Zavod za kemiju i biokemiju

Proteini igraju bitnu ulogu u svakom staničkom procesu. Biomarkeri imaju potencijal identificirati ključne pokazatelje bolesti na individualiziranoj razini, kao i otkriti bolest u ranim fazama prije razvoja/napredovanja ozbiljne bolesti. Pojava inovativne, postgenomske tehnologije, poput proteomike, dovela je do razvoja strategija usmjerenih na identifikaciju promijenjenih, osjetljivih biomarkera specifičnih za bolest među tisućama molekula prisutnih u biološkim uzorcima. Krv i urin sadrže mnoštvo, neistraženih i nepoznatih biomarkera, osobito u niskomolekularnom području proteoma krvi i urina. Babezioza, idiopatska dilatativna kardiomiopatija (iDCM) i kronična valvularna bolest (CVD-MV) u pasa su česte i ozbiljne bolesti. Ciljevi projekta su: otkriti nove, rane biomarkere bubrežnih i srčanih bolesti u pasa koji bi mogli dovesti do preciznijeg i adekvatnijeg dijagnosticiranja, prognoze i praćenja ovih bolesti; napraviti proteomsku analizu seruma i urina pasa s nekompliciranim i kompliciranim oblikom babezioze, kao i pasa s dijagnosticiranim iDCM i KVB-MV u svrhu identifikacije novih, ranih dijagnostičkih i prognostičkih biomarkera; proširiti istraživanje signalnog puta kako bi se poboljšalo razumijevanje patogeneze proučavane bolesti; potvrditi nove biomarkere za proučavane bolesti. Ovi očekivani znanstveni rezultati doprinijet će u praksi: (a) kratkoročno gledano, otkrivanju individualiziranih molekularnih otisaka prstiju; poboljšati dijagnozu i prognozu iDCM, KVB-MV i babezioze, kao i potencijalne mete za nove pristupe praćenja terapije ovih bolesti; omogućiti mogućnost personalizacije liječenja pojedinih pacijenata što rezultira poboljšanom skrbi za pacijente; i (b) dugoročno, omogućiti ulazak proteomike u kliničku veterinarsku medicinu u Hrvatskoj i prijenos znanja o omics-tehnologijama u druge dijelove veterinarske medicine.

Veterinarski fakultet Sveučilišta u Zagrebu (FVM) dobro je etablirana istraživačka institucija u Hrvatskoj s više od 178 djelatnika koji imaju izvrsno obrazovanje i znanstveno iskustvo. Kako bi proveli strukturne promjene u veterinarskoj medicini, znanstvenici s FVM-a prihvatili su inicijativu ERA Chair, s ciljem poticanja strukturnih promjena, sinergije između kohezije i financiranja istraživanja te podizanja kvalitete istraživanja u primjeni molekularnih tehnologija na međunarodne razine izvrsnosti.

Prijedlog projekta ima za cilj ojačati istraživačku izvedbu FVM-a kroz jačanje njegovih kapaciteta u molekularnoj veterinarskoj medicini, privlačenjem izvanrednih iskusnih istraživača, prijenosom znanja i istraživačkog potencijala, posebno u područjima proteomike i metabolomike.

Razmjena znanja i iskustva s cijenjenim izvanrednim iskusnim istraživačima ostvarit će se kroz koherentan niz mjera: obuku, radionice i internacionalnu razmjenu istraživačkog osoblja. Radionice o različitim aspektima molekularne medicine organizirane su u Zagrebu i uglavnom će pokrivati tri odabrana područja: komparativnu analizu tumora, postgenomsku tehnologiju i istraživanje divljih životinja na odjelima FVM. Unapređenjem svoje istraživačke uspješnosti i izvrsnosti FVM će poboljšati uspješnost u konkurentnom financiranju istraživanja, spriječiti odljev mozgova, povećati svoju konkurentnost i vidljivost u široj regiji te postati međunarodno priznat partner.

Predložene aktivnosti trebale bi povećati učinkovitost istraživanja u specifičnom području molekularne veterinarske medicine, a FVM će moći povećati svoju uključenost u međunarodne istraživačke projekte s partnerima iz EU i bolje se integrirati u ERA. ERA Chair Initiative bit će jedinstvena u hrvatskoj veterini s potencijalnom dobrobiti za širu istraživačku zajednicu i susjedne zemlje.

Fascioloidoza je invazijska bolest uzrokovana sa za Europu nezavičajnom vrstom dvorodnog metilja Fascioloides magna. Za sada je moguće razlikovati tri tipa konačnih divljih nositelja ovog metilja u Europi: tipični (jelen obični i lopatar), ”slijepa ulica” (svinja divlja) i atipični (srna obična, muflon i divokoza). Iako je pojava ovog parazita potaknula razmjerno velik interes znanstvene javnosti rezultirajući objavom brojnih znanstvenih članaka, interakcije nositelj-parazit i dalje nisu razjašnjene. Pri tome je fascioloidoza atipičnih nositelja često smrtonosna bolest te je na invadiranim područjima zabilježen pad brojnosti srna. Cilj je razumijevanje interakcije nositelj-parazit u različitim tipovima nositelja. Pretpostavke projekta su: i) trajna migracija metilja kroz jetru nositelja je posljedica neadekvatnog imunosnog odgovora nositelja, i ii) trajna migracija metilja kroz jetru nositelja posljedica je nemogućnosti spolnog sazrijevanja metilja. Ciljevi projekta su: a) proučiti makroskopske i mikorskopske promjene na i u jetrima različitih tipova nositelja, b) razumjeti imunosni odgovor na metilja F. magna kod različitih nositelja, c) usporediti raznolikost/postojanje specifičnih alela MHC gena kod različitih tipova nositelja, d) analizirati različite stadije metilja kod različitih nositelja. Uzorci krvi, čitave jetre i metilji prikupit će se tijekom redovitih lovnih zahvata. Jedinke ćemo razvrstavati na negativne, invadirane, ponovno invadirane i izliječene. Životinje s područja na kojima nije utvrđena fascioloidoza će poslužiti kao potpuno negativne kontrole. Prikupljene uzorke analizirat ćemo parazitološki, omika metodama, NGS i klasičnom analizom MHC gena, seciranjem metilja. Analize će provesti tim oformljen tijekom provedbe uspostavnog istraživačkog projekta uz pomoć članova projekta ERA Chairs za dio proteomike. Očekujemo da će rezultati projekta pružiti odgovore o značajnim interakcijama između nositelja i parazita na primjeru fascioloidoze.

Metaboliti su male molekule koje imaju važnu ulogu u svakom staničnom procesu, a tijekom bolesti dolazi do promjena u njihovoj koncentraciji te mogu služiti kao biomarkeri djelujući kao ključni indikatori bolesti i detektirajući rani stadij bolesti prije pojave kliničkih simptoma. Pojava inovativnih omika tehnologija, poput metabolomike, omogućila je razvoj strategija za identifikaciju promjena koncentracije metabolita koji djeluju kao osjetljivi biomarkeri različitih bolesti. Krv i urin sadrže brojne, još neproučene i nepoznate biomarkere. Kod pasa, nekoliko studija istraživalo je potencijal primjene metabolomike s ciljem poboljšanja dijagnostičkog procesa. U ovom projektu, metabolomski pristup primijenit će se za otkrivanje vrijednosti potencijalnih biomarkera u dvije česte i ozbiljne bolesti pasa: a) babezioze, infektivne bolesti, i b) ne-infektivne idiopatske dilatacijske kardiomiopatije (iDCM).

Ciljevi projekta su: identifikacija novih biomarkera bubrežne i srčane disfunkcije u pasa koji će omogućiti precizniju dijagnozu, prognozu i praćenje tijeka ovih bolesti; ne-ciljana i ciljana metabolomska analiza seruma i urina pasa s nekompliciranom i kompliciranom babeziozom, te pasa s iDCM-om; identifikacija novih dijagnostičkih i prognostičkih biomarkera; određivanje metabolomskog profila prije i nakon terapije s Imizolom s ciljem identifikacije novih dijagnostičkih i prognostičkih biomarkera akutne ozljede bubrega  (AKI) u pasa; poboljšanje spoznaja o signalnim putevima uključenim u patogenezu ovih bolesti; poboljšanje terapije pojedinih pacijenata na temelju specifičnog metabolomskog profila koje će doprinijeti boljoj brizi za pacijenta; uvođenje novih biomarkera u redovitu veterinarsku kliničku praksu; širenje inovativnih tehnologija na Veterinarskom fakultetu; uvođenje metabolomike u veterinarsku medicinu u Hrvatskoj; povećanje istraživačkog potencijala i vještina istraživača u molekularnoj veterinarskoj medicini; te jačanje veterinarskih molekularnih znanosti u Hrvatskoj.

Metabolički sindrom karakterizira nekoliko metaboličkih čimbenika rizika, uključujući rezistenciju na inzulin, dislipidemiju, prekomjernu tjelesnu masu i hipertenziju. Poremećaj metabolizma lipida ključna je komponenta u razvoju metaboličkog sindroma pa je i prevalencija metaboličkog sindroma povezana sa stupnjem pretilosti. Stoga, promjene u sastavu hrane mogu biti važna strategija za prevenciju metaboličkog sindroma i posljedičnih bolesti. Pretilost nastaje tijekom dugotrajne pozitivne energetske ravnoteže koja potiče proupalni odgovor. Masne stanice hipertrofiraju i stvaraju povećane količine proupalnih adipokina. Pojačano izlučivanje proupalnih peptida potiče infiltraciju upalnih stanica kao što su makrofagi i limfociti što rezultira promjenom mikrouvjeta u masnom tkivu. To uzrokuje kroničnu upalu i pojačani dotok lipida iz masnog tkiva u jetru, mišićno tkivo i gušteraču što rezultira s glukotoksičnosti i lipotoksičnosti. Stanje kulminira pogoršanjem u inzulinskoj signalizaciji,  nereguliranom homeostazom glukoze i posljedičnim razvojem rezistencije na inzulin. Kronična upala i rezistencija na inzulin danas su prepoznati kao bitni čimbenici kod mnogih bolesti kao što su dijabetes tipa 2, kardiovaskularne bolesti, Alzheimerove bolesti i tumora. U projektu će se istražiti mogućnost utjecaja n3/n6 omjera lipida hrane i dodavanja DHA u prevenciji i terapiji metaboličkog sindroma sa spolom kao dodatnom varijablom, zatim prijenos sklonosti razvitku metaboličkog sindroma i prekomjerne tjelesne mase s roditelja na potomstvo i interakciju između dobi i metaboličkog sindroma sa spolom i razinom energije u hrani (visoko-masna nasuprot nisko-kalorijska hrana) kao dodatnim varijablama. Također u projektu će se pokušati objasniti metabolizam lipida u tumorskom tkivu i tumorske markere lipidnog porijekla kao moguću veza između pretilosti, metaboličkog sindroma, kronične upale i tumora. Naposlijetku, podaci iz cijelog projekta rezultirati će integracijom stečenih znanja iz svih pokusa i boljem razumijevanju složenosti patogeneze metaboličkog sindroma. Integrativni pristup omogućit će nove pristupe prevenciji i liječenju metaboličkog sindroma putem modifikacije prehrane kao i bolje razumijevanje veze između kronične upale izazvane pretilošću i tumora.

Sažetak:
Dokozaheksaenske kiseline (DHA) je važna masna kiselina čiji je biokemijski put sinteze dugo vremena bio nejasan. Trenutni model pretpostavlja kako nakon serije desaturacija i elongacija u endoplazmatskoj mrežici nastaje C24:6n3 koja odlazi u peroksisom gdje se jednim ciklusom ß-oksidacije skraćuje u 22:6n3 (DHA) i zatim odlazi natrag u endoplazmatsku mrežicu gdje bude esterificirana u odgovarajuće fosfolipide. Količinu DHA u plazmi i tkivima određuje unos masnih kiselina hranom, natjecanje za enzime između n3 i n6 linije masnih kiselina i endogeni metabolizam. Svi ovi čimbenici mogu biti promijenjeni tijekom dijabetesa. Međutim, složenost sinteze trenutno onemogućava točno predviđanje razine DHA u tkivima dijabetičnih životinja. U projektu ćemo istražiti učinak n3/n6 omjera lipida hrane i direktnog dodatka DHA kod dijabetesa tipa 1 i 2 na metabolizam DHA, oksidaciju u mitohondrijima i peroksisomima i DHA metabolom. Naša pretpostavka je dokazivanje da hranidbena modulacija može umanjiti učinak inzulina kod dijabetičke dislipidemija što može imati veliko značenje u tretmanu dijabetesa. Dodatno ćemo istražiti koji enzimi, uključeni u mitohondrijsku i peroksisomsku ß-oksidaciju, mogu biti regulirani lipidima hrane. Istraživanja će biti provedena na štakorima kojima će biti induciran dijabetes tipa 1 i 2 te će dobivati hranidbene tretmane s varirajućih razinama n3/n6 i povećanom koncentracijom DHA. Integriranje rezultata pokusa objasnit će promjene u koncentracijama DHA kod različitih tipova dijabetesa. Istraživanja na subcelularnoj razini omogućit će utvrđivanje učinka dijabetesa na mitohondrijsku i peroksisomsku ß-oksidaciju i metabolizam DHA. Istraživanje metaboloma DHA povezat će prehranu, dijabetes i bioaktivne produkte DHA. Naposljetku, podaci iz cjelokupnog projekta rezultirat će integracijom znanja i boljim razumijevanjem biosinteze DHA.