Odštepte tuky Ľudské a biotechnológie Umenie a kultúra na Rakúskom fóre
Inštitút pre genomiku a bioinformatiku
Juliane Bogner-Straussová je docentkou na Ústave pre genomiku a bioinformatiku TU Graz. Spolu so svojou pracovnou skupinou skúma charakterizáciu génov, ktoré majú úlohu v metabolizme lipidov. V súčasnosti vedie sub-projekty v rámci rakúskeho programu pre výskum genómu „GEN-AU Genome Research in Austria“ a v DK-plus: „Metabolic & Cardiovascular Disease“.
Obezita v posledných desaťročiach na celom svete rýchlo vzrástla a dnes predstavuje nielen zdravotné riziko, ale aj ekonomický problém. Zaujíma nás identifikácia a charakteristika génov, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v metabolizme lipidov. Na tento účel primárne používame modely bunkových kultúr, v ktorých môžeme tieto gény podľa potreby zapínať a vypínať a ktoré nám dávajú veľmi rýchlu odpoveď na otázku, či tieto gény hrajú úlohu pri ukladaní tukov v bunkách. Záujem farmaceutického priemyslu ovplyvňovať tieto gény v kontexte terapeutických aplikácií rýchlo rastie.
Obezita (obezita) dosiahla za posledných niekoľko desaťročí obrovské rozmery, čo z nej robí nielen zdravotné riziko, ale aj významný hospodársky problém. V súčasnosti trpí podvýživou na celom svete rovnaký počet ľudí ako obezita (každý asi jedna miliarda). Obezita vedie k mnohým sekundárnym ochoreniam, ako je cukrovka typu 2, vysoké hladiny lipidov v krvi, vysoký krvný tlak, ateroskleróza, infarkty, mŕtvica, rakovina, neplodnosť, artritída a mnoho ďalších. V Rakúsku má asi 50 percent populácie nadváhu a 15 percent obéznych. Nadváha je index telesnej hmotnosti (BMI)> 25, obezita je BMI nad 30. BMI sa počíta takto:
Percento obéznych ľudí v Rakúsku za posledné roky prudko vzrástlo: pred 20 rokmi to bolo osem percent, dnes je to takmer dvakrát toľko. Obéznych je aj jedenásť percent Rakúšanov vo veku od šesť do 14 rokov.
To stavia Rakúsko do stredu poľa v Európe a z globálneho hľadiska ho krajiny ako USA, Aljaška a Irán zďaleka prevyšujú. V týchto krajinách je viac ako 30 percent obyvateľstva obéznych. Na celom svete každý rok zomiera približne 15 miliónov ľudí na kardiovaskulárne choroby, ako sú srdcové infarkty a mozgové príhody, ktoré sa vyskytujú v dôsledku obezity alebo v dôsledku obezity. (Nesprávna) strava určite hrá hlavnú úlohu pri vzniku obezity. Problém je „jednoduchý“: telo spotrebuje viac energie, ako dokáže spáliť.
Okamžite sa tak vytvorí tuková vrstva - z dobrého dôvodu: naše telo je od úsvitu ľudstva naprogramované tak, aby prijímalo preventívne opatrenia, a to v „zlých časoch“, keď by jedla mohlo byť nedostatok. Ale náš sedavý životný štýl tiež zohráva mimoriadne „dôležitú“ úlohu pri vzniku obezity.
Existujú samozrejme aj genetické predispozície na vývoj obezity, vrátane monogenetických aj polygenetických predispozícií (vývoj charakteristiky, ako je obezita, prostredníctvom jedného alebo viacerých génov). Tie sú však oveľa menej relevantné ako nadmerná konzumácia jedla a sedavý životný štýl. Obezita a vyššie spomenuté choroby sú okrem iného založené na poruchách metabolizmu lipidov, ktoré vedú k hromadnému ukladaniu lipidov (tukov) v tukovom tkanive a v ďalších tkanivách, ako sú srdcový sval, kostrový sval a pečeň.
Moja pracovná skupina si teraz dala za úlohu identifikovať gény, ktoré hrajú úlohu vo vývoji tukových buniek (adipogenéza), a funkčne ich opísať. Celý ľudský genóm je dnes známy, ale iba 50 percent génov bolo identifikovaných podľa ich funkcie. Aby sme našli funkčne necharakterizované gény, ktoré by mohli hrať úlohu v metabolizme tukov alebo pri tvorbe tukových buniek, použijeme ako prvý krok analýzu transkriptómu.
Pri použití tejto techniky sa prekurzorové tukové bunky (preadipocyty) a tukové bunky (adipocyty) pestované v kultúre porovnávajú na genetickej úrovni. Preadipocyty a adipocyty majú rovnaké gény, ale aby sa z prekurzorovej tukovej bunky stala tuková bunka, je potrebné určité gény zvýšiť a iné znížiť. Tieto regulované gény je možné skúmať pomocou transkriptomovej analýzy.
V týchto experimentoch sme schopní preskúmať asi 15 000 génov súčasne na ich reguláciu. V tejto chvíli prichádza na rad bioinformatika. Ručné vyhodnotenie takéhoto experimentu by pravdepodobne trvalo mesiace, pomocou bioinformatiky sa to dá uskutočniť v priebehu niekoľkých hodín alebo dní, v závislosti od rozsahu experimentu. Výsledkom je zoznam funkčne charakterizovaných a - pre nás ešte zaujímavejších - funkčne necharakterizovaných génov, ktoré sú regulované počas tvorby tukovej bunky. V ďalšom kroku sú tieto gény v bunkách v kultúre individuálne nadmerne produkované alebo vypínané. Dôsledky môžu byť teraz ďalekosiahle, napríklad nadprodukcia alebo vypnutie génu v prekurzorových tukových bunkách môže viesť k tomu, že sa tieto preadipocyty už nestanú tukovými bunkami. Je samozrejme možný aj opačný scenár; To znamená, že vypnutie alebo nadprodukcia génu vedie k tomu, že preadipocyty ukladajú tuk ešte efektívnejšie.
V súčasnosti pracujeme na géne, ktorý je nevyhnutný na produkciu tukových buniek z prekurzorových tukových buniek. Ak vypneme gén v bunkách v kultúre, tieto už nie sú schopné ukladať lipidy. Ďalším krokom v našom laboratóriu je vypnutie tohto génu u myší, aby sa zistilo, či už tieto myši nie sú schopné vytvárať si tukové tkanivo.
Identifikácia takýchto génov a ich funkčná charakterizácia majú prirodzene nesmierny vplyv na pochopenie regulácie metabolizmu lipidov. V súlade s tým je v čase zvyšujúcej sa obezity a chorôb s ňou spojených záujem farmaceutického priemyslu ovplyvňovať také gény, ktoré sú cieľmi v terapeutickej aplikácii, zodpovedajúcim spôsobom veľký.