Sameindalíffræði og örverufræði
Sameindalíffræði og örverufræði
Sameindalíffræði fjallar um byggingu og virkni fruma og stórsameinda. Hún fjallar um hvernig erfðaefnið er eftirmyndað, hvernig gert er við það, hvernig frumur eru byggðar upp og hvernig flóknar lífverur geta þroskast frá einni lítilli frumu.
Meðal áherslusviða í rannsóknum í lífefna- og sameindalíffræði á líffræðistofu má nefna rannsóknir á
- Taugalíffræði og tengdum sjúkdómum
- Krabbamein og arfgenga sjúkdóma
- Meðfædda ónæmiskerfinu
- Stofnfrumum
- Byggingu og eiginleikum próteina
- Örverum í hverum
- Stofnerfðafræði og þroskun í myndun tegunda
- Sameindavistfræði
Rannsóknaverkefni
Umsjón
Um verkefnið
Eyðing ónýtra og rangt umbrotinna próteina í frumum er mikilvæg öllum lífverum. Langlífi, hlutverk og lögun taugafruma gerir þær sérlega háðar virkum eftirlits- og hreinsunarferlum og flestir taugahrörnunarsjúkdómar eiga það sameiginlegt að uppsöfnun verður á próteinútfellingum. Próteinin Pontin og Reptin tilheyra fjölskyldu AAA+ ATPasa. Þau gegna siðvörsluhlutverki í samsetningu stórra próteinflóka og koma við sögu í fjölmörgum frumuferlum. Nýlega kom í ljós að próteinin skipta einnig máli fyrir myndun aggresóma í gersveppum og frumurækt.
Í verkefninu munum við halda áfram rannsóknum okkar á hlutverkum Pontin og Reptin í taugakerfi ávaxtaflugunnar. Próteinin eru tjáð í taugafrumum og sýna áberandi örpíplulega dreifingu eftir taugasímum hreyfitaugafruma. Tap á öðru hvoru próteininu veldur myndun kekkja í taugasímum og hægfara hrörnun flugna.
Við munum beita erfðafræðilegum aðferðum til að rannsaka og tengja saman: Hlutverk Pontin og Reptin í að hindra uppsöfnun próteinútfellinga í taugasímum; tengsl þeirra við próteasóm og niðurbrotsvirkni; tengsl við sjálfsát próteinútfellinga í taugafrumum; og hlutverk í myndun og upphreinsun aggresóma. Til þessa beitum við hefðbundinni og ofurupplausnarlagsjárskoðun á lifandi og lituðum sýnum, rafeindasmásjárskoðun, próteinfellingum og western-þrykki. Fimm framhaldsnemar fá þjálfun í verkefninu og niðurstöðurnar hafa þýðingu fyrir rannsóknir á sviðum taugahrörnunarsjúkdóma,taugalíffræði og almennrar frumulíffræði.
Umsjón
Um verkefnið
Hýsil miðuð meðhöndlun hefur vakið athygli sem meðferð eða hliðarmeðferð með sýklalyfjum gegn sýkingum. Í hýsil miðaðri meðferð er meðal annars hægt að nota örvun á tjáningu örverudrepandi varnarpeptíða gegn sýkingum. Þess vegna skiptir þekking á boðleiðum þekju fruma og stjórnun á náttúrulegu ónæmi máli. Sýnt hefur verið að örvun á náttúrulegu ónæmi virkar vel gegn sýkingum í dýrum og mönnum.
Í rannsóknaáætluninni er notast við nýsmíðuð efni sem örva tjáningu varnarpeptíða. Þessi efni eru aroylated phenylene-diamines (APD) sem eru ekki eitruð fyrir frumur og valda ekki stökkbreytingum. Við höfum unnið með tvö APD efni sem kallast HO53 og HO56. Þessi efni örva tjáningu nokkurra varnarpeptíða í frumulínum úr berkjuþekju lungna. Við höfum sýnt að fjöldi baktería innanfrumu er marktækt minni við sýkingu eftir meðferð með APD efnunum. Niðurstöður okkar kalla á frekari rannsóknir og í áætlun okkar er eitt markmiðið að greina markprótein APD efnanna í þekjufrumum. Einnig munum við athuga hvort APD efnin örvi sjálfsát en vísbending er að sjálfsát geti verið lokahnykkur fruma til að losna alveg við sýkla. Bakteríur sem sleppa frá sjálfsáti geta leitt til þrálátra sýkinga, ferli sem er mikilvægt í ákveðnum sjúklingum. Í framhaldinu munum við rannsaka athyglisverða nýja boðleið sem tengd hefur verið inn á náttúrulega varnarkerfið sem er sérstaklega áhugaverð tengt sjúklingum með slímseigju. Að lokum munum við nota nýju efnin í dýrasýkingum og athuga virkni og möguleg eituráhrif.
Umsjón
Um verkefnið
Örverudrepandi peptíð frá þekjufrumum mynda varnarvegg gegn örverum. Sýklar deyfa oft tjáningu örverudrepandi peptíða í þekjunni til að geta ráðist inní vefi okkar. Deyfingu á tjáningu varnarpeptíða má koma í veg fyrir með litlum sameindum sem örva tjáningu peptíðanna. Í dýramódelum hefur verið sýnt að þessi örvaða tjáning getur hamið sýkla og stuðlað að bata hýsils. Við höfum áður skilgreint nokkrar sameindir sem örva tjáningu örverudrepandi peptíða og einnig sameindir sem styrkja vikni þekjunnar. Í þessu verkefni verða ný efni sem örva tjáningu örverudrepandi peptíða rannsökuð. Við beitum greiningum á umritunarmengi fruma við skilgreiningu á áhrifum þessara nýju efna.
Í framhaldinu munum við rannsaka áhrif ákveðins umritunarþáttar HIF1alfa (e. hypoxia inducible factor) á náttúrulegt ónæmi lungna þekjunnar. Við munum nálgast hlutverk HIF1alfa í frumulínum með því að deyfa tjáningu þess. Að lokum munum við rannsaka áhrif á skilgreindu bakteríu toxíni, frá Bordetellu á lungnaþekjuna til að öðlast skilning á samskiptum öndunarvegs-sýkla og þekjufrumna. Bordetella bakteríur sýkja eingöngu menn og áhrif bakteríunnar á þekju öndunarvegs hefur ekki verið skilgreind vegna skorts á góðum líkönum. Við munum greina áhrif adenylate cyclase toxín (ACT eða CyaA) frá Bordetellu á náttúrulegt ónæmi og þekjuvirkni. Verkefnið mun auka skilning okkar á náttúrulegu ónæmi lungna og gæti haft áhrif á meðferðar úrræði gegn sýkingum.
Umsjón
Denis Warshan
Um verkefnið
Blábakteríur í samlífi við sveppi (í fléttum) og mosa leggja til um 30% þess niturnáms sem fram fer á landi og þar með eru þessi sambýli lykilþátttakendur í efnahringrásum lífheimsins. Þrátt fyrir vægi þeirra í mörgum vistkerfum eru smátriði þess hvernig sambýli blábaktería myndast harla lítt kunn, miklu síður en í mörgum öðrum sambýliskerfum, og lítið vitað um þau gen blábaktería sem helst koma við sögu. Fyrirhugað verkefni mun leiða betur í ljós smátriði þessa sambýlis í þessum tilteknu atriðum:
- Þróunarsögu þeirra baktería sem mynda fléttusambýli.
- Efnabúskap þáttökulífveranna við myndun samlífis.
- Hlutverk gena sem taka þátt í myndun og viðhaldi samlífis.
Markmið verkefnisins eru að:
- Greina hvaða gen hafa verið tekin upp og virkjuð við þróun blábaktería til fléttusamlífis. Þetta gverður gert með samanburði erfðamengja og með tilraunum til að nýmynda samlífi með fléttuhýslum.
- Leiða í ljós efnasamskipti milli þáttakenda við myndun fléttusamlífis.
- Leiða í ljós hlutverk gene sem varðveitt eru við samlífi með því að óvirkja þau.
Fyrirhugað verkefni mun í fyrsta sinn þróa tilraunakerfi til að greina á sameindagrunni samskipti þeirra lífvera sem mynda fléttur með blábakteríum og jafnframt þróa tól og aðferðir til að fylgjast með aðlögun og heilbrigði þessara samlífiskerfa og vistkerfa þeirra.
Umsjón
Kalina Hristova Kapralova og Michael Blair Morrissey
Um verkefnið
Bleikjuafbrigðin (Salvelinus alpinus) í Þingvallavatni henta vel til rannsókna á vistfræði og erfðafræði ferla sem leiða til fjölbreytni með aðlögun: i) kerfið er einstaklega vel skilgreint, ii) þróunarfræðilega ungt, iii) og samanstendur af fjóumr vel skilgreindum afbrigðum með mismunandi lífssöguþætti, atferli og lögun líkamshluta tengdum fæðuöflun, -sem bendir til þessi afbrigðin hafi þróast hratt með aðlögun. Þetta kerfi er einstaklega gott dæmi um hraða, sundurleita þróun með aðlögun. Samt hefur reynst snúið að nýta þetta kerfi til að svara ýmsum grunvallarspurningum um erfðafræði þessa ferlis, einkum vegan skorts á þekkingu á erfðamengjum bleikju og skyldra fiska en einnig sökum þess hve lífsferill bleikjunnar er langur. Nú hafa þessar aðstæður breytst og möguleika opnast á að svara ýmsum lykilspurningum. Meginmarkmið verkefnisins er að leita svara við grunvallarspurningum er varða erfðafræði þessa einstaka dæmis um hraða afbrigðamyndun með því að kanna fjölda gena sem koma við sögu, dreifingu þeirra í erfðamenginu, mismunandi árhif þeirra og hvort finna megi vísbendingar um valþrýsting á þau sem gæti skýrt hvernig sundurleitniferlin endurspegla aðlögun. Við munum svara þessum spurningum með því að nota klassískar erfðafræðilegar tilraunir byggðar á vel skipulögðum fjölskyldutilraunum en einnig með því að nýta erfðamengjafræðilegar greiningar á sýnum af fiskum í vatninu.
Nánari upplýsingar um fjármögnun og lengd verkefnisins í Gagnatorgi Rannís
Umsjón
Um verkefnið
Haförninn (Haliaeetus albicilla) á Íslandi fækkaði á síðari hluta 19du aldar frá um 150 pörum í 20 pör 1915 þegar stofninn var friðaður. Þrátt fyrir friðun stækkaði stofninn ekki, einkum vegna eitrana fyrir refi og það var ekki fyrr en á sjöunda áratugnum sem stofninn fór að stækka. Vaxtarhraðinn er hægur og frjósemi arnanna er mun minni en hjá haförnum á norðurlöndum.
Markmið verkefnisins er að greina áhrif lítillar stofnstæðrar og skyldleikaæxlunar á breytileika erfðamengja og hæfni einstaklinga. Til að greina þessi áhrif verða greind einstök sýna og gagnasett sem safnað hefur verið frá 2001-2016.
Í fyrsta lagi verður breytileiki erfðamengja arnanna í dag borinn saman við erfðamengi við byrjun niðursveiflunnar, við lágmark stofnsins og þegar stofninn náði að vaxa á ný.
Í öðru lagi verða erfðamengi úr hinum litla íslenska stofni borin saman við erfðamengi frá stærri stofni arna frá meginlandi Evrópu.
Í þriðja lagi þá verða hæfnistengdir eiginleikar eins og frjósemi greind m.t.t. skyldleika milli unga fæddum frá 20012016 og erfðabreytileika einstaklinga.
Greining á neikvæðum áhrif skyldleikaæxlunar, eins og á stærð litningaenda og sníkjudýrabyrði verður einnig athuguð með qPCR. Breytileiki erfðamengjanna gefur tækifæri til að prófa ýmsar tilgátur stofnerfðafræðinnar um áhrif náttúrulegs vals og stofnsveiflna á sameindabreytileika.
Niðurstöður þessarar rannsóknar hafa þýðingu bæði fyrir þróunarfræði og náttúruverndarlíffræði og verndun hafarnarins á Íslandi.
Umsjón
Um verkefnið
Nýtanlegt nitur er nauðsynlegt fyrir frumframleiðslu. Í þessu verkefni munum við afla upplýsinga um niturnám lífvera (NL) í átta skilgreindum norðlægum vistgerðum (EUNIS flokkun), en í þessum vistgerðum er um 90% af lágplöntuþekju utan ræktarsvæða á Íslandi. Þetta verður gert með því að mæla niturnám, með skilgreiningu á bakteríum og niturnámskerfum, m.a. þætti hins óhefðbundna Vnf kerfis, og með tilraunastofuprófun á tilgátum um meginþáttakendur, þar sem nýtt verður efnagreining og samsætugreining, raðgreining erfðaefnis og lífupplýsingafræði.
Markmiðin eru að:
- Afla áreiðanlegra talna um NL í lágplöntuvistkerfum með asetýlen afoxun (ARA) sem kvörðuð er með 15N upptöku.
- Skilgreina niturnámsbakteríur og helstu lífverur í þessum vistgerðum með aðferðum örverufræði og erfðafræði.
- Framkvæma athuganir úti í vistkerfunum varðandi fjölda blágrænbaktería og umhverfisþætti (raki, hitastig o.fl.), svo og tilraunir bæði í mörkinni og á tilraunastofu til að skilgreina hvað stýrir NL.
- Staðfesta þátt Vnf niturnámskerfisins í lágplöntuvistkerfum, bæði í mörkinni og á tilraunastofu.
Til þess munum við a) nýta massagreiningu til að mæla hlutfall 15N samsætunnar (lægra í Vnf en Nif), og b) mæla tjáningu vnf og nif gena með víxlritun og magnbundnu PCR. 5) Yfirfæra niðurstöður til sambærilegra vistkerfa erlendis, gera líkan að LN og meta mikilvægi á heimsvísu.
Umsjón
Um verkefnið
Grunnurinn að aðlögun lífvera að umhverfi sínu byggir á samspili þroskunarferla og þróunar. Til að skilja þetta samspil er gagnlegt að rannsaka náttúrulega stofna sem hafa verið undir sterku vali og sýna jafnvel endurtekna þróun samskonar einkenna. Athyglisvert dæmi um slíkt eru bleikjuafbrigðin fjögur í Þingvallavatni, sem hafa þróast þar á um 10.000 árum, og endurteknin þróun dvergbleikju í íslenskum lækjum og hrauntjörnum. Við rannsökuðum genatjáningu (mRNA og miRNA) í Þingvallableikjum og fundum vísbendingar um hvað veldur þroskun mismunandi höfuðlags afbrigðanna. Þar má nefna net gena sem eru ólíkt tjáð í þroskun botnlægra og sviflægra bleikjuafbrigða. Við viljum fylgja þessu eftir og freista þess að finna þá erfðaþætti sem stjórna þroskaferlunum og greina áhrif erfðabreytileika í stjórnröðum og genum sem sem orsaka þennan svipfarsmun. Þetta verður gert með því að nýta sér nútíma DNA raðgreiningartækni og samþætta á þrjá vegu. Fyrst munum við raðgreina erfðamengi bleikju. Næst munum við greina mismunandi methýlun í erfðamenginu snemma í þroskun og kanna tengsl hennar við genatjáningu. Í síðasta lagi munum við nota makvissa endurraðgreiningu á áhugaverðum stjórnsvæðum og bera þær breytingar sem aðskilja Þingvallableikjur saman við raðir úr öðrum bleikjustofnum, til að kanna hvort sömu gen séu undir vali þar. Að endingu verða áhrif þeira gena, stjórnþátta og stökkbreytinga sem finnast, prófuð í frumuræktum og í zebrafiskum.
Umsjón
Sigurður Sveinn Snorrason og Kalina Hristova Kapralova
Um verkefnið
Bleikja (Salvelinus alpinus) í Þingvallavatni er kjörin fyrir rannsóknir á ferlum þróunar og æxlunarlegs aðskilnaðar. Þar skiptir mestu hversu stutt er síðan bleikjan settist þar að, og að á þeim tíma myndaði hún fjögur ólík afbrigði. Afbrigðin eru ólík útliti, hegðan og fleiri þáttum tengdum lífsögu, sem bendir til að þróunarleg aðlögun hafi ýtt undir fjölbreyttni í formi og jafnvel tilurð æxlunarlegra hindrana. Við munum einbeita okkur að tveimur minni afbrigðunum, murtu og dvergbleiku sem eru ólík í höfuðlagi og borða fæðu annars vegar í vatnsmassanum (murta) og á hraunbotni (dvergbleikja). Tilgátan sem liggur til grundvallar rannsókninni er sú að æxlunarlegar hindranir séu til staðar milli dvergbleikju og murtu, (m.a. vegna þess að blendingar þeirra eru smærri og jafnvel með aflöguð höfuð miðað við foreldragerðirnar) og að minni hæfni blendinga skapi þróunarfræðilegan þrýsting á aðra lífssöguþætti sem tengjast mökunaratferli, stað og sérstaklega tímasetningu hryggningar. Verkefnið samanstendur af fjórum hlutum. Fyrst munum við æxla saman afbrigðum og kanna lífslíkur og eiginleika (stærð og höfuðlag fóstra) blendinga, samanborið við dvergbleikju og murtu. Næst er markmiðið að skoða genatjáningu í sama efniviði, til að kanna hvort hún raskast í blendingum. Í þriðja hluta munum við skoða dreifingu fiskanna á hrygningarstöðvunum, bæði með netaveiðum og myndatöku í vatni. Að síðustu munum við kanna makaval og æxlunarárangur inni á tilraunastofu og í Þingvallavatni.
Umsjón
Um verkefnið
Samlífi er meginstef í þróun lífsins. Vistkerfi um gervallan heim eru undir álagi vegna loftslagsbreytinga sem búast má við að hafi sérstaklega alvarleg áhrif á náinn og samofin samskipti eins og samlífi flétta. Lífverur breyta gjarna tjáningu gena til að verjast sveiflum í umhverfi og öðrum streituvöldum. Hugsanlega treysta lífverur á sömu kerfi til að verjast umhverfissveiflum og til að bregðast við loftslagsbreytingum, en þekking okkar á eiginleikum þessara kerfa í samlífi flétta og getu þeirra til að bregðast við aðstæðum er af skornum skammti.
Við hyggjumst rannsaka vistfræðilega mikilvæga eiginleika svipfars og erfðamengja í tveimur fléttutegundum sem eru algengar í norðlægum vistkerfum. Þessar skófir finnast á sömu landsvæðum, en frumframleiðendur fléttanna tilheyra mjög ólíkum þróunargreinum. Annars vegar munum við gera víðtækari RADraðgreiningu á stofngerð Peltigera membranacea og P. leucophlebia. Hins vegar ætlum við að rannsaka genatjáningu (með RNAseq og qPCR) og kanna viðbrögð við hitaálagi við staðlaðar aðstæður á rannsóknarstofu. Gögnin og greiningar munu gera okkur kleift að greina á milli áhrifa vegna erfða og umhverfis-aðlögunar, og afhjúpa kerfi sem gegna lykilhlutverkum í bæði lífeðlisfræðilegri og þróunarlegri aðlögun þessara merkilegu samlífisvera. Niðurstöðurnar munu nýtast þeim sem rannsaka svörun vistkerfa við loftslagsbreytingum og samlífi á víðum grunni.