Utorak, 29.12. u 18.30
“Biofizički i bioinformatički pristup u istraživanju prenošenja virusa SARS-CoV-2 u populaciji”
Predavač Anđela Rodić, Biološki fakultet Univerziteta u Beogradu
Link za onlajn predavanje:
http://meet.google.com/uzc-psof-ikx
Apstrakt: Biofizičari sa Biološkog fakulteta su, u saradnji sa naučnicima i nastavnicima sa Instituta za fiziku i Medicinskog fakulteta, sproveli istraživanje uticaja demografskih i klimatskih faktora na prenošenje virusa-izazivača bolesti COVID-19. Istraživanje kombinuje biofiziku (primena nelinearnih dinamičkih kompartmentalnih modela), bioinformatiku (prikupljanje i analiza velike količine podataka) i analizu široko rasprostranjenih obrazaca rasta infekcije (“scaling relations” u biofizici). Dobijeni rezultati ukazuju na to da nekoliko demografskih i meteoroloških faktora značajno utiče na inherentnu prenosivost (osnovni reprodukcioni broj) virusa u populaciji. Takođe je analizirana i disproporcija između intenzivnog širenja infekcije u Vuhanu (Hubei) i mnogo manjih brojeva zaraženih u drugim kineskim provincijama. Predloženo je da se ova zagonetka može objasniti kombinacijom značajno veće inherentne prenosivosti virusa u Vuhanu (R0 koje zavisi upravo od faktora sredine) i veće efikasnosti mera za suzbijanje epidemije u drugim provincijama. Ukupno gledano, rezultati ovih analiza ukazuju na to da dinamika širenja epidemije može značajno da zavisi od potencijalno visoko heterogenih i naizgled slučajnih faktora, kao što su varijacije u demografskim i meteorološkim uslovima, kao i od njihove složene interakcije sa uvedenim merama kontrole. Razumevanje ovih faktora je ključno, ne samo za analizu rizika tokom pandemije, već i za dugoročno predviđanje ponašanja virusa u populaciji u slučaju da bolest postane endemična.
Link za predavanje 17,12.2020.
http://meet.google.com/gmm-rbub-abp
Ciklus BIOFIZIKA: od bakterije do čoveka (2)
ELEKTROFIZIOLOGIJA JONSKIH KANALA KOD KONČASTIH GLjIVA: PRIČA SA MNOGO POČETAKA
Predavač dr Miroslav Živić, Biološki fakultet Univerzitet u Beogradu
Četvrtak, 3. 12. 2020. u 18 časova
Sve žive ćelije su u kontaktu sa spoljašnjom sredinom preko ćelijske membrane. Ona je osnovno mesto na kojem ćelija sa spoljašnjom sredinom razmenjuje materije, energiju i informacije. Joni su jedan od osnovnih nosilaca svakog od ova tri tipa razmene. Kako je ćelijska membrana lipidne prirode ona je praktično nepropustljiva za naelektrisane jone, te se njihov transport vrši preko više vrsta specijalizovanih proteinskih molekula, od kojih su svakako najzastupljeniji jonski kanali. O značaju jonskih kanala najbolje govori činjenica da ne postoji gotovo ni jedan fiziološki proces koji, bar u nekom od svojih delova, ne uključuje aktivnost jonskih kanala. Upravo zato kod životinjskih ćelija je opisano više hiljada jonskih kanala, kod biljnih više stotina, ali kod trećeg carstva eukariotskih organizama – gljiva svega dvadesetak. Od toga najveći broj kod kvasaca, dok je kod končastih gljiva, koje čine više od 98% od okupnog broja vrsta gljiva, svega 6. Uprkos gotovo tri decenije konstantnog istraživanja poznavanje jonskih kanala u ćelijskoj membrani končastih gljiva se još uvek nalazi na samom početku. Osnovni razlog tome je specifična struktura ćelijskog zida gljiva koja je uslovila da je, za razliku od biljnih ćelija, primena osnovne tehnike za proučavanje aktivnosti jonskih kanala – metode nametnute voltaže na deliću membrane, praktično nemoguća na nativnoj ćelijskoj membrani končastih gljiva, pošto merna elektroda ne može da uspostavi kontakt dovoljno visoke otpornosti sa ćelijskom membranom protoplasta dobijenih posle enzimske hidrolize ćelijskog zida.
Tri metodska pristupa su uspela da prevaziđu ovaj problem, ali svaki od njih se pokazao veoma ograničenim u svojoj primeni. Prvi je lasersko isecanje ćelijskog zida u kombinaciji sa plazmolizom/deplazmolizom koje je omogućilo delimičnu karakterizaciju 43pS anjonskog izlaznog kanala u nativnoj ćelijskoj membrani Aspergillus niger. Drugi je heterologa ekspresija gena za odgovarajući jonski kanal iz končaste gljive u ćeliju pekarskog kvasca. Na ovaj način su okarakterisan 16pSK+ izlazni ispravljač iz ćelijske membrane hife Neurospora crassa i 16.3pS anjonski izlazni kanal iz ćelijske membrane hife A. nidulans. Treći metodski pristup je razvijen u našoj grupi i predstavlja citoplazmatske kapi izolovane iz sporangiofora gljive Phycomyces blakesleeanus. Membrana ovih kapi se sintetiše de novo i pokazano je da funkcionalno odgovara ćelijskoj membrani gljive. U njoj su do sada okarakterisane dve jonske struje: izlazno ispravljena anjonska struja koja se aktivira pri depolarizaciji membrane i ima jediničnu provodljivost od 10pS i izlazno ispravljena brzoinaktivirajuća trenutna struja koja se takođe aktivira pri depolarišućim potencijalima ali u hipoosmotskim uslovima. Pored toga, u membrani citoplazmatskih kapi je registrovano još pet jonskih struja čija je karakterizacija u toku.
MEHANIČKI STIMULUSI I DRVENASTE BILjKE – ĆELIJSKI ZIDOVI ILI GRAĐEVINSKI INŽENjERI
Predavač dr Jasna Simonović Radosavljević, Institut za za multidisciplinarna istraživanja Univerziteta u Beogradu
Četvrtak, 10. 12. 2020. u 18 časova
Drvo je najstariji i jedan od najčešće korišćenih materijala na svetu, kako zbog niske cene, tako i zbog visoke specifične snage (drvo se odlikuje velikom krutošću, ali i velikom elastičnošću). Ćelijski zidovi biljaka mogu se smatrati nano-kompozitnim materijalom, u kojem su celuloza, hemiceluloze i lignin, zajedno sa malom količinom pektinskih supstanci kompleksno povezani, a njihova količina, vrsta i organizacija se razlikuju od tipa drveta. Razumevanje rasporeda i orijentacije odnosno uređenosti polimera u ćelijskom zidu je važno za razumevanje mehaničkih svojstva drveta, što kao odgovora biljke na mehanički stres tako i za moguću primenu drveta kao izvora novih biomaterijala. Na osnovu svojih strukturnih osobina, drvo se može podeliti u dve osnovne grupe: na tvrdo drvo (četinari) i meko drvo (lišćari). Odgovor drvenastih biljaka na mehaničke stimuluse podrazumeva promene u strukturi i obliku ćelijskih zidova, čiji je rezultat formiranje reakcionog drveta (RW) koje se kod četinara naziva kompresiono drvo (CW), dok se kod lišćara ono naziva tenziono drvo (TW). S obzirom da stepen izraženosti osobina RW ima značajan uticaj na mehaničke i hemijske osobine drveta i da RW ima ograničenu vrednost za drvnu industriju, poželjno je moći odrediti stepen izraženosti RW u uzorku. Mi smo razvili nekoliko ne-morfometrijskih metoda za procenu izraženosti osobina RW u uzorku određivanjem anizotropije primenom polarizovane FTIR mikro-spektroskopije i diferencijalno polarizovane fluorescentea mikroskopije, testiranih na uzorcima različitih drvenastih vrsta.
EPR SPEKTROSKOPIJA I IMIDžING U PROUČAVANjU NEURODEGENERATIVNIH BOLESTI
Predavač dr Aleksandra Pavićević, Fakultet za Fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu
Četvrtak, 17. 10. 2020. u 18 časova
Elektronska paramagnetna rezonancija (EPR) je veoma korisna fizičkohemijska tehnika, specifična po tome što se njenom primenom mogu detektovati hemijske vrste sa najmanje jednim nesparenim elektronom, u koje spadaju slobodni radikali i prelazni metali. EPR se, stoga, uspešno koristi za procenu nivoa slobodnih radikala u živim organizmima (in vivo), u tkivima i organima (ex vivo), kao i u ćelijskim kulturama (in vitro). Na osnovu ovih rezultata može se zaključiti u kojoj meri je narušen balans između slobodnih radikala i antioksidanasa pri različitim patološkim stanjima, kao što su maligne, metaboličke i neurodegenerativne bolesti. Takođe, EPR pruža mogućnost za direktnu detekciju metalnih jona i utvrđivanje vrste kompleksa koje formira sa različitim proteinima. Ovakve informacije su od posebnog značaja za proučavanje mehanizama nastajanja različitih patoloških stanja, s obzirom na to da pojedini metalni joni mogu da doprinose proizvodnji slobodnih radikala.
SISTEMSKA BIOLOGIJA: BIOFIZIČKO MODELOVANjE REGULACIJE MALIH GENSKIH MREŽA
Predavač Anđela Rodić, Biološki fakultet Univerziteta u Beogradu
Četvrtak, 24. 12. 2020. u 18 časova
Biološki sistemi ‒ kao što je npr. ćelija ‒ se tipično sastoje iz velikog broja različitih, često multifunkcionalnih komponenti. Specifičan skup njihovih interakcija, koje su izrazito selektivne i nelinearne, proizvodi određeni izlazni odgovor, odnosno ponašanje sistema. Zbog te inherentne složenosti bioloških sistema, njihovo ponašanje se često ne može intuitivno razumeti niti predvideti na osnovu poznatih osobina pojedinačnih komponenti. U poslednjih nekoliko decenija, molekularna biologija je, zahvaljujući pojavi moćnih eksperimentalnih tehnika, donela brojna saznanja o strukturi, osobinama i funkciji bioloških molekula, dok je razvoj računarske tehnologije obezbedio metode za objedinjavanje i analizu velikog broja različitih podataka. Zahvaljujući tome, sistemska biologija, o čijem su pristupu biologiji naučnici sanjarili još od samih početaka fiziologije, je napravila brz proboj i postaje ravnopravan partner molekularnoj biologiji i biohemiji u sve većem broju multidisciplinarnih istraživanja, a poduprla je i razvoj novih disciplina, kao što je sintetička biologija.1 Kao ilustraciju ovog koncepta predstaviću svoje istraživanje u kome koristim metode računske sistemske biologije da bih objasnila ponašanje bakterijskih restrikciono-modifikacionih (R-M) sistema. R-M sistemi predstavljaju male, kompaktne genske mreže, često u potpunosti kodirane kružnim molekulima DNK (plazmidima). Na plazmidu, sistem može da uđe u novu bakterijsku ćeliju i u njoj obezbedi kontrolisanu sintezu dva enzima pomoću kojih je štiti od infektivne DNK, istovremeno ne napadajući DNK domaćina. Između ostalog, govoriću o našem zapažanju da se regulacija gena u različitim R-M sistemima oslanja na različite kombinacije regulatornih komponenti, dok, međutim, ponašanje sistema u vremenu, kakvo zahteva njegova funkcija, prati nekoliko jednostavnih pravila koja su robusna u odnosu na promene uslova rasta bakterija. Objašnjenje arhitekture i regulacije (dizajna) mehanistički naizgled veoma različitih bioloških sistema pomoću malog broja jednostavnih pravila (principa dizajna) je i jedan od najvažnijih ciljeva sistemske biologije, koji može da se ostvari putem biofizi
- Kitano, H. (2002). Computational systems biology. Nature,420(6912):206-210.