Pozyskiwanie i ulepszanie szczepów produkcyjnych ; mutageneza, fuzja protoplastów, inżynieria genetyczna



Podobne dokumenty
WYNALAZKI BIOTECHNOLOGICZNE W POLSCE. Ewa Waszkowska ekspert UPRP

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

MIKROORGANIZMY W PRODUKCJI KOSMETYKÓW I WYBRANYCH FARMACEUTYKÓW. wykłady

LEKI CHEMICZNE A LEKI BIOLOGICZNE

Biotechnologia jest dyscypliną nauk technicznych, która wykorzystuje procesy biologiczne na skalę przemysłową. Inaczej są to wszelkie działania na

Inżynieria genetyczna- 6 ECTS. Inżynieria genetyczna. Podstawowe pojęcia Część II Klonowanie ekspresyjne Od genu do białka

Pytania Egzamin magisterski

Mikroorganizmy Zmodyfikowane Genetycznie

1. Biotechnologia i inżynieria genetyczna zagadnienia wstępne 13

Konstrukcja wektora plazmidowego DNA do klonowania genów i/lub wektora plazmidowego do sekrecji w bakteriach mlekowych

Agenda: Wynalazek jako własnośd intelektualna. Co może byd wynalazkiem. Wynalazek biotechnologiczny. Ochrona patentowa

Leki chemiczne a leki biologiczne

Biotechnologia i inżynieria genetyczna

Zakażenie pszczoły miodnej patogenem Nosema ceranae. Diagnostyka infekcji wirusowych pszczoły miodnej

Katarzyna Łuszkiewicz Maria Kurzyk

Bloki licencjackie i studia magisterskie na Kierunkach: Biotechnologia, specjalność Biotechnologia roślinna oraz Genetyka

Kiedy lekarz powinien decydować o wyborze terapii oraz klinicznej ocenie korzyści do ryzyka stosowania leków biologicznych lub biopodobnych?

Ogólnopolski Dzień Biotechnologii DNA encyklopedia życia Kwiecień Prof. dr hab. Małgorzata Robak Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Kolory biotechnologii

Leczenie biologiczne co to znaczy?

BIOTECHNOLOGIA, podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne Aleksander Chmiel, PWN 1998

Patentowanie wynalazków z dziedziny biotechnologii

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma c j e ogólne

Znaczenie genetyki. Opracował A. Podgórski

KLONOWANIE DNA REKOMBINACJA DNA WEKTORY

Mutacje. delecja insercja strukturalne

Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów:

Laboratorium Pomorskiego Parku Naukowo-Technologicznego Gdynia.

Ceny oczekiwane w rodzaju: leczenie szpitalne - programy zdrowotne (lekowe) obowiązujące od r. Cena Oczekiwana

Zadanie 2. (2 pkt) Na schemacie przedstawiono namnażanie się retrowirusa HIV wewnątrz limfocytu T (pomocniczego) we krwi człowieka.

E.coli Transformer Kit

BIOLOGIA MOLEKULARNA WE WSPÓŁCZESNEJ FARMACJI

Podstawy mikrobiologii. Wirusy bezkomórkowe formy materii oŝywionej

Ekspresja białek w komórkach ssaczych

Biologia komórki i biotechnologia w terapii schorzeń narządu ruchu

Biotechnologia wczoraj, dziś,, jutro

Wybrane zastosowania metod inżynierii genetycznej

Aneta Gerszberg i Andrzej K. Kononowicz. Zakład Cytogenetyki i Biologii Molekularnej Roślin Uniwersytet Łódzki

Białka terapeutyczne. Dr hab. Daniel Krowarsch Wydział Biotechnologii Uniwersytet Wrocławski

Katalog ryczałtów za diagnostykę w programach lekowych

Metody przechowywania i utrwalania bioproduktów KOLEKCJE SZCZEPÓW

Od probówki do pacjenta Ścieżka, którą podąża Mabion Maciej Wieczorek, Prezes Zarządu. Konferencja Wallstreet czerwca 2009, Zakopane

Instrukcje do ćwiczeń oraz zakres materiału realizowanego na wykładach z przedmiotu Inżynieria bioprocesowa na kierunku biotechnologia

Zagadnienia na egzamin magisterski na kierunku Biologia Rok akad. 2017/2018

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Inwestycja w przyszłość czyli znaczenie ochrony własności przemysłowej dla współczesnej biotechnologii

Ceny oczekiwane w rodzaju: leczenie szpitalne - programy zdrowotne (lekowe) obowiązujące od r. Cena Oczekiwana

Katalog ryczałtów za diagnostykę w programach lekowych

Saccharomyces Transformer Kit zestaw do przygotowywania i transformacji komórek kompetentnych Saccharomyces cerevisiae. Metoda chemiczna.

Perspektywy rozwoju biotechnologii w Polsce

Biotechnologia interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki, zajmująca się zmianą materii żywej i poprzez wykorzystanie

Zagadnienia na egzamin licencjacki, kierunek: Biologia Medyczna I st. Rok akad. 2018/2019

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

SYLABUS. Wydział Biologiczno - Rolniczy. Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii

Rośliny modyfikowane genetycznie (GMO)

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

LECZENIE NIEDOKRWISTOŚCI W PRZEBIEGU PRZEWLEKŁEJ NIEWYDOLNOŚCI

Zagadnienia na egzamin magisterski na kierunku Biologia Rok akad. 2018/2019

Personalizacja leczenia w hematoonkologii dziecięcej

Nazwa programu: LECZENIE PIERWOTNYCH NIEDOBORÓW ODPORNOŚCI U DZIECI

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie Prowadzący: mgr inż. Joanna Tymeck-Mulik i mgr Lidia Gaffke. Część teoretyczna:

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Biotechnologia w przemyśle farmaceutycznym

2. Enzymy pozwalające na manipulację DNA a. Polimerazy DNA b. Nukleazy c. Ligazy

Podstawy biotechnologii SYLABUS A. Informacje ogólne

Rozkład materiału z biologii dla klasy III AD. 7 godz / tyg rok szkolny 2016/17

Instytut Mikrobiologii

Biologia Molekularna z Biotechnologią ===============================================================================================

Simponi/golimumab Streszczenie EPAR dla ogółu społeczeństwa.

Inżynieria genetyczna

Badanie funkcji genu

Patentowanie wynalazków biotechnologicznych

SPOSÓB PRZEDSTAWIANIA DOKUMENTACJI DOŁĄCZANEJ DO WNIOSKU O DOPUSZCZENIE DO OBROTU PRODUKTU LECZNICZEGO WETERYNARYJNEGO IMMUNOLOGICZNEGO

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

Immunogenetyka 1. Jakie są różnice między epitopami rozpoznawanymi przez limfocyty T i B? 2. O czym mówi "hipoteza higieniczna"?

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Nazwa programu: LECZENIE PIERWOTNYCH NIEDOBORÓW ODPORNOŚCI U DZIECI

E.coli Transformer Zestaw do przygotowywania i transformacji komórek kompetentnych Escherichia coli

LECZENIE PRZEWLEKŁEJ BIAŁACZKI SZPIKOWEJ (ICD-10 C 92.1)

Od kapusty do mamuta wyzwania biotechnologii. Renata Szymańska

Anna Skop. Zachęcam do zapoznania się z prezentacja na temat szczepień.

Inwestycja w przyszłość czyli znaczenie ochrony własności przemysłowej dla współczesnej biotechnologii

Podstawy biotechnologii. SYLABUS A. Informacje ogólne

oporność odporność oporność odporność odporność oporność

ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) / z dnia r.

ULOTKA DLA PACJENTA: INFORMACJA DLA UŻYTKOWNIKA. Należy zapoznać się z treścią ulotki przed zastosowaniem leku.

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

BIOSYNTEZA ACYLAZY PENICYLINOWEJ. Ćwiczenia z Mikrobiologii Przemysłowej 2011

Instytut Mikrobiologii

starszych na półkuli zachodniej. Typową cechą choroby jest heterogenny przebieg

Tematyka zajęć z biologii

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

ZOSTAŃ DAWCĄ SZPIKU KOSTNEGO! Wygraj dla kogoś ŻYCIE!

Wojciech Mikołuszko ilustracje: Joanna Rzezak. Zeszyt edukacyjny PRZECIWCIAŁA MONOKLONALNE

WEKTORY WAHADŁOWE ENZYMY W KLONOWANIU POLIMERAZY

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

Scenariusz lekcji z biologii w szkole ponadgimnazjalnej

Transkrypt:

Pozyskiwanie i ulepszanie szczepów produkcyjnych ; mutageneza, fuzja protoplastów, inżynieria genetyczna

Pełna analiza struktury i screening aktywności

Drobnoustroje jako biologiczne źródło nowych substancji czynnych Procentowy rozkład aktywności (n = 268) w przypadku ekstraktów z morskich promieniowców z rodzaju Streptomyces. (wg O Kayser)

Ważne dla patentowania prace i wynalazki Wg Kayser I Muller

Przechowywanie szczepów -banki kultur matecznych Kultury komórkowe suszy się w stanie zamrożenia np. zawiesinę komórek w sterylnym odtłuszczonym mleku poddaje się liofilizacji a następnie topi pod próżnią lub w obecności azotu. Przechowuje się w ciekłym azocie. Hodowle bakteryjne można zamrażać w postaci zawiesiny i przechowywać w 10-20% glicerynie lub w DMSO, w ciekłym azocie.

Organizmy sporulujące (grzyby strzępkowe, laseczki, promieniowce) przechowuje się jako hodowle glebowe: zaschnięte hodowle na glinie leczniczej - tworzą formy przetrwalnikowe przechowywane w temp. 0 o C.

W biotechnologii istnieją dwie metody optymalizacji procesu biosyntezy metabolitów wtórnych (np. podwyższania produktywności szczepu) 1. Optymalizacja warunków procesu 2. Modyfikacja szczepu produkcyjnego Ad 1. Ustawicznie prowadzona optymalizacja warunków wzrostu, składu podłoża hodowlanego, poszukiwanie prekursorów biosyntezy i promotorów wzrostu

Ad. 2. Metody ulepszania szczepów metody nieukierunkowanych zmian genetycznych, jak mutageneza z użyciem środków chemicznych i fizycznych wytwarzanie, fuzja i odnawianie protoplastów komórek zdolnych do namnażania się

aby uniknąć produktów ubocznych oraz przedwczesnego przerwania biosyntezy, do zwiększenia wydajności używa się dziś również - w bardziej lub mniej ukierunkowany sposóbmetod i strategii inżynierii genetycznej

Mutageneza Najczęściej stosowane czynniki mutagenne UV 230-260nm Związki chemiczne - alkilujące

Kierunki i skutki zmian genotypu w wyniku mutagenezy Niemutagenne (2) Mechanizmy naprawcze Fotoreaktywacja aktywowany światłem enzym rozszczepiający dimery tyminy Wycinanie uszkodzonych fragmentów DNA Resynteza DNA Mutagenne (3) Mechanizm SOS indukowany po zatrzymaniu replikacji Inhibitory mechanizmów naprawczych: Kofeina, metylopuryny, chinony KHSO 3

Metody selekcji szczepów produkujących substancje czynne biologicznie Wg A. Chmiel

Metoda płytek gradientowych selekcji mutantów opornych na toksyczną substancje ST - stężenie substancji toksycznej, A - płytka z podłożem zawierającym ST, B - płytka zalana drugą warstwą podłoża (bez ST), C - w wyniku dyfuzji powstaje gradient stężenia ST D - rozmieszczenie kolonii na płytce gradientowej Wg A. Chmiel

Fuzja protoplastów 1. Hydroliza ściany komórkowej ( w roztworze hipertonicznym!) dla bakterii G+, w tym promieniowców - lizozym dla bakterii G- - lizozym i EDTA dla drożdży i grzybów - sok żołądkowy ślimaka Helix pomatia 2. Wirowanie protoplastów 3. Agregacja 30% PEG, sole Ca2+, ph=9 elektrofuzja 4. Heterokarion 5. Rekombinacja 6. Haploidyzacja i segregacja genotypów

Fuzja komórek roślinnych http://www.zbtr.wbbib.uj.edu.pl http://www.syntheticsomaticseeds.org/protoplast-fusion

Uproszczony zarys technologii rekombinowanego DNA

Wektory plazmidowe Plazmidy - autonomiczne, pozachromosalne elementy genetyczne występujące u wielu organizmów prokariotycznych i niektórych eukariotów, zdolne do autonomicznej replikacji. Mogą być przekazywane pomiędzy komórkami poprzez horyzontalny transfer genów np. w procesie koniugacji, transdukcji i transformacji. Kosmidy sztucznie wytworzone wektory poprzez połączenie plazmidu z sekwencją cos bakteriofaga.

http://www.bio.davidson.edu/courses/molbio/molstudents/spring2003/wilsone/home.cosmids.html

Transformacja roślin i grzybów za pomocą bakterii z rodzaju Agrobacterium bakterie fitopatogenne, odpowiadają za horyzontalny transfer genów mają zdolność do przekazania gospodarzowi plazmidu, który ingeruje w jego genom. Agrobacterium tumefaciens - zakażenie rośliny objawia się powstawaniem guzowatych narośli Agrobacterium rhizogenes - w miejscu infekcji powstają korzenie włośnikowe Kamil Maciąg

Proces transgenezy z wykorzystaniem Agrobacterium : - Wprowadzenie odpowiedniego fragmentu DNA do wektora binarnego, - Transformacja komórek bakteryjnych oraz namnożenie odpowiedniej ilości transgenicznych bakterii - Zainfekowanie komórek roślinnych poprzez bakterie i przekazanie zmodyfikowanego fragmentu T-DNA. - Eliminacja Agrobacterium np. poprzez wykorzystanie antybiotyków - Wyselekcjonowanie pozytywnych mutantów http://www.bio.davidson.edu/courses/molbio/molstudents/spring2003/wilsone/home.cosmids.html

Transformacja grzybów - przykład Agaricus bisporus Lentinula edodes Pleurotus ostreatus Flammulina velutipes Pleurotus nebrodensis Agrobacterium tumefaciens transfer genów do roślin, drożdży, grzybów grzyby transgeniczne http://www.pakissan.com/english/allabout/horticulture/veget ables/mashroom/gene.transfer.techn

http://www.docbrown.info/page20/aqascibio17.htm

Przykładowe cele stosowania technologii rekombinowanego DNA z zakresu biotechnologii farmaceutycznej przeniesienie całego procesu biosyntezy do lepiej przystosowanego do niej heterologicznego organizmu produkcyjnego. amplifikacja genów biosyntezy całego szlaku lub jego części zwiększenie oporności na antybiotyki przez manipulacje na genach oporności zwiększenie wydzielania produktu przez manipulacje na genach odpowiedzialnych za specyficzne, związane z błoną systemy wydzielania

manipulacja na genach regulatorów ogólnych lub specyficznych dla szlaku celowe usunięcie etapów limitujących szybkość metabolizmu, wyłączenie genów, które prowadzą do niepożądanych produktów ubocznych hydroliza in vivo b-laktamów do wytwarzanych dotychczas chemicznie produktów wyjściowych w celu dalszego poszukiwania półsyntetycznych aktywnych farmaceutyków

Rekombinowane leki białkowe

Pierwsze wprowadzone na rynek światowy leki produkowane metodami inżynierii genetycznej (1982-1992) Rok Substancja czynna Firma Wskazanie 1982 1985 1986 1986 1987 1988 1989 1989 Ludzka insulina Ludzki hormon wzrostu Eli Lilly Genentech Cukrzyca Karłowatość Interferon a-2a Interferon a-2b t-pa Erytropoetyna Interleukina 2 Hoffmann-La Roche Schering-Plough Genentech Amgen Chiron/Cetus Białaczka Miesak Kaposiego Zawał serca Anemia Nowotwór nerek Interferon y Biogen Reumatoidalne zapalenie stawów 1989 Antygen hepatitis B Merck/SK, Beecham Profilaktyka

Rok Substancja czynna Firma Wskazania 1990 1990 Interferon a-3 Interferon y-1 Interferon Science Genentech Brodawczak narządów płciowych Ziarnica przewlekła 1990 Czynnik IX Alpha Therapeutics Hemofilia B 1991 1991 1992 G-CSF GM-CSF Czynnik VIII Amgen Irnmunex Baxter/Genetics Neutropenia, leczenie raka Autologiczna transplantacja szpiku kostnego Hemofilia A 1992 Glukagon Inst. Novo Nordisc Hipoglikemia

Szczepy i linie komórkowe Modyfikowane szczepy E. coli Modyfikowane szczepy S. cerevisiae Komórki linii CHO (chinese hamster ovary cell line) linia komórkowa z jajnika chomika chińskiego Komórki linii BHK (baby hamster kidney) linia komórkowa z noworodka chomika hybrydy

Przeciwciała monoklonalne MAbs

Produkcja przeciwciał monoklonalnych Milstein i Kohler metoda hybrydomowa Główne obszary zastosowania *środki diagnostyczne (in vivo i in vitro), *w terapii nowotworów, *w profilaktyce kardiologicznej, *w terapii immunologicznej.

chimeryczne przeciwciała monoklonalne (zawierające 10-30% sekwencji aminokwasowych mysich). Modyfikacja genetyczna, dzięki której na poziomie DNA dochodzi do zastąpienia regionu stałego łańcucha lekkiego i ciężkiego przeciwciała mysiego analogicznymi fragmentami przeciwciała pochodzenia ludzkiego humanizowane przeciwciała monoklonalne (zawierające do 10% sekwencji aminokwasowych mysich), metoda polega na pozostawieniu w cząsteczce przeciwciała obcogatunkowego wyłącznie regionów wiążących antygen (hiperzmiennych). w pełni ludzkie przeciwciała monoklonalne (zawierające wyłącznie ludzką sekwencję aminokwasową).

Nazewnictwo Dla wszystkich przeciwciał monoklonalnych używana jest wspólna końcówka -mab. W przypadku przeciwciała mysiego dodaje się literę o (np. ang. Edrecolomab =Panorex), Chimerowego xi (np. ang. Cetuximab=Erbitux), Humanizowanego u (np. ang. Trastuzumab= Hrceptyna, Bevacizumab=Avastin).

Czy istnieją przeciwciała monoklonalne ludzkie? Jak je można otrzymać? W roku 1980 w Wistar Institute of Anatomy and Biology w Filadelfii otrzymano stabilne hybrydomy produkujące monoklonalne przeciwciała ludzkie. Fuzji poddane były limfocyty B izolowane od pacjenta chorego na raka (myeloma) z peryferyjnymi limfocytami chorego na przewlekłe pancephalitis. Otrzymane komórki hybrydowe wydzielały ludzką immunoglobulinę M specyficzną w stosunku do wirusa odry. Jednak wykorzystanie tej metody do otrzymywania np. leków przeciwnowotworowych nie jest możliwe z kilku przyczyn, do których należy brak odpowiednich ludzkich linii szpiczakowych oraz na względy etyczne. W metodzie tej konieczna byłaby bowiem immunizacja ludzi celem otrzymania uczulonych limfocytów B, poddawanych następnie fuzji.

Jedną z alternatywnych metod jest wykorzystanie techniki prezentacji białek regionu wiążącego antygen na powierzchni bakteriofagów (ang. Phage Display). Inna metoda wytwarzania ludzkich MAbs polega na immunizacji odpowiednim antygenem myszy cierpiących niedobór odporności, których układ immunologiczny uprzednio rekonstruuje się poprzez podanie limfocytów z krwi obwodowej człowieka. Podobnie jak poprzednio opisanych metodach uczulone limfocyty B są następnie izolowane i łączone z komórkami szpiczaka. Alternatywną metodą produkcji ludzkich MAbs polega na wykorzystaniu myszy transgenicznych, u których mysie geny kodujące immunoglobuliny zostały zastąpione ludzkimi. Zmodyfikowane genetycznie myszy poddaje się następnie immunizacji antygenem.

Zarejestrowane są pierwsze w pełni ludzkie przeciwciała monoklonalne, do których należy Adalimumab - stosowany w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów Denosumab (Lek Prolia) - zarejestrowany w leczeniu osteoporozy u kobiet po menopauzie Oftamumab (Arzerra) - wskazany w przewlekłej białaczce limfocytowej

Opracowane zostały rozliczne sposoby zwiększania efektywności terapeutycznej MAbs poprzez jest łączenie z różnymi aktywnymi biologicznie cząsteczkami takimi jak: toksyny, cytokiny, leki przeciwnowotworowe, radioizotopy, czy enzymy aktywujące leki. http://waynesword.palomar.edu/images/antibod2.gif

Toxins2011, 3(7), 848-883; doi:10.3390/toxins3070848

Preparaty insulinowe wytwarzane metodami technologii genowej Stosowne procesy: 1. Ekspresja genów obu łańcuchów (A i B) w dwóch szczepach E. coli i przetwarzanie chemiczne 2. Wytwarzanie metodami technologii genowej w E. coli ( Berlin-Chemie, Hoechst, Lilly) w S. cerevisiae (Nowo Nordisk) poprzez proinsulinę mini-proinsulin

Muteiny modyfikacje w łańcuchach A i B