Biotechnologia
advertisement
Biotechnologia wczoraj, dziś, jutro Józef Dulak DMB Zakład Biotechnologii Medycznej Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytet Jagielloński biotka.mol.uj.edu.pl/~hemeoxygenase 9 grudnia 2006 Biotechnologia Wykorzystanie (przetwarzanie) organizmów i procesów biologicznych w celach praktycznych: produkcji żywności, leczenia, ochrony środowiska przetwarzanie surowców biologicznych i wytwarzanie (także na skalę przemysłową) nowych produktów Bioreaktory umożliwiają hodowlę mikroorganizmów na dużą skalę Działy biotechnologii współczesnej Biała – przetwórstwo żywności, produkcja farmaceutyków Zielona – uprawa roślin Czerwona –ochrona zdrowia: diagnostyka i terapia Biotechnologia wczoraj Naturalne uprawy – czy rzeczywiście „naturalne”? Zboże w XVI wieku Zboże dzisiaj GMO są wśród nas! ☺ Która jest „naturalna”? „Naturalna” czy GM? Odmiany „naturalnej” kukurydzy i ziemniaków na targu w Cuzco, Peru Zmodyfikowane genetycznie organizmy znane są od wieków -ulepszone szczepy drożdży do produkcji żywności, alkoholu - odmiany roślin - rasy zwierząt Dawna biotechnologia – ulepszanie organizmów – nie miała charakteru procesu kontrolowanego – polegała na selekcji odmian pojawiających się przypadkowo Niemniej, wszystkie hodowane i uprawiane przez człowieka organizmy zostały przez niego „ulepszone”, nie mogą więc być uważane za „naturalne”, tzn,. będące wyłącznie wytworem nieświadomych sił przyrody Skąd obawy przed GMO? Wyniki badań roślin i produktów GMO “Ta publikacja podsumowuje 81 projektów sfinansowanych ze środków UE w wysokości 70 mln Euro, które zaangażowały ponad 400 zespołów badawczych z całej Europy. Dotychczasowe badania, dotyczące roślin GM oraz produktów z nich pochodzących, stosujące powszechne procedury oceny ryzyka, nie wykazały żadnych nowych zagrożeń dla ludzkiego zdrowia czy środowiska poza dotychczasowymi wątpliwościami związanymi z tradycyjnymi metodami uprawy. Faktycznie zastosowanie precyzyjniejszej technologii oraz bardziej rozległych badań czyni je (rośliny i produkty ulepszone biotechnologicznie – przyp. red.) nawet bezpieczniejszymi niż konwencjonalne uprawy i żywność.” Komisarz Philippe Busquin, Dyrektoriat Generalny ds. Badań, październik 2001 Biotechnologia dzisiaj Wykorzystanie procesów rekombinacji genetycznej Inżynieria genetyczna Modyfikacje materiału genetycznego organizmów w sposób zamierzony i kontrolowany, przy użyciu technik rekombinacji DNA, stosowane w celach poznawczych, przemysłowych, spożywczych i leczniczych Podstawowe narzędzia inżynierii genetycznej - Plazmidy enzymy restrykcyjne ligaza Zmodyfikowane genetycznie bakterie produkują insulinę insulina Trzustka mRNA pro-insuliny cDNA pro-insuliny Rekombinantowy plazmid Transformowana bakteria Leki uzyskiwane metodami inżynierii genetycznej Nazwa Insulina Czynnik krzepnięcia krwi Zastosowanie w terapii cukrzyca hemofilia Hormon wzrostu karłowatość (także w rolnictwie) Interferony nowotwory, infekcje Interleukiny tPA (tkankowy aktywator Plazminogenu) nowotwory miazdżyca (usuwanie zawału, udaru) Biotechnologia czerwona Human Genome Project -rozpoczęty w 1990 – planowany na 15 lat - zakończony rozszyfrowaniem sekwencji ludzkiego genomu w 2001 Francis Collins Craig Venter Programy badania genomów RNA Genomy niemal tysiąca różnych gatunków organizmów DNA z plam Krwi na ubraniu podejrzanego DNA ofiary DNA z krwi podejrzanego Zastosowanie analizy DNA w postępowaniu sądowym DNA bliźniąt jednojajowych - identyczne Mikromacierze DNA/Genetyczne mikroprocesory Porównanie ekspresji genów między komórkami normalnymi a nowotwrowymi Diagnostyka molekularna pomocą w leczeniu nowotworów płuca myszy po podaniu czerniaka typu dzikiego płuca myszy po podaniu czerniaka z nadekspresją genu HO-1 Porównanie ekspresji genów w różnych nowotworach umożliwi znalezienie np. przyczyn (genów) oporności na chemioterapię H. Waś i wsp. – Amer J. Pathol. Grudzień 2006 Biotechnologia jutra Terapia genowa wykorzystanie kwasów nukleinowych w charakterze leków Białko lecznicze Gen terapeutyczny Wektor Pacjent Ekspresja genu terapeutycznego Efekt leczniczy Genetyczne strzykawki Wektory AAV (wirusy towarzyszące adenowirusom) Wektory retrowirusowe Wektory adenowirusowe plazmidowy DNA Wektory retrowirusowe ITR gag pol env ITR retrowirus • Wbudowują transgen do genomu biorcy – zapewniają długotrwałą ekspresję genu • wbudowują ITR transgen ITR Wektor retrowirusowy się w przypadkowe miejsce chromosomu – mogą powodować mutagenezę insercyjną Pierwsza kontrolowana próba terapii genowej - rok 1990 HPRT ADA Niedobór ADA – silne upośledzenie układu immunologicznego Terapia genowa niedoboru ADA ADA ADA- ADA+ ADA+ Pierwsza próba terapii genowej - 1990 Wektor retrowirusowy z prawidłowym genem ADA wprowadzono do komórek T Równocześnie z transferem genu stosowano leczenie za pomocą preparatu enzymu ADA-PEG Terapia genowa złożonych niedoborów odporności DMB Złożone niedobory odporności -niedobór ADA – (deaminazy adenozynowej) choroba występuje u dziewczynek i chłopców -brak genu łańcucha γc receptora cytokin – gen w chromosomie X – choroba występuje u chłopców David Vetter – „Bubble Boy” Receptory cytokin D. Kohn et al., Nature Rev Cancer July 2003 Terapia genowa złożonych niedoborów odporności – modyfikacja upośledzonych komórek macierzystych Cavazzana-Calvo M et al . Gene therapy of human severe combined immunodeficiency (SCID)-X1 disease Science 2000: 28 April: 288: 669-672 Terapia genowa skuteczna w leczeniu X-SCID Terapia genowa skuteczna w leczeniu X-SCID DMB Defektywny układ odpornościowy Komórki macierzyste pozbawione genu łańcucha γc Te rap ia ge no wa Wektor retrowirusowy z prawidłowym genem łańcucha γc receptora cytokin Funkcjonalny układ odpornościowy Problemy z terapią genową X-SCID U trzech spośród kilkunastu pacjentów wyleczonych z X-SCID rozwinęła się białaczka - jeden chłopiec zmarł Przyczyna: mutageneza insercyjna – Wbudowanie wektora w obręb onkogenu LMO2, aktywacja tego onkogenu, niekontrolowana prolioferacja komórek Terapia genowa nowotworów p53 – strażnik stabilności genomu p53 jest zmutowany w ok. 50% ludzkich nowotworów Advexin wektor adenowirusowy z genem p53 (Ad-p53) – Introgen, USA Obecnie w fazie III badań klinicznych Pierwszy oficjalnie zarejestrowany terapeutyczny kwas nukleinowy Gendicine (SiBiono GeneTech, Chiny) Wektor adenowirusy z prawidłowym genem p53 Skuteczny u pacjentów z rakiem szyji i głowy 64% pacjentów (spośród 120 poddanych terapii) z zaawansowanym rakiem głowy i szyi – całkowita regresja nowotworu po 8 miesiącach radioterapii i terapii genowej (cotygodniowe iniekcje Gendicine). Sama radioterapia – efekt 3x słabszy. 32% pacjentów otrzymujących kombinowaną terapię – częściowa regresja. U żadnego z pacjentów z całkowitą regresją nie zaobserwowano nawrotu w ciągu trzech lat! Zarejestrowany 16. X. 2003, po 5 latach prób klinicznych Terapia genowa czerniaka Cancer Regression in Patients After Transfer of Genetically Engineered Lymphocytes. Morgan at al.. (Rosenberg), Science, 31 August 2006 Terapia genowa – próby kliniczne Terapia genowa – próby kliniczne Terapia genowa jest potrzebna Leczenie chorób za pomocą genów jest porywającą ideą, ale naukowców czeka jeszcze wiele pracy, zanim terapia genowa spełni pokładane w niej nadzieje Theodore Friedmann, 1997 Społeczeństwo nie może żądać natychmiastowych sukcesów, a naukowcy i lekarze powinni być ostrożni w stwarzaniu nadziei Leczenie chorób na poziomie DNA/RNA Bi ote ch n Te ra pia Medycyna molekularna dzisiaj Diagnozowanie chorób na poziomie DNA/RNA olo gia ge no wa Medycyna molekularna jutra
