TDK

Társtémavezető: Dr. Tóth Luca

A 3D nyomtatási technológiák a 21. században jelentős szereppel bírnak a személyre szabható orvostechnológiai eszközök fejlesztésében. Ennek egy külön, dinamikusan fejlődő tudományterülete a gyógyászati segédeszközök individualizálása. A PTE ÁOK és a PTE 3D Projekt keretében célunk olyan felső végtagi eszközök fejlesztése és klinikai tesztelése melyek részben 3D nyomtatással készültek, ezáltal egyénenként személyre szabhatók amellett, hogy a klinikai felhasználhatóságuk megegyezik a konvencionális technológiával készült eszközökével. Az eszközök klinikai tesztelése során 3D mozgásanalizáló rendszerek segítségével elemezzük az elért neurorehabilitációs tevékenység eredményességét.

Társtémavezető: Dr. Bódis Emőke

Ha eddig azt gondoltad, hogy a baktériumok egyszerű élőlények, akkor bizony nagy tévedésben voltál.

Az utóbbi pár évtizedben fény derült arra a tényre, hogy ezek a parányi lények sokkal összetettebben működnek, mint azt valaha is gondoltuk. Megtalálhatóak bennük a legfontosabb eukarióta fehérjék homológjai, melyek az összekötő kapcsot jelenthetik az ősi és a filogenetikailag fejlettebb szervezetek között.

Intézetünkben olyan rekombináns fehérjéken végezhetsz kutatásokat, melyek nélkülözhetetlenek a "bakteriális citoszkeleton" felépítésében. A kutatómunka keretein belül megtanulhatsz és gyakorlatban is alkalmazhatsz DNS és fehérje elválasztási módszereket, és lehetőséget kapsz arra, hogy a célfehérjéket különböző biokémiai, és spektroszkópiai módszerekkel tanulmányozd, úgy, mint kromatográfia, fotometria, fluorimetria, és nagy felbontású mikroszkópia.

Csatlakozz TDK hallgatóként a kutatócsoportunkhoz, használd a már nagyrészt tanult technikákat, és írj belőle izgalmas, magas színvonalú diplomamunkát!

Képek: (bal) A Thermotoga maritima aktin homológ MreB fehérjéjének szerkezete (PDB ID: 1JCG). (jobb) Filamentumrendszer a Caulobacter crescentus baktériumban.

Társtémavezető: Dr. Ujfalusi Zoltán

Napjaink orvoslásának egyik legégetőbb problémája a baktériumok antibiotikumokkal szembeni rezisztenciája. Hiába állnak rendelkezésre igen széles spektrumú, és sokféle hatásmechanizmusú antibakteriális szerek, a patogén prokarióták „megtanulták” kijátszani ezeket, és szinte megállíthatatlanul károsítják az emberi szervezetet, mely folyamat fatális következményekkel is járhat.

Annak érdekében, hogy ebben a küzdelemben felül tudjunk kerekedni ezeken a parányi élőlényeken, új, eddig ismeretlen mechanizmusok feltárása szükséges, melyek által a bakteriális sejtek túlélése, illetve szaporodása gátolható.

Az antibiotikumok nagy része a baktériumok sejtfalszintézisét gátolja, ezáltal teszi életképtelenné a sejtet. Intézetünkben rutinszerűen állítjuk elő és vizualizáljuk a sejtfalszintézis „karmesterét”, a bakteriális aktinnak is nevezett MreB fehérjét. Kutatásunk célja annak felderítése, hogy az MreB fehérjének milyen szerep jut az antibiotikumokkal szembeni érzékenység, vagy épp ellenkezőleg, az antibiotikum rezisztencia folyamatában.

Ábra: Szuperfelbontású mikroszkóppal (SIM, SzKK) készült felvétel B. megaterium sejtekről.

Társtémavezető: Dr. Barkó Szilvia

A TDK munka lehetőséget biztosít egy klinikai és elméleti intézet közös projektjében való részvételre. Kollaborációs partnerünk a PTE KK, Szülészeti és Nőgyógyászati Klinikán, Prof. Dr. Koppán Miklóssal klinikavezető, egyetemi tanár és Dr. Papp Szilárd klinikai adjunktus. Azt vizsgáljuk, hogy cervix citológiai mintavétel során nyert hámsejtekbe bejutatott, expresszált majd tisztított aktint és p53-as apoptózis faktort kötő fehérjék hogyan befolyásolják a sejtek morfológiáját, osztódását és mozgását. HPV mentes, fertőzött és kezelt betegekből származó mintákban. Elsősorban mikroszkópos, sejtmanipulációs és in vitro módszereket alkalmazva vizsgáljuk a citoszkeletális rendszer szintjén lezajló folyamatokat a karcinóma sejt malignus transzformációja során. 

Társtémavezető: Halász Henriett

A membrán nanocsövek (NT-k) távoli sejteket fizikailag is összekötő aktin vezérelt „csőszerű” kommunikációs hálózatok. Kialakulásukat, felépítésüket, morfológiájukat és biológiai funkciójukat tekintve nagyon heterogén struktúrák. Kulcsfontosságú szerepet töltenek be a távoli sejtek gyors és hatékony anyagtranszport folyamataiban, a tumorok progressziójában, egyes patogének előretörésében, de számos idegrendszeri eredetű betegségben is kimutatták jelenlétüket.

Jelenleg nagyon kevés információval rendelkezünk molekuláris összetételüket illetően, így vizsgálataink során célunk, hogy felderítsük a membrán nanocsövek felépítésében részt vevő citoszkeletális elemeket és megértsük azok funkcióját a különböző transzport folyamatokban. Ezen információk ismerete fontos alapját képezheti az NT-k terápiás célú felhasználásának.

Társtémavezető: Dr. Tamás Andrea

Az aktin sejtváz dinamikus átrendeződése (például némely szöveti degeneráció és regeneráció során) az aktinhoz asszociált fehérjecsaládok komplex koordinációja révén valósul meg. In vitro kísérleteink során ilyen fehérjecsaládok vizsgálatával foglalkozunk, melynek tagjai változatos biológiai funkciókban töltenek be nélkülözhetetlen szerepet.

Jelen kutatási témában a hipofízis adenilát cikláz aktiváló polipeptid (PACAP) mint neuropeptid citoszkeletális szabályozásban betöltött potenciális szerepének feltárását tűztük ki célul. A PACAP-ot az agyalapi mirigyben kifejtett adenilát cikláz aktiváló hatása alapján izolálták, azonban a felfedezése után már rövid idővel nyilvánvalóvá vált, hogy hatása ennél jóval sokrétűbb.

Az aktin-szabályozó fehérjék jelenléte, azok megjelenési mintázata karakterisztikus lehet a különböző klinikai kórképekben, a szabályozó fehérjék minőségének, illetve mennyiségének (idő- és koncentrációbeli) módosulása pedig jelentős hatást gyakorolhat a patológiai elváltozások hátterében is szerepet játszó citoszkeletális szabályozás folyamataira.

Tekintve, hogy a PACAP-nak meghatározó szerepe van számos fiziológiai folyamatban, továbbá kóros elváltozásokban, így célunk a mögöttes citoszkeletális szabályozó mechanizmusok megértése, a funkciók feltárása.

Feladataink között szerepel a PACAP fehérje szerkezet-funkció koordináció tisztázása, illetve a szintetizált exogén protein aktin sejtvázra gyakorolt hatásvizsgálata, továbbá a későbbiekben esetleg annak traumás sérülésekben történő vizsgálata endogén biomarker-identifikáció céljából.

Társtémavezető: Dr. Lukács András

Az optogenetika egy gyorsan fejlődő biológiai módszertan és kutatási terület, amely fényérzékeny fehérjék sejtspecifikus kifejeződésén alapszik. A módszer lehetővé teszi a vizsgált biokémiai (pl. jelátvitel) folyamatok sejt specifikus indukcióját, valamint kontrollálását fény megvilágítás hatására, fényérzékeny fehérjéken keresztül.

A fotoaktivált adenilát-ciklázok (Photoactivated Adenylate Cyclases-PACs), úgymint az OaPAC és bPAC felelősek az organizmusok gyors adaptációs képességéért a megváltozott környezeti fényviszonyok hatására. Az OaPAC mellett a kevésbé ismert bPAC egyre népszerűbb optogenetikai „eszköz”, mivel nagyobb fotoaktivitással rendelkezik fénymegvilágítás hatására. Ezért a bPAC optogenetikai alkalmazása egyre inkább előtérbe kerülhet a jövőben.

Friss kutatások szerint fény indukálta, célzott ciklikus adenozin monofoszfát (cAMP) termelés pozitív irányban befolyásolhatja szívizomsejtek jelátviteli folyamataiban fellépő diszfunkciókat. A bPAC részletesebb megismerését követően genetikailag módosított bPAC előállítása akár gyorsabb fotociklushoz és cAMP termeléshez vezethet, amely klinikai szempontból rendkívül hasznos lehet optogenetikai terápiás alkalmazásokban.

Célunk a fent említett vad típusú és mutáns adenilát-cikláz fehérjék konformációs és funkcionális vizsgálata különböző fluoreszcens spektroszkópiai módszerekkel.

Az aktin az eukarióta szervezetek a legnagyobb mennyiségben előforduló fehérjéje. Az aktin molekula tulajdonsága hogy reverzibilis módon filamentummá szerveződik. Az eukarióta sejtek egyik fő alkotója, az az aktin citoszkeleton rendszer dinamikusan szerveződő aktin filamentokból áll. Az aktin citoszkeleton különböző sejtfolyamatokban tölt be kucsszerepet, mint a sejtmozgás, a morfogenezis, a membrántranszport és a sejtosztódás. Az aktin filamentum hálózatok szerveződését egy sor aktin kötő molekula szabályozza, illetve xenobiotikum esetén befolyásolja. Az aktin alapú sejtfolyamatok részletes megértéséhez szükséges az aktinon belül fellépő konformációs és dinamikai változások megismerése.

Kutatásaink során különböző xenobiotikumok (például kis toxinmolekulák) illetve fehérjék (például BAR, I-BAR fehérjék) hatásmechanizmusát vizsgáljuk. Vizsgálatainkat in vitro kísérletek mellet sejtkultúrákon is végezzük, hogy komplex képet kaphassunk a kutatott mechanizmusokról.

A hallgatók munkájuk során betekintést nyernek az intézetben zajló kutatómunkába és megismerik az aktin kutatáshoz szükséges kutatási módszereket.

Társtémavezető: Leipoldné Dr. Vig Andrea

A természetes körülmények között előforduló toxinok mérgező hatásukat a sejtek aktin vázával kölcsön hatva is kifejtik.  Ilyen toxin például a falloidin (Gyilkos galóca, Amanita Phalloides), mely fehérjékhez és nukleinsavakhoz is kötődik. Patológiai hatása mellett fontos szerepet játszik a kutatásokban is, mivel erősen kötődik az aktin filamentumokhoz, stabilizálva azokat. A falloidinhez kötött jelölő (festék) molekulákat széleskörűen alkalmazzák a mikroszkópiában a citoszkeleton vizsgálatára, egyszerre kihasználva a falloidin erős kötődését és filamentum stabilizáló hatását, és a jelölő detektálhatóságát.

A jasplakinolid toxin is egy ciklikus peptid (Jaspis johnstoni), mely ugyancsak képes kötődni az aktin filamentumokhoz megmerevítve azokat. Lényeges különbség azonban, hogy míg a jasplakinolid képes a sejtek membránjain keresztül hatolni, addig a falloidin ezt nem tudja megtenni.

Kutatásaink során ezeknek a toxinoknak nemcsak a biológiai/patológiai hatásmechanizmusait szeretnénk megismerni, hanem felhasználjuk a már ismert hatásaikat a citoszkeletont utánzó modellrendszerek felépítéséhez. Ezen modellrendszerek segítségével tudjuk a citoszkeleton működését és szerepét részleteiben kutatni, megérteni.

TDK munkája során a hallgató betekintést kap az intézetben zajló kutatómunkába és megtanulhatja a citoszkeleton kutatáshoz szükséges biofizikai, biokémiai és sejtbiológiai módszerek használatát is.

Ábra: Alexa 488 és Alexa 568 –falloidin jelölés, 5 nM aktin Olympus IX981 mikroszkóppal 100x nagyításban, készítette Dr. Barkó Szilvia a Biofizikai Intézetben

Az aktin filamentumrendszer (mikrofilamentumok) a sejtváz dinamikus hálózata, amely olyan fontos celluláris folyamatokban játszik szerepet, mint a sejtmozgás, osztódás, vezikulatranszport vagy a malignus fenotípus kialakulása. Az aktin filamentumok felépülését-lebomlását, szerveződését, működését és kapcsolatait igen nagyszámú aktinkötő fehérje szabályozza, bonyolult funkcionális kölcsönhatásokat kialakítva. Az aktin filamentumokhoz aktuálisan kapcsolódó kötőfehérjék együttesen specifikus szerepű mikrofilamentum alpopulációkat hoznak létre a sejtben. Az intézetben folyó kutatás célja, hogy in vitro expresszált fehérjék (mint pl. gelsolin, cofilin, twinfilin, caldesmon, miozinok stb.) segítségével felderítsük azok kölcsönhatásait, illetve az aktin dinamikára gyakorolt hatásaikat, jobban megértve egyes filamentum-populációk sajátosságait. Méréseinket fluoreszcens jelölés után egyrészt spektroszkópiai módszerekkel, másrészt fénymikroszkóppal végezzük. Ugyancsak célunk specifikus helyeken megjelölt fluoreszcens fehérjék kifejezése és vizsgálata élő neuronokban is. A hallgatónak lehetősége nyílik a fehérjeklónozástól kezdve a molekuláris biológiai technikákon át az említett mérési eljárásokig számos metódus elsajátítására.

A miozinok elsősorban sejtmozgásokért és sejten belüli transzportért felelős motorfehérjék, amelyek az ATP energiáját mechanikai munkává alakítják át. Egyik nemrégiben felfedezett és kevéssé ismert motorfehérje a miozin16, amely elsősorban a fejlődő idegsejtekben mutatható ki, de pontos szerepéről nagyon keveset tudunk.

Célunk, hogy megértsük ennek a különleges domén-szerkezettel bíró fehérjének az alapvető tulajdonságait. Ehhez rekombináns technikával fehérje fragmentumokat állítunk elő bakteriális, illetve bakulovírus expressziós rendszerekben, majd azokat enzimkinetikai szempontból vizsgáljuk gyors-kinetikai, spektroszkópiai és mikroszkópiai módszerekkel. A miozin16 partner fehérjéit idegszövetben (újszülött patkányagy) keressük kötési tesztek segítségével, a kölcsönhatásokat felületi plazmon rezonancia technikával vizsgáljuk. A miozin16 sejten belüli elhelyezkedését, migrációját fluoreszcens mikroszkópiával vizualizáljuk mikroinjektálást követően.

A szerteágazó projekt számos pontján be lehet kapcsolódni a kísérletekbe, hogy megismerve a legmodernebb orvosbiológiai technikákat, együtt próbáljunk választ kapni izgalmas és a tudományos közéletben sokakat foglalkozató kérdésekre.

Ábra: Fluoreszcens mikroszkópos képen Cos7 sejtek láthatóak: a) transzmissziós kép; b) aktin citoszkeleton hálózat GFP-vel jelölve; c) Alexa568-jelölt miozin16 mikroinjektálás után bejut a sejtmagba.

Társtémavezető: Dr. Pécsi Ildikó

A projekt során olyan speciális fehérjék tulajdonságaival foglalkozunk, amelyek a funkciójukat a fény hatására fejtik ki. Ezek közé a fehérjék közé tartoznak  például a fotokromikus fehérjék, amelyek fény hatására különböző állapotokba "kapcsolhatóak". A projekt során fluoreszcencia és tranziens abszorpciós spektroszkópiai módszerekkel tanulmányozzuk a fotoaktív és fotokromikus fehérjéket.

Társtémavezető: Dr. Grama László

A természetben számos fehérje - rodopszinok, xantofinok, fototropinok vagy például flavoproteinek - vesz részt a fény érzékelésében. Molekuláris szinten ezek a fehérjék nagyon különböző módon reagálnak a fény abszorpciójára. Jelen projekt keretén belül két fotoaktív fehérjecsalád – fotoliáz/kriptokróm és BLUF – funkcionális dinamikáját vizsgáljuk.

Tekintettel arra, hogy ezekben a fehérjékben a fényabszorpciót követő változások nagyon gyorsan – több száz femtoszekundum és néhány száz pikoszekundum között – zajlanak le, a vizsgálatok során használt elsődleges módszerünk az ultragyors lézer spektroszkópia. 

Társtémavezető: Dr. Szatmári Dávid

Az eritrociták vizualizálásához mikroszkópiai módszereket használunk, az alakjukban bekövetkező szerkezeti változásokat térképezzük fel a technika segítségével. Ahhoz, hogy a változásokat ki tudjuk mutatni, kiegészítésként más biofizikai vizsgálati módszereket fogunk felhasználni, mint a differenciális pásztázó kalorimetria (DSC). DSC méréseink során a minták hődenaturációját SETARAM Micro DSC-III kaloriméter segítségével valósítjuk meg, a bekövetkező membrán szerkezeti változásokat a DSC technika és a vizualizálás mellett az Elektronspin Rezonancia Spektroszkópia módszerét alkalmazva tárjuk fel.

Buy et al. "Changes in red blood cell membrane structure in type 2 diabetes: a scanning electron and atomic force microscopy study" Cardiovasc Diabetol, vol. 12, no. 1, 2013. doi:10.1186/1475-2840-12-25

Társtémavezető: Dr. Hild Gábor

Egyes, a klinikai gyakorlatban széles körben alkalmazott iv. kontrasztanyagok alkalmazásuk során bejutnak a sejtekbe és módosítják az aktin-sejtváz szerkezetét. Ennek a folyamatnak molekuláris mechanizmusai, valamint további hatásai még nem ismertek. Kutatásaink ezekre a fontos, molekuláris részletekre illetve az általuk kiváltott esetleges pathologiás elváltozásokra irányulnak különféle spektroszkópiai és mikroszkópiás módszerek és berendezések használatával.

Tudományos diákköri munkája során a hallgatónak nemcsak a témában jelölt kísérletes munka elvégzésére nyílik lehetősége, hanem betekintést kaphat a Biofizikai Intézetben zajló kutatómunkákba és megtanulhatja az aktin-citoszkeleton kutatáshoz szükséges egyéb labortechnikai, biokémiai, mikroszkópos és spektroszkópiai módszerek használatát is.

Társtémavezető: Prof. Dr. Nyitrai Miklós

A komplett vagy parciális, veleszületett illetve szerzett végtaghiányos állapotok emberek milliót érintik világszerte. Az orvos- és műszaki tudományok közös eredményeinek köszönhetően protézisek széles skálája elérhető a piacon, azonban a 3D technológiák (CAD tervezés, 3D nyomtatás és szkennelés) megjelenésével és dinamikus térhódításával ezen gyógyászati segédeszközök egyre olcsóbban, illetve abszolút személyre szabottan előállíthatóak.  A kutatási téma a világon az egyik vezető és kiemelt interdiszciplináris tudományterületnek számít.

Tudományos munkánk célja a végtaghiányos gyermekek és felnőttek számára open-source 3D nyomtatási rendszerek alapján elkészíthető, költséghatékony és személyre szabott felső végtagi funkcionális protézisek preklinikai és klinikai szempontú vizsgálata. Hangsúlyosan a napi tevékenységek (AoDL - activities of daily life) kivitelezésének lehetőségét tervezzük elemezni, továbbá a protézisek funkcionalitását objektív szempontok alapján is vizsgáljuk. Az eredmények figyelembevételével pedig javaslatot teszünk egy standardizálható score-rendszer megalkotására, mely a mechanikus és myoelektromos protézisek funkcionalitását és a páciens elégedettségét egyaránt méri.

Kutatócsoportunk vizsgálatai a relatív új és érdekes területnek számító membrán nanocsövek kialakulására irányulnak. A membrán nanocsövek hosszú, időszakosan megjelenő, sejteket összekötő membrán kitüremkedések, amelyek különböző anyagok vagy kémiai jelek továbbításával egy lehetséges kommunikációs útvonalat biztosíthatnak bizonyos sejtek között (pl. T limfociták, neuronok, vesesejtek, mieloid sejtek, rákos sejtek). Az elmúlt évek kiemelkedő munkájának eredményeként bizonyítást nyert, hogy a nanocsövek képesek többek között vírusok, prionok, különböző sejtorganellumok, sejtfelszíni proteinek, bizonyos lipidek egyik sejtből egy szomszédos sejtbe való átvitelére.

Célunk a membrán nanocsövek kialakulásában és funkciójában szerepet játszó molekuláris szintű folyamatok, kölcsönhatások feltárása és megértése szuperfelbontású mikroszkópia alkalmazásával.

A szuperfelbontású mikroszkópok csak néhány éve jelentek meg a kutatásokban. Elnevezésüket a kivételesen jó felbontásuk, vagyis a velük készített képek részletgazdagsága miatt kapták. A Pécsi Tudományegyetem Szentágothai János Kutatóközpontjában működő szuperfelbontású mikroszkóp egy Zeiss Elyra típusú berendezés, amely akár 100 nanométeres, azaz kétszer jobb felbontásra képes, mint a hagyományos mikroszkópok. A kiváló felbontás mellett a műszer és a kiválasztott módszer (SIM: structured illumination) további előnye, hogy ellentétben más szuperfelbontású technológiákkal, alkalmazásához nincs szükség különleges jelölőkre.

Ábra: Élő egér (A20) B-limfocita sejtek, DiO lipofil membránjelölővel festve, 63x-os nagyítás, SIM (structured illumination microscopy) kép. A nyíllal jelölt részen egy nanocső látható.

A PTE ÁOK Biofizikai Intézetben kutatócsoportunk hagyományos kutatási profilja az aktin citoszkeleton vizsgálata. Ezen programba jól illeszkednek a relatív új és érdekes területnek számító membrán nanocsövek kialakulására irányuló kísérletek. A membrán nanocsövek hosszú, időszakosan megjelenő, sejteket összekötő membrán kitüremkedések, amelyek egy lehetséges kommunikációs útvonalat biztosíthatnak bizonyos sejtek között (pl. T limfociták, neuronok, vesesejtek, mieloid sejtek, rákos sejtek) különböző anyagok vagy kémiai jelek továbbításával. Az elmúlt években kiemelkedő figyelem irányult a sejtbiológia ezen területére, amelynek eredményeként bizonyítást nyert, hogy a nanocsövek képesek többek között vírusok, prionok, különböző sejtorganellumok, sejtfelszíni proteinek, bizonyos lipidek egyik sejtből egy szomszédos sejtbe való átvitelére.

Célunk a membrán nanocsövek kialakulásában és funkciójában szerepet játszó molekuláris szintű folyamatok, kölcsönhatások feltárása, a fehérje szerkezeti és sejt morfológiai átalakulások minél pontosabb leírása és megértése.

(A képen Alexa 488 falloidinnel jelölt, fixált egér B-limphocyta (A20) sejtek, 63x-os nagyítása látható. SIM, azaz structured illumination microscopy kép. A nyíllal jelölt részen egy nanocső látható.)