Inżynieria genetyczna Prezentacja Macieja Sobolewskiego

Gen- podstawowa jednostka dziedziczności, która determinuje powstanie jednego polipeptydu lub kwasów rRNA lub tRNA. Genom – materiał genetyczny zawarty w podstawowym zespole chromosomów. Transgen - gen lub materiał genetyczny przeniesiony z komórek jednego organizmu do innego (także z wirusów) metodami inżynierii genetycznej.

Co to jest inżynieria genetyczna? …jest nową dziedziną nauki bazującą na genetyce i biologii molekularnej. Zajmuje się ona wykorzystaniem praktycznym genetyki np. w celu wynalezienia szczepionek genetycznych, nowych środków ochrony roślin czy tworzeniu genetycznie modyfikowanych roślin i zwierząt. Jest to dziedzina bardzo dynamicznie rozwijająca się, będąca najprawdopodobniej w przyszłości podstawową dziedziną badawczą, ponieważ daje praktycznie nieograniczone możliwości manipulowania dowolnym aspektem elementów ożywionych i nieożywionych.

Inżynieria genetyczna jest dziedziną biotechnologii Biotechnologia to wszelkie manipulacje żywymi organizmami mające na celu osiągnięcie określonych korzyści.

Pozytywne strony inżynierii genetycznej: U człowieka istnieje kilka tysięcy zaburzeń, zwanych chorobami genetycznymi, wynikającymi ze zmian w ludzkich genach. Zmiany te nazywamy mutacjami - powodują one brak produkcji danego białka lub produkcję białka defektywnego. Większość tych chorób można leczyć tylko objawowo, bo nie jest możliwe usunięcie pierwotnego defektu. Dla pewnej grupy chorób (hemofilia, zaburzenia związane z brakiem hormonu wzrostu, rozedma wynikająca z braku alfa- i antytrypsyny) jedynym sposobem leczenia jest podawanie białka identycznego z obecnym w ludzkim organizmie. Jest ewidentne, że pozyskiwanie takich produktów jest wielkim problemem. Niektóre z nich (właśnie czynniki krzepliwości krwi) uzyskiwano dawniej z krwi ochotników - obecnie raczej się unika krwi jako materiału wyjściowego do preparatyki białek ze względu na zaistniałe przypadki zakażenia hemofilityków przyjmujących te produkty wirusem powodującym AIDS. Hormon wzrostu można było tylko izolować z ludzkich mózgów, co było poważnym problemem. Co więcej, ta metoda izolacji była odpowiedzialna za zakażenie szeregu osób pobierających hormon wzrostu zakaźnymi cząsteczkami obecnymi w tkance…

Cz.2 …inne białko np. stosowana w leczeniu bardzo częstej choroby - cukrzycy - insulina - mogło być izolowane ze zwierząt (trzustki bydlęce albo świńskie), ale nieznacznie różniło się od białka ludzkiego, co mogło dawać niepożądane efekty. Inżynieria genetyczna rozwiązała te problemy przez umożliwienie klonowania genów kodujących pożądane białka. Są obecnie na świecie bakterie produkujące insulinę, produkujące czynniki krzepliwości krwi i hormon wzrostu, które można otrzymywać stosunkowo łatwo i w dużych ilościach, i które nie są zanieczyszczone czynnikami powodującymi ludzkie choroby. Istnieje też owca, w której mleku jest produkowana antytrypsyna (czynnik krzepliwości krwi).

Negatywne strony inżynierii genetycznej: Niebezpieczeństwo stanowi fakt, że w takich eksperymentach dochodzi do zmieszania genów całkowicie niespokrewnionych gatunków - geny zwierząt trafiają do roślin, geny bakterii - do zbóż a geny ludzkie – do zwierząt. Przemysł genetyczny nie okazuje respektu dla granic wyznaczonych przez naturę – granic ustanowionych dla ochrony charakterystycznej unikalności poszczególnych gatunków. W rezultacie przemysł przejmuje kontrolę na procesem ewolucji…

Cz.2 …ponieważ coraz więcej genów udaje się wyizolować z ich naturalnych źródeł – „dawców” - naukowcy są w stanie kontrolować coraz to nowe aspekty życia. Mogą budować własne zwierzęta, drzewa, zboża... Ten zakres kontroli to jednak za mało dla przemysłu genetycznego. Następnym krokiem jest podejmowanie wysiłków dla opatentowania genów, których przemysł genetyczny używa do produkcji nowych organizmów. Poprzez podejmowanie prób zdobycia prawa własności do genów, przemysł stopniowo przejmuje kontrolę nad samym życiem. W ten sposób wszystkie istoty żywe mogą stać się jedynie produktami tworzącymi zyski a wielonarodowe korporacje - wiele z nich to chemiczne giganty - będą rządzić podstawami istnienia społeczeństwa - rolnictwem, produkcją oraz składem żywności, którą konsumujemy.

Co to jest GMO? organizmy zmodyfikowane genetycznie to rośliny, zwierzęta i drobnoustroje, których geny zostały celowo zmienione przez człowieka. Rekombinacja DNA i inne pokrewne techniki pozwalają tworzyć organizmy o odmiennych właściwościach niż macierzy gatunek.

GMO- genetycznie zmodyfikowane organizmy - bakterie Bakterie GMO wykorzystuje się do produkcji: ludzkiej insuliny ludzkiego hormonu wzrostu, - czynników krzepnięcia krwi, - antygenów wirusowych wykorzystywanych w szczepionkach,

GMO- genetycznie zmodyfikowane organizmy - rośliny - większe plony, - odporność na czynniki pogodowe, odporność na działanie szkodników (np. grzyby chorobotwórcze), - polepszenie właściwości organoleptycznych np. bezpestkowe owoce, ładniejszy kolor, Rośliny GMO są gorszej jakości

PCR - (ang. polymerase chain reaction) łańcuchowa reakcja polimerazy to reakcja służąca do amplifikacji (namnożenia) wybranego fragmentu DNA in vitro. RFLP- jest kluczowym narzędziem w rozpoznawaniu DNA, określaniu obecności różnych alleli u osobników. Mapowanie polimorficznych długości fragmentów restrykcyjnych jest także używane w hodowli roślin po to, by wykazać czy cecha taka jak np. odporność na choroby, została odziedziczona.

Klonowanie Zwierząt

Eugenika Pojęcie wprowadzone w 1883 roku przez Francisa Galtona, które dotyczyło selektywnego rozmnażania zwierząt lub ludzi, aby ulepszać gatunki z pokolenia na pokolenie, szczególnie jeśli chodzi o cechy dziedziczone. W ciągu następnych lat Galton poprawił swoją definicję, aby uwzględnić specyfikę eugeniki pozytywnej, zachęcającej do częstszego reprodukowania się najlepszych osobników, oraz eugeniki negatywnej, zniechęcającej do reprodukcji osobniki mniej wartościowe.

Klonowanie jest techniką otrzymywania nowych organizmów z pominięciem procesu zapłodnienia. Klonowanie ma na celu otrzymanie osobnika identycznego pod względem genetycznym do osobnika rodzicielskiego. Klonowanie możliwe jest dzięki ogromnemu rozwojowi genetyki, która jest nauką stosunkowo młodą, ponieważ zaczęła rozwijać się dopiero w XX wieku. Na ten wiek przypadły właśnie największe odkrycie dotyczące tej dziedziny nauki. Odkrycia te dotyczą tak podstawowych rzeczy jak poznanie struktury DNA jak również skomplikowanych technik sekwencjonowania genomu organizmów , czy ich klonowania.

Klonowanie jest to manipulacja, mająca na celu otrzymanie genetycznej kopii pierwowzoru, którym może być fragment DNA, komórka lub cały organizm. Termin ten pochodzi od greckiego słowa klon, które przetłumaczyć można jako gałązka. Wyróżnia się 4 podstawowe znaczenia terminu klonowanie w zależności od materiału, który chce się skopiować (sklonować): 1. otrzymywanie kopii fragmentów DNA, 2. reprodukcja linii komórkowych, będących zespołem kopii komórki wyjściowej, 3. reprodukcja embrionów poprzez wzbudzony podział bliźniaczy. Podziału tego dokonuje się, gdy komórki embrionów zachowują jeszcze cechę tzw. totipotencjalności (zdolność rozwinięcia się w kompletny dorosły organizm), 4. reprodukcja osobników genetycznie identycznych poprzez transfer jądra komórki somatycznej (klon jest kopią organizmu, z którego pobrano jądro komórki somatycznej).

Najpopularniejszym ze sklonowanych zwierząt jest ssak Owca Dolly Ponieważ wiek materiału genetycznego sklonowanego organizmu jest identyczny z wiekiem dawcy. Tym samym Dolly miała biologicznie 6 lat w chwili urodzenia, tyle ile miała owca-dawczyni. Prawidłowość ta powoduje między innymi, że klon nie jest pozbawiony wad genetycznych wieku starczego dawcy i ma mniejszą odporność na choroby. Dolly urodziła się 5 lipca 1996 r. (o istnieniu poinformowano świat dopiero w 1997) jako wynik eksperymentu naukowców Roślin Institute w Edynburgu. Wraz z nią urodziło się także 254 innych sklonowanych organizmów, jednak większość obciążona była mutacjami i błędami genetycznymi, pozostałe były zniekształcone - wszystkie zostały uśmiercone. Owca Dolly została uśpiona ze względu na nieuleczalna chorobę płuc po 6 latach 14 lutego 2003 roku (owce żyją średnio 11-12 lat). Wcześniej cierpiała także na zwyrodnieniową chorobę stawów. Wydała na świat 6 zdrowych jagniąt. Po śmierci została wypchana i zaprezentowana publiczności w edynburskim muzeum 11 kwietnia 2003.

Terapie Genowe

Terapia genowa - to leczenie polegające na wprowadzeniu obcych kwasów nukleinowych (DNA lub RNA) do komórek. Charakter lub informacja genetyczna zawarte we wprowadzonym DNA lub RNA powinny wywierać efekt terapeutyczny. Mechanizmy działania wprowadzonych kwasów nukleinowych mogą być następujące…:

Hamowanie lub modulację ekspresji genów przez wprowadzenie: Zmuszenie komórki do produkcji białka kodowanego przez wprowadzony gen: produkcja białek potrzebnych, których w organizmie brakuje lub występują w niedomiarze (np. w defektach metabolicznych, takich jak hemofilia); produkcja białek prowadzących do śmierci komórki potencjalne zastosowanie do terapii przeciwnowotworowych (patrz: nowotwór). Hamowanie lub modulację ekspresji genów przez wprowadzenie: dominujących alleli genów kodujących nieaktywne lub defektywne białko; antysensowych kwasów nukleinowych wchodzących w interakcję z mRNA rybozymów (lub DNAzymów) chemicznie modyfikujących materiał genetyczny.

Zastosowanie terapii genowej cz.1 Pewne sukcesy odnotowano jak dotąd w leczeniu dzieci cierpiących na X- i ADA-SCID. Pierwszą pacjentką była czteroletnia Ashanthi DeSilva, chora na ADA-SCID, u której w 1990 rozpoczęto terapię genową przez izolację limfocytów dziecka, wprowadzanie do nich zdrowej kopii uszkodzonego genu, i ponowne wprowadzenie limfocytów do organizmu dziewczynki. W 2000r część prób klinicznych z udziałem chorych na X-SCID została przerwana, kiedy u dwóch spośród 10 pacjentów rozwinęła się białaczka związana zapewne z uaktywnieniem się onkogenu po wprowadzeniu retrowirusa do genomu. Obecnie nadal prowadzone są badania nad terapią genową ADA-SCID.

Zastosowanie terapii genowej cz.2 W sierpniu 2006r na łamach pisma Science dr Steven A. Rosenberg z amerykańskiego Narodowego Instytutu Raka, poinformował o 2 przypadkach czerniaka złośliwego, które ustąpiły w 100% pod wpływem terapii genowej, która polegała w tym przypadku na izolacji limfocytów T od chorych, ich namnożeniu, oraz wprowadzeniu do nich poprzez retrowirus genu umożliwiającego rozpoznanie komórek nowotworowych. Następnie po 6-9 dniach w ten sposób modyfikowane limfocyty T były podawane chorym. Pełen efekt leczniczy uzyskano jednak tylko u 2 z 17 pacjentów poddanych temu typowi leczenia

KONIEC