Biotechnologia wczoraj, dziś,, jutro

Transkrypt

1 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

2 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

3 Bioreaktory umożliwiaj liwiają hodowlę mikroorganizmów w na dużą żą skalę

4 Działy y biotechnologii współczesnej Biała przetwórstwo żywności, produkcja farmaceutyków Zielona uprawa roślin Czerwona ochrona zdrowia: diagnostyka i terapia

5 Biotechnologia wczoraj

6 Naturalne uprawy czy rzeczywiście naturalne? Zboże w XVI wieku Która jest naturalna? Zboże dzisiaj GMO są wśród nas!

7 Naturalna czy GM?

8 Odmiany naturalnej kukurydzy i ziemniaków na targu w Cuzco,, Peru

9 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

10 Skąd obawy przed GMO?

11 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

12 Biotechnologia dzisiaj Wykorzystanie procesów rekombinacji genetycznej

13 Inżynieria genetyczna Modyfikacje materiału genetycznego organizmów w sposób zamierzony i kontrolowany, przy użyciu technik rekombinacji DNA, stosowane w celach poznawczych, przemysłowych, spożywczych i leczniczych

14 Podstawowe narzędzia inżynierii genetycznej - Plazmidy - enzymy restrykcyjne - ligaza

15 Zmodyfikowane genetycznie bakterie produkują insulinę insulina Trzustka mrna pro-insuliny cdna pro-insuliny Rekombinantowy plazmid Transformowana bakteria

16 Leki uzyskiwane metodami inżynierii ynierii genetycznej Nazwa Insulina Czynnik krzepnięcia krwi Hormon wzrostu Interferony Interleukiny tpa (tkankowy aktywator Plazminogenu) Zastosowanie w terapii cukrzyca hemofilia karłowatość (także w rolnictwie) nowotwory, infekcje nowotwory miazdżyca (usuwanie zawału, udaru)

17 Biotechnologia czerwona

18 Human Genome Project -rozpoczęty w 1990 planowany na 15 lat -zakończony rozszyfrowaniem sekwencji ludzkiego genomu w 2001 Francis Collins Craig Venter

19 Programy badania genomów RNA Genomy niemal tysiąca różnych gatunków organizmów

20 Zastosowanie analizy DNA w postępowaniu powaniu sądowyms DNA z krwi podejrzanego DNA z plam Krwi na ubraniu podejrzanego DNA ofiary DNA bliźni niąt t jednojajowych - identyczne

21 Mikromacierze DNA/Genetyczne mikroprocesory Porównanie ekspresji genów między komórkami normalnymi a nowotwrowymi

22 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

23 Biotechnologia jutra

24 Terapia genowa wykorzystanie kwasów nukleinowych w charakterze leków Gen terapeutyczny Wektor Pacjent Ekspresja genu terapeutycznego Efekt leczniczy Białko lecznicze

25 Genetyczne strzykawki Wektory retrowirusowe Wektory adenowirusowe Wektory AAV (wirusy towarzyszące adenowirusom) plazmidowy DNA

26 Wektory retrowirusowe ITR gag pol env ITR retrowirus Wbudowują transgen do genomu biorcy zapewniają długotrwałą ekspresję genu ITR transgen ITR Wektor retrowirusowy wbudowują się w przypadkowe miejsce chromosomu mogą powodować mutagenezę insercyjną

27 Pierwsza kontrolowana próba terapii genowej - rok 1990 HPRT ADA Niedobór ADA silne upośledzenie układu immunologicznego

28 Terapia genowa niedoboru ADA ADA ADA - ADA + ADA +

29 Pierwsza próba terapii genowej Wektor retrowirusowy z prawidłowym genem ADA wprowadzono do komórek T Równocześnie z transferem genu stosowano leczenie za pomocą preparatu enzymu ADA-PEG

30 Terapia genowa złożonych z onych niedoborów odporności

31 DMB Złożone one 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

32 Receptory cytokin D. Kohn et al., Nature Rev Cancer July 2003

33 Terapia genowa złożonych z onych niedoborów odporności modyfikacja upośledzonych komórek macierzystych

34 Cavazzana-Calvo M et al. Gene therapy of human severe combined immunodeficiency (SCID)-X1 disease Science 2000: 28 April: 288:

35 Terapia genowa skuteczna w leczeniu X-SCIDX

36 DMB Terapia genowa skuteczna w leczeniu X-SCIDX Komórki macierzyste pozbawione genu łańcucha γc Defektywny układ odpornościowy Terapia genowa Funkcjonalny układ odpornościowy Wektor retrowirusowy z prawidłowym genem łańcucha γc receptora cytokin

37 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

38 Terapia genowa nowotworów

39 p53 strażnik stabilności genomu p53 jest zmutowany w ok. 50% ludzkich nowotworów

40 Advexin wektor adenowirusowy z genem p53 (Ad-p53) Introgen, USA Obecnie w fazie III badań klinicznych

41 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

42 Terapia genowa czerniaka Cancer Regression in Patients After Transfer of Genetically Engineered Lymphocytes. Morgan at al.. (Rosenberg), Science, 31 August 2006

43 Terapia genowa próby kliniczne

44 Terapia genowa próby kliniczne

45 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

46 Leczenie chorób na poziomie DNA/RNA Biotechnologia Terapia genowa Medycyna molekularna dzisiaj Diagnozowanie chorób na poziomie DNA/RNA Medycyna molekularna jutra