Wykład jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Wyklad 4-6 – wstęp Ewa Bartnik Instytut Genetyki i Biotechnologii UW i IBB PAN

Test Genetyczny? Analiza ludzkiego DNA, RNA, chromosomów, białek lub metabolitów w celu wykrycia zaburzeń związanych z chorobą dziedziczną Chodzi o to by ją wcześnie wykryć

1.Testy biochemiczne – oznaczenie enzymów lub metabolitów 2.Testy cytogenetyczne – nie tylko liczba chromosomów, także drobne zmiany 3.Testy DNA/RNA – czy są obecne mutacje To obejmuje: 10/30/071,464 testów genetycznych ( Obecnie 2039 plus 265

Badania cytogenetyczna Coraz mniejsze rzeczy można wykrywać Delecje Inwersje Translokacje Zmiana liczby chromosomów Zespół Downa

1. Predykcyjne 2. Diagnostyczne 3. Nosicielstwo 4. Prenatalne 5. Preimplantacyjne 6. Skrining noworodków Typy testów

Testy Genetyczne ? ? Diagnostyczne Przedobjawowe Prenatalne = choroba Huntingtona

Czasem tylko wiedza, jeśli choroby nie można leczyć; czasem dopasowane leczenie, choć czasem dość archaiczne (hemochromatoza) Wykrycie mutacji u osoby może mieć konsekwencje dla całej rodziny Diagnostyczne Służy potwierdzeniu diagnozy u osoby z objawami choroby

Choroby dla których istnieje terapia/nie istnieje terapia: diagnoza zawsze ma sens u chorego Choroba Huntingtona Rak piersi

Parę problemów: nieletni – HD, rak piersi, rak tarczycy może wpływać na wiele rzeczy może być bardzo trudne do zniesienia (psycholog itp.) Testy predykcyjne Osoby bez objawów, ale obciążający wywiad rodzinny Dwa typy Przedobjawowe – rozwój choroby jest pewny jeśli jest obecna mutacja (HD) Predyspozycji – rozwój choroby jest możliwy (różne prawdopodobieństwa) (rak piersi, TP53, HNPCC)

Prenatalne Kobiety powyżej pewnego wieku (na ogół 35 lat); osoby z rodzin z obciążonym wywiadem; czasem po badaniu przesiewowym (genetyczne USG, testy potrójne itp.) Płyn owodniowy lub kosmki

Trudne i drogie; w Polsce podobno jeden ośrodek Preimplantacyjne 1-2 blastomery, podobne wskazania

Od kilku do kilkudziesięciu chorób Badania przesiewowe noworodków Wczesne wykrywanie potencjalnych problemów Kropla krwi z pięty niemowlaka Rodzice informowani tylko przy wyniku dodatnim Dodatni wynik nie przesądza, że dziecko chore; wymagane dalsze testy

Podatność genetyczna Pewne badania dają tylko ryzyko względne – jeśli się dowiesz że masz 2 x większe ryzyko cukrzycy to co zrobisz? Zmiana diety? Ćwiczenia/ruch? Nic?

Czułość i specyficzność Czułość (sensitivity) – jaka część chorych wychodzi jako chorzy w teście Specyficzność– jaka część zdrowych wychodzi jako zdrowi w teście Jeśli jedno i drugie 99% powinno być bosko. Ale jak jest naprawdę – zależy od CZĘSTOŚCI CHOROBY

Naprawdę ważne są wartości predykcyjne Pozytywna wartość predykcyjna – prawdopodobieństwo, że ktoś jest chory jeśli test jest dodatni Negatywna wartość predykcyjna - prawdopodobieństwo, że ktoś jest zdrowy jeśli test jest ujemny

TEST na AIDS – US częstość 1%, czułość i spec. Po 99%; badamy Wynik +Wynik -Liczba osób Naprawdę chory Naprawdę zdrowy Razem198 pred 99/

TEST na costam – US częstość 11%, czułość i spec. Po 99%; badamy Wynik +Wynik -Liczba osób Naprawdę chory Naprawdę zdrowy Razem1189 Pred 1100/

THE CLASSIC 2x2 TABLE TEST + TEST -

TEST + TEST - Sensitivity

TEST + TEST - Specificity

TEST + TEST - Positive Predictive Value

TEST + TEST - Negative Predictive Value

TEST + TEST - Putting it all together Positive Predictive Value Sensitivity Specificity Negative Predictive Value

DNA Sequencing Cost vs Throughput Timeline Modified from UBS ABI-SOLiD FLX G - Illumina Heliscope Comp. Genom PacBio Sanger (dideoxy) Maxim-Gilbert (chemical) Automated Fluorescent sequencer (dideoxy) Sequencing by Ligation (SBL) Sequencing by Synthesis (SBS) Pyrosequencing (SBS) $10M genome x-prize 100 human genomes in <=10 days % accurate with 98% coverage $10K/genome 25

Przykład bardzo dobry Fenyloketonuria Niemowlęta na całym świecie Wczesne wykrycie i dieta chronią przed niepełnosprawnością umysłową

 Dziedziczne neuropatie ruchowo czuciowe  Deformacja stóp  Zanik mięśni strzałkowych  „Chód brodzący”  Osłabienie odruchów skokowych

cd Whole-genome sequencing for optimized patient management. Bainbridge MN, Wiszniewski W, Murdock DR, Friedman J, Gonzaga- Jauregui C, Newsham I, Reid JG, Fink JK, Morgan MB, Gingras MC, Muzny DM, Hoang LD, Yousaf S, Lupski JR, Gibbs RA. Sci Transl Med Jun 15;3(87):8 14 letnie blizniaki – DRD – L-dopa ale druga mutacja i terapia 5-hydroksytryptofanem – poprawa b duża

Biobanki Zbiory DNA itd. itp. i danych Trzy problemy – Świadoma zgoda Poufność danych Nieoczekiwane wyniki

Biobanki Wyniki niezaplanowane/nieoczekiwane/wtórne Incidental findings/secondary findings

Biobanki Świadoma zgoda – ale co jeśli badania trwają 20 lat? Albo pojutrze ktoś wymyśli nowy test?

Biobanki Poufność danych 23andMe Sprzedaż firmom Nastolatek znalazł ojca który wcale tego nie planował bo był anonimowym dawcą spermy

Zbieranie próbek i danych Kto ma dostęp? Gymrek et al. – 10% zidentyfikowano Niszczyć, trzymać, zabezpieczać?

Problemy etyczne i prawne Świadoma zgoda przy biobankach Prywatność –Stopień anonymizacji –Ograniczanie nieuprawnionego ujawniania –Obawa że podstawa do dyskryminacji Problemy dla grup /rodzin –Informacja związana z rasą

Przykład dość kiepski Havasupai z Arizony Próbki zebrane do badań nad cukrzycą użyto do badania chorób psychicznych i „inbreeding” Pochodzenie $700000

Incidental findings Jedno rozwiązanie dla wyników nieoczekiwanych – tiered consent czyli różne poziomy zgody Tylko to czego dotyczy badanie Wszystko co może mieć znaczenie dla zdrowia Także podejrzane ale niedoprecyzowane Wszystko?

Incidental findings Czy biobanki muszą informować o tych wynikach?

57 genów American College of Medical Genetics and Genomics 57 – Alzheimer, BRCA1, inne nowotwory, nawet nieletnim Lepsze pomysły – parę opcji przy teście

Testy DTC – direct to consumer Większość genów daje niewielkie ryzyko ◦ Bada się kilka – a wpływ może mieć wiele

Direct to Consumer Marketing Testy na prawdziwe choroby Nutraceutyki; kremy

Direct to Consumer Marketing Genealogia

Problemy z DTC Genetyka jest trudna Dla ogromnej większości chorób nie znamy genów – a dokładniej nie wszystkie (cukrzyca) Nie należy badać nieletnich chyba że to coś wnosi (nie badać nieuleczalnych chorób/chorób które ujawnią się dużo później u dorosłych) Geny otyłości i dieta

Organizmy GMO nadal mają dziesiątki tysięcy swoich genów  Różnica polega na tym, że jeden gen (lub kilka genów) został im dodany przez naukowców  Np. transgeniczna kukurydza Bt zawiera białko trujące dla larw owadów

A co nie jest inżynierią genetyczną?  Inżynieria embrionalna (np. klonowanie)  Tworzenie nowych form organizmów przez selekcję

Podstawowe techniki inżynierii genetycznej:  Izolacja DNA ze źródeł naturalnych  komórki i tkanki  mikroorganizmy hodowane w laboratorium i występujące naturalnie  antyczny DNA  cDNA – izolacja RNA i przepisanie na DNA  Chemiczna synteza DNA de novo

Wektory do klonowania DNA  Umożliwiają utrzymanie DNA wprowadzonego do komórek i ekspresję genu  wektory autonomiczne – zdolne do samodzielnej replikacji (np. plazmidy, wirusy)  wektory integracyjne: „wklejają” DNA do chromosomu gospodarza

INŻYNIERIA GENETYCZNA KLONOWANIE – POCZĄTEK LAT 70TYCH – enzymy restrykcyjne, ligaza i wektory i transformacja PLAZMID PLUS DNA z XENOPUS czy SSAKÓW 1973 – Akademia Nauk USA poproszona o zbadanie niebezpieczeństw nowej technologii 1974 „Moratorium Letter ” w czasopiśmie Science podpisali późniejsi Nobliści Paul Berg i James Watson i wielu innych „by dobrowolnie wstrzymać badania z rekombinowanych DNA do momentu, kiedy potencjalne zagrożenia przez takich cząsteczek zostaną lepiej ustalone lub do czasu opracowania odpowiednich metod zapobiegających ich rozprzestrzenieniu ”

Pierwszy sukces GMO  Ludzka insulina z bakterii: gen człowieka produkuje insulinę w Escherichia coli gen człowieka produkuje insulinę w Escherichia coli Zalety: taniej, bez zagrożeń wirusami zwierzęcymi, trzustki już niepotrzebne

GMO dla medycyny  Testy diagnostyczne: np. AIDS, HBV  leki: AIDS, nowotwory  Szczepionki  Zwierzęce modele ludzkich chorób  Komórkowe modele ludzkich chorób: od pacjenta przez IPS

GMO a odbiór społeczny  Akceptacja GMO dla medycyny  Lęki przed GMO w rolnictwie

„Naturalne ” rośliny – współczesny pomidor ma geny od: L. esculentum cerasiforme (oporność na grzyby, temperaturę, wilgotność)  L. peruvianum – dużo wit. C, oporność na wiele szkodników  L. pimpinellifolium – lepsza barwa, mniej kwaśny, więcej witamin i soli mineralnych  L. cheesmani –oporność na zasolenie, możliwość zbiorów mechanicznych  L. cheesmani –oporność na suszę  L. pennellii –oporność na suszę  L. parviflorum – lepsza barwa, bardziej słodki  L. hirsutum – oporność na choroby

Metody „tradycyjne” a GMO Krzyżowanie i odkrzyżowanie (6- 8 pokoleń) x x x Mutageneza przez naświetlanie

Cechy GMO  Oporność na: herbicydy  Owady (Bt )  Wirusy itp.  Zmiany wartości odżywczej (Złoty ryż = prowitamina A)  Cechy użytkowe inne (kolor, smak, trwałość)  Produkcja leków

Co jest na polu i na rynku  Głównie: bawełna, kukurydza, soja, rzepak, papaja, buraki cukrowe  Najwięcej w 14 krajach – USA, Meksyk, Kanada, Hiszpania, Rumunia, Chiny, Indie, Filipiny, Australia, RPA, Brazylia, Paragwaj i Argentyna  Mniej – Honduras, Kolumbia, Francja, RFN, Czechy i Słowacja

Co jest na polu i na rynku  Ryż (Iran), rzepak (Kanada, USA)  USA: kabaczek, papaja i lucerna  Papaja – USA głównie GMO – oporność na wirus zwany PRSV, który zdewastował plantacje na Hawajach  goździk Moonshadow

Dalsze cele ulepszania:  plony  Kontrola dojrzewania  Oporność na choroby  Oporność na szkodniki (owady)  Oporność na herbicydy (kontrola populacji chwastów)  Pokrój (budowa) roślin  Oporność na suszę, mróz, zasolenie gleby  Produkcja farmaceutyków itp..

Ziemniaki Amflora  Zmiana proporcji amylozy i amylopektyny  Cel: wykorzystanie w przemyśle do produkcji klejów  2014: ziemniaki oporne na zarazę ziemniaczaną (przeniesiony gen pochodzi z odmiany ziemniaków naturalnie odpornych)

Dlaczego się boimy – a może raczej czego?  Zagrożenia dla ludzi  Zagrożenia dla środowiska  Ale tak naprawdę jaki procent społeczeństwa wie co to jest GMO? Bo DNA jest we wszystkim co jemy  Oznakowanie: powyżej 0.9% i bardzo ostre przepisy

Ustawy – wynik ramowego stanowiska rządu z marca 2006 r.  Ustawa z (wchodzi sierpień 2008) – zakaz importu pasz GMO;  śruta sojowa – Polska importuje 1.8 mln pasz rocznie; większość GMO  O nasiennictwie z  Zakaz wpisu GMO na listę odmian  zakaz obrotu materiałem siewnym  Utrudnienia dla nauki

Śruta GMO zła, a kurczak karmiony nią dobry?  Efekt zakazu importu pasz GMO:  Nie ma zakazu importu zwierząt karmionych takimi paszami; bo nie są GMO; będą tańsze niż zwierzęta karmione w Polsce drogimi paszami non- GMO  Efekt: zdrożeje polskie mięso, i będziemy kupować importowane, karmione GMO

Argumenty przeciwników GMO  „nie możemy przewidzieć wszystkich skutków”  Protokół z Cartageny: zasada przezorności czyli precautionary principle”  Ataki na „zmowę koncernów” (min. Sawicki z PO)  Fałszywki ( wirus HIV, itp.)

Co to jest prawda?  Brak rozróżnienia pomiędzy danymi naukowymi a plotkami z internetu  Specyfika mediów

Genetycznie modyfikowane zwierzęta  Szybko rosnące świnie  Szybko rosnące łososie  Świnie genetycznie manipulowane w ten sposób, by mogły być dawcami organów dla człowieka

Effect of Gene Therapy on Visual Function in Leber ’ s Congenital Amaurosis terapia genowa nie prowadząca do dziedziczenia wprowadzanego genu  The New England Journal of Medicine, 358,  J.W.Bainbridge i 24 współautorów z Institute of Ophtalmology, University College, London  Stosując wektor adenowirusowy wprowadzili do siatkówki prawidłowy gen RPE65.  Trzech pacjentów (wiek 17 – 23 lata) odzyskało wzrok w operowanym oku (drugiego nie operowano).  Po 12 miesiącach od zabiegu nie stwierdzono objawów ubocznych.

Problemy GMO  Glifosat jest produkowany przez firmę Monsanto, w ten sposób utrzymuje się monopol na ochronę roślin GMO  Gen oporności na glifosat (z bakterii) mogą przenosić się na chwasty i na non-GMO  Gen toksyny Bt-resistance (z bakterii Bacillus thuringensis) : jak wyżej  Problem z utrzymaniem czystości upraw non-GMO  Owady potrafią się uodpornić na toksynę Bt  Duże uprawy GMO zmieniają nieco skład szkodników (roślin i owadów)

Sukcesy polskich badaczy i firm:  Polska insulina BIOTON  Słodki ogórek