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

Biotechnologia wczoraj Biotechnologia wczoraj

Naturalne uprawy – czy rzeczywiście „naturalne”?

GMO są wśród nas! ☺

Zboże w XVI wieku

Zboże dzisiaj

Która jest „naturalna”?

„„NaturalnaNaturalna”” czy GM?czy GM?

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

Skąd obawy przed 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 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

Biotechnologia dzisiajBiotechnologia dzisiaj

Wykorzystanie procesów rekombinacji genetycznej

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)

Biotechnologia czerwona

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

Biotechnologia jutra Biotechnologia jutra

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

Terapia genowa niedoboru ADATerapia genowa niedoboru ADA

ADA

ADA- ADA+

ADA+

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

Terapia genowa zTerapia genowa złłoożżonych niedoboronych niedoboróów w odpornoodpornośści ci

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

Receptory Receptory cytokincytokin

D. Kohn et al., Nature Rev Cancer July 2003

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 skuteczna w leczeniu XTerapia genowa skuteczna w leczeniu X--SCIDSCID

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

Terapia genowa nowotworów

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 Terapia genowa –– prpróóby kliniczneby kliniczne

Terapia genowa Terapia genowa –– prpróóby kliniczneby kliniczne

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

BiotechnologiaTerapia genowa

Medycyna molekularna jutra

Leczenie chorób na poziomie DNA/RNA

Medycyna molekularna dzisiaj

Diagnozowanie chorób na poziomie DNA/RNA