20.05.2024 08:35

Spojení umělé inteligence a biotechnologií při léčbě Alzheimerovy choroby

[https://www.biotrin.cz/spojeni-umele-inteligence-a-biotechnologii-pri-lecbe-alzheimerovy-choroby]
Nově rozvíjející se využití umělé inteligence se dotýká také biotechnologií a genetických modifikací. Na univerzitě v Texasu vyvinuli novou metodu na získávání léku na Alzheimerovu chorobu procesem fermentace. Alzheimerova choroba postihuje převážně lidi nad 65 let. Na světě tímto onemocněním trpí přes 40 milionů lidí a ti jsou v různé míře postiženi poruchami kognitivních funkcí. Léčba Alzheimerovy choroby je v současné době náročná.  Jednou z nejpoužívanějších léčebných látek je galantamin. Jedná se o alkaloid získávaný z cibulek a květů sněženky podsněžníku (Galanthus nivalis). Ač se vědci pokoušeli tento alkaloid produkovat laboratorně, tak to v potřebném množství není možné. Právě tento fakt společně s tím, že jediný dosavadní způsob zisku galantaminu je sklizením sněženek, vede k nedostatku této účinné látky a ke komplikaci léčby. Tým na univerzitě v Texasu ovšem přišel s možným řešením díky spojení fermentace a umělé inteligence, díky čemuž je možno vyrábět prekurzor galantaminu. Biotechnologie využívá proces fermentace pro tvorbu vedlejších produktů bakteriemi dnes již v řadě případů. Nejznámějším případem je tvorba inzulinu, kdy stejně jako v případě galantaminu upravíme genom bakterie tak, aby krom běžných produktů metabolismu vytvářela také požadovanou látku.  A jak s tím souvisí umělá inteligence? Právě díky využití strojového učení a komplexního modelování bylo možné navrhnout funkční proces od získání potřebné sekvence, přes vložení této sekvence do správného místa bakterie až po správné nastavení bioreaktorů, ve kterých dochází k množení bakterií a následnému vytváření produktu. Strojové učení značně urychlilo celý proces a pomohlo s jeho optimalizací. Stále se objevují nové technologie a vědecký pokrok je nezastavitelný, ať už se jedná o umělou inteligenci nebo genetické modifikace. Můžeme se pokroku obávat a nebo tyto nové možnosti využít a posunout naše poznání a možnosti zase o kousek dál, tak jako ukazuje příklad galantaminu a lepší možnosti léčby Alzheimerovy choroby.   Zdroje: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240314122118.htm https://www.nature.com/articles/s41467-024-46356-y https://www.janssen.com/czech/alzheimerem-trpi-o-27-procent-lidi-vice-nez-pred-tremi-lety  

16.05.2024 11:07

…existují speciální jablka, tzv. arktická jablka Arctic Golden, která jsou geneticky modifikovaná tak, aby po rozkrojení nepodléhala hnědnutí?

[https://www.biotrin.cz/arkticka-jablka]
Arktická jablka jsou známá svou výjimečnou šťavnatostí a schopností odolávat hnědnutí po rozkrojení, čímž si uchovávají svou chuť a výživovou hodnotu. Hnědnutí nastává především díky obsahu chemických látek nazývaných polyfenoly, které po reakci se vzdušným kyslíkem vyvolávají hnědnutí dužiny. Tento proces je podnícen aktivitou enzymů polyfenoloxidázy (PPO), které katalyzují již zmíněnou reakci kyslíku s fenoly obsaženými v jablku. Běžně jsou enzymy PPO a polyfenoly odděleny v různých částech jablečných buněk, což udržuje jablka čerstvá (vnitřek jablka má bílou až mírně žlutozelenou barvu). Avšak rozkrojením plodu se tato oddělení naruší a je umožněna interakce enzymu PPO s polyfenoly, což vede ke hnědnutí dužiny. I když některé odrůdy jablek jsou méně náchylné k hnědnutí než jiné, dosud nebyl tento proces zcela eliminován. Nejjednodušší způsob, jak ovlivnit proces hnědnutí, je potlačení enzymové aktivity PPO. Vědci ze společnosti Okanagan Specialty Fruits využili biotechnologické techniky zvané RNA interference k potlačení aktivity genu řídícího enzym PPO, tzv. „umlčení genu“ (gen anti-PPO) . V případě umlčení genu jablko enzym neuvolňuje a jablko se stává odolným vůči hnědnutí. Jakmile vědci vytvořili gen anti-PPO, bylo nutné jej bezpečně vložit do genomu jabloně. Pro vytvoření nové odrůdy zvané Arctic Apple vědci začali s pupeny jabloní Golden Delicious, do kterých vložili upravený kus genetického materiálu zvaný transgen, který obsahoval gen anti-PPO. Poté, co bylo ověřeno, že rostliny přijaly transgen, byly pěstovány až do dospělosti, kdy z nich vzešla jablka známá nyní jako Arctic Apple. Výzkum těchto jablek probíhal po dobu více než 10 let v USA a Kanadě, přičemž arktická jablka byla v roce 2018 schválena pro lidskou potřebu. V současné době se již pracuje na vývoji nových odrůd verze jablek Granny Smith a Fuji, které již získaly schválení od amerického ministerstva zemědělství (USDA). Pokud se tyto jablka, která nehnědnou, prosadí na trhu a stanou se komerčně úspěšnými, mohlo by to představovat významný krok v boji proti plýtvání potravinami.  Více informací na toto téma můžete najít zde:  https://www.nongmoproject.org/blog/the-gmo-high-risk-list-apples/ https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2018/arctic-apples-fresh-new-take-genetic-engineering/ Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

13.05.2024 08:07

Pokrok ve vývoji bioinženýrského proteinu proti COVID-19

[https://www.biotrin.cz/pokrok-ve-vyvoji-bioinzenyrskeho-proteinu-proti-covid-19]
V souvislosti s pandemií COVID-19 vědecká komunita neúnavně hledá nové způsoby, jak bojovat proti tomuto viru pomocí nejrůznějších léčivých a preventivních prostředků. Týmu vědců z NYU Tandon School of Engineering se nyní podařilo navrhnout a vyvinout nový protein, který dokáže vázat bílkoviny na povrchu koronaviru a zároveň interagovat s malými molekulami, jako je například protivirové léčivo ritonavir. To by mělo vést ke zvýšení účinnosti léčby. Jejich výzkum, kombinující proteinové inženýrství a počítačové modelování, byl publikován v časopise Biochemical Engineering Journal. Hlavním cílem jejich inovativního přístupu bylo jednak rozpoznání viru pro diagnostické účely a jednak potlačení jeho schopnosti infikovat lidské buňky. Současně, jak již bylo zmíněno výše, se snažili integrovat léčivo ritonavir do proteinu s cílem zvýšit účinnost léčby. Studie se zatím nachází v počáteční fázi a dosud nebyly provedeny žádné testy na lidech ani zvířatech. Nicméně výsledky představují nadějný krok v boji proti různým variantám viru COVID-19. Tento výzkum otevírá nové možnosti pro vývoj jedinečného přístupu k cílení a léčbě virových infekcí, neboť nabízí dvojí mechanismus účinku – zabraňuje vstupu viru do lidských buněk a neutralizuje virové částice. Integrace počítačového modelování a proteinového inženýrství je navíc příslibem pro vývoj inovativních terapeutik s širokospektrálními antivirovými účinky.    Zdroje: https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20718 https://engineering.nyu.edu/news/new-bioengineered-protein-design-shows-promise-fighting-covid-19  

09.05.2024 10:56

…existuje geneticky modifikovaný ječmen produkující antimikrobiální látky?

[https://www.biotrin.cz/existuje-geneticky-modifikovany-jecmen-produkujici-antimikrobia]
Ječmen patří k tradičním plodinám pěstovaným nejen v České republice, ale je celosvětově významnou plodinou, kterou lze pěstovat bez větších klimatických nároků. EU je dokonce jeho největším producentem, přičemž ročně členské státy EU vypěstují téměř 55 milionů tun zrn ječmene. Výhodnost ječmene pak spočívá v nízkém riziku nekontrolovaného přenosu genů, díky čemuž je samovolné šíření ječmene v životním prostředí považováno za bezpečné. Vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií – CATRIN, Univerzity Palackého ve spolupráci s vědci z Centra regionu Haná (CRH) se již zabývali genetickou modifikací ječmene za účelem využití jeho zrn jako „bioreaktoru“ pro produkci antimikrobiálních léčiv. Ty by měly účinkovat na mikrobiální kmeny rezistentní k antibiotikům. Jednou z antimikrobiálních látek produkovaných v zrnech ječmene je katelicidin, což je přírodní antibiotikum produkované většinou savci. Vědci z CRH již vyvinuli technologii, pomocí níž lze tento peptid syntetizovat v obilce GM ječmene ve větších výtěžcích a rozšířit tak jeho využití především v medicíně.  Využívání zrn ječmene má několik výhod, například poskytují prostředí bez endotoxinů s poměrně nízkým obsahem sekundárních metabolitů. Mezi další výhody patří samosprašnost ječmene, což snižuje možnost nežádoucího přenosu genů na jinou odrůdu nebo fakt, že doposud nebyla pozorována negativní interakce mezi katelicidinem na ječmenem. Obecně hrají antimikrobiální peptidy významnou roli v imunitním systému mnoha organismů, a konkrétně katelicidin LL-37 (lidský katelicidin) se podílí na antibakteriální aktivitě a na dalších fyziologických reakcích. Principem účinku katelicidinu je narušení buněčné membrány bakterií, která zapříčiní buněčný rozpad a zabraňuje tak šíření bakterií. Katelicidin je využíván zejména k léčbě kožních onemocnění a chronických ran, ale i např. v kosmetice. Doposud byla překážkou v širším využití peptidu výrobní cena, avšak novým objevem při produkci v zrnech GM ječmene se výroba katelicidinu stává dostupnější. Vědci z CRH ve výzkumu dále pokračují a k jejich dalším cílům v oblasti modifikace ječmene dále patří zlepšení stravitelnosti zrna nebo větší odolnost vůči klimatickým podmínkám. Více informací na toto téma můžete najít zde:  https://www.biotrin.cz/jecmen-v-hledacku-ceskych-slechtitelu/ https://sciencemag.cz/gmo-jecmen-vyrabi-antimikrobialni-peptid/ https://www.zurnal.upol.cz/nc/zprava/clanek/evropsky-projekt-ma-prinest-vylepsene-odrudy-jecmene/ Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

06.05.2024 08:56

Je využití E. coli v molekulární biologii a proteinovém inženýrství již minulostí?

[https://www.biotrin.cz/je-vyuziti-e-coli-v-molekularni-biologii-a-proteinovem-inzenyrstvi-jiz-minulosti]
Výzkumníkům z Univerzity v Cornellu se podařilo vytvořit novou verzi bakterie Vibrio natriegens. Tato bakterie ekonomicky konkuruje Escherichia coli – bakteriím běžně používaným ke klonování v molekulární biologii a v proteinovém inženýrství.  Ke studiu proteinů pro výrobu léčiv nebo paliv vědci používají plazmid (malý kousek DNA), který funguje jako takový návod k tomu, jak má výsledný produkt vypadat. Jako hostitelské buňky se kvůli snadné kultivaci a obrovské rychlosti množení používají především bakterie E. coli. Avšak tento proces je drahý, protože se bakterie často nakupují od komerčních výrobců a musí se udržovat ve finančně náročných podmínkách. Navíc modifikovaná E. coli snadno podléhá zkáze.  Oproti tomu bakterie V. natriegens jsou levné, nevyžadují žádné speciální vybavení a může se s nimi pracovat při pokojové teplotě. Podle současné studie buňky dokonce i rychle rostou (Obr. 1) – transformované kolonie V. natriegens byly viditelné na agarové misce po 8 h inkubace, z nichž každá byla naplněna masou proteinů. Jen pro představu, kolonie E. coli jsou na agarové plotně viditelné po 18-24 h inkubace při 30 °C.   Modifikované bakterie V. natriegens v podstatě fungují jako taková levná „kopírka“ ve zkumavce. Mikrob může efektivně pracovat bez nákladných inkubátorů, třepaček nebo mrazicích boxů a lze jej vytvořit během několika hodin. Bakterie V. natriegens by pomohly laboratořím testovat varianty proteinů pro výrobu léčiv, syntetických paliv a dalších udržitelných sloučenin, které se používají např. v boji s plevelem nebo škůdci.  Obr. 1: Rychlejší růst V. natriegens oproti E. coli Zdroje: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240213130433.htm https://academic.oup.com/pnasnexus/article/3/2/pgad444/7604270 https://blog.aaltohelsinki.com/post/188256850181/natriegens-vs-nurture  

02.05.2024 08:56

Pravidelná rubrika „Víte, že..?“ na našich webových stránkách a sociálních sítích

[https://www.biotrin.cz/pravidelna-rubrika-vite-ze-na-nasich-webovych-strankach-a-socialnich-sitich]
Biotrin spouští na svých webových stránkách rubriku „Víte, že..?“, která byla dosud přístupná pouze na našich sociálních sítích – Facebooku a Instagramu. Co se v ní dozvíte? Stručné a poutavě psané příspěvky „Víte, že..?“ jsou novou pravidelnou dávkou zajímavostí – více i méně známých - z oblasti moderních biotechnologií. Věnujeme se v nich šlechtění, genetickým modifikacím, novým geonomickým technikám, jejich základnímu výzkumu i aplikacím v praxi. Příspěvky jsou přidávány jednou týdně. Jejich přehled naleznete zde. A jak naše příspěvky vypadají, si můžete prohlédnout na příkladech níže. Přejeme příjemné čtení!    

29.04.2024 13:49

...existuje geneticky modifikovaná rýže, tzv. zlatá rýže, s vyšším obsahem beta-karotenu, prekurzoru vitaminu A?

[https://www.biotrin.cz/gm-zlata-ryze]
Zlatá rýže, jedna z variant geneticky modifikované rýže, má svůj původ už ve 20. století, kdy se němečtí profesoři Peter Beyer a Ingo Portykus rozhodli začít řešit krizovou situaci s hladomorem a podvýživou, především u dětí v zemích třetího světa. Ty mají zpravidla 2-3 misky rýže na den, přičemž v rozvojových zemích není možné přidávat do rýže další vitaminy a složky pro její obohacení tak, jak by se tato situace řešila v Evropě. Rostlina klasické rýže obsahuje geny pro tvorbu prekurzoru vitaminu A, které jsou však „vypnuty“ během vývoje rostliny, a zrna běžné loupané rýže tyto geny dokonce neobsahují vůbec. Beyer a Portykus proto již v 90. letech 20. století modifikovali geny klasické rýže tak, aby GM rýže obsahovala více beta-karotenu a geny prekurzoru vitaminu A vypnuté nebyly.  Beta-karoten, prekurzor vitaminu A, je oranžový pigment, který je klíčovou složkou v metabolismu vitaminu A v našem těle, a tedy je nezbytný pro správné využití vitaminu A v těle. Běžnými zdroji vitaminu A jsou špenát, mrkev, kukuřice, rybí tuk nebo vaječný žloutek. V důsledku nedostatku vitaminu A každý rok oslepne okolo půl milionu lidí na světě. Právě proto bylo nutné vymyslet způsob, jak produkovat více beta-karotenu v nejběžnější potravě východního světa – v rýži. Nedostatek vitaminu A je častým problémem především v rozvojových zemích (jižní a jihovýchodní Asie, Afrika), kde chronický nedostatek vitaminu A způsobuje  oslabení imunity a slepotu u dětí a slepotu a vážnější orgánové infekce a poruchu imunity u dospělých. Nedostatek vitaminu A je také velmi nebezpečný v těhotenství během třetího trimestru. Přestože pozitivní účinky zlaté rýže jsou zřejmé, její uvedení na trh vyvolalo kontroverzi především u hnutí Greenpeace. Dodnes jsou různé odrůdy zlaté rýže používány v jihovýchodní Asii, jako např. zlatá rýže Malusog na Filipínách, avšak hromadné kladné stanovisko ohledně pěstování a konzumace zlaté rýže v rámci světa vydáno nebylo. Více informací na toto téma můžete najít zde: https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/2017/cislo-6/zlata-ryze.html https://www.osel.cz/1207-zlata-ryze-ma-vykonnejsi-sestricku.html https://www.goldenrice.org/ Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

29.04.2024 13:49

...GM sója je nejvíce pěstovanou geneticky modifikovanou plodinou na světě?

[https://www.biotrin.cz/gm-soja]
Modifikace nejznámější odrůdy sóji, tzv. Roundup Ready®, od firmy Monsanto začala již v 90. letech 20. století. Spočívá v produkci proteinů CP4 EPSPS, díky nimž je plodina odolnější vůči glyfosátu přítomném v herbicidních přípravcích, jako je např. Roundup. I přesto, že jsou neustále vyvíjeny další odrůdy s jinými modifikacemi, Roundup Ready odrůda stále zůstává nejrozšířenější transgenní plodinou na světě. Jedním z dalších příkladů je modifikace sóji, při níž byl pomocí bakterie Agrobacterium tumefaciens vnesen gen HB4 ze slunečnice, který je zodpovědný za odolnost vůči suchu. Tato úprava má potenciál zamezit každoročním nízkým výnosům způsobeným suchem a nedostatečnou vláhou. Přestože tato odrůda byla tři roky testována a bylo potvrzeno, že je zdravotně nezávadná a neliší se od klasické sóji, nebylo doposud získáno povolení pro dovoz a zpracování této odrůdy v EU. V současné době pokryje pěstování GM sóji až 80 % celosvětové produkce této plodiny. Ačkoliv byla GM sója vůbec první GM plodinou, která se rozšířila do celého světa, povolení pro dovoz a zpracování bylo získáno jen např. v USA, Brazílii, Argentině či Indii, nikoliv však v afrických státech, kde by její využití bylo ještě více žádanější. Více informací na toto téma můžete najít zde: https://bezpecnostpotravin.cz/UserFiles/publikace1/Moderni_biotechnologie_WEB.pdf https://eagri.cz/public/portal/mze/potraviny/geneticky-modifikovane-potraviny/geneticky-modifikovana-soja Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

29.04.2024 13:49

...státy EU nejsou v pěstování nejdůležitějších hospodářských plodin soběstačné, tzn. jsou na jejich dovozu závislé?

[https://www.biotrin.cz/plodiny-schvalene-pro-dovoz-do-eu]
Pro pěstování v Evropské unii byla dosud povolena pouze jediná geneticky modifikovaná (GM) plodina, a to odrůda kukuřice MON810. Nicméně, pro dovoz do EU bylo dosud povoleno 33 typů GM kukuřice, 15 typů GM sóji, 4 typy GM řepky a 12 typů GM bavlníku. K dovozu jsou dále povoleny i výrobky obsahující GM cukrovou řepu.  Hlavní modifikace GM plodin, které se objevují u všech dovážených druhů, jsou tolerance k neselektivním herbicidům, které účinně likvidují širokou škálu plevelů, odolnost vůči škůdcům a vůči suchu. Cílem modifikace plodin je především snížení ztrát na výnosech, a to právě i zvýšením odolnosti vůči nepříznivým klimatickým vlivům a podmínkám (choroby, škůdci, sucho) nebo zlepšením výživových vlastností (vyšší obsah mikronutrientů). Téměř nulová tolerance neschválených GMO v Evropě má za následek, že v případě detekce i stopového množství nepovoleného GMO v produktech vede k jejich okamžitému stažení z evropského trhu. K největším dovozcům GM plodin do EU patří státy, kde jsou schvalovací procesy pro povolení GMO výrazně jednodušší, a kde se tyto plodiny pěstují ve velkém měřítku. Mezi tyto země patří USA, Kanada, Argentina nebo Brazílie (sója, řepka, kukuřice). Naopak bavlník je dovážen nejvíce z jižní Asie - Indie. Více informací na toto téma můžete najít zde:  https://bezpecnostpotravin.cz/aktualni-prehled-gm-plodin-povolenych-v-eu/ https://bezpecnostpotravin.cz/UserFiles/publikace1/Moderni_biotechnologie_WEB.pdf https://eagri.cz/public/portal/mze/zemedelstvi/rostlinna-vyroba/gmo-geneticky-modifikovane-organismy https://www.osel.cz/6547-gm-plodiny-povolen Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

29.04.2024 13:49

...EU má nejpřísnější schvalovací systém ohledně geneticky modifikovaných plodin a krmiv na světě?

[https://www.biotrin.cz/schvalovaci-system-gm-plodin-v-eu]
V současné době je v EU umožněn dovoz a zpracování pouze 5 geneticky modifikovaných (GM) rostlinných druhů v celkem 94 odrůdách, a to bavlníku, kukuřice, řepky, sóji a cukrové řepy. Přestože některé z těchto plodin (kukuřice, sója) patří k základním rostlinným surovinám, které tvoří až 60 % lidské stravy, jsou povoleny pouze jako krmiva, nikoliv jako potraviny na trhu EU. O schvalování GM potravin a krmiv rozhodují jak odborníci z jednotlivých členských států, tak Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA). Pokud je GM produkt schválen, autorizace trvá jen po dobu 10 let, a pak je nutné projít dalším schvalovacím procesem. Dosud byl v EU schválen k pěstování pouze jeden GM rostlinný druh – GM kukuřice MON810, která byla v roce 2022 pěstována ve Španělsku a Portugalsku. Administrativní náročnost a přísná pravidla ohledně pěstování GMO v EU však vedla k ukončení jejího pěstování. Ve světě, mimo EU, jsou GM produkty schvalovány rychleji a především jednodušeji. V současné době je povoleno již 577 odrůd z 32 rostlinných druhů. Naposledy byl na konci června loňského roku v Norsku schválen nový rostlinný zdroj omega-3 mastných kyselin v produktu Aquaterra®. Tento olej je z GM řepky olejné a má sloužit jako potrava pro ryby chované na farmách, kterým oproti mořským rybám chybí omega-3 mastné kyseliny. Přítomnost omega-3 mastných kyselin má vliv na vývoj těchto ryb i na kvalitu masa, a současně také mohou přispět ke snížení tlaku na výlov mořských ryb. Dalším příkladem je povolení k pěstování GM pšenice označované jako HB4® v Paraguayi. Tato pšenice je odolnější proti zhoršeným přírodním podmínkám, zejména suchu. Kromě toho obsahuje gen pro toleranci k herbicidům na bázi glufosinátu (v EU oproti Paraguayi zakázán) a umožňuje tak úplné odstranění plevelu, a tím zvýšení výnosu pšenice. Odrůda HB4® je již povolena v 10 státech, včetně USA, Brazílie nebo Austrálie. Více informací na toto téma můžete najít zde: https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20287 https://www.biotrin.cz/schvalovani-gm-plodin-ve-svete-norsko-ma-novy-zdroj-omega-3-oleje-paraguay-novou-psenici/ https://www.europarl.europa.eu/topics/cs/article/20140902STO57801/pestovani-geneticky-modifikovanych-plodin-v-eu-otazky-a-odpovedi Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová Tento příspěvek byl inspirován přednáškou Ing. Bc. Z. Malinové z Ministerstva zemědělství ČR konané na VŠCHT v Praze v lednu 2024.