Zastosowanie
genetyki w
medycynie.
Prezentacja
Zastosowanie
genetyki w
medycynie.
Prezentacja
Wprowadzenie
Genetyka to nauka o dziedziczności i
zmienności organizmów, które są oparte na
informacji zawartej w podstawowych
jednostkach dziedziczności - genach.
(genom}
Za prekursora genetyki uważa się czeskiego
zakonnika Grzegorza Mendla.
Sformułował on podstawowe zasady
dziedziczności, tak zwane prawa Mendla.
Pod nazwą genetyka występuje cała grupa
nauk:
genetyka na poziomie molekularnym -
badanie DNA, RNA, mechanizmów
transkrypcji itd.
na poziomie osobników - jak różne geny i
interakcje między nimi oddziałują na fenotyp
na poziomie populacji - genetyka
populacyjna
Insulina to polipeptydowy, anaboliczny hormon o działaniu
ogólnoustrojowym, odgrywający zasadniczą rolę przede wszystkim w
metabolizmie węglowodanów, lecz także białek i tłuszczów.
Nazwa insulina z łac. insula - wyspa, pochodzi od wysepek Langerhansa
trzustki, gdzie insulina jest produkowana.
Insulina produkowana jest przez komórki β (komórki B) wysp trzustki.
Najważniejszym bodźcem do produkcji insuliny jest poposiłkowe
zwiększenie stężenia glukozy we krwi. Dzięki zwiększeniu wytwarzania
insuliny i jej wpływowi na komórki efektorowe (miocyty, adipocyty,
hepatocyty) zwiększa transport glukozy do wnętrza komórek, co
obniża poziom glukozy we krwi.
Działanie insuliny podlega homeostatycznej kontroli licznych
mechanizmów, głównie hormonalnych.
Cząsteczka insuliny składa się z 2 łańcuchów polipeptydowych A i B
połączonych ze sobą dwoma mostkami disiarczkowymi: łańcuch A
zawiera 21, a łańcuch B - 30 aminokwasów.
Insulina
Niedobór (względny lub bezwzględny) leży u podłoża wystąpienia
zaburzeń gospodarki węglowodanowej przede wszystkim cukrzycy.
Insulina została odkryta w 1922 przez Fredericka Bantinga i jego
asystenta Charlesa Besta. W 1923 za odkrycie insuliny Banting
otrzymał Nagrodę Nobla. Za współpracę w tym odkryciu razem z nim
wyróżniono nagrodą jego zwierzchnika, Johna Macleoda, natomiast
pominięto Besta, chociaż sam Banting uważał, że wyróżnienie bardziej
niż Macleodowi należało się Bestowi. W akcie solidarności Banting
podzielił się premią finansową z Bestem. Kolejną nagrodę Nobla
związaną z insuliną odebrał w 1958 r. Frederick Sanger, który cztery
lata wcześniej ustalił sekwencję aminokwasową insuliny. W tym
samym roku zsyntetyzowano ją chemicznie - w obu przypadkach było
to pierwsze białko, dla którego się to udało. W 1969 Dorothy Crowfoot
Hodgkin za pomocą krystalografii rentgenowskiej ustaliła budowę
przestrzenną insuliny. Insulina była też pierwszym lekiem
wytworzonym metodami inżynierii genetycznej (została
zaakceptowana do stosowania u ludzi w 1982).
Odkrycie insuliny było jednym z ważniejszych odkryć medycyny w tamtym
czasie i stanowiło przełom w leczeniu cukrzycy.
Insulina
cnd…
Komórki macierzyste, inaczej komórki
Komórki macierzyste, inaczej komórki
pnia (ang. stem cells), są to komórki,
pnia (ang. stem cells), są to komórki,
które posiadają obydwie wymienione
które posiadają obydwie wymienione
poniżej chechy:
poniżej chechy:
są zdolne do potencjalnie
są zdolne do potencjalnie
nieograniczonej liczby podziałów. Inaczej
nieograniczonej liczby podziałów. Inaczej
mówiąc są nieśmiertelne i
mówiąc są nieśmiertelne i
samoodnawialne.
samoodnawialne.
mają zdolność do różnicowania się do
mają zdolność do różnicowania się do
innych typów komórek.
innych typów komórek.
Komórki
macierzyste
Ze względu na zdolność do różnicowania komórki
Ze względu na zdolność do różnicowania komórki
macierzyste dzieli się na:
macierzyste dzieli się na:
totipotentne, takie które mogą ulec zróżnicowaniu do
totipotentne, takie które mogą ulec zróżnicowaniu do
każdego typu komórek
każdego typu komórek
pluripotentne, takie które mogą dać początek każdemu
pluripotentne, takie które mogą dać początek każdemu
typowi komórek za wyjątkiem komórek totipotentnych
typowi komórek za wyjątkiem komórek totipotentnych
multipotentne, takie które mogą dać początek kilku
multipotentne, takie które mogą dać początek kilku
różnym typom komórek, z reguły o podobnych
różnym typom komórek, z reguły o podobnych
właściwościach i pochodzeniu embrionalnym
właściwościach i pochodzeniu embrionalnym
unipotentne, inaczej komórki prekursorowe, mogą
unipotentne, inaczej komórki prekursorowe, mogą
różnicować tylko do jednego typu komórek, lecz od
różnicować tylko do jednego typu komórek, lecz od
komórek terminalnie zróżnicowanych komórek
komórek terminalnie zróżnicowanych komórek
somatycznych odróżnia je zdolność do podziałów.
somatycznych odróżnia je zdolność do podziałów.
Ze względu na ich pochodzenie komórki macierzyste
Ze względu na ich pochodzenie komórki macierzyste
dzieli się na:
dzieli się na:
embrionalne komórki macierzyste - wyprowadzone z
embrionalne komórki macierzyste - wyprowadzone z
źródeł embrionalnych, komórki te są z reguły toti- lub
źródeł embrionalnych, komórki te są z reguły toti- lub
pluripotentne.
pluripotentne.
somatyczne (dorosłe) komórki macierzyste -
somatyczne (dorosłe) komórki macierzyste -
znajdowane w narządach dorosłych organizmów,
znajdowane w narządach dorosłych organizmów,
komórki te są multipotentne
komórki te są multipotentne
komórki progenitorowe - występują w narządach dorosłych
komórki progenitorowe - występują w narządach dorosłych
osobników, służą regeneracji tkanek, są unipotentne.
osobników, służą regeneracji tkanek, są unipotentne.
U ssaków embrionalne komórki macierzyste wyprowadzane są z
U ssaków embrionalne komórki macierzyste wyprowadzane są z
komórek węzła zarodkowego blastocysty.
komórek węzła zarodkowego blastocysty.
U roślin naczyniowych własność komórek macierzystych mają
U roślin naczyniowych własność komórek macierzystych mają
komórki merystemów.
komórki merystemów.
Komórki macierzyste hodowane w kulturach in vitro mają
Komórki macierzyste hodowane w kulturach in vitro mają
zastosowanie w produkcji organizmów transgenicznych. Z ludzkimi
zastosowanie w produkcji organizmów transgenicznych. Z ludzkimi
komórkami macierzystymi wiąże się duże nadzieje na postęp
komórkami macierzystymi wiąże się duże nadzieje na postęp
medyczny w postaci terapii komórkowej i medycyny regeneracyjnej.
medyczny w postaci terapii komórkowej i medycyny regeneracyjnej.
Embrionalne komórki macierzyste, mogące potencjalnie
Embrionalne komórki macierzyste, mogące potencjalnie
zróżnicować się w każdy rodzaj komórek, teoretycznie mogłyby
zróżnicować się w każdy rodzaj komórek, teoretycznie mogłyby
zastąpić dowolną tkankę, która u pacjenta uległa uszkodzeniu.
zastąpić dowolną tkankę, która u pacjenta uległa uszkodzeniu.
Niemniej jednak do praktycznego zastosowania embrionalnych
Niemniej jednak do praktycznego zastosowania embrionalnych
komórek macierzystych jest jeszcze bardzo daleko. Embrionalne
komórek macierzystych jest jeszcze bardzo daleko. Embrionalne
komórki macierzyste wprowadzone do dorosłego organizmu,
komórki macierzyste wprowadzone do dorosłego organizmu,
zamiast integrować się, tworzą potworniaki. Nie dysponujemy
zamiast integrować się, tworzą potworniaki. Nie dysponujemy
jeszcze protokołami pozwalającymi na ich wydajne różnicowanie do
jeszcze protokołami pozwalającymi na ich wydajne różnicowanie do
specyficznych tkanek lub narządów in vitro.
specyficznych tkanek lub narządów in vitro.
W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych,
W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych,
komórki macierzyste szpiku i krwi pępowinowej znalazły
komórki macierzyste szpiku i krwi pępowinowej znalazły
zastosowanie w terapii wielu chorób krwi, takich jak nowotwory i
zastosowanie w terapii wielu chorób krwi, takich jak nowotwory i
niedobory odporności.
niedobory odporności.
Dwie kolonie ludzkich
embrionalnych komórek
macierzystych widziane w
mikroskopie z kontrastem
fazowym
Klonowanie
Klonowanie – w potocznym rozumieniu
proces tworzenia idealnej kopii z
oryginału.
W biologii mianem klonu określa się
organizmy mające identyczny lub prawie
identyczny materiał genetyczny. Klonami
są więc organizmy powstałe w procesie
rozmnażania wegetatywnego, takie jak
kolonie bakterii, jednokomórkowców,
odrośla i rozmnóżki roślin etc.
Termin klonowanie jest używany w kilku
znaczeniach:
1)Klonowanie to proces tworzenia
organizmów mających taką samą
informację genetyczną jak dawca.
Szczególnym przypadkiem jest
twinning, czyli powstawanie lub
otrzymywanie bliźniąt
monozygotycznych, gdzie nie można
wyróżnić dawcy.
2)
2)
Klonowanie organizmów
Klonowanie organizmów
oznacza
oznacza
procedurę otrzymywania organizmów o
procedurę otrzymywania organizmów o
takiej samej informacji genetycznej, z
takiej samej informacji genetycznej, z
reguły poprzez procedurę transferu
reguły poprzez procedurę transferu
jądra z komórki somatycznej do komórki
jądra z komórki somatycznej do komórki
jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W
jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W
przypadku klonowania roślin stosuje się
przypadku klonowania roślin stosuje się
procedurę odróżnicowania komórek
procedurę odróżnicowania komórek
dawcy do komórek merystematycznych.
dawcy do komórek merystematycznych.
3)Klonowanie genów
3)Klonowanie genów
- w genetyce i
- w genetyce i
biologii molekularnej proces
biologii molekularnej proces
wyosobniania genu. Polega na łączeniu
wyosobniania genu. Polega na łączeniu
fragmentów materiału genetycznego z
fragmentów materiału genetycznego z
wektorem molekularnym i ich
wektorem molekularnym i ich
namnażaniu w innym organizmie.
namnażaniu w innym organizmie.
Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii
Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii
tego samego genu. Termin klonowanie
tego samego genu. Termin klonowanie
genów odnosi się też do identyfikacji
genów odnosi się też do identyfikacji
genów poprzez wykorzystanie procedury
genów poprzez wykorzystanie procedury
klonowania genów. Jeśli pojedynczy
klonowania genów. Jeśli pojedynczy
fragment genomu jest przenoszony z
fragment genomu jest przenoszony z
jednego wektora do drugiego, taki proces
jednego wektora do drugiego, taki proces
określa się mianem subklonowania.
określa się mianem subklonowania.
Klonowanie
ludzi
Naturalną konsekwencją sukcesów w klonowaniu
ssaków jest idea sklonowania człowieka. Budzi ono
jednak głębokie kontrowersje natury etycznej.
Wiadomości o sklonowaniu ssaków wywołały panikę
wśród prawodawców wielu krajów, którzy zabronili
klonowania ludzi, szczególnie w celach
reprodukcyjnych. Pierwsze pozornie wiarygodne
doniesienie o sukcesie transferu jądrowego u człowieka
pojawiło się w 2004 roku z południowokoreańskiej grupy
badawczej pod kierunkiem Woo Suk Hwanga, której
udało się otrzymać pluripotentne komórki macierzyste,
wyprowadzone ze sklonowanych ludzkich blastocyst.
Rok później okazało się jednak, że badania te były
sfałszowane.
Klonowanie ludzi w celach reprodukcyjnych ma niewielki sens
Klonowanie ludzi w celach reprodukcyjnych ma niewielki sens
praktyczny, dodatkowo niedoskonałości natury technicznej i
praktyczny, dodatkowo niedoskonałości natury technicznej i
mutacje somatyczne w komórkach będącymi donorami materiału
mutacje somatyczne w komórkach będącymi donorami materiału
genetycznego, powodują, że przy obecnym stanie technologii,
genetycznego, powodują, że przy obecnym stanie technologii,
ludzki klon najprawdopodobniej cierpiałby na zaburzenia natury
ludzki klon najprawdopodobniej cierpiałby na zaburzenia natury
genetycznej. Tak więc klonowanie ludzi, przynajmniej na razie, z
genetycznej. Tak więc klonowanie ludzi, przynajmniej na razie, z
medycznego punktu widzenia jest nieetyczne, ze względu na
medycznego punktu widzenia jest nieetyczne, ze względu na
zasadę primum non nocere.
zasadę primum non nocere.
Odmiennie przedstawia się sprawa klonowania w celu pozyskania
Odmiennie przedstawia się sprawa klonowania w celu pozyskania
komórek macierzystych. Ponieważ komórki macierzyste mogą się
komórek macierzystych. Ponieważ komórki macierzyste mogą się
różnicować do wszystkich typów komórek ciała, komórki
różnicować do wszystkich typów komórek ciała, komórki
macierzyste otrzymane w wyniku klonowania mogą mieć
macierzyste otrzymane w wyniku klonowania mogą mieć
potencjalne zastosowanie terapeutyczne, a procedura taka nie
potencjalne zastosowanie terapeutyczne, a procedura taka nie
wiąże się z otrzymywaniem organizmu. Dodatkowo, komórki
wiąże się z otrzymywaniem organizmu. Dodatkowo, komórki
macierzyste sklonowane z dawców obarczonych ciężką chorobą
macierzyste sklonowane z dawców obarczonych ciężką chorobą
dziedziczną mogą służyć jako model badań nad takimi chorobami.
dziedziczną mogą służyć jako model badań nad takimi chorobami.
Ogólny konsensus środowiska naukowego jest taki, że klonowanie
Ogólny konsensus środowiska naukowego jest taki, że klonowanie
w celu pozyskania komórek macierzystych jest zgodne z etyką
w celu pozyskania komórek macierzystych jest zgodne z etyką
badawczą.
badawczą.
Mimo to, nawet klonowanie komórek macierzystych posiada
Mimo to, nawet klonowanie komórek macierzystych posiada
silnych wrogów w środowiskach wyznawców wielu religii, w tym
silnych wrogów w środowiskach wyznawców wielu religii, w tym
katolicyzmu, ze względu na to, że wiąże się z procesem tworzenia
katolicyzmu, ze względu na to, że wiąże się z procesem tworzenia
sztucznych embrionów.
sztucznych embrionów.
Klonowanie
wymarłych gatunków
zwierząt
Klonowanie wymarłych gatunków
zwierząt budzi zrozumiałe
zainteresowanie, zwłaszcza w
świetle filmów fantastycznych
takich jak Jurassic Park.
Procedury takie pozostają jak na
razie w sferze fantastyki, choć
niektóre ośrodki rozpoczęły
badania nad możliwością takiej
procedury. Np. Muzeum
Australijskie ogłosiło projekt
sklonowania wilka workowatego,
niestety niedawno się z tego
projektu wycofało. Pierwszym
etapem projektu miało być
otrzymanie biblioteki genowej.
Narządy od
genetycznie
modyfikowanych
zwierząt
Naukowcy z Korei Południowej ogłosili, że udało im
się sklonować prosiaki, których organy są
zmodyfikowane genetycznie i dzięki temu bardziej
odpowiednie aby je transplantować ludziom.
Modyfikacja genetyczna sklonowanych prosiaków
polegała na wprowadzeniu genu HLA-G, który
dawał organom większą szansę na przyjęcie, jeżeli
zostałyby transplantowane ludziom. Gen HLA-G
jest odpowiedzialny za produkcję antygenu, który
ochrania narząd przed niszczeniem przez
limfocyty NK (natural killer cells) biorcy - komórki
układu immunologicznego.
Gen został wprowadzony do jądra komórki świni
Gen został wprowadzony do jądra komórki świni
wyhodowanej do przeszczepów organów.
wyhodowanej do przeszczepów organów.
Następnie jądro wraz z genem zostało
Następnie jądro wraz z genem zostało
wprowadzone do niezapłodnionej komórki jajowej
wprowadzone do niezapłodnionej komórki jajowej
świni, po wcześniejszym usunięciu jej własnego
świni, po wcześniejszym usunięciu jej własnego
jądra, i tak utworzona komórka została
jądra, i tak utworzona komórka została
wprowadzona do macicy świni, która urodziła
wprowadzona do macicy świni, która urodziła
pięć sklonowanych prosiąt. Jest to
pięć sklonowanych prosiąt. Jest to
najpowszechniej stosowana metoda klonowania,
najpowszechniej stosowana metoda klonowania,
tzn. transplantacja jąder komórkowych.
tzn. transplantacja jąder komórkowych.
Narządy od
genetycznie
modyfikowanych
zwierząt
Naukowcy z Korei Południowej ogłosili, że udało im
się sklonować prosiaki, których organy są
zmodyfikowane genetycznie i dzięki temu bardziej
odpowiednie aby je transplantować ludziom.
Modyfikacja genetyczna sklonowanych prosiaków
polegała na wprowadzeniu genu HLA-G, który
dawał organom większą szansę na przyjęcie, jeżeli
zostałyby transplantowane ludziom. Gen HLA-G
jest odpowiedzialny za produkcję antygenu, który
ochrania narząd przed niszczeniem przez
limfocyty NK (natural killer cells) biorcy - komórki
układu immunologicznego.
Terapia
genowa
Leczenie polegające na wprowadzeniu
obcych genów do komórek. Nowe geny
powinny wywierać efekt leczniczy, np.
zmuszając komórkę do produkcji
nowych białek, których brakuje w
organizmie, albo - w przypadku komórek
nowotworowych - powodując śmierć
komórki.
