Biotechnologia Biotechnologia wczoraj, dziwczoraj, dziśś, jutro , jutro
Józef Dulak
Zakład Biotechnologii Medycznej Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii
Uniwersytet Jagielloński
9 grudnia 2006
biotka.mol.uj.edu.pl/~hemeoxygenase
DMB DMB
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 umoBioreaktory umożżliwiajliwiająą hodowlhodowlęę mikroorganizmmikroorganizmóów na duw na dużążą skalskalęę
DziaDziałły biotechnologii wspy biotechnologii wspóółłczesnejczesnej
Biała – przetwórstwo żywności, produkcja farmaceutyków
Zielona – uprawa roślin
Czerwona –ochrona zdrowia: diagnostyka i terapia
Naturalne uprawy – czy rzeczywiście „naturalne”?
GMO są wśród nas! ☺
Zboże w XVI wieku
Zboże dzisiaj
Która jest „naturalna”?
Odmiany Odmiany „„naturalnejnaturalnej”” kukurydzy i ziemniakkukurydzy i ziemniakóów w na targu w na targu w CuzcoCuzco, Peru , Peru
Zmodyfikowane genetycznie organizmy znane są od wieków-ulepszone szczepy drożdży do produkcji żywności, alkoholu - odmiany roślin - rasy zwierząt
Dawna biotechnologia – ulepszanie organizmów – nie miałacharakteru 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
“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 środowiskapoza 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
Wyniki badań roślin i produktów GMO
Inżynieria genetyczna
Modyfikacje materiału genetycznego organizmów w sposób zamierzony i kontrolowany, przy użyciu technik rekombinacjiDNA, stosowane w celach poznawczych, przemysłowych, spożywczych i leczniczych
Podstawowe narzPodstawowe narzęędzia indzia inżżynierii genetycznej ynierii genetycznej
-- Plazmidy Plazmidy -- enzymy restrykcyjne enzymy restrykcyjne -- ligaza ligaza
Zmodyfikowane genetycznie bakterie produkują insulinę
Trzustka mRNA
pro-insuliny cDNA
pro-insuliny Rekombinantowy
plazmid Transformowana
bakteria
insulina
Leki uzyskiwane metodami inLeki uzyskiwane metodami inżżynierii genetycznej ynierii genetycznej
NazwaNazwa Zastosowanie Zastosowanie w terapii w terapii
Insulina cukrzyca
Czynnik krzepnięcia krwi hemofilia
Hormon wzrostu karłowatość(także w rolnictwie)
Interferony nowotwory, infekcje
Interleukiny nowotwory
tPA (tkankowy aktywator miazdżyca (usuwanie Plazminogenu) zawału, udaru)
Human Genome Project
Francis Collins Craig Venter
-rozpoczęty w 1990 – planowany na 15 lat - zakończony rozszyfrowaniem sekwencji ludzkiego
genomu w 2001
RNA
Genomy niemal tysiąca różnych gatunków organizmów
Programy badania genomów
Zastosowanie analizy DNA w postZastosowanie analizy DNA w postęępowaniu spowaniu sąądowymdowym
DNA bliDNA bliźźniniąąt jednojajowycht jednojajowych-- identyczneidentyczne
DN
A z
krw
i po
dejr
zane
go
DNA z plam Krwi na ubraniu podejrzanego
DN
A o
fiar
y
Mikromacierze DNA/Genetyczne mikroprocesory
Porównanie ekspresji genów między komórkami normalnymi a nowotwrowymi
płuca myszy po podaniu czerniaka typu dzikiego
płuca myszy po podaniu czerniaka z nadekspresjągenu HO-1
Porównanie ekspresji genów w różnych nowotworach
umożliwi znalezienie np. przyczyn (genów) oporności na chemioterapię
Diagnostyka molekularna pomocą w leczeniu nowotworów
H. Waś i wsp. – Amer J. Pathol. Grudzień 2006
Terapia genowa Terapia genowa
wykorzystanie kwasów nukleinowych w charakterze leków
Genterapeutyczny
Wektor Pacjent Ekspresja genu terapeutycznegoEfekt leczniczy
Białkolecznicze
Genetyczne strzykawki
Wektory retrowirusowe Wektory adenowirusowe
Wektory AAV(wirusy towarzyszące
adenowirusom)
plazmidowy DNA
Wektory retrowirusowe•• WbudowujWbudowująą transgentransgen do do genomu biorcy genomu biorcy –– zapewniajzapewniająąddłługotrwaugotrwałąłą ekspresjekspresjęę genugenu
•• wbudowujwbudowująą sisięę w przypadkowe w przypadkowe miejsce chromosomu miejsce chromosomu –– mogmogąąpowodowapowodowaćć mutagenezmutagenezęę insercyjninsercyjnąą
gag pol envITRITR ITRITR
retrowirusretrowirus
transgenITRITRITRITR
Wektor Wektor retrowirusowyretrowirusowy
Pierwsza kontrolowana prPierwsza kontrolowana próóba terapii genowej ba terapii genowej -- rok 1990 rok 1990
HPRT ADA
Niedobór ADA – silne upośledzenie układu immunologicznego
Pierwsza próba terapii genowej - 1990
Wektor retrowirusowyz prawidłowym genem ADA wprowadzono do komórek T
Równocześnie z transferem genu stosowano leczenieza pomocą preparatu enzymu ADA-PEG
ZZłłoożżone niedobory odpornoone niedobory odpornośści ci
-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”
DMB DMB
Terapia genowa zTerapia genowa złłoożżonych niedoboronych niedoboróów w odpornoodpornośści ci –– modyfikacja upomodyfikacja upośśledzonych ledzonych
komkomóórek macierzystych rek macierzystych
Cavazzana-Calvo M et al .
Gene therapy of human severe combinedimmunodeficiency (SCID)-X1 disease
Science 2000: 28 April: 288: 669-672
Terapia genowa
Wektor retrowirusowyz prawidłowym genem łańcucha γc receptora
cytokin
Komórki macierzyste pozbawione genu łańcucha γc
Terapia genowa skuteczna w leczeniu XTerapia genowa skuteczna w leczeniu X--SCIDSCID
Defektywny układ odpornościowy
Funkcjonalnyukład odpornościowy
DMB DMB
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
p53 p53 –– strastrażżnik stabilnonik stabilnośści genomu ci genomu
p53 jest zmutowany w ok. 50% ludzkich nowotworów
AdvexinAdvexinwektor adenowirusowy z genem p53 (Ad-p53) – Introgen, USA
Obecnie w fazie III badań klinicznych
Pierwszy oficjalnie zarejestrowany terapeutyczny kwas nukleinowyPierwszy oficjalnie zarejestrowany terapeutyczny kwas nukleinowy
Gendicine (SiBiono GeneTech, Chiny)
Wektor adenowirusy z prawidłowym genem p53
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
Skuteczny u pacjentów z rakiem szyji i głowy
Terapia genowa czerniaka Terapia genowa czerniaka Cancer Regression in Patients After Transfer of Genetically Engineered Lymphocytes.
Morgan at al.. (Rosenberg), Science, 31 August 2006
Terapia genowa jest potrzebna
Leczenie chorób za pomocą genów jest porywającą ideą, ale naukowców czeka jeszcze wiele pracy,zanim terapia genowa spełnipokładane w niej nadzieje
Theodore Friedmann, 1997
Społeczeństwo nie może żądać natychmiastowych sukcesów,a naukowcy i lekarze powinni być ostrożni w stwarzaniu
nadziei