Teraźniejszość i perspektywy biologii (molekularnej)

Transkrypt

1 Rosalind Franklin Teraźniejszość i perspektywy biologii (molekularnej) faculty.washington.edu 1

2 Transkrypcja DNA RNA mrna Translacja Białko Transformacje genetyczne Autonomiczne (głównie u drobnoustrojów) Integracyjne (dominują u innych organizmów) Wektory plazmidowe - łatwiej, ale mała pojemność Sztuczne chromosomy (trudniej (trzeba dodać sekwencje telomerowe, centromerowe i zapewniające autonomiczną replikację) ale duża pojemność) Wektory wirusowe Wektory bakteryjne (rzadkie) (np. Agrobacterium tumefaciens) Integracja bezwektorowa (stara metoda, często niespecyficzna) fhs-bio-wiki 2

3 Transgeniczne drobnoustroje Zasilone spreparowanym (np. pozbawionym intronów) DNA innych organizmów i od jakiegoś czasu sekwencjami zapewniającymi sekrecję produktu Przykłady SYNTEZA: Insuliny ludzkiej (Escherichia coli) Interferonu ludzkiego (Escherichia coli) Endorfiny (Escherichia coli) Żelatyny (Pichia pastoris) Immunoglobuliny ludzkiej (Pichia pastoris) Ludzkiego czynnika wzrostu (Saccharomyces cerevisiae) BIOREMEDIACJA: Kadm (Ralstonia eutropha) Rtęć (II) (Deinococcus radiodurans) Toluen (Burkholderia cepacia) Transgeniczne rośliny ODPORNOŚĆ NA OWADY Geny np. od bakterii (Bacillus), ryżu, słonecznika, przebiśniegów np. bawełna, groch, kukurydza, ryż, rzepak, soja, tytoń, ziemniak ODPORNOŚĆ NA PATOGENY Geny np. od ryżu, różanecznika, grzybów, kukurydzy, bakterii, fasoli, płazów, soi, psianki np. kukurydza, ryż, tytoń, ziemniak, ogórek, pomidor, proso, pszenica, truskawka, trzcina cukrowa, winorośl ODPORNOŚĆ NA HERBICYDY Genu np. od bakterii (Streptomyces, Agrobacterium), petunii np. bawełna, burak cukrowy, jęczmień kukurydza, owies, pszenica, przeżyto, ryż, rzepak, soja, sorgo, żyto 3

4 Transgeniczne rośliny POLEPSZANIE JAKOŚCI PLONÓW Geny np. od bakterii (Streptomyces, Agrobacterium), petunii np. Kukurydza (większą wartość paszowa lub dietetyczna, więcej witaminy A, karotenów, etc.) Jęczmień (większą wartość browarna) Ziemniak (większa wartość odżywcza, większa zawartość skrobi, odporność na mróz) Pomidor (więcej witaminy A, większa trwałość owoców, większa wartość dietetyczna Rzepak (więcej witaminy A) Ryż (eliminacja substancji alergizujących, więcej lub dużo więcej witaminy A) W roku 2009 niedobór witaminy A był przyczyną śmierci około 8,1 mln dzieci w wieku poniżej 5 lat. Philippine Department of Agriculture Regional Field Unit 5 4

5 Transgeniczne rośliny SYNTEZA BIOFARMACEUTYKÓW, ANTYGENÓW I PRZECIWCIAŁ: Geny np. od ludzi i innych ssaków, ptaków, wirusów i bakterii umieszczane w: np. kukurydzy, lucernie, pomidorach, pszenicy, ryżu, rzepie, sałacie, tytoniu, ziemniaku FITOREMEDIACJA: Arsen (rzodkiewnik) Kadm i ołów (rzodkiewnik i tytoń) Fenol (rzodkiewnik) Rtęć (rzodkiewnik i tytoń) Fenol (rzodkiewnik) 5

6 40 lat temu pierś z kurczaka zawierała 8,6 proc. tłuszczu, dziś jest to 23 proc., a zawartość białka spadła o prawie jedną trzecią (MT) a zwierzęta to odchorowują (co bywa argumentem przeciw GMO) Transgeniczne zwierzęta SYNTEZA LUDZKICH BIAŁEK Aktualnie głównie transgeniczne hodowle tkankowe i np.: Myszy (np. wydalające ludzkie białka z moczem) Krowy (immunoglobuliny w krwi lub laktoferyna w mleku) Króliki (erytropoetyna lub kwaśna fosfataza w mleku) Owce (czynnik krzepliwości w mleku) Świnia (czynnik krzepliwości w mleku) Myszy ze zhumanizowanym układem odpornościowym ULEPSZANIE HODOWLI Koza (enzym bakteriolityczny w mleku od człowieka) Krowa (więcej kazeiny w mleku, odporność na zapalenie gruczołu mlekowego) Świnia (więcej nienasyconych kwasów tłuszczowych od nicienia) Łosoś (większa odporność na mróz lub szybszy wzrost od krewniaków) 6

7 PROBLEM MODYFIKACJE POSTRANSLACYJNE - struktura drugorzędowa (mostki siarczkowe?) - dimeryzacja - glikolizacja Heksamer: Monomerem jest wyróżniony na niebiesko, żółty oznacza wiązania dwusiarczkowe, kule amarantowe to jony cynku. Monomer: węgiel zielony, biały wodór, czerwony tlen, azot niebieski. en.wikipedia.org 7

8 Blokowanie ekspresji genów TGS PTGS element terapii genowej np. wyciszanie genów wirusa lub genów obarczonych szkodliwymi mutacjami TERAPIA GENOWA Dodawanie genów Usuwanie genów Korygowanie i wymiana genów wadliwych Wyciszanie genów Działanie na komórkach somatycznych Poprawianie komórek rozrodczych KOMÓRKI MACIERZYSTE Wykorzystanie komórek totipotencjalnych (w perspektywie nie zarodkowych, ale np. ze szpiku) 8

9 Pokrój Roślina dwuletnia i bylina o drewniejącej łodydze. Liście Nieliczne. Blaszka liściowa niebieskozielona, pokryta woskiem, odwrotnie jajowata, najszersza u szczytu, głęboko sieczna lub podzielona przy nasadzie. Na brzegu falista. Osadzona jest na masywnym ogonku liściowym. Kwiaty Promieniste, czterokrotne, zebrane w gronach. Żółtawe działki kielicha są 4, wyrastają w dwóch okółkach po dwie. Jasnożółte płatki korony są także cztery. Pręcików jest 6 czterosilnych; 4 wewnętrzne dłuższe od 2 zewnętrznych. Słupek jest górny zbudowany z dwóch owocolistków. Zalążnia dwukomorowa z fałszywą przegrodą. Owoce Łuszczyny długości od 5 do 10 cm, zakończone pozbawionym nasion dzióbkiem. 9

10 Brassica oleracea

11 11

12 MUTAGENEZA W NATURALNYM TWORZENIU NOWYCH ODMIAN: Promieniowanie UV Silne pole elektromagnetyczne Promieniowanie jonizujące Czynniki chemiczne Brak jakiejkolwiek kontroli nad efektem Losowość efektu Powstawanie zupełnie NOWYCH sekwencji o nieznanym działaniu GMO: Korzystanie jedynie z występujących już w naturze sekwencji Wykorzystanie występującego w naturze mechanizmu (transferu poziomego) Chirurgiczne wprowadzanie pojedynczych, konkretnych genów (znacznie lepsza kontrola nad efektem) Wymuszone przez rządy wieloletnie i wyczerpujące badania produktów 12

13 NEUROBIOLOGIA NEUROBIOLOGIA (TERAŹNIEJSZOŚĆ) Wiedza o podstawach budowy i funkcjonowania układu nerwowego Podstawowe pojęcie o plastyczności układu nerwowego Umiejętność chemicznego (leki i trucizny) lub fizycznego (np. polem magnetycznym) manipulowania przekazywaniem sygnału (potęgowanie lub osłabianie). Wstępna znajomość mapy mózgu Znajomość podstaw tzw. teorii umysłu mechanizmu umożliwiającego odczytywanie nastroju i intencji na podstawie np. behawioru i automatyczne odpowiedzi behawioralne Tworzenie narzędzi do sterowania urządzeniami bezpośrednio z mózgu 13

14 Matt Nagle z urządzeniem Brain Gate do sterowania komputera za pomocą myśli José Delgado steruje bykiem za pomocą radia Delgado stosował implanty elektroniczne działające na nagradzające i awersyjne okolice podkorowe u zwierząt i aktywując je drogą radiową mógł kierować ich zachowaniem. Snuł dywagacje o przestępcach 14

15 NEUROBIOLOGIA (TERAŹNIEJSZOŚĆ) Istnieje bezpośredni korelacja pomiędzy organiką a psychiką i behawiorem Medytacja uważności (mindfulness meditation, MM) - medytujący skupia się na ciele (kayā), (2) uczuciach (vedanā), (3) świadomości (cittā) i (4)zjawiskach umysłu (dhammā). Ośmiotygodniowy kurs medytacji MBSR powoduje istotne zmiany w gęstości istoty szarej - przede wszystkim w lewym hipokampie, ale ponadto w tylnej korze obręczy (obszar związanym z depresją i bólem), w połączeniu skroniowo-ciemieniowym (obszar ważny dla teorii umysłu), oraz w móżdżku i w pniu mózgu. 15

16 NEUROBIOLOGIA (PRZYSZŁOŚĆ) Obrazowaniu właśnie śnionych snów na ekranie monitora, przy pomocy techniki tomografii pozytonowej Odczytywanie myśli (problem etyczny?) Zwiększenie efektywności funkcjonowania mózgu Nokaut genu dicer, u dojrzałej myszy powodował najpierw silny wzrost kolców synaptycznych (miejsc osadzanie się synaps) powodujący znaczny wzrost funkcji kognitywnych, a następnie doprowadzał do śmierci neuronów (Kaczmarek za Wetulanim). FIZYCY (NIEKTÓRZY) WIERZĄ IŻ MOŻLIWE BĘDZIE: kontrolowanie siłą myśli przedmiotów z naszego otoczenia, wprowadzanie do mózgu wspomnień, leczenie organiczne chorób psychicznych, wzmacnianie inteligencji, pełne mapowanie mózgu, neuron po neuronie, tworzenie kopii zapasowych mózgu i komunikowanie się za pomocą telepatii A nie wierzą że zrozumiemy świadomość (i w ewolucję też nie wierzą ;)) 16

17 # 1. Uzgodnienie spisu typów komórek nerwowych, opracowania narzędzi do precyzyjnego manipulowania nimi in vivo. # 2. Tworzenie strukturalnych map mózgu jako dynamicznego systemu pozwoli to na zrozumienie relacji między strukturą i funkcją konkretnych neuronów. # 3. Opracowanie nowych sposobów długookresowego rejestrowania aktywności neuronalnej kompletnych sieci neuronowych, we wszystkich obszarach mózgu. # 4. Opracowanie pakietu narzędzi modyfikujących obwody neuronalne umożliwiających włączenie i hamowanie aktywności neuronów. # 5. Korelowanie zachowania organizmów z aktywnością ich neuronów. # 6. Integracja teorii funkcjonowania mózgu z różnych dziedzin nauki biologicznych podstaw ze spojrzeniem ze strony statystyki, fizyki, matematyki, inżynierii i informatyki. # 7. Poprawienie rozdzielczości przestrzennej i / lub czasowej technik obrazowania mózgu i osiągnięcie lepszego zrozumienie mechanizmów komórkowych leżących u podstaw najczęściej mierzonych sygnałów w mózgu człowieka. # 8. Tworzenie mechanizmów umożliwiających gromadzenie danych neurobiologicznych wyników wszelkich badań mózgu (w tym diagnostycznych) i efektów manipulacji (w tym terapeutycznych). # 9. Rozpowszechnianie wiedzy i szkoleń. 17

18 18