VII. European Conference on Behavioural Biology

Részt vettem a VII. European Conference on Behavioural Biology konferencián, amit 2014. július 17-20. között rendeztek meg Prágában, Csehországban. Vizsgálatomban arra kerestem a választ, hogy a testtömeghez mérten relatív nagy agyméret milyen oxidációs költségekkel vagy haszonnal jár és ez képes-e magyarázni a fajok eltérő átlagos élettartamát. Azt találtam, hogy a testmérethez képest nagyobb agymérettel rendelkező fajok antioxidáns kapacitása nagyobb és membránlipideik oxidatív károsodásának mértéke kisebb. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a nagyobb relatív agyméretű, jobb kognitív képességgel bíró fajok sikeresebbek táplálékszerzésben, ami növelheti az exogén eredetű antioxidánsok szintjét, másrészt sikeresebbek stressz stimulusok elkerülésében, ami csökkenti az oxidatív támadások mértékét. Ezek az eredmények elsőként magyarázzák a fiziológiai alapját annak az összefüggésnek miszerint a nagyobb relatív agyméretű fajok élettartama hosszabb, hiszen az alacsonyabb oxidatív stressznek való kitettség hosszabb élettartamot eredményezhet. A konferencia poszter szekcióiban számos hasznos kérdést intéztek felém.

Philosophical Transactions of the Royal Society B különszáma mitokondriumról

Az angol királyi társaság egyik rangos szaklapja, a Philosophical Transactions of the Royal Society B egy különszámot szentelt a mitokondriumok költségeinek és a mitokondriális DNS evolúciójának. A különszámban fontos áttekintő cikkek kaptak helyet, közöttük olyanok is, amelyek a mitokondriumok működését, oxidatív stressz állapotot és öregedést összekapcsolják.

A különszám honlapja:

http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/369/1646?etoc

Szeminárium

Szemináriumot tartok a Debreceni Egyetem Evolúciós Állattani tanszékén MSc és PhD hallgatóknak Életmenet evolúció fiziológiai háttere címmel. A két összekapcsolt szemináriumon, melyek egyenként kétórásak, arra keressük a választ, hogy az életmenetek evolúcióját befolyásolhatják-e különféle fiziológiai rendszerek. Elméleti felvezetés után két rendszerre térünk ki: immunrendszer és oxidatív fiziológia. 

Minden érdeklődőt szívesen látok.

Közlésre elfogadott kézirat 1.

Ösztöndíjas témám az öregedés és költséges fenotípusos jellegek evolúciójának vizsgálata, jelesül ezek oxidatív fiziológiai háttere. Ennek érdekében filogenetikai összehasonlító elemzéseket (FÖE) fogok végezni. A FÖE számos evolúciós összefüggés feltárására alkalmas, azonban oksági viszonyok felderítésére nem. Ok és okozat szétválasztására ad lehetőséget a kísérleti megközelítés. Bizonyos tényezők manipulálásával megtudhatjuk, hogy ezek milyen hatással vannak a redox állapotra. Ehhez azonban fajon belüli viszgálatokra van szükség, ahol kezelt és kontroll csoport közötti különbségeket tesztelünk. 

Egyik biotikus tényező, amely az oxidatív homeosztázisra jelentős hatással lehet, a gazdák paraziták általi fertőzése. Fertőzések kivédésében fontos funkciója van a veleszületett immunrendszer gyulladásos válaszának. Ilyen válasz esetén a fagociták reaktív oxigén-formák (ROF) termelésével roncsolják a bekebelezett parazitát. Krónikus fertőzés esetén ez oxidatív stressz állapotot idézhet elő. Továbbá, az immunválasz hatékonyságát fokozzák bizonyos biomolekulák, amelyek egyben ROF semlegesítése révén tartják fenn az oxidatív homeosztatikus állapotot. Emiatt fertőzés és redox állapot között kapcsolat várható.

Egy 15 hónapon át tartó kísérletben röpdében fogva tartott házi verebeket (Passer domesticus) vizsgálatunk. A madarak felét egy egysejtű bélparazita (kokcídium) elleni gyógyszerrel gyógyítottuk, míg a kontroll csoportnál meghagytuk a természeteshez közeli fertőzöttségi szintet. Kéthavonta vettünk vérmintát, amiből számos immunológiai és oxidatív fiziológiai paramétert mértünk. Az oxidatív állapotot nem-enzimatikus antioxidánsok koncentrációjával (teljes antioxidáns kapacitás, húgysav és glutation), valamint a sejtmembrán telítetlen zsírsavainak peroxidatív rongálódásával (malondialdehid koncentráció, HPLC módszer) jellemeztük.

Előző madár–kokcídium kapcsolatot vizsgáló munkáink eredményei szerint a kokcídium-fertőzés mindössze enyhe hatással van a gazdákra. Ezzel megegyezően azt találtuk, hogy a kezelés nem volt hatással egyik redox állapotot jellemző paraméterre sem. Továbbá, az egyes mintázási események alatt nem volt összefüggés a fertőzöttség intenzitása és a mért oxidatív fiziológiai markerek koncentrációja között. Kéziratunkat beküldtük bírálatra a Physiological and Biochemical Zoology referált impakt faktoros szaklapba. A bírálatok alapján javított kéziratváltozatot közlésre elfogadták. Várhatóan a szeptember–októberi lapszámban fog megjelenni. Lentebb olvasható a hivatkozás és az angol nyelvű kivonat.

Pap PL, Sesarman A, Vágási CI, Buehler DM, Pătraș L, Versteegh MA and Banciu M 2014. No Evidence for Parasitism-linked Changes in Immune Function or Oxidative Physiology over the Annual Cycle of an Avian Species. Physiological and Biochemical Zoology (in press).

Abstract: Temporally changing environmental conditions occur over most parts of the world and can exert strong pressure on the immune defense of organisms. Seasonality may result in changes in physiological traits over the year, and such changes may be essential for the optimization of defense against infections. Evidence from field and laboratory studies suggest links between environmental conditions, such as infection risk, and the ability of animals to mount an immune response or to overcome infections; however the importance of parasites in mediating seasonal change in immune defense is still debated. In this study, we test the hypothesis that seasonal change in immune function and connected physiological traits are related to parasite infection. We sampled captive house sparrows (Passer domesticus) bimonthly over 14 months and compare the annual variation of 12 measures of condition, immune function, antioxidant status and oxidative damage among birds naturally infested with coccidians or medicated against these parasites. We found significant variation in 10 out of 12 traits over the year. However, we found little support for the parasite-mediated change in immune functions and oxidative status in captive house sparrows. Of the 12 measures, only one was slightly affected by the parasite treatment. In support of the absence of any effect of coccidians on the annual profile of the condition and physiological traits, we found no consistent relationships between the intensity of infestation and these response variables over the year. Our results show that chronic coccidian infections have limited effect on the seasonal changing of physiological traits, and that the patterns of these measures are probably more affected by acute infection and/or by virulent parasite strains.

15. Kolozsvári Biológus Napok

A Kolozsvári Biológus Napok 15. kiadása véget ért. Bár tagja voltam a szervezői csapatnak, egy részrehajlástól mentes rövid beszámolót adok a konferenciáról.

Markó Bálint, főszervező megnyitja a 15. KBN-t.

A 15. KBN egy konferencia, melynek minősége kiváló és meredeken felfele ívelő. Számos nagyszerű, igényesen megtervezett és fontos kérdésre választ kereső előadás volt terítéken a biológia minden területéről. Egyed alatti szinten dolgozó genetikusok, sejtbiológusok és biokémikusok, valamint egyed feletti szinten dolgozó taxonómusok, növény- és állatökológusok, evolúcióbiológusok és természetvédők egyaránt jelen voltak és növelték a diverzitást. Képviselve volt a legtöbb romániai és magyarországi felsőfokú oktatási intézmény és kutatási intézmény. Alapképzésben résztvevő hallgatóktól egészen csoportvezető szenior kutatókig terjedt az előadók skálája. Az előadások utáni építő viták, valamint a szünetek alatti és esti kötetlen beszélgetések szintén a konferencia pozitívumai közé sorolandók. Ezek alapján joggal mondható, hogy a 15. KBN egy konferencia, amit a magyar biológusok bizonyára egyre inkább számon fognak tartani. Erre utal egyre növekvő népszerűsége, ami idén először mindkét nap két párhuzamos szekciót követelt meg.

Mindkét nap mindkét szekcióban teltház volt.

Ezúton is köszönöm a szervezőknek, hogy meghívtak és egy plenárist előadást tarthattam aktuálisan futó kutatási témámról, az oxidatív stressz evolúcióbiológiai perspektívájáról. Lentebb olvasható előadásom magyar és angol nyelvű kivonata. A 15. KBN kivonatfüzete teljes terjedelemben letölthető innen.

Előadásom oxidatív stresszről és öregedésről.

 Témámhoz illő igazság egyik résztvevő trikóján.

Oxidatív stressz evolúcióbiológiai perspektívából

A legfontosabb biológiai kérdések egyike: Miért öregedünk és halunk meg? Humán egészségügyi vonatkozásai és természetes populációk demográfiáját befolyásoló hatása ellenére az öregedés és élettartam evolúciója mai napig vitatott. Célom ennek a témakörnek a kivonatolt ismertetése. Előadásomat 3 részre osztom. Először bemutatom az oxidatív stressz biokémiai hátterét, vagyis a mitokondriumok által termelt reaktív oxigénformákat (ROF), ezek sejtkárosító hatását és az ezekkel szembeni védekezési rendszert. Ezután azokat a fő öregedési elméletek következnek, melyek az élettartamot az oxidatív stressz valamely összetevőjével magyarázzák. Ezeket főként filogenetikai összehasonlító vizsgálatok eredményeivel szemléltetem. Végezetül a témakörben általunk végzett kísérleteket és összehasonlító munkákat kivonatolom. Kísérleteinkben az oxidatív stressz okait kerestük. Az összehasonlító munkákban metabolikusan költséges fenotípusos és viselkedési jellegek (pl. agyméret és repülés) evolúcióját vizsgáljuk, mert arra vagyunk kíváncsiak, hogy ezek a jellegek milyen oxidációs és sejtkárosodási költségekkel járnak és az antioxidáns védekezési rendszer ehhez hogyan alkalmazkodott. Legfőbb üzeneteim, hogy (1) az öregedés magyarázata nem korlátozható a ROF termelési rátájára és (2) a redox állapot pleiotróp hatásai miatt biológiai jellegek széles spektrumának evolúcióját képes magyarázni. Az összehasonlító kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

Oxidative stress from an evolutionary perspective

Why do we grow old and die is a fundamental question in biology. Although ageing and lifespan has implications for human wellbeing and the demography of natural populations, their evolution is still poorly understood. I aim at outlining this topic. I first present the biochemical background of oxidative stress, i.e. how mitochondria generate reactive oxygen species (ROS), how ROS may damage vital cellular components, and the defence arsenal that evolved to overcome these damages and reinstate the redox homeostasis. After then, I summarize those evolutionary theories of ageing, which specify components of oxidative state as the main cause of ageing, and the evidence for or against them based on phylogenetic comparative analyses. Finally, I show some experiments and comparative studies conducted by our Evolutionary Ecology Group that touch upon this topic. The experiments sought to reveal potential causes of oxidative stress. The comparative analyses strive to uncover the oxidative costs and associated antioxidant defences of metabolically expensive phenotypic and behavioural traits (e.g. brain size and flight). Messages to take home are that (1) the explanation of ageing cannot reduced to the production rate of ROS and (2) redox state might govern the evolution of a wide range of biological traits given its pleiotropic effects. The comparative research was supported by the European Union and the State of Hungary, co-financed by the European Social Fund in the framework of TÁMOP 4.2.4. A/2-11-1-2012-0001 ‘National Excellence Program’.

Ösztöndíjas kutatási témám

Az Erdős Pál fiatal kutatói ösztöndíjtámogatást az alább összefoglalt kutatási témára kaptam.

Az öregedés és élettartam evolúciója, valamint ezeket befolyásoló tényezők mai napig a legfontosabb biológiai kérdések közé tartóznak. Humán egészségügyi vonatkozásai és természetes populációk demográfiáját befolyásoló hatása ellenére az öregedés és élettartam evolúciója mai napig kevéssé ismert és forró téma. Egyik jelentős oka az öregedési folyamatnak a metabolizmus által termelt reaktív oxigénformák, mint nem kívánt melléktermékek, amelyek a sejtek vitális komponenseit károsítják (fehérjék, lipidek, DNS). Kutatásomban metabolikusan költséges fenotípusos és viselkedési jellegek (agyméret és repülés) evolúciójára és ezek fiziológiai hátterére keresem a választ madarak esetében. Arra vagyok kíváncsi, hogy ezek a jellegek milyen oxidációs és sejtkárosodási költségekkel járnak és az antioxidáns védekezési rendszer ehhez hogyan alkalmazkodott.

Jó összefoglalója a biokémiai és elméleti háttérnek Finkel & Holbrook (2000) áttekintő cikke a Nature-ben.

Finkel, T. & Holbrook, N.J. 2000. Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing. Nature 408: 239–247.