ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8ο ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ

Η βιοτεχνολογία συμβάλλει σε 3 στόχους της ιατρικής: Διάγνωση ασθένειας Πρόληψη ασθένειας Θεραπεία ασθένειας Η βιοτεχνολογία συνεισφέρει στους παραπάνω στόχους με: Tην ανάπτυξη της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA Τη χρήση της τεχνικής PCR Τη χρήση των ανιχνευτών μορίων DNA Νέος τομέας της Βιοτεχνολογίας: Γονιδιακή Θεραπεία Στηρίζεται στην εφαρμογή του ανασυνδυασμένου DNA για τη θεραπεία πολλών γενετικών ασθενειών

Φαρμακευτικές πρωτεΐνες συντίθενται από βακτήρια με τη Γενετική Μηχανική Οι φαρμακευτικές πρωτεΐνες πριν την ανάπτυξη του ανασυνδυασμένου DNA: Ήταν διαθέσιμες σε μικρές ποσότητες Η παραγωγή τους ήταν ακριβή Η βιολογική δράση τους δεν ήταν πλήρως κατανοητή Σήμερα έχουν κλωνοποιηθεί γονίδια ανθρώπου για περισσότερες από 300 φαρμακευτικές πρωτεΐνες Πρώτα μόρια που παρασκευάστηκαν: Ινσουλίνη Αυξητική ορμόνη Ιντερφερόνες

Ινσουλίνη Ορμόνη Αποτελείται από 2 μικρά πεπτίδια Α και Β που συγκρατούνται με δισουλφιδικούς δεσμούς Αποτελείται από συνολικά 51 αμινοξέα Παράγεται από το πάγκρεας Ρυθμίζει το μεταβολισμό των υδατανθράκων (ποσοστό της γλυκόζης στο αίμα) Έλλειψη ή μείωσή της προκαλεί → διαβήτη Το γονίδιό της παράγει ένα πρόδρομο μόριο, την προϊνσουλίνη που μετατρέπεται σε ινσουλίνη

Πριν το 1982 οι κύριες πηγές ινσουλίνης ήταν από το πάγκρεας χοίρων και βοοειδών Προβλήματα Σήμερα: η ινσουλίνη παράγεται από βακτήρια Στάδια κλωνοποίησης και απομόνωσης γονιδίου ινσουλίνης: Απομόνωση συνολικού mRNA από κύτταρα παγκρέατος Κατασκευή δίκλωνου DNA και ενσωματωση σε πλασμίδια Πολυδάπανη διαδικασία Πολύπλοκη διαδικασία Μικρές διαφορές από την ανθρώπινη → προκαλούσε αλλεργίες

Μετασχηματισμός βακτηρίων με τα ανασυνδυασμένα πλασμίδια και πολ/σμος τους σε υγρό θρεπτικό υλικό Επιλογή των βακτηρίων που περιέχουν το γονίδιο που κωδικοποιεί το πρόδρομο μόριο της ινσουλίνης Ανάπτυξη των βακτηρίων σε βιοαντιδραστήρα για την παραγωγή της προϊνσουλίνης Συλλογή προϊνσουλίνης Ενζυμική κατεργασία της με αφαίρεση ενός ενδιάμεσου πεπτιδίου και μετατροπή της σε ινσουλίνη

Ιντερφερόνες Παράγονται σε ελάχιστες ποσότητες στο αίμα Αντιϊκές πρωτεΐνες Με βάση τη βιολογική και χημική τους ενεργότητα διακρίνονται σε Παράγονται από κύτταρα μολυσμένα από ιούς → επάγουν την παραγωγή άλλων πρωτεϊνών από γειτονικά κύτταρα οι οποίες εμποδίζουν τον πολλαπλασιασμό των ιών στα κύτταρα αυτά αντιϊικοί παράγοντες αντικαρκινικοί παράγοντες  Σήμερα είναι δυνατή η παραγωγή της με μέθοδο ανάλογη της ινσουλίνης α β γ Ιντερφερόνες

Μονοκλωνικά αντισώματα Αντισώματα Ο οργανισμός παράγει αντισώματα έναντι κάθε αντιγόνου Αντίσωμα: αναγνωρίζει μια περιοχή του αντιγόνου που ονομάζεται αντιγονικός καθοριστής Σε ένα μεγάλο αντιγόνο: πολλοί αντιγονικοί καθοριστές → παράγονται πολλά είδη αντισωμάτων εναντίον του Μονοκλωνικά αντισώματα: τα αντισώματα που παράγονται από ένα κλώνο Β-λεμφοκυττάρων Πρωτεϊνικά μόρια Παράγονται από τα Β-λεμφοκύτταρα

Υβριδώματα: σύντηξη Β-λεμφοκυττάρων και καρκινικών κυττάρων → παράγουν μεγάλες ποσότητες μονοκλωνικών αντισωμάτων Τεχνική παραγωγής μονοκλωνικών αντισωμάτων (αναπτύχθηκε το 1975) Επιλέγεται το αντιγόνο Με ένεση χορηγείται σε ποντικό Προκαλεί ανοσολογική απόκριση → παράγονται αντισώματα από τα Β-λεμφοκύτταρα Μετά από 2 εβδομάδες αφαιρείται ο σπλήνας και απομονώνονται τα Β-λεμφοκύτταρα

Τα Β-λεμφοκύτταρα συντήκονται με καρκινικά και σχηματίζουν τα υβριδώματα τα οποία παράγουν τα μονοκλωνικά αντισώματα Τα υβριδώματα διατηρούνται στην κατάψυξη (-80⁰ C) για μεγάλο χρόνο Εφαρμογές μονοκλωνικών αντισωμάτων Ανοσοδιαγνωστικά Μπορούν να χρησιμεύσουν για: Ανίχνευση (αίμα, ούρα κλπ) ουσιών υπεύθυνων για ασθένειες Ανίχνευση παθογόνων μικροοργανισμών Ανίχνευση διακύμανσης συγκέντρωσης προϊόντων του μεταβολισμού Προσδιορισμό ομάδων αίματος Προσδιορισμό ορμονών που παράγονται κατά την κύηση

2. Θεραπευτικά  Εξωτερική επιφάνεια καρκινικών κυττάρων: μεγάλη ποικιλία καρκινικών αντιγόνων που δεν υπάρχουν στα φυσιολογικά  Μπορούν να κατασκευαστούν μονοκλωνικά αντισώματα για αυτά τα αντιγόνα Τα αντισώματα αυτά μπορούν να γίνουν μεταφορείς ισχυρών αντικαρκινικών φαρμάκων Σύνδεση των αντισωμάτων με τα καρκινικά κύτταρα Καταστροφή καρκινικών κυττάρων Έτσι μπορεί να αποφευχθεί χημειοθεραπεία χειρουργική επέμβαση

3. Για επιλογή οργάνων συμβατών για μεταμόσχευση Στην επιφάνεια των κυττάρων των δωρητών οργάνων υπάρχουν ειδικά αντιγόνα που αναγνωρίζονται από ειδικά μονοκλωνικά αντισώματα Με τα μονοκλωνικά αντισώματα μπορούν να ελεγχθούν τα όργανα των δωρητών αν ταιριάζουν ανοσολογικά με αυτά των ασθενών

Εμβόλια Νεκρές ή εξασθενημένες μορφές ενός παθογόνου μικροοργανισμού Ο μικροοργανισμός καλλιεργείται, απομονώνεται και είτε νεκρώνεται είτε αδρανοποιείται → δε χάνει όμως την ικανότητά του να προκαλέσει ενεργητική ανοσία Με τον τρόπο αυτό έχουν παραχθεί εμβόλια για: διφθερίτιδα, ευλογιά και πολιομυελίτιδα Μειονεκτήματα παραγωγής εμβολίων με τον τρόπο αυτό: 1. Δεν αναπτύσσονται όλοι οι μικροοργανισμοί σε κυτταρικές καλλιέργειες → δεν έχουν παραχθεί εμβόλια για όλες τις ασθένειες 2. Ορισμένοι ιοί ζώων αναπτύσσονται με αργό ρυθμό → έχουν χαμηλή απόδοση → γίνεται ακριβή η παραγωγή τους

3. Δεν είναι όλα τα εμβόλια αποτελεσματικά για μια ασθένεια (πχ για τον ιό του AIDS) 4. Απαιτούνται μεγάλες προφυλάξεις ώστε να μην μολυνθεί το προσωπικό από τον παθογόνο μικροοργανισμό Τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA: έδωσε τη δυνατότητα για την ανάπτυξη νέων εμβολίων που υπερνικούν τα μειονεκτήματα των παραδοσιακών τρόπων παραγωγής  Σημαντικότερα είδη εμβολίων που παράγονται με βιοτεχνολογικές μεθόδους 1. Εμβόλια – υπομονάδες 2. Εμβόλια από ζωντανούς γενετικά τροποποιημένους ιούς 3. Εμβόλια από γυμνό DNA 1. Παραγωγή Εμβολίων – Υπομονάδων Μόνο ορισμένες πρωτεΐνες επιφάνειας έχουν αντιγονική δράση

Εισαγωγή σε κύτταρα των γονιδίων του παθογόνου μικροοργανισμού που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη με την αντιγονική δράση Ανάπτυξη σε κυτταροκαλλιέργειες Παραγωγή της πρωτεΐνης σε μεγάλες ποσότητες Καθαρισμός της πρωτεΐνης και χρήση της ως εμβόλιο 2. Παραγωγή εμβολίων από ζωντανούς γενετικά τροποποιημένους ιούς Γονίδια από επικίνδυνο ιό ή άλλο μικροοργανισμό ενσωματώνονται σε άλλον, αβλαβή για τον άνθρωπο, ιό (πχ στον ιό της δαμαλίτιδας) Ο γενετικά τροποποιημένος ιός εξακολουθεί να είναι αβλαβής, παράγει όμως την αντιγονική πρωτεΐνη Εισαγωγή στο σώμα οδηγεί σε έντονη ανοσολογική αντίδραση

Αντιβιοτικά Χημικές ουσίες που παράγονται από μικροοργανισμούς (προϊόντα του μεταβολισμού τους) που θανατώνουν η αναστέλλουν την ανάπτυξη άλλων μικροοργανισμών Παράγονται σε μεγάλες ποσότητες σε βιοαντιδραστήρες Μπορούν να συντεθούν και χημικά, όμως η διαδικασία αυτή είναι επίπονη και ακριβή Έως σήμερα έχουν απομονωθεί περισσότερα από 8.000 αντιβιοτικά Τα σημαντικότερα αντιβιοτικά έχουν απομονωθεί από το βακτήριο του εδάφους του γένους Streptomyces

Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA στοχεύει: Στην κλωνοποίηση των γονιδίων που κωδικοποιούν ένζυμα απαραίτητα για τη βιοσύνθεση ενός αντιβιοτικού Στην παραγωγή αντιβιοτικών με ισχυρότερη δράση και λιγότερες παρενέργειες Στην κατασκευή γενετικά τροποποιημένων μικροοργανισμών, με στόχο την καλύτερη απόδοση στην παραγωγή αντιβιοτικών

Γονιδιακή θεραπεία Περισσότερες από 4.000 ασθένειες οφείλονται σε μεταλλάξεις Μερικές οφείλονται σε Στη χαρτογράφηση μεταλλαγμένων γονιδίων συνέβαλαν: Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA Μέθοδοι παραδοσιακής γενετικής (γενεαλογικά δέντρα) 1 μόνο γονίδιο σε αλληλεπίδραση 2 ή περισσότερων γονιδίων σε συνδυασμό γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων (π.χ. ακτινοβολίες, χημικές ουσίες)

Ασθένειες των οποίων τα μεταλλαγμένα γονίδια έχουν χαρτογραφηθεί και κλωνοποιηθεί: Κυστική ίνωση, ασθένεια Huntington, μυική δυστροφία Duchenne Στόχος της γονιδιακής θεραπείας: εισαγωγή φυσιολογικών αλληλόμορφων των μεταλλαγμένων γονιδίων σε ασθενείς Προϋποθέσεις γονιδιακής θεραπείας Κλωνοποίηση υπεύθυνου Προσδιορισμός των κυττάρων γονιδίου που εμφανίζουν τη βλάβη Εφαρμόστηκε πρώτη φορά το 1990 σε κορίτσι που έπασχε από ανεπάρκεια του ανοσοποιητικού συστήματος

Ανεπάρκεια ανοσοποιητικού συστήματος: οφείλεται στην έλλειψη του ενζύμου απαμινάση της αδενοσίνης (ADA). Το ένζυμο αυτό παίρνει μέρος στο μεταβολισμό των πουρινών στα κύτταρα του μυελού των οστών Η ασθένεια εμφανίζει αυτοσωμικό υπολειπόμενο τύπο κληρονομικότητας Συμπτώματα χρόνιες μολύνσεις προδιάθεση για ανάπτυξη καρκίνου σε πολύ μικρή ηλικία όπου πολλοί πεθαίνουν ύστερα από λίγους μήνες ζωής

Προβλήματα γονιδιακής θεραπείας Χρησιμοποιούνται ως φορείς ιοί → μικρή πιθανότητα να προκαλέσουν παρενέργειες και σε ορισμένες περιπτώσεις καρκίνο Η θεραπεία δε μεταβιβάζεται στους απογόνους

Πρόγραμμα χαρτογράφησης ανθρώπινου γονιδιώματος Χαρτογράφηση Το 2001 ολοκληρώθηκε το πρόγραμμα χαρτογράφησης του ανθρώπινου γονιδιώματος Η ανάλυση του ανθρώπινου γονιδιώματος θα συμβάλλει: Στη μελέτη της οργάνωσης και λειτουργίας του ανθρώπινου γονιδιώματος εντοπισμός της θέσης των γονιδίων στο χρωμόσωμα προσδιορισμός της αλληλουχίας των βάσεων του DNA στο ανθρώπινο γονιδίωμα

Προσδιορίστηκε Στην ανάπτυξη μεθοδολογίας για διάγνωση και θεραπεία ασθενειών. Αυτό γίνεται με τον προσδιορισμό της θέσης και αλληλουχίας των γονιδίων που έχουν μεταλλαχθεί Στη μελέτη της εξέλιξης του ανθρώπινου γονιδιώματος Στη μαζική παραγωγή προϊόντων χρήσιμων στη φαρμακοβιομηχανία, βιομηχανία, γεωργία, κτηνιατρική Το σύνολο των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες Οι ρυθμιστικές περιοχές των γονιδιων αυτών Οι περιοχές του γονιδιώματος με άγνωστη λειτουργία

Ευχαριστώ για την προσοχή σας