobelova cena v roce 1995. Její laureáti ukázali, že postupnou aktivací genů v určitých populacích buněk se zpřesňuje tělní plán. Důležitost mezibuněčné komunikace pro správný vývoj a funkce organismu ukázal již H. Spemann, který získal Nobelovu cenu v roce 1935. K principu vysílání buněčných signálů přispěla i práce nobelistů z roku 2013, kteří se věnovali transportním systémům buněk. Další otázkou bylo, jak se buňky v organismu poznají, resp. jak pozná imunitní systém, které buňky jsou naše a které cizí? Průkazem totožnosti je hlavní histokompatibilní systém, MHC, který rozpoznávají lymfocyty.

Při imunitní reakci pomáhají lymfocytům buňky prezentující antigeny, které spolu se svým průkazem totožnosti prezentují antigeny vetřelce. V této oblasti získali za svoji práci ocenění P. C. Doherty a R. M. Zinkernagel v roce 1996 nebo R. M. Steinman v roce 2011. Pro organismus je důležitý nejen počet buněk, ale také jejich specializace, kterou buňky získávají procesem diferenciace. Za objasnění principu fungování buněk čichového systém byla udělena Nobelova cena v roce 2004. A jak se na tkáně a orgány v akci podívat? Jednou z možností je magnetická rezonance, jejíž využití v medicíně bylo v roce 2003 oceněno Nobelovou medailí.

Zygota vzniklá splynutím pohlavních buněk dává vznik všem buňkám mnohobuněčného organismu

Příběh 3: Život, smrt a nesmrtelnost

Třetí genetický příběh seznamuje s životem, smrtí a nesmrtelností na úrovni buněk s dopadem na celý organismus. Životní cyklus buňky, který zahrnuje proliferaci, diferenciaci a plnění funkcí, končí programovanou smrtí nazývanou také apoptóza. Genetický program smrti zahrnuje geny a jejich produkty, které jsou v neaktivní formě stále přítomny v buňkách. Všechny buňky mnohobuněčného organismu jsou naprogramovány k sebedestrukci, je to jeden ze způsobů jak zajistit správné fungování celého organismu. Smrt buněk se uplatňuje již na začátku života, během embryogeneze, je totiž součástí vývoje orgánů. Za tyto objevy získali v roce 2002 Nobelovu cenu S. Brenner, H. R. Horvitz a J. E. Sulston. Jedním z důvodů buněčné smrti je zkrácení úseků telomer, které kryjí koncové úseky chromozomů. Při každé replikaci se tyto nekódující úseky zkracují. Jejich prodloužení umožňuje enzym telomeráza. Za objev tohoto enzymu a principu ochrany chromozomů telomerami byla udělena Nobelova cena v roce 2009. Telomeráza je lákavým nástrojem k nesmrtelnosti, která však není vždy výhodou. Telomerázu využívají embryonální buňky, ale také buňky nádorové. Tím se u nich vytváří teoreticky neomezený replikační potenciál a současně může dojít k narušení apoptotických drah. Nesmrtelnost nádorových buněk dále doplní možnost volného pohybu do dalších tkání a tím schopnost tvorby metastáz. Rezistence k buněčné smrti podporuje nejen nádorové bujení, ale také některá autoimunitní onemocnění a latentní infekci. Nadměrná apoptóza naopak provází neurodegenerativní choroby jako je Alzheimerova či Parkinsonova, ale také AIDS a některá cévní onemocnění. Možnost prodloužení života člověka, zejména aktivní fáze, byla vždy v centru jeho zájmu.

Regenerativní medicína nabízí stále nové postupy. Velké naděje jsou vkládány do terapií s využitím kmenových buněk. U těch bývá problematický zdroj, proto byla přivítána možnost přeprogramování somatických buněk do kmenových. Tato technika vytváří tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky z již plně diferencovaných a byla za ni udělena Nobelova cena v roce 2012. Velký zájem o vědeckou oblast regenerace, transplantací, terapie a prevence dokládá i řada dalších Nobelových cen. Kromě přirozeného stárnutí a smrti je život ohrožován také mikroorganismy a viry. Objevy týkající se interakce nádorových virů a buněk získaly Nobelovu cenu v roce 1975, za objev bakterie Helicobacter pylori v souvislosti se záněty a vředovými onemocněními žaludku byla udělena Nobelova cena v roce 2005 a objev lidského papiloma viru s objevem viru lidské imunodeficience byl oceněn v roce 2008.

Věda v akci na Masarykově onkologickém ústavu

Lenka Zdražilová Dubská

Masarykův onkologický ústav (MOÚ) v Brně je onkologickým centrem, kde jsou na jednom místě soustředěny všechny nezbytné medicínské obory pro zajištění komplexní onkologické léčby solidních nádorů u dospělých pacientů. Je dlouhodobě pacienty hodnocen jako nejlepší zdravotnické zařízení v ČR.

Masarykův onkologický ústav se nachází v Brně na Žlutém kopci severně od Mendlova náměstí, západně od hradu Špilberk. www.mou.cz

Na organizaci Vědy v akci 2014 se podílelo Oddělení laboratorní medicíny Masarykova onkologického ústavu.

Oddělení laboratorní medicíny

• poskytuje komplexní služby diagnostické a klinické laboratoře a laboratoře krevního skladu,
• integruje diagnostiku v centrálních laboratořích (klinická biochemie a hematologie) s imunohematologickými vyšetřeními, s běžnými i specializovanými testy pro stanovení nádorových markerů, s infekční sérologií, s analýzou průtokovou cytometrií pro imunologické a hematologické aplikace, ale také s molekulárními metodami prediktivní onkologie a molekulární mikrobiologie,
• soubor nabízených vyšetření je vytvořen a inovován podle požadavků zadavatelů (klinických lékařů a zdravotnických zařízení) a v souladu s kapacitními, přístrojovými a odbornými možnostmi laboratoře.

Věda v akci na Oddělení laboratorní medicíny MOÚ

Lenka Zdražilová Dubská

Praktická část je zaměřena na témata:

• co prozradí krevní obraz,
• jak fungují bílé krvinky,
• jaký je princip krevních skupin, jejich dědičnost a aplikace v transfuzní medicíně,
• co jsou nádorové markery.

Laboratorní nález je součástí skládanky, která umožní lékaři správně diagnostikovat onemocnění a úspěšně pacienta léčit.

Vyšetřovaný materiál v klinické laboratoři

Klinická laboratoř vyšetřuje nejrůznější typy biologického materiálu.

• materiál odvozený z krve vyšetřovaného (hematologická, biochemická, imunologická stanovení),
• moč,
• mozkomíšní mok,
• stolice,
• buňky vyšetřovaného (cytologická analýza),
• tkáně vyšetřovaného (histologická a histopatologická analýza)
• nebo v rámci cytologických vyšetření s jednotlivými buňkami
• výplašky (např. bronchoalveolární laváž),
• punktát (např. při vodnatelnosti - ascitu),
• otisky mízní uzliny apod.

Mikrobiologická laboratoř provádí kultivace patogenů z materiálu, ve kterém se předpokládá jejich výskyt, zejména krev, moč, stolice, stěry, výtěry, oplachy (např. umělých materiálů v těle – žilní vstupy, srdeční chlopně).

Vyšetření založená na nukleových kyselinách se provádějí z materiálu, v němž jsou přítomny buňky vyšetřovaného, nebo v případě extrahumánního genomu materiál, v němž je přítomna nukleová kyseliny patogena.

Krevní obraz

Krevní obraz představuje základní vyšetření krve, které poskytuje kvantitativní informace o buňkách bílé i červené krevní řady a krevních destičkách.

Krevní obraz je v dnešní době stanovován pomocí automatických analyzátorů z plné krve.

Krevní skupiny

Transfuzní medicína se zabývá především přípravou transfuzních přípravků a vyšetřením dárců a příjemců transfuzních přípravků neboli krevních derivátů.

Patří sem:

• erytrocytární přípravky, např. erytrocytární masa, erymasa
• deriváty krevní plazmy bez krvinek, např. čerstvá zmrazená plazma
• přípravky obsahující destičky, např. trombokoncentrát (trombonáplav)

Erymasy se podávají při akutní či chronické chudokrevnosti (anémii), plazma se podává především při krvácivých stavech (suplementace koagulačními faktory v ní obsaženými), trombokoncentráty se podávají pacientům ohroženým krvácením z nedostatku krevních destiček.

Při podání transfuzních přípravků se bere vždy v potaz výskyt protilátek proti podávaným krevním elementům u příjemce a výskyt protilátek dárce v transfuzním přípravku. V případě erytrocytárních přípravků se řeší v první řadě výskyt přirozených protilátek proti antigenům krevně skupinového systému AB0 u dárce. Dalším běžně vyšetřovaným krevně skupinovým antigenem je tzv. Rh faktor, daný přítomností nebo nepřítomností antigenu D.

Zatímco u systému AB0 se protilátky vyskytují přirozeně, tzn. bez předchozí imunizace AB0 antigeny, u Rh systému se jedná o protilátky imunitní. Ty se tvoří např. během těhotenství (u matky Rh-, pokud je plod Rh+) nebo při transfuzi krve (Rh+ krev do Rh- příjemce).

AB0 systém krevních skupin: Na membránách erytrocytů se nacházejí aglutinogeny, membránově vázané receptory. Ty jsou geneticky dány a podle jejich přítomnosti se skupiny označují jako A, B, AB a 0. Aglutininy jsou protilátky, které se vyskytují v krevní plazmě.

Nekompatibilita krevních skupin při transfuzi vede k aglutinační reakce, která může mít fatální důsledky.

Skupinu 0 lze považovat za univerzálního dárce a AB univerzálního příjemce. Nicméně v praxi humánní medicíny se používá úplná shoda.

Nádorové markery

Nádorovým markerem rozumíme substanci přítomnou v nádoru nebo produkovanou nádorem nebo hostitelem jako odpověď na přítomnost tumoru.

Tuto substanci lze využít k diferenciaci nádoru od zdravé tkáně nebo na základě analýzy tělesných tekutin uvažovat o přítomnosti tumoru.

Nádorové markery mohou být:

• solubilní,
• buněčné,
• založené na nukleových kyselinách.

Substanci lze měřit:

• kvalitativně,
• kvantitativně.

Použité metody jsou:

• chemické,
• molekulárně-biologické,
• imunologické.

Solubilní markery mají velký diagnostický význam, protože je lze detekovat v periferní krvi.

Patří sem:

• laktátdehydrogenáza – LD,
• neuron-specifická enoláza – NSE,
• prostatický specifický antigen – PSA,

• thymidinkináza,
• imunoglobuliny nebo jejich fragmenty či podjednotky (monoklonální imunoglobuliny, tzv. "paraproteiny"),
• hormony (např. lidský choriový gonadotropin - hCG, parathormon - PTH, adrenokortikotropin - ACTH, kalcitonin - CT, gastrin, prolaktin, noradrenalin, adrenalin),
• fragmenty komplexních glykoproteinů, (např. CA19-9, CA15-3, CA125),
• fragmenty cytokeratinů (TPA, TPS, CYFRA21-1),
• onkofetální antigeny,
• molekuly receptorové povahy (estrogenový a progesteronový receptor, receptor pro interleukin 2, HER2/neu) ,
• cirkulující buněčné elementy (cirkulující nádorové buňky, cirkulující endotelové buňky a cirkulující endotelové prekurzory).

Věda v akci na Ústavu živočišné fyziologie

a genetiky AV ČR, v.v.i.

Eva Matalová

Praktická část je zaměřena na témata:

• myš jako experimentální model,
• čichový epitel a další tkáně,
• zpracování histologických vzorků.

Myš jako model

Myš vs. člověk – zajímavosti:

• sekvenace myšího genomu ukončena 2002, lidského 2000,
• haploidní genom myši má 20 chromozomů, lidský 23,
• odhad počtu genů u myši je 23 786, u člověka 23 686 (není finální),
• počet párů bazí 3 000 Mb srovnatelný.

Myš – jaká je:

• hmotnost dospělce 20-40 g, poporodní hmotnost 0,5-1,5 g,
• délka života 2 (1-3) roky,
• pohlavní dospělost 5 týdnů,
• srdeční frekvence v klidu 300-800/min,
• respirační frekvence 100-200/min,
• teplota těla 36.5-38 °C,
• spotřeba vody na den 15 ml/100g/den,
• délka březosti 19 (18-21) dní,
• počet mláďat 6-12.

Myši v laboratoři:

• outbrední – např. C57BL, nejsou přesně geneticky charakterizovány,
• inbrední - jedinečný genotyp (20 násobné zpětné křížení, resp. bratr-sestra), např. C57BL/6NHsd
• Foundation colony (FC)
• Pedigreed expansion colony (PEC)
• Production colony (PC),
• hybridní – F1 generace dvou inbredních kmenů, např. B6D2F1/J (matka C57BL/6, otec DBA/2).

Laboratorní myš kmene CD1

Jak se podívat do tkání

Jednou z možností jsou histologické řezy, které se nejčastěji připravují následujícím postupem:

• fixace 4% paraformaldehydem
• umožňuje i dlouhodobé uchovávání odebrané tkáně,
• promytí a odvodnění tkáně
• zahrnuje vzestupnou etanolovou řadu (30% - 100%)
• doba promývání v jednotlivých koncentracích závisí na velikosti vzorku a pohybuje se od minut do hodin,
• zpracování v xylenu
• nebo jiných chemikáliích kompatibilních s parafinem,
• zalití do parafinového bločku
• tkáň se zalévá do teplého parafinu, který při laboratorní teplotě tuhne,
• krájení na mikrotomu
• parafinový blok se krájí na speciálních nožích na řezy o tloušťce řádově v mikrometrech,
• umístění řezu na mikroskopická podložní skla
• po nakrájení se řezy napínají na teplé vodní hladině, umístí se na podložní sklo a usuší se,
• histologická barvení
• nejčastěji hematoxylinem (barví jádra do modra) a eosinem (barví cytoplasmu do červena)
• před barvením se provádí odparafinování a opětovné zavodnění vzorků,

• další analýzy
• cytologická a molekulární značení a další speciální analýzy.

Čichový epitel - zajímavosti

Přestože čich u člověka není nepostradatelným smyslem, dokáže rozlišit asi 10 000 různých vůní a pachů. Čichové vnímání navíc umocňuje kvalitu dalších vjemů, především chuti a může ovlivnit i sociální chování. Čichový epitel v dutině nosní obsahuje milióny nervových buněk a je jediným místem přímého styku nervového systému s vnějším prostředím.

Receptory vázající odoranty (chemické látky detekované čichem) jsou lokalizovány na buněčných membránách čichových receptorových buněk. Každý receptor sestává z proteinového řetězce, který prochází buněčnou membránou. Po vazbě odorantu na tento receptor dojde k aktivaci vnitrobuněčného přenosu signálu přes membránově vázané G-proteiny. Elektrický signál vytvořený v receptorových buňkách je přenášen čichovými nervovými drahami do mozku. Stovky genů kódujících tyto proteinové receptory tvoří asi 3 % lidského genomu. Proteinové řetězce receptorů pro odoranty se liší v několika málo aminokyselinách, což umožňuje první rozlišení vůní. Druhé rozlišení pak probíhá v čichových glomerulech, kde se scházejí nervová vlákna z více receptorů. Finální čichový vjem je vytvořen v mozku (čichová kůra, amygdala atd.), který se podílí i na vytváření čichové paměti (vyvolání čichového vjemu spojeného s určitým zážitkem nebo událostí).

Čichový epitel je v popředí výzkumného zájmu také z hlediska předpokládané schopnosti regenerace, což by představovalo jedinečnou možnost cílené regenerace neuronů. Dosud se pro experimentální regenerace nervového systém využívá především kmenových buněk, které jsou prekurzory buněk gliových.

Co víte o čichu? Zkuste malý kvíz!

1) Kolik čichových buněk má člověk?

a) 1 milion

b) 5 milionů

c) 10 milionů

2) Kolik pes (např. německý ovčák)?

a) 70 milionů

b) 100 milionů

c) přes 200 milionů

3) Kolik pachů/vůní je člověk schopen rozlišit?

a) 1000

b) 2000

c) 4000

4) Jakou plochu má čichová sliznice člověka?

a) asi 1 cm2

b) asi 3 cm2

c) přes 5 cm2

5) Jak dlouho žije čichová buňka?

a) dny

b) týdny

c) měsíce

1901

Emil Adolf von Behring: za jeho práci na sérové terapii, zejména její aplikaci proti záškrtu, kterou otevřel novou dráhu v oblasti lékařské vědy a čímž vložil do rukou lékařů účinný prostředek proti nemoci a úmrtím

Možnost osobního setkání s nositeli Nobelových cen

Od roku 1951 jsou organizována každoroční setkání laureátů Nobelových cen v Lindau, německém městě ležícím na břehu Bodamského jezera. Jedním z cílů tohoto unikátního fóra je předávání znalostí mladé generaci, proto mají na tato setkání přístup také studenti a mladí vědci. Přihlášení probíhá zasláním motivačního dopisu a životopisu, při vysoké kvalitě je možno získat stipendium hradící náklady spojené s cestou a pobytem. Veškeré informace o již konaných Nobelovských setkání v Lindau, aktuální informace a celá řada zajímavostí jsou dostupné na stránkách: www.nobel-lindau.de

MENDELOVA INTERAKTIVNÍ ŠKOLA

Pro popularizaci a šíření výsledků VaV je ideální provázanost aspektů vědce, učitele a studenta a jejich interakce, vědec by měl svoji problematiku nejenom důkladně znát, ale také ji dokázat vysvětlit na různých úrovních a měl by mít neustálý zájem o sebevzdělávání.

Mendel v rámci své mnohostranné činnosti působil jako učitel, svou školu však nikdy nezaložil. Zřejmě také proto, že uznání své práce se během svého života nedočkal.

Současná Mendelova škola využívá motivačního aspektu JGM a jeho odkazu pro splnění celkové koncepce založené na několika hlavních směrech projektu Mendelovy interaktivní školy genetiky (CZ.1.07/2.3.00/45.0037).

• Mendelova mobilní škola (MMŠ)

MMŠ nabízí cestu vědy ke studentům. MMŠ představuje unikátní projekt pěti mobilních laboratoří, které umožní vstup vědy a výzkumu do středních škol, ve kterých se většinou formuje zájem o VaV. Mobilní laboratoře v roce 2014/2015 nabízejí cyklus na téma „Jak funguje …“, který zahrnuje: Vzdělávací programy – moduly Vzdělávací materiály a učební texty Konzultace a stáže na SŠ

• Mendelova vědecko-výzkumná škola (MVŠ)

MVŠ zve studenty k zapojení přímo do vědecké činnosti. MVŠ je již fungujícím projektem založeným na hands-on experience studentů přímo na pracovištích vědy a výzkumu. Aktivity jsou realizovány pod hlavičkou Věda v akci. V jarním semestru je k výročí Dne DNA nabízen cyklus Odpoledne s DNA, v podzimním u příležitosti udělování Nobelových cen cyklus Nobelovská výročí.

• Věda v akci: Odpoledne s DNA
• Věda v akci: Nobelovská výročí
• Stáže na pracovištích VaV

• Mendelova popularizační škola (MPŠ)

Mendelova popularizační škola e zaměřuje na diskusní fóra pro experty, učitele, studenty i širokou veřejnost. Organizuje každoroční cyklus populárně-vědeckých konferencí Mendel Forum a připravuje motivační výstavy. Součástí aktivit jsou diskuse u kulatého stolu s našimi i zahraničními experty a studenty. V roce 2014/2015 je tato činnost rozšířena o Junior Mendel Forum. Mendel Forum Round Table Discussions Motivační výstavy

• Mendelova letní škola (MLŠ)

MMŠ je novinkou, která umožňuje zábavné vzdělávání i během prázdnin s využitím zázemí Mendelova rodného domu a návštěvnického centra Mendelianum – atraktivní svět genetiky. Využívá také laboratorního vybavení MMŠ, které není SŠ přes prázdniny využíváno a je tak nabídnuto dalším zájemcům. Prázdniny s vědou pro zájemce o VaV Prázdninová škola – moduly mobilní školy Mendelův vzdělávací víkend

• Mendelova škola World Wide + Web (MWŠ)

Distanční forma prostřednictvím e-learningu Vytváření funkčních sítí spolupracujících institucí Uvedení školy do mezinárodního kontextu

Mendelova interaktivní škola genetiky: CZ.1.07/2.3.00/45.0037. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Autor/Odborný garant: prof. RNDr. Eva Matalová, Ph.D.

Hlavní manager: RNDr. Iva Kubištová, Ph.D.

www.mendel-brno.cz

CENTRUM MENDELIANUM

- brněnská pracoviště

Mendelova interaktivní škola genetiky je jedním ze tří pilířů Centra Mendelianum, které vytváří unikátní základu pro vědu, výzkum, vzdělávání, popularizaci a propagaci Mendelova odkazu.