BIOLOGIA Z GENETYKĄ I EKOLOGIĄ
Najwięcej w krajach o klimacie gorącym. Jadowite – mogą przekazywac ofierze toksyny, np. węże. Ok. 5000 gatunków, mają specjalnie przystosowane narządy jadowe. Trujące – nie mogą aktywni przekazywac toksyn, zatrucie po spożyciu zwierząt, np. ryby. Nie mają gruczołów jadowych, akumulacja toksyn np. w mięśniach.
Podział jadów.
Neurotoksyny: działają na układ nerwowy, porażają np. mięśnie oddechowe.
Hemolizyny: powodują rozpad erytrocytów.
Cytolizyny: uszkadzają krwinki białe i inne komórki.
Koaguliny: zwiększają krzepliwośc krwi.
Kardiotoksyny: porażenie czynności serca.
Hemorrhaginy: uszkadzają ściany naczyń krwionośnych, krwawe wylewy do tkanek i ich martwicę.
Związki zmniejszające krzepliwośc krwi.
WĘŻE JADOWITE
Zęby określają stopień niebezpieczeństwa węża:
Aglypha: w szczęce górnej zęby w miarę równej wielkości, nie ma rowka ani wewnętrznego kanalika (rynienki); wszystkie takei są niejadowite, np. boa dusiciel
Opistoglypha: 1 -3 zębów jadowitych w tylnej części szczęki górnej, jest rynienka wzdłuż zęba. Płytkie uchwycenie prednimi zębami nie powoduje wniknięcia jadu; węże warunkowo jadowite, np. najbardziej jadowity z tej grupy afrykański Boomslang – wąż drzewny (rodzina Colubridae)
Proteroglypha: parzyste zęby jadowite z podłużnie przebiegającą rynienką, osadzone nieruchomo w przedniej części szczęki górnej, wszystkie jadowite, np. węże morskie (Hydrophiidae) i rodzina zdradnicowatych (Elapidae)
Solenoglypha: dwa duże, trochę zakrzywione zęby jadowite osadzone ruchomo w przedniej części szczęki górnej, mają wewnętrzny kanalik, którym łączą się z gruczołami jadowimy.
Biochemiczna charakterystyka jadu węży.
Jady węży nie przenikają do krwi przez nieuszkodzoną skórę i błony śluzowe, są wolno wchłaniane przez błony surowicze. Wprowadzone podskórnie lub domięśniowo wnikają do krwi przez układ limfatyczny.
Podział jadu:
Elapidae o składnikach drobnocząsteczkowych, częściowo dializujących, ubogie w enzymy. Typu Veperidae i Crotalidae, mają dużo wielkocząsteczkowych białek, prawie nie przenikają przez błony podczas dializy, bogate w enzymy.
Jady to mieszaniny białek i enzymów. Najtoksykowniejsza jest FRAKCJA BIAŁKOWA o charakterze enzymów (albuminy o niskiej masie cząsteczkowej). Działanie neurotoksyczne ma frakcja drobnocząsteczkowa. Działanie toksyczne przez generowanie toksycznych metabolitów. „Świeże” jady to białawe lub żółtawe lepkie płyny, po wysuszeniu 25 – 45% suchej masy. Jady wysuszone są trwałe, zawierają 85 – 90% substancji białkowych, ok. 10% związanej wody i niektóre pierwiastki.
Skład chemiczny jadu węży:
Albuminy niskocząsteczkowe, polipeptydy drobnocząsteczkowe, enzymy: fosfolipaza A (hemoliza erytrocytów), hialuronidaza (rozkłada kwas hiarunowy, przyspiesza wchłanianie się jadu), esterazy RNA (uszkadzają komórki narządów wewnętrznych), hydrolazy ATP – aza (zmniejsza energię mięsni), kinazy trawienne (wywołują martwicę), trombokinazy (zwiększają krzepliwośc krwi), oksydaza L – aminokwasowa, esterazy, ATP – aza, enzymy proteolityczne. [Hemoliza erytrocytów: pośrednia przez enzymy proteolityczne lub bezpośrednia przez drobnocząsteczkowe peptydy.]
Większośc węży powoduje zwiększenie krzepliwości krwi, tylko żararaki (Bothropus) zmniejszają krzepliwośc krwi.
Skutek ukąszenia zależy od:
Miejsca kontaktu z jadem (najgorzej w szyję, krtań, kark, twarz, krocze),
Wieku i stanu zdrowia ofiary (najgorzej dzieci i starsi),
Gatunku, wielkości i wieku węża,
Głębokości ukąszenia,
Liczby ukąszeń,
Czasu udzielenia pierwszej pomocy,
Diagnozy, metody leczenia i czasu jej wdrożenia.
Skala skutków ukąszeń:
Skąpoobjawowa: nieznaczny obrzęk miejscowy
Łagodna: obrzęk miejscowy, czasem zaburzenia żoł – jel
Średnio ciężka: znaczny obrzęk, zapaśc do 2h, odwracalne zmiany narządowe
Ciężka: zapaśc ponad 2h, czasem nawracająca, daleko posunięte zmiany narządowe, zgon.
Następstwa ukąszeń węży:
Objawy ogólne: osłabienie, ślinotok, nudności, poty, bóle głowy; niedowład mięśni twarzy, warg, języka, krtani, trudności w oddychaniu, spadek ciśnienia krwi, utrata przytomności; krwawienie z błony śluzowej jamy ustnej, przewodu pokarmowego, dróg moczowych, zatrzymanie oddawania moczu. Zgon najczęściej w wyniku zatrzymania oddechu.
Zmiany narządowo – układowe:
Porażenie ośrodka oddechowego w rdzeniu przedłużonym
Obrzęk mózgu,
Martwica tkanek,
Niedokrwistośc hemolityczna z niewydolnością nerek,
Uszkodzenie wątroby, serca…
Zapalenie węzłów chłonnych (pełzający rumień do serca)
Objawy miejscowe:
Ślad po nakłuciu przez zęby jadowe, niekiedy krwawiący, parzysty, odstęp 6 -10 mm, z bólami przechodzącymi w świąd, znika po ok. 8 – 10 dniach
Obrzęk i sinoczerwone zabarwienie skóry w okolicy ukąszenia, martwica tkanek
Wylewy podskórne
Rumień smugowaty pełzający w miejscu ukąszenia
Pierwsza pomoc:
Opaska uciskowa do 2h, zdejmowac ją co 20 – 30 min na 1 – 2 minuty. Ucisk nie może całkowicie tamowac krwi do kończyny.
Usunięcie jadu przez odsysanie np. bańką lekarską.
Surowica przeciwko jadowi żmii.
Leczenie objawowe, np. środki przeciwbólowe, podawanie płynów doustnie.
RODZINA: ZDRADNICOWATE (ELAPIDAE)
Najliczniejsza grupa węży jadowitych, głównie w strefie tropikalnej, nie w Europie
RODZAJ KORALÓWKI (MICRURUS): nocny tryb życia, pięknie ubarwione, długośc 0,7 – 0,8 m; pd USA, Meksyk, Ameryka Śr i Pd; kąsają tylko przy bezpośrednim zagrożeniu; jad zawiera dużo neurotoksyn, brak odczynów miejscowych (obrzęku w miejscu ukłucia)
TAJPAN (OXYURANUS SCUTELLATUS) największy jadowity wąż Australii 2 – 3 m; tereny stepowe, blisko skał; Australia Pn. Nowa Gwinea; aktywny w dzień i ciepłe noce; po ukąszeniu śmierci kilka minut, trzeba szybko podac surowicę.
WĄŻ TYGRYSI (NOTECHIS SCUTATUS) kolory tygrysie, ok. 1,5m, aktywny nocą, Australia Pd
RODZINA: ŻMIJOWATE (VIPERIDAE)
60 gatunków, głównie Afryka, nie ma ich na Madagaskarze, w Australii i w obu Amerykach
ŻMIJA ZYGZAKOWATA (VIPERA BERUS) trójkątny kształt głowy, ok. 80cm
ŻMIJA ŁĄKOWA (VIPERA URSINI) szaro oliwkowa lub brązowa, 50 cm, Austria, Węgry; słaby jad, nie zabija
ŻMIJA NOSOROGA = PIASKOWA (VIPERA AMMODYTES) ma miękki wyrostek na nosie, dobrze znosi niewolę, Europa Pd-Wsch, Azja Zach
ŻMIJA ZEBROWATA (VIPERA ASPIS) ok. 70 cm, zmioene ubarwienie, jad silniejszy od Vipera berus, zwiększa krzepliwośc, Europa Pd-Zach
ŻMIJA IBERYJSKA (VIPERA LATASTI) szara lub brunatna, mały miękki wyrostek przy nozdrzach; 60 cm; Płw. Pirenejski, Afryka Pn-Zach; jad słabszy od Vipera Berus
ŻMIJA LEWATYŃSKA (VIPERA LEBETINA) 1,2m, sliny jad, długie zęby jadowe, ukąszenie niebezpieczne dla życia człowieka, Europa Pd, wyspy Morza Egejskiego, Bliski Wschód
ŻMIJA SYKLIWA (BITIS ARIETANS) syczy, 1,6m, Afryka, silny jad powoduje rozległe krwawienia
ŻMIJA GABOŃSKA (BITIS GABONICA) ładnie ubarwiona, wyrostek skórny przy nozdrzach, Afryka Śr i Wsch, ciężkie zatrucia
ŻMIJA BLISKOWSCHODNIA
ŻMIJA PALESTYŃSKA
ŻMIJA KAUKASKA
ŻMIJA PUSTYNNA
ŻMIJA INDYJSKA = DABOJA (VIPERA RUSSELII) niebezpieczna, agresywna, głośno syczy, 1,2m; od Pakistanu do Chin Pd; jad neurotoksyczny, zaburza krzepliwośc krwi
KORBACZ POSPOLITY = EFA PIASKOWA (ECHIS CARINATUS) na głowie jasna plama w kształcie + lub Y, 65 cm, Afryka Pn do Indie i Cejlon, niebezpieczny, zabija najwięcej
RODZINA: WĘŻOWATE (COLUBRIDAE)
WĄŻ DRZEWNY = BOOMSLANG (DISPHOLIDUS TYPUS) 1,5m, dzienny tryb życia, na drzewach Afryki, na południe od Sahary; silne właściwości przeciwkrzepliwe, kwrawienia z błon śluzowych jamy ustnej, nosa, jelit, dróg moczowych
„WĄŻ DRZEWNY” (THELOTORNIS KIRTLANDII) 1,2 m, Afrykaśr i Pd-Wsch, jad ma właściwości przeciwkrzepliwe
KOBRA INDYJSKA = OKULARNIK (NAJA NAJA) wytworzył szereg ras geograficznych; obok stosów kamieni, drzew, nor gryzoni, unika upału; 1,4 – 2 m; Azja: Iran, Pakistan, Chiny Pd, Tajwan, Indie, Cejlon; jad ma dużo neurotoksyn, 70% śmiertelne, właściwości znieczulające
KOBRA KRÓLEWSKA (OPHIOPHAGUS KANNAK) do 4,5m; Pakistn, Indie, Filipiny, Indonezja; żywi się głównie wężami, żyje w rzadkich lasach, trawiastych dżunglach; jad może zabic duże zwierzę i człowieka
KOBRA EGIPSKA = WĄŻ KLEOPATRY (NAJA HAJE) do 2,5 m, Afryka poza poludniem, Płw. Arabski, niebezpieczny dla człowieka, ukąsil Kleopatrę
KOBRA PUSTYNNA (WALTERINNESIA AEGYPTIA) jednolicie niebieskoczarna, nocny tryb żyia, ok. 1,2 m; Egipt, Izrael, Syria, Iran, ukąszenia ciężkie
KOBRA PRZYLĄDKOWA (NAJA NIVEA) blisko siedzib ludzkich, do 2 m, w Afryce powoduje największą liczbę nieszczęśliwych wypadków
KOBRA PLUJĄCA (HEMACHATUS HAEMACHATUS) wystrzeliwue jad na odległość do 1m.
RODZAJ: MAMBY (DENDROASPIS)
Mają zęby jadowite + 2 zwykłe duże zęby na żuchwie
MAMBA CZARNA (DENDROASPIS POLYLEPIS) najszybszy wąż świata, 3m; Afryka śr, Etiopia, Somalia; neurotoksyny porażają układ oddechowy i nerw błędny, może zabic 5 – 10 ludzi
MAMBA POSPOLITA (DENDROASPIS ANGUSTICEPS) na gałęziach drzew, Afryka Śr, 1,8 – 2,4m
WĘŻE MORSKIE (HYDROPHIIDEA)
Do 2 m, w pobliżu lądów, raf, mielizn; ukąszenia bezbolesne bez objawów miejscowych; po 30 – 90 min: hemoliza erytrocytów, martwica mięśni, zaburzenia ruchowe, trudności w poruszaniu kończynami i powiekami, bóle mięśni, zaburzenia oddychania, uszkodzenia wątroby i nerek
WISŁOGON POSPOLITY = KOBRA MORSKA (LATICANDA COLUBRINA) najpospolitszy, 1m, Indie, Indochiny, Filipiny, Australia Pn
PĘZ (PELEAMIS PLATURUS) zwinięty w kłębek na powierzchni wody, 80cm, obszar tropikalnych wód oceanów: Indyjskiego i Spokojnego, jad podobny do kobry
GRZBIETIOPRĘG JADOWITY (EUHYDRINA SEHISTOSA) najniebezpieczniejszy, 1,3m, Ocean Indyjski
RODZINA: GRZECHOTNIKOWATE (CROTALIDAE)
GRZECHOTNIK BRAZYLIJSKI (CROTALUS DRISSUS TERRIFICUS) Ameryka Pd; ogon zakończony grzechotką, najgorszy śmiertelnie z grzechotników; jad: neurotoksyny i hemoliza erytrocytów, zabija 100% dzieci i 70% dorosłych
MOKSYN MEKSYKAŃSKI (AGKISTRODON BILINEATUS) znacznie uszkadza tkanki w okolicy rany, ale rzadko zabija
GRZECHOTNIK TEKSAŃSKI (CROTALUS ATROX) USA, Meksyk, duża śmiertlenośc
GRZECHOTNIK POSPOLITY (CROTALUS HORRIDUS) jad: neurotoksyny hamujące czynność kory mózgowej
GRZECHOTNIK DIAMENTOWY (CROTALUS ADAMANTEUS) największy najsilniejszy
ŻARARAKA ROGATA (BOTHROPS SCHLEGELII) Meksyk, Kolumbia, Ekwador, na drzewach, ciężkie uszkodzenia
ŻARARAKA URUTU (BOTHROPS ALTERNATUS) Brazylia, Argentyna, Urugwaj, największa liczba ukąszeń w Argentynie
ŻARARAKA ZWYCZAJNA (BOTHROPS JARARAKA) Brazylia, Argentyna, Urugwaj, jad koagulujący, nekrotyzujący, martwica tkanek i kości
JASZCZURKI
HOLODERMA ARIZOŃSKA (HOLODERMA SUSPECTUM) zęby jadowite na żuchwie, silny ból, poy, zawroty głowy, osłabienie
HOLODERMA MEKSYKAŃSKA (HOLODERMA HORRIDUM) objawy utrzymują się przez wiele dni
PŁAZY
Jady produkują gruczoły skórne i śluzowe, a nich są:
Aminy biogenne,
Peptydy
Sterydy
Alkaloidy
Działanie na układ nerwowy, sercowo – naczyniowy. Główne toksyny: bufotalina (w małych ilościach pobudza, a w dużych poraża akcję serca), bufagina, samandarina.
W Polsce: bezogonowe (Anura) ropuchy (Bufoniae) szara (Bufo Bufo), zielona (Bufo viridis), paskówka (Bufo calamia)
RYBY (PISCES)
Jadowite: 250 gatunków, w morzach ciepłych, w pewnych narządach mogą mieć trucizny
Trujące: 500 gatunków, aparat jadowy w płetwie grzbietowej, płaszczki w płetwie ogonowej.
W zależności od objawów zatrucia i rodzaju trucizny dzielime je na:
Ciguatera zatrucia żoł – jel i nerwowe, np. morskie okonie, lancetniki, ryby – papugi, ostroboki, wargacze, mureny. Toksyna zlokalizowana w gonadach, wątrobie, innych narządach wewnętrznych i pochodzi z toksycznych alg, które jedzą. Mięso ryb jest mało toksyczne. Objawy zatrucia: do 4 godz.:
Nudności, drętwienie warg, języka, palców,
Wymioty, biegunka
Dreszcze, bóle podbrzusza,
Gorączka
Osłabienie mięśniowe,
Duszności,
Bezsennośc,
Drgawki
Ryby produkujące tetradoksynę toksyna ciepłostala, nie rozkłada się przy gotowaniu, w wątrobie, gonadach ryb: najeżkowatych (Tetraodontidae), dwuzębnych (Diodontidae), molidowatych (Molidae), np. ryby – kule, najeżyki . Objawy: neutologiczne po 5 -30 min:
Zawroty głowy, osłabienie, parestezje języka
Bóle w klatce piersiowej
Trudności w oddychaniu, drgawki
Zgon w ciągu 6 – 24 godz: porażenie oddychania
Ichtiotoksynaw gonadach i ikrze niektórych słodkowodnych i morskich ryb, mięso jadalne. Objawy:
Zawroty głowy
Wymioty, biegunka
Bóle w klatce piersiowej
drgawki
ichtiohematotoksyna działanie hemolityczne, gatunki węgorzy, mureny (ich krew zawiera białko powodujące hemolizę erytrocytów). Objawy po spożyciu:
zawroty głowy,
wymioty,
zaburzenia jelitowe
zamurzenia oddychania
różne toksyny + hiperwitaminoza witaminy A objawy zależą od okresu życia ryb, pory roku, miejsca połowu. Wystepują zaraz po jedzeniu, ustępują po 24h:
zaburzenia układu pokarmowego
bóle głowy
osłabienie mięśniowe
Możliwe zatrucie śmiertelne np. po spożyciu wątroby rekinów (bo ma bardzo dużo witaminy A).
RYBY JADOWITE:
RYBY OGOŃCZOWATE = PŁASZCZKI (DASYATIDAE) ponad 100 gatunków na przybrzeżnych płyciznach oceanów, zagrzebane w piasku. Kolec jadowy na końcu ogona, może się mocno wbic w ofiarę, toksyny białkowe. Tropikalne ogończe mają koce do 40 cm, europejskie do 12 cm. Największe gatunki do 3m. kolce robią rany postrzępione. Działanie jadu: ból, obrzęk, porażenie układu nerwowego, trudności w oddychaniu, zaburzenia pracy serca. Notowano zgony. Objawy:
silne bóle i zawroty głowy,
zaburzenia żoł – jel
w ciągu kilku godzin wstrząs i zgon
SKRZYDLICA (PTEROIS VOLITANS) ryba – motyl, jaskrawa, pręgowana czerwono – brązowa, ok. 40 cm, w Oceanie Indyjskim, Pacyfiku, Morzu Czerwonym, w rejonie raf koralowych. Promienie płetwy grzbietowej mają kolce jadowe z silną trucizną. Objawy podobne do ogończy.
SZKARADNICA (SYNANCEIA VERUCOSA) ryba – kamień, ciało pokryte brodawkami, glonami, ukwiałami. Ma kolce z gruczołami jadowymi, bardzo ostre. Objawy podobne, mogą być śmiertelne.
OSTROSZ ŻMIJKA (TRACHINUS VIPERA) Atlantyk, Morze Północne, piaszczyste dno płytkich wód przybrzeżnych, mała, ma 7 kolców jadowych . Objawy: stany zapalne, obrzęk całego ciała.
MURENA ŚRÓDZIEMNOMORKSA (MUREANA HELENA) Atlantyk, Morze Śródziemne, ok., 1,5 m. może ukąsic i zadac ranę podatna na zakażenia bakteryjne.
1953 – poznanie struktury podwójnej helisy DNA, Watson, Crick
1966 – złamanie kodu genetycznego Khorana, Nierenberg
1973 – opracowanie technik rekombinacji DNA; 1960 – Amber: enzymy restrykcyjne; 1971 – Cohen: import plazmidów do E. coli
Klonowanie genu
1973 – kongres w New Hampshire poświecony kwasom nukleinowym
1974 – „moratorium”, apel o zaprzestanie badań, spowolnienie badań
1975 – sekwencjonowanie DNA, metoda Maama – Gilbetra (chemicznej degradacji DNA), metoda Sangera (didoeksy), nadal stosowana
ETAP I: 1953 – 1972: 3 tys. badaczy
ETAP II: 1073 – : 300 tys. badaczy
Biotechnologia zastosowanie technologiczne , które używa systemów biologicznych, organizmów żywych lub ich składników, żeby wytwarzac lub modyfikowac produkty lub procesy w określonym zastosowaniu.
Pierwszy produkt: INSULINA
Leczenie cukrzycy, wcześniej insulina świńska i bydlęca, problem z intronami (bakteria nie mają intronó, fragmentów niekodujących) chemiczna synteza sekwencji kodującej lub odwrotna transkrypcja:
Dojrzały mRNA insulina odrwotna transkrypcja, powstaje cDNA plazmid bakteria, transkrypcja, translacja insulina
Drugi produkt: LUDZKI HORMON WZROSTU Hgh
Leczenie karłowatości 1959, wcześniej pobierany od zmarłych, ale powodował chorobę Creutzfelda – Jacoba, więc zabroniono.
Rodzaje biotechnologii:
Zielona: rolnictwo, wykorzystanie spożywcze i niespożywcze, GMO
Czerwona: służba zdrowia
Biała: produkcja przemysłowa, ochrona środowiska
Fioletowa: zagadnienia społeczne i prawne
Niebieska: biotechnologia wód
Gmo, ORGANIZMY MODYFIKOWANE GENETYCZNIE
Organizm niosący obcy gen pochodzący od organizmu odległego filogenetycznie.
Metody:
Transfekcja z użyciem zrekombinowanych wektorów (rośliny)
Biolistyka (rośliny)
Mikroiniekcja do przedjądrza (zwierzęta)
Użycie pierwotnych komórek zarodkowych (zwierzęta)
Klonowanie somatyczne (zwierzęta)
Przykłady:
Odpornośc na szkodniki
Toksyna BT: zabija szkodniki, odkłada się w roślinie i w glebie, produkowane przez bakterie Bacillus thuringiensis. Owad ginie przez uszkodzenie jelita, na człowieka nie działa. Wklonowana w genom komórek roślinnych: kukurydza Bt (dopuszczona w UE), ziemniaki Bt, bawełna Bt… dobrze zabija omacnicę prosowiankę (os trinia nubilalis)
Poprawa cech jakościowych
Pomidor Flavr Savr 1994r. dobry pomidor, produkuje poligalakturonaza (PG), co sprawia, że jest miękki. Gen PG o odwrotnej orientacji powoduje opóźnienie dojrzewania.
Zatrzymanie psucia: hamowanie syntezy etylenu
Mała czarna bezkofeinowa: wyciszenie ekspresji synteza teobroninowej, do 70% mniej kofeiny w kawie
Złoty ryż (o złocistym kolorze): niedobór witaminy A u Azjatów, gen żonkila – beta-karoten
Odpornośc na herbicydy, rośliny „Roundup Ready” – odporne na glifosat
Gen EPSPS synteza enolopirogronianoszikiniano – 3 – fosforanu
Gen GAT N – acetylotransferaza glifosanu
Gen GOX oksydoreduktaza glifosatu
Szczepionki drogą pokarmową
Mobilizacja układu odpornościowego bez kontaktu z patogenem, 10 – 100 razy mniejszy koszt; w Poznaniu wyprodukowano sałatę szczepiącą na WZW B
Odpornośc na niekorzystne warunki środowiska , na: mróz, wysoką temperaturę, zasolenie, suszę, zanieczyszczenie środowiska (zwłaszcza metalami ciężkimi)
Zwierząta GMO
Modele chorób człowieka, modele do testowania nowych metod leczenia, zmiany jakościowe produktów spożywczych:
Wydajnośc i jakośc mleka: wprowadzenie genów białęk beta – k – kazeiny
Przyrost i jakośc wełny (toksyczna dla moli, niekurcząca się w praniu)
Zwiększenieodporności na choroby i pasożyty, priony
Polepszenie trawienia i metabolizmu
Szybsze rozmnażanie
Zwierzęca bioreaktory: krowa, owca, koza.
Produkty wydzielane do mleka, np.: antytrombina (kontrola powstawania zakrzepów), antytrypsyna (rozedma płuc), erytropoetyna (anemia).
Budowa przeciwciała.
Przeciwciała monoklonalne: wykazują jednakową swoistośc względem danego epitopu. Otrzymywane przez fuzję limfocytów B o żądanej swoistości z komórkami szpiczaka.
Pobranie limfocytów B z trzustki myszy + szpiczak = komórka hybrydowa = kładziemy 1 komórkę na szalce ona produkuje przeciwciała. Podłoże trzeba dac takie, żeby przeżyły tylko komórki hybrydowe. Komórki szpiczaka muzą być tak uszkodzone, żeby nie produkowały jakiegoś enzymu ważnego dla życia.
Nazewnictwo:
tu – przeciw guzom
mo – mysie
xi – chimeryczne
zu – humanizowane
mab – monoklonalne
zastosowanie:
diagnostyka i terapia nowotworów
immunosupresja w transplantologii
immunosupresja w chorobach o podłożu zapalnym
blokowanie krzepnięcia krwi
neutralizacja toksyn
mab jest rozpoznawany jako obce białko, 2 – 3 tyg po podaniu produkcja HAMA, ale produkuja przeciwciała: chimeryczne (mysie 30 – 35%), humanizowane (mysie regiony hiperzmienne 10%)
Leczenie przyczyn chorób genetycznych.
Mutacje recesywne: 1. komplementacja defektu genetycznego
Mutacje dominujące: 2. hamowanie ekspresji zmutowanego genu oraz 3. naprawa mutacji.
Wprowadzenie genu prawidłowego, retrowirusy, lentiwirusy; in vivo (wprost do organizmu) lub ex vivo (pobranie komórki pacjenta, namnożenie, modyfikacj genetyczna, wprowadzenie do organizmu pacjenta
Antysensy: 20 – 30 nukleotydowe cząsteczki DNA i RNA, komplementarne do mRNA, sekwencji DNA genu, jego promotora
Trwała, nieznany mechanizm molekularny, naprawa błędnie sparowanych zasad przez wycinanie nukleotydów, rekombinacja homologiczna
Eliminacja komórek : komórki nowotworowe, zainfekowane wirusami. Metody:
Bezpośrednio: wprowadzenie genu samobójczego, proapoptotycznego, z toksycznymi białkami
Pośrednio: pobudzenie układu odpornościowego
Zahamowanie unaczynienia nowotworu.
Efekt sąsiadującej komórki.
Nośniki transgenów: wirusowe TRANSDUKCJA: adeno – retro – lenti – wirusy, AAV, np. wirus opryszczki; niewirusowe TRANSFEKCJA
Mutageny: czynniki indukujące powstawanie mutacji ponad poziom mutacji spontanicznych.
MUTAGENY FIZYCZNE np. promieniowanie X, gamma, kosmiczne, UVA, UVB, jonizujące (działa na komórki szybko dzielące się: szpik kostny, nabłonek przewodu pokarmowego, nabłonek plemnikotwórczy; indukuje powstawanie w komórkach nadtlenków, np. H2O2, rodnika hydroksylowego w wyniku radiolizy wody), niejonizujące.
Skutki narażenia na promieniowanie jonizujące:
Uszkodzenie wiązań fosfodiestrowych, pęknięcia jedno- i dwuniciowe DNA, aberracje strukturalne chromosomów
Modyfikacje zasad azotowych
Uszkodzenia pentozy,
Powstawanie wiązań krzyżowych w DNA,
Powstawanie wiązań krzyżowych między białkami a białkami DNA
Promieniowanie UV, najgorze 260 nm, indukuje powstawanie dimerów pirymidynowych, głównie tymidynowych. Zatrzymuje wiązania nukleotydów przez polimerazę DNA do nowo syntetyzowanego łańcucha, powstają mutacje typu tranzycji i trans wersji. Dimeryzacja pirymidyn wywołana przez UV powoduje tez delecję nukleotydów podczas kopiowania zmodyfikowanej nici.
MUTAGENY CHEMICZNE
Analogi zasad purynowych i pirymidynowych włączone do nukleotydów i do DNA podczas replikacji, tworzą parę z innymi zasadami, mutacje tranzycji
Czynniki interkalujące – barwniki akrydynowe, płaskie cząsteczki kilku pierścieni, wnikają między pary zasad azotowych w łańcuchu DNA, zwiększając odległośc między sąsiednimi parami zasad. Powodują ‘poślizg” polimerazy Dna podczas replikacji, indukują mutacje typu insercji i delecji, co prowadzi do zmiany ramki odczytu.
Związki alkilujące – wprowadzają gruoy alkilowe do puryn. Skutek: tranzycie, transwersje. Produkt: fosfodiestry. Hydroliza wytworzonych nietrwałych wiązań może doprowadzic do przerwania łańcucha DNA. Są to też leki antynowotworowe.
Zaburzenia G1 S przyczyną transformacji nowotworowych.
G0 – spoczynkowa
G1 – najdłuższa, 10 – 12h
S – synteza, replikacja DNA 8h
G2 – 6 – 8h
M – mitoza 0,5 – 1h
Białka przyspieszające cykl komórkowy: cykliny + kinazy cyklino zależne, działają razem, komplet
Białka hamujące, (geny supresorowe), antyonkogeny: Rb, P53, P16
G1/S, G2/M i w obrębie M są ‘punkty kontrolne”, punkty restrykcyjne.
Kompleksy 4 składnikowe:
Cyklina (inna w każdej fazie: G1 cyklina D, N)
Kinaza cyklino zależna
PCNA białko antygen poliforujący
P21 białko
Inne białka: c – Myc, p 27
Udział w regulacji ma TGF – beta
Czynnik E2F – czynnik transkrypcyjny, przyłącza się do DNA w jądrze
Geny syp resorowe G1
p53 – działa pośrednio na cykl, „strażnik genomu”
Jak zadziała czynnik genotoksyczny, to p53 pobudza transkrypcję genu kodującego p21, który hamuje cykl komórkowy, zwłaszcza w S, aby naprawic uszkodzenie.
Aktywacja szlaku apoptozy.
Rb – regulacja fazy G1/S. na chromosomie 13q14
Białko 928AA, Białko 105 – 110kDa – regulacja ekspresji czynników transkrypcyjnych G1, promocja różnicowania komórek G0; jego mutacja: siatkówczak dziedziczny (nowotwór gałki ocznej)
Gen p16INK – 4A (CDKN2; MTS1) na chromosomie 9p21 białko p16, białko 148AA hamowanie aktywności kompleksu kinazowego: cdk4 – cyklinaD (G1); cdk6 – cyklina D (G1)
Gen p21WAF1 nachromosomie 6p21.1 białko p21, 164AA, 18.1 kDa hamowanie aktywności kompleksu kinazowego: cdk4 – cyklina D (G1); dk6 – cyklina E (G1); cdk2 – cyklina E (G1/S); cdk2 – cyklina A (S); cdk1 (cdk2) – cyklina B (G2/M); inhibitor PCNA (S)
Gen CCND1/ PRAD1 na chromosomie 11q13 cyklina D1, 295AA, 36kDa aktywacja cdk4, cdk6 (G1), (podjednostka regulatorowa)
Gen p53 na chromosomie 17p13.1 białko p53 kontrola regulacji cyklu komórkowego (modulacja ekspresji genów WAF1, GADD45, MDM2), (G1)
Białko 393AA, 53 kDa kontrola naprawy DNA (akumulacja prawidłowego p53) (G1); inicjacja procesu apoptozy (wzrost ekspresji genu Bax) (G1)
Wirusowe białka onkogenne tworzące kompleksy z p52 i pRb:
| p53 | Duży antygen T wirusa SV40 | pRB |
|---|---|---|
| Białko E6 | Ludzkie wirusy Papillona | Białko E7 |
| Białko E1B | Adenowirusy | Białko E2B |
Ludzki wirus Papillona powoduje: brodawki na szyi starszych ludzi oraz raka szyjki macicy. Mutacja p53 jest w większości nowotworów (w tkance guza).
Zespół Lee – Frauneni – dziedziczenie mutacji p53, dziedziczne nowotwory (predyspozycja do nowotworu).
Aktywnośc:
| G1 | Cyklina D | cdk 4 |
|---|---|---|
| G1/S | Cyklina E | cdk2 |
| S | Cyklina A | cdk 2 |
| G2/M | Cyklina A | cdk 1 (cdk2) – fosforyzuje histon H1 |
| G2/M | Cyklina B | cdk 1 (cdk 2) – fosforyzuje resztę serynową L – aminy; rozpad otoczki jądrowej i fosforylacja wrzeciona kariokinetycznego |
Antygeny politeracyjne, białko PCNA: niehistonowe białko jądrowe, jednostka pomocnicza polimerazy DNA delta (replikacja) i polimerazy DNA elipsa (naprawa uszkodzonego DNA)
NER – naprawa przez wycinanie nukleotydów; BER – naprawa przez wycinanie zasad azotowych; MMr – naprawa błędnie sparowanych zasad
Dwie frakcje, udział w regulacji cyklu, jest w kompleksie czteroskładnikowym. Czas biologicznego półtrwania 8 – 20 h (długo!)
Ki – 67 (MIB1)
Niehistaminowe białko jądrowe
Z dwóch podjednostek
Dystrybucja zależna od fazy cyklu
Wzrost poziomu ekspresji w fazie S
Czas biologiczngo półtrwania 1h
Niewykrywane w G0
Udział w metabolizmie rRNA jako element gęstego składnika firbylarnego jąderka
MCM; MCM2 – 7
Hydrofilowe białka jądrowe
Wysoki stopień homologii sekwencji aminokwasowej pomiędzy białkami S. cerevisiae człowieka
Kompleksy: heksamery: MCM2 – MCM3 – MCM4 – MCM5 – MCM6 – MCM7; tetramery: MCM2 – MCM4 – MCM6 – MCM7; dimery: MCM3 – MCM4
Dwie frakcje
Fosforylacja przy udziale kinaz cyklino zależnych cdk
Udział w inicjacji replikacji DNA (formowanie kompleksu prereplikacyjnego)
Udział w elongacji replikacji DNA
Nowotwór złośliwy można obecnie określic jako jako wynik akumulacji błędów genetycznych w komórce prawidłowej, która przestaje podlegac normalnym mechanizmom kontrolującym wzrost i różnicowanie komórek. W chorobie nowotworowej uszkodzenie DNA (delecje, translokacje, amplifikacje, insercje, mutacje punktowe) dotyczą genów zaangażowanych w kontrolę wzrostu i/lub różnicowania komórkowego. Karcinogeneza jest procesem wieloetapowym, który poprzedza inicjacja transformacji na poziomie komórkowym, efektem jest pełne rozregulowanie aparatu genetycznego, mechanizmów homeostazy i zniszczenie całego organizmu. Przyjmując wieloetapowy charakter karcinogenezy uznajemy, że pojedyncze onkogeny nie wystarczają do wywołania pełnej transformacji nowotworowej. Podstawowe znaczenie w transformacji nowotworowej ma inaktywacja genów supresorowych i aktywacja onkogenów. Potoonkogeny – geny ulegające ekspresji w komórkach prawidłowych i spełniające podstawową rolę w regulacji procesów wzrostu, różnicowania i dojrzewania komórek. Stają się onkogenami na skutek przynajmniej punktowej zmiany sekwencji DNA. Komórkowe protoonkogeny mają stałą lokalizację w chromosomach 1% wszystkich genów. Występują w haploidalnym genomie w pojedynczych kopiach. Istnieje duża homologia DNA do onkogenów komórkowych z sekwencjami onkogennych retrowirusów. Jednak wirusowe onkogeny nie posiadają intronów.
3 mld par zasad, 98% introny (części niekodujące).
mutacja mutacja aktywująca
inaktywująca
infekcja i wbudowanie do DNA
Rak – nowotwór z komórki nabłonkowej, np. rak tarczycy
Mięsak – z komórki mezenchymalnych, np., mięsak kości
Gruczolakolak – z komórki gruczołowej, np. jelita
Przerzuty: drogą krwi lub naczyń chłonnych
Mechanizm aktywacji protoonkogenów:
Mutacja punktowa
Amplifikacja
Translokacja
Insercja
Mutacja punktowa w obrębie protoonkogenu powoduje zmianę informacji dotyczącą kodowanie białek. Zmienione białko może indukowac jedną lub więcej zmian związanych z rozwojem nowotworu. Amplifikacja polega na zwielokrotnieniu liczby kopii genów. Liczba kopii niektórych genów w nowotworach wynosi kilka, kilkadziesiąt, a nawet ponad 100 kopii genu. Translokacja polega na przemieszczeniu protoonkogenu w miejsce chromosomowe objęte działaniem regulacji ekspresji innego genu (np. immunoglobuliny). Ten typ aktywacji występuje np. w szpiczaku. Translokacje w tych typach nowotworów są swoiste. Insercja polega na wbudowaniu w rejon poprzedzający protoonkogen lub niekiedy również w rejon przylegający do końca, silnych sygnałów transkrypcyjnych typu promotorów lub tzw. Sekwencji wzmacniającej transkrypcję.
Onkoproteiny, kodowane przez onkogen: jądrowe lub cytoplazmatyczne.
Na podstawie lokalizacji oraz strukturalnych i czynnościowych właściwości białowych produktów onkogenów dokonano podziału na:
Czynniki wzrostu
Białka receptorowe Inie receptorowe wykazujące aktywnośc kinazy tyrozynowej
Cytoplazmatyczne receptory
Białka receptorowe, którym brak aktywności kinaz
Biała G związane z błoną cytoplazmatyczną
Białka wykazujące aktywnośc kinazy serynowej
Białka biorące udział w transkrypcji
Biologiczne funkcje wybranych komórkowych protoonkogenów.
Mutacja - każda zmiana w materiale genetycznym, kótra jest utrwalona i przekazywana pokolenia na pokolenie, która występuje ponad poziom mutacji spontanicznych. Zachodzą na poziomach:
Genowe – mutacje punktowe
Chromosomowe – aberracje chromosomowe, liczbowe i strukturalne
Genomowe – zwielokrotnienie haploidalnego zestawu chromosomów
Ze względu na powstawanie wyróżniamy:
Spontaniczne – błędy w replikacji, które wymykają się spod kontroli mechanizmów korekcyjnych polimeraz DNA syntetyzujących nowe łańcuchy polinukleotydowe. Spowodowane: błędami podczas replikacji lub samorzutną modyfikacją chemiczną zasad azotowych;
Indukowane – powstają w wyniku oddziaływania mutagenu na DNA. Pomiędzy mutacjami spontanicznymi a indukowanymi nie ma różnic jakościowych.
Utrwalone – zmiany w Dna mające inną niż wyjściowa sekwencję.
Mutacje genowe:
Delecja – utrata par zasad (kilku) do łańcucha DNA
Insercja (addycja) – wstawienie 1 lub kilku par zasad do łańcucha DNA
Tranzycja – zamiana zasady purynowej na inną purynę(A G) lub pirymidynowej na Iną pirymidynę (T C)
Trans wersja – zamiana purynu na pirymidyną lub pirymidyny na purynę
We wszystkich typach mutacji mogą zajśc mutacje wsteczne:
Mutacja wsteczna
GEN DZIKI GEN ZMUTOWANY
Mutacja punktowa
TEST AMESA: bakteria Salmonella typhimunum bez operonu histydynowego. Struktura genu eukariotycznego.
Efekty mutacji genomu:
Cicha: wszystkie zmiany zachodzące w DNA w intronach i nieregulatorowych regionach DNA. 97% ludzkiego enomu może ulec mutacji bez wpływu na jego funkcjonowanie
Synonimiczna: w 3. Zasadzie kodonu, nowy kodon koduje ten sam aminokwas, co kodon przed mutacją. Zamiana synonimiczna jest mutacja cichą, bo nie ma wpływu na kodującą frakcję genomu
Niesynonimiczna: zmiany sensu – powstaje nowy kodon, kodujący nowy aminokwas, powstające białko będzie miało inny 1 aminokwas.
Nonsens: kodon kodujący zmienia się na kodn terminacyjny stop (UAA, UAG, UGA). Powstaje skrócone białko.
Ominięcie kodonu terminacyjnego: mutacja zmienia kodon stop n taki, który koduje aminokwas, powstające białko jest wydłużone o dalsze aminokwasy na końcu C.
Skutki delecji i insercji: Jeżeli liczba usuniętych lub wstawionych nukleotydów wynosi 3 lub wielokrotnośc 3 – usunięcie lub wstawienie 1 lub większej liczby kodonów. Jeżeli liczba nie jest równa 3, 6, 9,… - przesunięcie ramki odczytu. Wszystkie kodony poniżej miejsca mutacje będą odczytywane..........
Aberracje chromosomowe: wszelkie zmiany w liczbie i strukturze chromosomów. Mogą być dziedziczne lub powstawac de novo:
Liczbowe:
Aneuploidzie – zestaw chromosomów, których liczba nie stanowi wielokrotności liczby haploidalnej, np. 47, XX, +21. Przyczyna: nierozdzielenie się chromosomów komórkowych (nondysjunkcja) podczas mejozy. Częściej w oogenezie niż spermatogenezie. W nondysjunkcji powstają gamety: disomiczne i nullisomiczne. Nondysjunkcja mitotyczna prowadzi do powstawania mozaikowatości chromosomowej, np. 46, XX / 47, XX, +21
Strukturalne: wywołuje je: promieniowanie jonizujące, czynniki chemiczne. Powstają w fazie G1 lub G0.
Translokacje: zrównoważone i nie
Inwersje para- i pericentryczne
Delecje: terminalne i interstycjalne
Duplikacje
Izochromo somy
Chromosomu dicentryczne
Chromosomy pierścieniowe
Chromatynowe: dotyczą 1 chromatydy, wywołane przez mutageny chemiczne. Powstają w fazie S lub G2.
Mutacje genomowe: euploidie (poliploidie), u człowieka letalne. Liczba chromosomów jest wielokrotnością, u triploidia np. 69, XXY. Zapłodnienie oocytu przez dwa plemniki (dispermia) lub połą dwóch gamet, z których jedna jest diploidalna. Tetraploidia, np. 92, XXYY, brak podziału zygoty.