2020 Biofizika Téli Iskola
Tervezett program
Az előadások absztraktjai
Február 7. Péntek
Helyszín: ELTE Lágymányosi Campus Északi Épületében található 0.83-as, Eötvös Loránd terem
10:00-11:00,
Dr. Derényi Imre (ELTE): Szomatikus evolúció fizikus szemmel – Miért élhetnek a soksejtű élőlények sokáig? – Megnyitó előadás
A többsejtű élőlények sejtjei egy bináris fa mentén történő osztódási folyamat során jönnek létre. A sejtosztódások azonban replikációs hibákkal járnak, amelyek szomatikus evolúcióhoz, végső soron pedig öregedéshez, szövetleromláshoz, daganatképződéshez vezetnek. Matematikai modellek segítségével megmutatjuk, hogy a szövetek kialakulása és fenntartása során a sejtosztódások jól szervezett ütemezése jelentősen lassíthatja a szomatikus evolúciót, lehetőséget teremtve a többsejtű élőlények hosszú élettartamára mind az állat-, mind pedig a növényvilágban.
11:10-12:40,
Orbán Gergő (WIGNER): Battle Royale: Deep Learning vs Az Agy
Az agy matekjának megértése egy alapvető kihívás, mely jól tettenérhető abban, hogy a mesterséges intelligencia tanulórendszereinek képességeit is azon mérjük le, hogy az emberi teljesítményhez ezek teljesítménye hogyan viszonyul. Az utóbbi évek AI áttörései rendre az emberi képességeket ostromolták, több megdönthetetlennek hitt emberi benchmarkot maga mögött hagytak konkrét mesterséges intelligencia eszközök. Ezek a fejlesztések számos izgalmas, eddig nem feltehető kérdést vetnek elénk. Ha tudunk olyan eszközt építeni, mely hasonlóan viselkedik, mint az ember, akkor mennyit tanulhatunk az agy működéséről ezen eszközök segítségével? Hasonlít-e a mesterséges rendszerek által használt matek, a biológiai rendszerek által használt matematikára? Ha vannak különbségek, akkor mit mondhatunk a biológiai rendszerek matekjáról?
14:00-15:00,
Dr. Kellermayer Miklós (SOTE): Egymolekulabiofizika, molekuláris mechanika, nanobiotechnológia
Az élő természet tele van bámulatos nanoméretű gépezetekkel, melyek mindegyike különleges feladatokra szakosodott. Némelyek képesek végiggyalogolni egy polimerláncon, mások a DNS csomagolására szakosodtak, ismét mások az élő sejt energiaháztartását végzik. Hogyan vizsgálhatjuk ezeket a különleges molekulákat? Megérthetjük-e működésüket? Mit tanulhatunk, mit leshetünk el tőlük? Az előadás ilyen és hasonló kérdésekre keresi a válaszokat.
15:15-16:45,
Dr. Lukács András (PTE ÁOK): Femto-pikoszekundumos tranziens abszorpciós spektroszkópia
Mi az, ami a DNS-javítást, a napi ritmust vagy a madarak magnetorecepciójában közös? Mindhárom folyamatban ugyanaz a fehérje a kulcsszereplő, amelyben a kék foton abszorpció egy elektron transzfer kaszkádot indít el, ez vezet el a funkció megvalósulásához. Tekintettel arra, hogy az elektron transzfer lépések nagyon rövid idő alatt (a pikoszekundumos vagy akár a femtoszekundumos időtartományban) valósulnak meg, olyan spektroszkópiai módszereket kell alkalmaznunk, amelyekkel ezek láthatóvá válnak. A tranziens abszorpciós spektroszkópia segítségével képkockánként rakjuk össze az ultragyors molekuláris mozit.
17:00-18:30,
Dr. Szőllősi Gergely (ELTE): A molekuláris evolúciókutatás aranykora fizikus szemmel
Mára több, mint ezer organizmus és több tucat szövet rákos daganatának genomszekvenciája ismert. A bennük rejlő információ feltárása és hasznosítása a biológia egyik legizgalmasabb kihívása, az evolúciós múlt megértése és a rákkezelés jövője szempontjából egyaránt. Az utóbbi évtizedekben a molekuláris evolúció tudománya drámai fejlődésen ment át: 40 éve pár tucat rövid RNS-szekvencia segítségével fényt derített az élet három doménjére, az utóbbi pár évben pedig teljes genomszekvenciákra támaszkodva bebizonyította, hogy a nem afrikai származású emberek DNS-ének 1-4%-a neander-völgyi eredetű és fényt derített a tumorok rendkívüli heterogenitására. A molekuláris evolúciókutatás sokak szerint aranykorát éli. Ehhez azonban, túl lépve az adatgyűjtésen, a rendelkezésre álló adatokat értelmezni képes módszereket kell kidolgoznia. Kutatásaink célja ilyen, különböző időskálákon zajló, a fajok többszázmillió éves diverzifikációjától az évtizedekben mérhető tumorkialakulásig terjedő evolúciós folyamatokat koherensen kezelő, teljes genomszekvenciákat értelmező modellek fejlesztése.
Február 8. Szombat
Helyszín: ELTE Lágymányosi Campus Északi Épületében található 0.83-as, Eötvös Loránd terem
10:00-11:00,
Dr. Szabó Bálint (ELTE): Egyedi sejtek vizsgálata és manipulációja mikrofluidikai eszközökkel
Az utóbbi néhány évben lehetővé vált az egyedi sejtek teljes DNS és RNS állományának szekvenálása. Ezzel párhuzamosan igény merült fel az egyedi sejtek viselkedésének, fehérje összetételének és biofizikai tulajdonságainak minél részletesebb és pontosabb mérésére. Ugyanis a szöveti sejtek differenciálódása során a különböző sejtfunkciók DNS/RNS hátterének a feltérképezéséhez e kétféle vizsgálat egyazon sejten belüli összevetése szükséges. Különösen fontos ez a rosszindulatú tumorok gyógyszerrezisztenciájának jobb megérétéshez. Az előadás az egyedi sejtek vizsgálatára és manipulációjára alkalmas mikrofluidikai módszerek közül mutat be néhányat.
11:10-12:40,
Dr. Maróti Péter (SZTK): A gerjesztési energia elnyelése és vándorlása fotoszintetizáló baktériumok antennarendszerében
A növények a napfényenergia hatékony begyűjtését antennarendszerük segítségével végzik. Az antenna fehérje-festék (klorofillok) komplexei a fotont elnyelik, és a gerjesztési energia a fotokémiai hasznosulás helyére, a reakciócentrumba (RC) vándorol. Mivel a pigmentek energetikailag erősen csatoltak, ezért a gerjesztési energiát részecskének (excitonnak) is tekinthetjük, amely véletlenszerű bolyongással juthat el, és csapdázódhat a RC-ban. Az állandó fénygerjesztés alatt a RC-ok az exciton-találat miatt fokozatosan bezáródnak, míg végül telítődnek. Érdekes kérdésként merül fel, hogy a bezáródó RC-ok milyen mintázatot (klaszter-képződést) követnek, és hogy korreláltak-e ezek a csomósodások. Mivel ezt a folyamatot közvetett módon kísérletesen is nyomon tudjuk követni (pl. a fotokémiai változással versenyző fluoreszcencia mérésével), ezért a véletlen bolyongás elméletéből levonható következményeket kísérleti vizsgálat alá is vonhatjuk. Azt a kérdést is tárgyalni fogjuk, hogy egy alapvetően laza biológiai rendszerben hogyan keletkezhet erős energetikai csatolás, és ebből következően hogyan vándorolhatnak az excitonok. Számolhatunk-e azzal, hogy kvantum-koherencia lép fel, ami érdekes tudományos alapot és ezzel perspektívát adhat a jövő kvantumszámítógépeit tervezőknek.
14:00-15:00,
Dr. Csabai István (ELTE): Adatrobbanás a biológiában, genomika,
példák gépi tanulási módszerek alkalmazására a tudományos adatfeldolgozásban.
Arthur C. Clarke szerint: „Bármely kellően fejlett technológia megkülönböztethetetlen a mágiától.” Valóban, a mechanika törvényeinek megismerése lehetővé tette, hogy olyan tárgyakat emeljünk fel, amelyeket emberi erővel lehetetlen, a termodinamikai ismeretekre épülve képesek lettünk kontinenseket és óceánokat átszelni, és mindenki garázsában ott van a „hétmérföldes csizma”. Az elektromosság és kvantummechanika törvényei elhozták a villamosítást és az internetet, a mobiltelefon „varázstükrével” pedig távolba láthatunk és hallhatunk. Az elmúlt évtizedben a technológiai fejlődés hihetetlen tempóban növelte meg az elérhető adatok mennyiségét. Igaz ez a tudományok minden területére a mikrobiológiától a kozmológiáig, sőt mindennapi életünkre is egyre nagyobb hatással van. Előadásomban igyekszem választ adni arra, hogy mi áll ennek hátterében, példákon mutatom be, hogy különböző diszciplínákban, különösen pedig a genetikában és az orvosi képi diagnosztikában milyen változásokat hozott az adat-forradalom. Ahhoz hogy meg tudjunk birkózni a kihívásokkal és ki tudjuk-e aknázni a feltáruló lehetőségeket az emberi intelligencián túl egyre nagyobb szerep hárul a gépi tanulásra.
15:15-16:45,
Dr. Voszka István (SOTE): A liposzómák orvosi-gyógyszerészi felhasználása
A liposzómák egy, vagy több lipid kettősrétegből álló gömböcskék, amelyeket fel lehet használni a sejtben előforduló különböző membránok modellezésére, illetve különböző molekulák célba juttatására.
A liposzómák szerkezeti és funkcionális osztályozása után példákat mutatok be a liposzómák diagnosztikai és terápiás alkalmazására, majd néhány saját mérési eredményt mutatok be a liposzómák stabilitásának és a bezárási hatásfoknak a vizsgálatáról, illetve biológiai eredményeket, amelyeket a bezárt gyógyszerekkel sikerült elérni.
17:00-18:30,
Dr. Zimányi László (SZBK): Membrán bioenergetika
Az élő sejtek energiaháztartásában alapvető fontosságú az ATP molekula. Az ATP szintézisét ADP-ből és foszfátból az egyik legérdekesebb fehérjekomplex végzi; az ATP szintetáz valójában egy forgó fehérjemotor. A meghajtásáról a motort magába ágyazó biológiai membránok két oldala közötti proton elektrokémiai potenciálkülönbség gondoskodik. Utóbbit pedig a légzési vagy a fotoszintetikus elektrontranszfer-lánc építi fel. A membrán bioenergetika bonyolult kapcsolatait a Mitchell-féle kemiozmotikus elmélet magyarázza meg. A molekuláris folyamatokat is egyre jobban ismerjük a résztvevő fehérjék röntgenkrisztallográfiai és újabban krio-elektronmikroszkópiai szerkezete alapján.
Február 9. Vasárnap
Helyszín: ELTE Lágymányosi Campus Északi Épületében található 0.83-as, Eötvös Loránd terem
10:00-11:00,
Dr. Meszéna Géza (ELTE): Miért él annyi faj a földön?
Miért él ennyi faj a Földön? Miért nincs köztük egy legjobb? Mi hajtja az evolúciót? Van-e iránya, vagy véletlenszerű? Mit lehet az evolúcióból matematikailag leírni, és mit nem? Mit értünk jobban a matematikai leírástól?
10:00-11:00,
Berekméri Evelin (ELTE): Döntéshozó csoportok modellezése – mennyire legyünk befolyásolhatók?
Kollektív döntések meghozatala része a hétköznapi életnek. Ahhogy, hogy egy eredményes csoportdöntés megszülessen, a tagok elegendő információval kell rendelkezzenek a döntés tárgyáról és konszenzusra kell jussanak. A tagok viszont kezdetben különböző mértékben rendelkeznek az ehhez szükséges tudással. Ahhoz, hogy további információhoz jussanak, kommunikálnak egymással és megfigyelést végeznek (pl. felkutatják a forrásokat). Bár az utóbbi esetben pontosabb információhoz jutnak, ennek a költsége is nagyobb (több időt és energiát igényel). Milyen egy optimális csoport és mi jellemzi a kommunikációs hálóját? Miért jó, ha az optimális csoport tagjai bizonyos esetkben befolyásolhatók? Hogyan játszik szerepet az, hogy a tagok a szükséges információ mekkora hányadához férnek hozzá? Az előadás keretein belül bemutatásra kerül egy multiágens modell, amely segítségével az előző kérdésekre keressük a választ.