Nagy Evolúciós Átmenetek Kutatócsoport - logó

Kutatócsoportok

Nagy Evolúciós Átmenetek Kutatócsoport

A kutatócsoport vezetője:

Szathmáry Eörs, az MTA tagja

kutató professzor

A kutatócsoport tagjai:

A kutatócsoport tevékenysége:

Semmi nem támasztja alá elméleti szempontból hitelesen azt a feltevést, hogy az evolúció során a leszármazási vonalak komplexitása szükségszerűen növekszik. Mégis azt látjuk, hogy az eukarióta sejtek bonyolultabbak, mint a prokarióták, a növények és az állatok komplexebbek, mint a protisták; a példák sorát még sokáig folytathatnánk. A törzsfán felfelé haladva a komplexitás nyilvánvaló növekedése egy sor nagy evolúciós átmenet eredménye. Ezek az átmenetek az információ tárolásában és örökítésében történt gyökeres változásokkal jártak. A nagy evolúciós átmenetekkel foglalkozó, Maynard Smith és Szathmáry munkái által inspirált terjedelmes szakirodalom jelentősen továbbfejlesztette az elméletet az elmúlt negyedszázadban, de továbbra is érvényes a két fő releváns dimenzió: az információs rendszerek evolúciójának, illetve az egyed-szintek közötti átmenetnek a magyarázata. A fontosabb előrelépések egyik példája e téren a fraternális és az egalitariánus átmenetek koncepciója, amely az alacsonyabb szintű elemek közötti hasonlóságon, illetve különbözőségen alapul. Jelentős magyarázó erővel bír a többszintű szelekció fogalma, mely egy átmenet során egyre inkább a kollektívumok szerepét helyezi a kutatás fókuszába. Az átmenetek három fázisra oszthatók; ezek a magasabb szintű egységek keletkezése, fenntartása és transzformációja (további, szinten belüli evolúciója). Ez a felosztás tette lehetővé, hogy a nagy evolúciós átmenetek listáját a korábbi, kissé “fejnehéz” állapothoz képest két tétellel rövidítsük. Az átmenet után a kiindulási egységek szoros együttműködésben állnak, és köztük a valós konfliktusok minimalizálódnak. Az átmenetek némelyike lehet rekurzív (ahogyan a plasztiszok és a soksejtűség esetében történt), és lehet korlátozott hatású is (mely esetben az átmenet a nagy átmenetek sajátságait mutatja, azok kiterjedt filogenetikai hatása nélkül, mint a nagy és a kis sejtmag kialakulása a csillósoknál). A nagy átmenetek során új szaporodási egységek jönnek létre; ezek fennmaradása a reprodukció hűségén múlik (a puszta replikációval ellentétben).

Az Evolúciótudományi Intézet a nagy átmenetek közül az alábbiakkal foglalkozik részletesebben: átmenet a kémiából a biológiába (molekuláris replikátorok és térbeli struktúrák, a korai anyagcsere és a kromoszómák evolúciója), az eukarióták kialakulása (különös tekintettel a mitokondrium evolúciójára), általános replikátorelmélet (a molekuláktól a mémekig), az információkezelő alrendszerek (immun- és idegrendszerek) evolúciós eredete és dinamikája, valamint a biológiai funkciójú nyelvhasználat kialakulásának ökológiai-evolúciós háttere (hominidákban és robotokban).

Szakdolgozati és PhD témák

Témavezető neve: Boross Gábor (boross.gabor@ecolres.hu)
Téma címe: A rák térbeli evolúciójának klonális dinamikája
Téma leírása: A rák kialakulásakor egészséges sejtek mutációk hatására kezdenek el osztódni és tumorokat képezni. A mutációk hatását kontrollált kísérletekben állapítják meg, egyes mutációkat indukálnak és lemérik a sejtek osztódási sebességét. Ugyanakkor a valóságban az újabb mutációknak egy már növekvő tumorban kell megjelenniük és elterjedniük. Ez az evolúciós verseny egészen más felállásban zajlik, mint a jól kutatott kevert rendszerek, például egy tápoldatban folyamatos keveredés alatt növekvő baktérium populáció. Azt fogjuk vizsgálni és kísérletesen lemérni, hogy a térben növekvő tumorokban (illetve térbeli, úgynevezett „szferoid„ sejttenyészetekben) hogyan tudnak különböző mutációk elterjedni, és az elterjedés tökéletlensége hogyan vezet genetikailag kevert, heterogén tumorokhoz. Ez utóbbi a klinikumban megfigyelt, de meg nem értett jelenség szorosan kapcsolódik a terápiák ellen mutatott rezisztenciához és a rák újra megjelenéséhez.
Szükséges készségek: Angol nyelvtudás, molekuláris genetikai labormunkához, illetve számítógépes adatelemzéshez (data science, R, python) való affinitás.
Milyen szint: TDK, BSc, MSc

Témavezető neve: Boross Gábor (boross.gabor@ecolres.hu)
Téma címe: Rákot okozó mutációk interakciójának átfogó vizsgálata
Téma leírása: A rák kialakulásakor egészséges sejtek mutációk hatására kezdenek el osztódni és tumorokat képezni. Az egyes mutációk hatását kontrollált kísérletekben állapítják meg, például egészséges egér sejtekbe egyetlen vizsgálni kívánt mutációt visznek be és lemérik a sejtek osztódási sebességét. A problémát az okozza, hogy az emberi tumorokban több olyan mutáció van, ami a sejtek rákos elváltozásában aktívan részt vesz. Ezen mutációk hatásai pedig nem egyszerűen összeadódnak, hanem kölcsönhatásba lépnek egymással. Emiatt lehetetlen pontosan megjósolni, hogy mondjuk két mutáció, amelyek külön-külön megduplázzák a sejtek osztódási sebességét, együtt négyszeres növekedést fognak okozni, vagy éppen a sejtek pusztulását. Ezeket az úgynevezett genetikai interakciókat fogjuk feltérképezni, majd megvizsgálni, hogy a talált mintázatok hogyan befolyásolják a rák evolúciós progresszióját és a célzott terápiákra való érzékenységét, vagy éppen ellenállóságát.
Szükséges készségek: Angol nyelvtudás, molekuláris genetikai labormunkához, illetve számítógépes adatelemzéshez (data science, R, python) való affinitás.
Milyen szint: TDK, BSc, MSc

Témavezető neve: Könnyű Balázs (konnyu.balazs@ecolres.hu)
Téma címe: Korai vezikulumok dinamikai vizsgálata
Téma leírása: Az élő anyag legegyszerűbb modellje három autokatalitikus, egymással összekapcsolódó alrendszerből áll: i) metabolizmus, ii) membrán és iii) információhordozó molekulák. A korai evolúciós vizsgálatok e három alegység vizsgálatára és a közöttük kialakuló kölcsönhatásokra fókuszálnak. A meghirdetésre kerülő téma a vezikulumokba zárt enzimatikus katalízis nélküli anyagcsere folyamatokat, és a két alrendszer kölcsönhatását vizsgálja.
Szükséges készségek: angol nyelv olvasási szinten, programozás valamilyen programnyelven,
Milyen szint: BSc, TDK

Témavezető neve: Kovács Bianka (kovacs.bianka@ecolres.hu)
Téma címe: Hálózati struktúra hatása ökológiai modellekben
Téma leírása: A dinamikus átlagtér közelítés alkalmazásaiban jellemzően teljesen összekötött kölcsönhatási hálózatok feltételezésével élnek. Ezzel szemben a valós ökológiai hálózatok gyakran bonyolult, heterogén kötési szerkezettel rendelkeznek. A projekt célja a kölcsönhatások számának és a fokszámeloszlásnak a diverzitásra gyakorolt hatását vizsgálni a Lotka–Volterra modellben.
Szükséges készségek: Angol nyelv olvasási szinten, programozás Python-ban, numerikus analízis alapjai Milyen szint: TDK, MSc

Témavezető neve: Szathmáry Eörs (szathmary.eors@ecolres.hun-ren.hu)
Téma címe: A katalitikus ábécé méretének evolúciós magyarázata
Téma leírása: A genetikai ábécé mérete ma 4 (a négyféle nukleotid). Ennek egyik evolúciós oka, hogy a nukleotidfajták számának növekedésével a ribozimek hatékonysága nő, de a replikáció hűsége csökken, és az optimum az RNS-világban rögzült. Hasonló magyarázat lehetségesnek tűnik a katalitikus ábécé méretére is. Miért van húszféle aminosav? Itt a legfontosabb változók az enzimatikus hatékonyság és a transzlációs pontosság. Feladat a hipotézis kidolgozása.
Szükséges készségek: Angol nyelv olvasási szinten, alapvető programozási ismeretek, megbízható biokémiai és genetikai tudás, matematikai statisztika alapismeretek
Milyen szint: MSc

Témavezető neve: Szilágyi András (szilagyi.andras@ecolres.hun-ren.hu)
Téma címe: A korai evolúció dinamikai modelljei és az élet eredete
Téma leírása: Az élet eredetének és korai evolúciójának kérdései a természettudományok legizgalmasabb problémái közé tartoznak. Tervezett vizsgálatainkkal két területre fókuszálunk: i) az élet megjelenésének, a kémiai és biológiai evolúció határületének (RNS-világ) vizsgálata; ii) az első két nagy evolúciós átmenet (a kompartmentalizáció és a kromoszómák megjelenése) analízise. Az evolúciós és ökológiai folyamatokat matematikai modellekkel (differenciálegyenletek, sejtautomaták) írjuk le és számítógépes szimulációkkal (esetleg analitikusan) vizsgáljuk.
Szükséges készségek: Angol nyelv olvasási szintű ismerete, alapvető programozási készség, némi matematikai affinitás
Milyen szint: TDK, MSc