Biologia medyczna - wykład z 23.01.2013r.
Najważniejsza informacja - tego dnia Profesor wstał o 6.30 i bał się, że się spóźni na wykład, bo musiał jeszcze odśnieżyć przed domem
Ustawa o GMO z dn. 22 VI 2001 r.
GMO:
Organizm inny niż człowieka, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji w szczególności przy zastosowaniu technik rekombinacji DNA z użyciem wektorów, w tym tworzenia materiału genetycznego poprzez włączanie do wirusa plazmidu lub każdego innego wektora cząstki DNA, wytworzonych poza organizmem i włączanie ich do organizmu biorcy, w którym w warunkach naturalnych nie występowały, a w którym są zdolne do powielania.
Przy zastosowaniu technik stosujących bezpośrednie włączenie materiału genetycznego przygotowanego poza organizmem, w szczególności mikro-, makroiniekcji i mikrokapsułkowania.
Przy zastosowaniu metod niewystępujących w przyrodzie do połączenia materiału genetycznego co najmniej 2 różnych komórek, gdzie w wyniku zastosowanej procedury powstaje nowa komórka, zdolna do przekazywania swojego materiału genetycznego, odmiennego od komórki wyjściowej, komórkom potomnym.
GMO = organizm transgeniczny (ma przenoszony gen=transgen). Do jego genomu został dodany nowy, określony gen, pochodzący od innego organizmu, np. do rośliny modyfikowanej genetycznie wprowadza się Gen bakterii, który produkuje białko toksyczne dla szkodników i roślina jest oporna na antybiotyki.
Tworzenie z wykorzystaniem wektora jest stosowane w przypadku roślin dwuliściennych, np. soja, rzepak, bawełna, tytoń.
Metody bez wektora - bezpośrednie wprowadzenie fragmentu DNA do jądra komórki roślinnej, np. mikromanipulator, mikrowstrzeliwanie (do rośliny wstrzykujemy metal z DNA, metoda na „chybił-trafił”, stosujemy najczęściej u roślin jednoliściennych, np. zboża - kukurydza).
Agrobacterium tumefaciens - ma naturalną zdolność wprowadzania swojego DNA - tworzy narośle na łodygach. Zwykle u roślin dwuliściennych. Biotechnolodzy potrafią jednak usunąć te geny i wstawiają inny gen.
Cele modyfikacji:
- opornośc na herbicydy - do rośliny wprowadzany jest gen, którego celem jest produkcja enzymu rozkładającego dany herbicyd,
- oporność na szkodniki (CRY)- wprowadza się geny bakterii Bacillus hurigansis - białko toksyczne CRY dla owadów i szkodników. Jeśli szkodnik zje rośliną, to ginie. Jest ono jednk toksyczne wyłączniedla owadów(szkodników), ale nie dla ludzi czy innych zwierząt. Jest szkodliwe, gdyż w przewodzie pokrowym owadów znajdują się receptory dla białka CRY. Przykładami są: kukurydza, bawełna, produkcja ziemniaków opornych na stonkę ziemniaczaną.
-odporność na wirusy, bakterie, grzyby,
- większa tolerancja na stres abiotyczny - umożliwia uprawianie roślin na terenach, na których wcześniej nie było to możliwe. Dzięki nim są one bardziej oporne na suszę, mróz, zasolenie czy zanieczyszczenie gleby metalami ciężkami. Tworząc rośliny akumulujące metale ciężkie próbuje się oczyścić glebę - fitoremediacja.
- poprawa lub nadanie nowych cech jakościowych - produkcja słodkich ziemniaków (gen słodkiego białka taumatyny), słodki ogórek. Dłuższa trwałośc owoców, warzyw, wyższa sucha masa produktów, fitoestrogeny, poprawa składu kwasów tluszczowych i aminokwasów białek, inna zawartość karotenoidów, witamin, np. złoty ryż (Wit. ! - geny z żonkila, który zawiera beta-karoten). Usunięcie składników antyżywieniowych, związków utrudniających przyswajanie składników odżywczych, związki tworzące toksyny przy obróbce pokarmu. Roślinom ozdobnym nadaje się intensywniejsze barwy, a z niektórych gatunków produkuje się biopaliwa.
Obszary monokulturowe - zubożenie bioróżnorodności, używanie maszyn do produkcji wcale nie zmniejsza ilości CO2 w powietrzu.
Najwięcej upraw:
Ameryka Pólnocna, Kanada - 70%
Ameryka Południowa (gł. Argentyna, Brazylia)
Powierzchnia upraw - 50000 ha
Produkcja w Europie:
Kukurydza - Hiszpania, Niemcy, Francja, Portugalia, Czechy, Słowacja
Soja - Rumunia
RPA - 1,4 mln ha - gł. Soja, kukurydza, bawełna.
Indie - bawełna
GMO u zwierząt:
- ryby - łososie, karpie - geny hormonów wzrostu,
- krowy, owce - bioreaktory, które produkują np. przeciwciała, hormony, następnie mogą być izolowane z ich mleka i wykorzystywane.
- świnia - gen mający znosić barierę międzygatunkową, np. do przeszczepów,
- koty dla alergików.
Wpływ produktów GMO na zdrowie człowieka jest na razie nieznany.
Genoterapia - wprowadzenie z zewnątrz prawidłowego genu do komórki chorego, gen ma przejąć funkcje zmutowanego lub brakującego genu. Leczone są wrodzone błędy genetyczne, ciężkie choroby nabyte, np. nowotwory.
Stosowane metody:
- ex vivo - pobieramy komórkę chorego, utrzymujemy w hodowli In vitro, wprowadzamy terapeutyczny gen i z powrotem wprowadzamy do organizmu chorego. Do odpowiedniego typu komórek wprowadzamy określony gen w odpowiednie miejsce, stosowane w ¾ terapii,
- In vivo - gen bezpośrednio wprowadzamy do organizmu chorego za pomocą wektora, leczymy wrodzone zaburzenia metabolizmu, mutacje pojedynczego genu, np. mukowiscydoza.
Skutecznośc terapii zależy od :
- aktywności genu,
- transkrypcji genu i jej natężenia,
- czy gen działa odpowiednio długo.
Ekspresja genu:
- gen musi być odpowiednio dostarczony,
- musi penetrować błoną komórkoą i jądrową.
Wyprodukowano wiele sposobów, aby zoptymalizować efektywność dostarczania genów do miejsca, gdzie powinny się znajdować.
<0,1% - transkrypcja u transdukowanych komórek, po czasie następuje całkowity zanik ekspresji.
Wprowadzane są promotory materiału podstawowego, tzm. house-keeping - umożliwiają ona utrzymanie jak najdłużej wprowadzonego genu. Stała ekspresja genu może być jednak uciążliwa, np. zaprogramowanie ex vivo komórek macierzystych szpiku do uzyskania erytropoetyny może spowodować, że osoby takie będą musiały mieć upusty krwi w celu zmniejszenia hematokrytu. Brak kontroli sprzężenia zwrotnego ujemnego jest bardziej niebezpieczne przy genie insuliny w cukrzycy typu I (jeden z celów genoterapii).
Indukowalnośc genu erytropoetyny - In vivo stosując gen fuzyjny, zawierający miejsce wiążące antybiotyk rapamycynę, Dostarczenie egzogennego genu In vivo i jego ekspresja w wyselekcjonowanym tyie komórek umożliwia prowadzenie somatycznej terapii genowej.
Strategia terapii genowej:
- dostarczenie genów terapeutycznych,
- transfer genu - wektory wirusowe:
Retrowirusy (RNA-wirusy)
DNA-wirusy
- bezpośrednia inokulacja plazmidów do tkanek biorcy:
Iniekcja
Inhalacja aerozolu.
- komórkowa terapia genowa:
Transplantacja komórek macierzystych,
Przeszczep mioblastów
System dostarczania fibroblastów lub komórek endotelialnych
- inne:
Mobilne introny grupy II.
Wektory wirusowe - unieczynnione chorobowirusy (tzw. Wirusy przygotowane - nie wywołują wirulencji). Pożądany gen wprowadzamy do genomu wirusowego z DNA z sekwencjami, które promują i regulują transkrypcję genu. DNA jest upakowane w płaszcz wirusowy, infekowane są komórki człowieka.
|
Zalety |
Wady |
Retrowirusy |
Integralność z genomem biorcy |
Wymagają komórek dzielących się |
Adenowirusy |
Mogą infekować komórki postmitotyczne, np. neurony, mała cytotoksyczność |
Działają krótko |
Herpes simplex |
Czynne w komórkach na etapie niereplikującego prowirusa |
Brak danych o długoterminowym bezpieczeństwie, Brak danych o długoterminowym bezpieczeństwie |
Wady wszystkich wirusów:
- mała wydajność,
- odpowiedź immunologiczna pobudzona,
- bliskie pokrewieństwo z wirusami indukującymi nowotwory.
Szczególny nacisk położono na rozwój wektorów inne ni biologiczne. Najbardziej obiecujące są liposomy, lipidowe micele użyte do przenoszenia DN przez blonę komórkową. Mają kilka zalet - brak odpowiedzi immunologicznej, działają ex vivo i In vivo, przenoszą fragment DNA o dowolnej wielkości. Wady - przenoszony DNA integruja się z DNA gospodarza z niewielką częstością.
Ekspresję genu terapeutycznego można uzyskać również bez jego integracji z chromosomem komórki, funkcjonuje wtedy jako episom. Po czasie zostaje on zdegradowany przez nukleosomy. Konieczne jest wtedy powtórzenie procedury. Dla trwałości wyników genoterapii znaczenie ma wybór właściwego typu komórek do transfekcji. Przy dobrym wektorze ekspresja może być nawet na całe życie - komórki pnia, układu hemopoetycznego krwi, nabłonek dróg oddechowych, fibroblasty, hepatocyty, mioblasty, miocyty, neurony i astrocyty OUN.
Metody terapii genowej oparte o modyfikację komórek ex vivo mają zastosowanie u komórek łatwo usuwalnych z organizmu, np. poddane mikroenkapsulacji w taki sposób, aby były one zdolne do sekrecji potrzebnych białek, np. enzymów, hemoglobiny, czynników wzrostowych, hormonów, czynników krzepnięcia. Inne odmiany podobne są do tradycyjnych metod transformacji organów mogą być odrzucane. Transfer komórek - transplantacja komórek macierzystych. Terapia genowa z ich zastosowaniem pociąga naprawę genu lub zastąpienie go nowym w tkance embrionalnej lub zarodkowej. Problem skuteczności nie występuje tak często jak przy komórkach somatycznych. Budzi to nadal problemy etyczne.
Choroby:
- zespół Lescha-Nyhana
- choroby metaboliczne (niedobór deaminazy adenozyny).
Komórka macierzysta - transfer ex vivo. Ma wysoki potencjał replikacyjny w różne, liczne komórki. Aby wyizolować komórki macierzyste dla długotrwalej ekspresji genów, szpik kostny jest wzbogacany o przeciwciała monoklinalne CD34. Szpik dla celów tradycyjnej transplantacji, która w leczeniu białaczki jest po chemioterapii, może być znakowany genowo In vivo - potwierdzenie nawrotu choroby w wyniku odrzucenia komórek. Transfer zróżnicowanych komórek, np. mioblastów, fibroblastów poprzez wprowadzenie genów do embrionalnych komórek mięśniowych, co jest pomocne przy leczeniu dystrofii mięśniowej. Przydatne jest także przy ogólnoustrojowym dostarczaniu białek do organizmu, dobrym unaczynieniu. Genetycznie modyfikowane komórki mogą działać jak fabryki białek, które uwalniają potrzebne białko do układu krążenia - choroby wymagają wtedy wprowadzenia brakującego białka osocza, które nie wymaga transkrypcji genu lub tkankowo swoistej ekspresji. Musi być w sposób niezależny określone dla każdej tkanki somatycznej optymalna konstelacja czynników, powodujących ekspresję genów w danej tkance, np. hemoglobinopatie, mukowiscydoza (choroby dziedziczne), hemofilia, rodzinna hipercholesterolemia, choroba Huntingtona.. Leczenie polega na zastąpieniu uszkodzonego białka.. Z innych chorób, to stosuje się genoterapię nowotworów: eliminacja funkcji nieprawidłowych genów, które są przyczyną choroby, usuwa się lub wycisza onkogeny. Aktywuje się odporność przeciwnowotworową przez transfekcję komórek odpornościowych organizmu).
Geny samobójcze - wstrzykiwane In vivo do guza lub dożylnie. Komórki nowotworowe transferowane genem kodującym białko zwiększające toksyczność chemoterapeutyka - kinaza tymidynowa wirusa Herpes simplex.
Geny zmniejszające metabolizm komórki nowotworowej (P450), który wewnątrz komórki przekształca cytostatyki w formy aktywne toksycznie dla komórek nowotworowych. Terapia ta jest skuteczna w każdej fazie cyklu komórkowego.
Gen oporności wielolekowej - umożliwia stosowanie cytostatyków bez obawy o uszkodzenie szpiku kostnego pacjenta, np. czerniaki, glejak wielopostaciowy, rak nerki, okrężnicy, gruczołu krokowego, piersi, płuc.
Zastosowanie terapii genowej może mieć większe zastosowanie, gdy służy ekspresji białek, których wcześniej w komórce nie było, np. dostarczenie genów kodujących VEGF - odpowiedzialny za proces angiogenezy, co stymuluje powstawanie naczyń obocznych w niedokrwiennej chorobie serca. Skuteczność terapii genowej zwiększona jest przez efekty uboczne, które oddziałują na otoczone komórki, np. gen P53 wtórnie zmniejsza ekspresję VEGF i hamuje tworzenie naczyń krwionośnych. Równoważy wady terapii genowej z niewystarczającej efektywności dostarczania preparatów terapeutycznych do genów.
Cechy terapii płodowej:
- jak najwcześniej stosowana, by zapobiec zmianom w tkankach,
- zapobieganie potencjalnym reakcjom immunologicznym po urodzeniu, gdyż płód posiada tolerancję immunologiczną,
- u płodu gen przekazywany do narządów, które po urodzeniu niedostępne są dla genoterapii.
Choroby:
- mukowiscydoza,
- dystrofia mięśniowa,
- defekt dekarboksylazy ornityny.
Wektory:
- integrujące - z genomem biorcy retro- i adenowirusy,
- nieintegrujące - kompleksy DNA z lipidami.
Miejsca: obwodowy układ krążenia, jama otrzewnej.
Programy terapii:
13% - monogenowe
65% - nowotwory
3% - choroba infekcyjna
70% - USA
20% - Europa
W Polsce prowadzony jest program leczenia czerniaka złośliwego.
Stworzenie nie jest genetycznie zaprogramowane. Jest wynikiem kompromisu między wykorzystanie do reprodukcji a utrzymaniem się. Produktami genów są regulacja metabolizmu, ochrona antyoksydacyjna, naprawa DNA, regulacja procesów starzenia się i śmierci komórek. Maksymalna długość życia nie została określona, jednak średnia długość życia stale rośnie.
KONIEC :D