Biotechnologia. Temat 5: Biotechnologia molekularna a medycyna

Temat 5: Biotechnologia molekularna a medycyna.
Posty dotyczące tematu "Biotechnologia" przybierają formę opracowań i zawierają informacje pochodzące z podręcznika "Biologia na Czasie 1 - poziom podstawowy" dla szkół ponadgimnazjalnych wydawnictwa "Nowa Era"; Wikipedii; Wikibooks (podręcznik do nauki biologii dla liceum); podręczników do biologii wydawnictwa "Operon", podręcznika "Biologia" autorstwa Neil Campbell i Jane Reece. W postach tych starałem się zawrzeć istotę danych zagadnień, jednocześnie posługując się wieloma źródłami wiedzy. Poszczególne zagadnienia zostały wypunktowane w celu ułatwienia nauki. 

I. Diagnostyka molekularna:

1. Analiza materiału genetycznego – wykrywanie wad, chorób genetycznych, zakażeń wirusowych i bakteryjnych. Np. poprzez sprawdzenie czy sekwencja określonego genu jest prawidłowa lub przez sprawdzenie, czy w próbce pochodzącej od osoby chorej znajduje się materiał genetyczny patogenu (wirusa lub bakterii).
2. Wykrywanie białek – diagnostyka chorób zakaźnych i onkologia. Choroby zakaźne można zdiagnozować sprawdzając czy w danej próbce znajdują się białka charakterystyczne dla danego wirusa lub bakterii, lub wytworzone przez organizm przeciwciała przeciwko nim. W onkologii ustala się czy w organizmie pacjenta znajdują się białka – onkoproteiny.

II. TERAPIA SPERSONALIZOWANA

Badanie sekwencji genów danej osoby, pozwala ustalić, który lek będzie dla niej najskuteczniejszy.

Metody, np.

- dodanie przeciwciał zawierających świecący fragment, pozwala wykryć jakie białka są obecne na powierzchni komórek nowotworowych pacjenta. Pozwala to określić typ nowotworu.

- reakcja PCR umożliwia zbadanie, jakie wersje genów związanych z metabolizmem wybranych leków posiada pacjent.

III. PRODUKCJA SUBSTANCJI LECZNICZYCH

Antybiotyki (z greki anti – przeciw, bios – życie) – są to naturalne wtórne produkty metabolizmu mikroorganizmów, które działając wybiórczo w niskich stężeniach wpływają na struktury komórkowe lub procesy metaboliczne innych mikroorganizmów, hamując ich wzrost i podziały. Antybiotyki są przedmiotem badań auksanografii, stosuje się je jako środki w leczeniu wszelkiego rodzaju zakażeń bakteryjnych. Bywają także używane profilaktycznie w zapobieganiu zakażeniom bakteryjnym w przypadku osłabienia odporności, np. neutropenii, a także w profilaktyce bakteryjnego zapalenia wsierdzia. Do wytwarzania antybiotyków używa się genetycznie ulepszonych szczepów bakterii i grzybów, m.in. z rodzaju Steptomyces, Bacillus, Pseudomonas, a także grzybów: Penicillium i Aspergillus.

Główne mechanizmy działania antybiotyków to:

• Zakłócanie syntezy mukopeptydowej ściany komórkowej bakterii np. penicylina
• Upośledzenie przepuszczalności błony komórkowej bakterii. np. Gramicydyna
• Zakłócanie syntezy kwasów nukleinowych
• hamowanie biosyntezy folianów niezbędnych do syntezy DNA
• hamowanie na różnych etapach np. Trimetoprym
• hamowanie działania Topoizomeraz, np. Ciprofloksacyna
• Zakłócanie syntezy białek np. Streptomycyna

OTRZYMYWANIE BIOFARMACEUTYKÓW:

W produkcji biofarmaceutyków wykorzystywane są zmodyfikowane genetycznie:

• Mikroorganizmy
• Wirusy
• Hodowle komórek ssaków
• Rośliny i zwierzęta

Nie wszystkie białka są w stanie zostać wyprodukowane przez bakterie, ponieważ w komórkach prokariotycznych nie zachodzi proces modyfikacji posttranslacyjnej białka. Nie można zatem przyłączyć do nich niebiałkowych składników – nie zajdzie np. fosforylacja, albo dołączenie cukrowego składnika – często te dodatkowe składniki wpływają na właściwości lecznicze danego związku.

Organizmy zmodyfikowane genetycznie wykorzystuje się do produkcji:

• CYTOKIN - glikoproteidy o masie cząsteczkowej od kilku do kilkunastu kDa, uwalniane są przez aktywowane komórki różnych tkanek, których uwalnianie pobudza do działania komórki układu odpornościowego. Przykładem jest INTERFERON  białko wytwarzane i uwalniane przez komórki ciała, jako odpowiedź na obecność patogenów (np. wirusy, bakterie, pasożyty jak również komórki nowotworowe) wewnątrz organizmu. Interferony zapewniają komunikację pomiędzy komórkami ciała, w celu zwalczenia patogenów, poprzez uruchomienie mechanizmów obronnych systemu immunologicznego.
• HORMONÓW LUDZKICH – np. insulina
• BIAŁEK JAKO SKŁADNIKÓW SZCZEPIONEK, np. szczepionka przeciwko Wirusowemu Zapaleniu Wątroby Typu B z fragmentem białka wirusa produkowanego przez Saccharomyces cerevisiae.

Składnikami szczepionek są również wirusy. Namnaża się je w komórkach zwierząt, np. zarodkach kurzych lub liniach komórkowych. Namnożone wirusy izoluje się, oczyszcza białka będące składnikami szczepionki. Produkowane są w ten sposób m.in. szczepionki przeciwko odrze, śwince, grypie.

HODOWLE KOMÓREK SSAKÓW – do genomu komórki wprowadza się kodujący lecznicze białko gen oraz odpowiednią sekwencję nukleotydów, która pozwala na wytwarzanie tego białka w dużej ilości. Otrzymuje się w ten sposób np.

1. Przeciwciała człowieka – używane w leczeniu nowotworów, chorób układu krążenia, chorób autoimmunologicznych, np. reumatoidalnego zapalenia stawów i do zapobiegania odrzuceniu przeszczepu.
2. Enzymy człowieka – stosowane np. do zapobiegania zakrzepicy w leczeniu hemofilii i mukowiscydozy.

Białek pozyskanych ze zwierząt i roślin zmodyfikowanych genetycznie można byłoby używać bez korzystania z laboratorium, np. poprzez spożycie jadalnych części roślin lub wypicie mleka zwierząt transgenicznych. Zarówno z mleka, jak i tkanek roślinnych można również wyodrębnić określone białko i użyć go do produkcji leku, podobnie jak w przypadku komórek bakterii.

IV. HODOWLA TKANEK I NARZĄDÓW DO TRANSPLANTACJI:

Terapia polega na hodowaniu komórek pobranych od pacjenta, np. komórek macierzystych, różnicowaniu ich w pożądany rodzaj komórek, tkankę lub narząd, a następnie – wszczepianie ich z powrotem do jego organizmu. Dzięki temu wyhodowana tkanka lub narząd nie zostaną odrzucone przez organizm po przeszczepie.

V. KOMÓRKI MACIERZYSTE:

Komórki macierzyste to komórki mające jednocześnie dwie zdolności:

• potencjalnie nieograniczonej liczby podziałów (samoodnawiania swojej puli, czyli proliferacji)
• różnicowania się w komórki innych typów.

Najwięcej komórek macierzystych występuje w zarodku, a u dorosłych organizmów są one obecne m.in. w szpiku kostnym, naskórku, sercu i trzustce. Komórki te mają duże jądro komórkowe, mało cytozolu i niewiele organelli – poprzez hodowanie ich w obecności określonych związków chemicznych, mogą się różnicować w komórki określonych tkanek.

TERAPIA GENOWA ŚLEPOTY LEBERA

VI. RODZAJE TERAPII GENOWYCH:

1. DODAWANIE GENÓW – prawidłowa wersja genu jest wprowadzana w inne miejsce chromosomu niż istniejąca w genomie nieprawidłowa wersja.
2. ZAMIANA GENÓW – gen zawierający mutację jest zastępowany prawidłową wersją.
3. DOSKONALENIE GENOMU – dodanie genu, który koduje nową dla komórki substancję.

VII. MATERIAŁY MEDYCZNE NOWEJ GENERACJI:

W skład materiałów medycznych nowej generacji wchodzą substancje biodegradowalne. Najczęściej do ich produkcji używa się resztek roślinnych, np. odpadów pochodzących ze zbiorów kukurydzy. Służą one do produkcji opatrunków wewnętrznych, zewnętrznych, tekstyliów jednorazowego użytku.

VIII. OPATRUNKI WEWNĘTRZNE: wchłanialne nici chirurgiczne, płytki i śruby stosowane do unieruchamiania kości po złamaniu.

IX. OPATRUNKI ZEWNĘTRZNE: np. do ułatwienia regeneracji skóry po poparzeniach.