У савременој биологији користе се два алтернативна експериментална приступа за решавање основних питања о еволуцији живог света лабораторијска еволуција и студије у природи.

ЛАБОРАТОРИЈСКА ЕВОЛУЦИЈА - Експериментална стратегија лабораторијске еволуције базира се на истраживањима популација кроз генерације у дефинисаним и строго контролисаним условима. С циљем истраживања праваца еволуције различитих животних стратегија формирана су четири типа лабораторијских популација пасуљевог жишка, Acanthoscelides obtectus, у оквиру којих су, током више од 200 генерација, развијене по четири популације. Прва два типа популација налазе се под режимом селекције зависне од густине, односно, селектују се на високој () и ниској (р) густини ларви, док су друга два типа популација селектована за рану () или касну (Л) репродукцију (тзв. узрасно-специфична селекција). Коришћењем ових популација будућа истраживања базираће се на расветљавању следећих научних проблема:1. Еволуционе промене настале у режиму селекције зависне од густине, као и узрасно-специфичне селекције, 2. Квантитативно-генетичка основа компоненти адаптивне вредности које се налазе под деловањем два наведена типа селекције, 3. волуција старења и касних фаза адултног живота и 4. волуција механизама пре- и пост-зиготске репродуктивне изолације између различитих лабораторијских популација.

Циљ пројекта је испитивање ефеката агенаса из животне средине на важан физиолошки хомеостатски систем, имунски систем, код мишоликих глодара. Ћелијски и молекулски механизми имуномодулаторног потенцијала два ксенобиотика (кадмијума, широко распрострањеног загађивача спољашње средине, иантикоагуланта варфарина, који се користи за контролу бројности глодара) се испитују на лабораторијским сојевима сивог пацова (Rattus norvegicus). Утицај ових ксенобиотика на имунски систем се испитује анализом њиховог ефекта на базалне имунске функције као и у условима индукције имунског одговора. Посебан аспект представља испитивање ефекта ових ксенобиотика на резистенцију организма на опортунистичке инфекције, као што је инфекција гљивом Aspergillus fumigatus. Јединке сивог пацова из природних популација, због присуства великог броја паразита и различитих микробних инфекција, се сматрају природним имунобиолошким моделом корисним за испитивање одбрамбених механизама у условима вишеструке инфекције. Анализа основних параметара имунске функције, као и оштећења периферних ткива посредованих имунским ефекторским механизмима код јединки сивог пацова из природних популација и поређење са истим активностима код јединки неколико лабораторијских сојева пацова, даје увид у ефекат спољашње средине на имунски систем.

Балканско полуострво на коме је и простор Србије припада једном од центара диверзитета дендрофлоре (IUCN) у коме се развијају и шуме реликтних, ендемичних, економски важних (или потенцијално важних) и угрожених шумских врста, непоновљивих у времену и простору. Посебно богате резервоаре и ризнице генофонда представљају клисуре, кањонске долине и планински масиви Србије. Управо ови рефугијуми су омогућили очување и репродукцију богате и разноврсне флоре, посебно терцијерних реликата и ендемореликата и представљају праве музеје in vivo од посебног значаја за науку. Такође од посебног значаја јесте и диверзитет малих локалних популација, као и оних на ивицама шумских појаса, на најосетљивијим деловима екосистема. Популације које насељавају ове просторе су прави истраживачки изазови јер су њихова генетичка структура, хемијски састав, морфофизиолошка својства и репродуктивни потенцијал још увек мало познати или непознати. Пројекат полази од претпоставке да шумска аутохтона флора и вегетација нашег дела Балканског полуострва садржи популације које својим присуством, специфичном генетичком структуром, хемијским саставом, морфофизиолошким и репродуктивним својствима откривају историју вегетације и доприносе бољем разумевању адаптивног потенцијала биљака да опстану у неповољним условима животне средине.

На антропогено деградираним стаништима биљке су често лимитиране мултипним факторима стреса који делују истовремено и угрожавају функционисање биљака и исцрпљују њихов адаптивани потенцијал.

Наша истраживања су базирана на проучавању физиолошко-биохемијских и морфолошких одговора биљака на ефекте мултипних стресора који одређују њихов адаптивни капацитет да опстану и/или развију толеранцију на стрес на таквим стаништима. Превиђена истраживања обавићемо у два типа таквих станишта: депоније пепела термоелектрана „Никола Тесла-А" у Обреновцу (иницијално биолошки празни простори оптерећени полутантима) и урбане зоне у Београду (деградирани простори оптерећени полутантима).

Експериментални аутоимунски енцефаломијелитис (ЕАЕ) у Dark Agouti (ДА) пацовима је један од модела мултипле склерозе, инфламаторне, аутоимунске болести централног нервног система током које долази до демијелинизације нервних влакана и неуродегенерације што за последицу има испољавање неуролошких дефицита. Мултипла склероза се у највећем броју пацијената испољава као релапсно-ремитентна, где током времена долази до смењивања фаза неуролошких испада и опоравка, а код значајног удела пацијената болест има и хронични прогресивни ток. За разлику од тога, ЕАЕ у ДА пацова је, приликом адекватног имунизационог протокола индукције, акутна и монофазна болест у којој пацови пролазе кроз јасно дефинисане фазе индукције, развоја, врхунца болести и потпуног опоравка. ДА пацови су након опоравка изузетно отпорни на поновне покушаје индукције ЕАЕ. Циљ овог пројекта је да се дефинишу ћелијске популације и молекулски механизми одговорни за опоравак и отпорност ДА пацова. Оваква сазнања би могла да се искористе у циљу редизајнирања постојећих и успостављања нових терапија за пацијенте оболеле од мултипле склерозе.

Модулација имунског одговора и ћелијске смрти је кључна стратегија у терапији канцера и инфламаторних болести попут мултипле склепозе, дијабетеса типа 1 или 2. У циљу превенције и/или усмерене модулације ових поремећаја неопходно је разумевање основних молекуларних механизама њихове контроле, што је и циљ овог пројекта. Стога се испитује улога и начин деловања биолошки активних молекула микросредине (цитокина, реактивних врста кисеоника и азота, хормона) и генетских фактора у регулацији пролиферације, диференцијације, функције и умирања имунских и ћелија циљних ткива у физиолошким и патолошким условима. Да би се утврдили основни контролни механизми инфламације, имунског одговора на (ауто)антигене и резистенције на анти-туморски имунски одговор, улога релевантних интерцелуларних медијатора и интрацелуларних сигналних путева, користе се анимални модели хуманих болести на мишевима и пацовима високосродних и/или генетички модификованих сојева, и примарне и трансформисане ћелијске популације различитог порекла. Поред овога, испитују се цитотоксична, цитопротективна и имуномодулаторна својства различитих фармаколошких агенаса или природних продуката биљног и животињског порекла, као и интра- и интерцелуларни механизми одговорни за њихове биолошке ефекте, што би у перспективи могло донети добробит пацијентима оболелим од ових болести.

Циљ истраживања је испитати утицај одабраних биљних естраката, фитоестрогена (генистеин, даидзеин), стероидних (естрадиол, прогестерон, тестостерон, дексаметазон) и пептидних хормона (соматостатин, калцитонин, грелин) на неуроендокрини систем и минералну хомеостазу пацова. Алтернатива хормонске супституционе терапије у виду биљних и других додатака исхрани интензивно се рекламирају за одржавање хормонске равнотеже, превенцију кардиоваскуларних проблема, атеросклерозе и остеопорозе у оба пола. Процена деловања ових супстанци на: (I) хипоталамо-хипофизно -адренални, -соматотропни, тироидни и гонадални систем; (II) неуроендокрине Ц-ћелије, кости, параштитасте жлезде и бубреге и (III) ћелијску механику, значајна је за евалуацију њихових жељених ефеката у односу на ризике при употреби у терапији канцера, кардиоваскуларних и других болести. Истраживања се спроводе на пацовима различите старости (млади, средње стари и стари пацови) и пола, а од посебног значаја су анимални модели андропаузе и менопаузе. Испитивања ћелијске механике обављају се у in vitro условима, на моделима еритроцита и ћелија канцера простате. Глукокортикоиди се у медицинској пракси користе у трудноћама са ризиком од превременог порођаја, како би се смањио неонатални морталитет и морбидитет. Међутим, овај третман убрзавајући матурационе процесе, доводи до трајних промена физиолошких система. Стога, краткорочни корисни ефекти пренаталне глукокортикоидне терапије су у исто време ти који повећавају дугорочне ризике метаболичких и ендокриних дисрегулација, укључујући одговор на стрес, раст и репродукцију. Ефекти пренаталног излагања глукокортикоидима испитује се на пацовима од феталног до адултног период живота.

Diabetes mellitus је комплексан метаболички поремећај који се манифестује у два основна облика, дијабетес тип 1 (ДТ1) и много чешћи облик, дијабетес тип 2 (ДТ2). Иако оба типа дијабетеса имају различите етиологије, оба карактерише хипергликемија због поремећене хомеостазе глукозе. Хипергликемија је последица недовољне концентрације инсулина у крви, што је случај у ДТ1, или неосетљивости циљних ћелија на деловање инсулина у ДТ2. У основи ДТ1 је аутоимуно обољење кога карактерише потпуни губитак β ћелија панкреаса које производе инсулин. Нестанак β ћелија у ДТ1 одвија се релативно брзо у поређењу са смањењем броја функционалних β ћелија у ДТ2 кога карактерише прогресиван губитак функционалности ћелија и потепено смањење њиховог броја. Разјашњење молекуларних механизама који регулишу функционалност ћелија и патолошке молекуларне процесе у дијабетесу, лежи у основи парадигме за терапију дијабетеса која предвиђа примену стратегија усмерених на побољшање функционалности и вијабилности β ћелија супресијом цитотоксичних сигналних путева и спречавањем активације процеса ћелијске смрти. Истраживања Одељења за молекуларну биологију фокусирана су на β ћелије, као и на хепатоците и кардиомиоците у контексту дијабетичних компликација. Експериментални системи које користимо су in vivo модел стрептозотоцином (СТЗ)-индукованог дијабетеса код лабораторијских пацова и in vitro модели базирани на различитим културама ћелијских линија.

Лабораторија проф. др Гордане Матић окупља групу младих научника који су посвећени изучавању неуроендокриних и нутриционистичких аспеката развоја метаболичког синдрома који постаје један од водећих здравствених проблема савременог доба. Наши научни напори су, пре свега, усмерени на разумевање молекуларних механизама деловања глукокортикоидних хормона у патогенези метаболичког синдрома, с обзиром да су ови хормони важни регулатори енергетске хомеостазе, метаболичке инфламације, као и сигналних путева инсулина и лептина. У наредне три године испитивања улоге стреса и исхране богате фруктозом у развоју метаболичког синдрома биће остварена у сарадњи са групом проф. др Luc Tapy-ја из Швајцарске уоквиру билатералног SCOPES пројекта под називом: Interactions between stress and dietary fructose in the development of the metabolic syndrome: role of glucocorticoids.