Zastosowanie

genetyki w

medycynie.

Prezentacja

Wprowadzenie

Insulina

Komórki macie
rzyste

Klonowanie

Klonowanie lud
zi
Klonowanie wy
marłych gatun
ków zwierząt
Narządy od ge
netycznie mod
yfikowanych z
wierząt
Terapia genow
a

Koniec

Wprowadzenie



Genetyka to nauka o dziedziczności i

zmienności organizmów, które są oparte na

informacji zawartej w podstawowych

jednostkach dziedziczności - genach.

(genom}



Za prekursora genetyki uważa się czeskiego

zakonnika Grzegorza Mendla.



Sformułował on podstawowe zasady

dziedziczności, tak zwane prawa Mendla.



Pod nazwą genetyka występuje cała grupa

nauk:



genetyka na poziomie molekularnym -

badanie DNA, RNA, mechanizmów

transkrypcji itd.



na poziomie osobników - jak różne geny i

interakcje między nimi oddziałują na fenotyp



na poziomie populacji - genetyka

populacyjna

Powrót

Insulina to polipeptydowy, anaboliczny hormon o działaniu

ogólnoustrojowym, odgrywający zasadniczą rolę przede wszystkim w

metabolizmie węglowodanów, lecz także białek i tłuszczów.

Nazwa insulina z łac. insula - wyspa, pochodzi od wysepek Langerhansa

trzustki, gdzie insulina jest produkowana.

Insulina produkowana jest przez komórki β (komórki B) wysp trzustki.

Najważniejszym bodźcem do produkcji insuliny jest poposiłkowe

zwiększenie stężenia glukozy we krwi. Dzięki zwiększeniu wytwarzania

insuliny i jej wpływowi na komórki efektorowe (miocyty, adipocyty,

hepatocyty) zwiększa transport glukozy do wnętrza komórek, co

obniża poziom glukozy we krwi.

Działanie insuliny podlega homeostatycznej kontroli licznych

mechanizmów, głównie hormonalnych.

Cząsteczka insuliny składa się z 2 łańcuchów polipeptydowych A i B

połączonych ze sobą dwoma mostkami disiarczkowymi: łańcuch A

zawiera 21, a łańcuch B - 30 aminokwasów.

Insulina

Powrót

Struktura

insuliny.

Powrót

Niedobór (względny lub bezwzględny) leży u podłoża wystąpienia

zaburzeń gospodarki węglowodanowej przede wszystkim cukrzycy.

Insulina została odkryta w 1922 przez Fredericka Bantinga i jego

asystenta Charlesa Besta. W 1923 za odkrycie insuliny Banting

otrzymał Nagrodę Nobla. Za współpracę w tym odkryciu razem z nim

wyróżniono nagrodą jego zwierzchnika, Johna Macleoda, natomiast

pominięto Besta, chociaż sam Banting uważał, że wyróżnienie bardziej

niż Macleodowi należało się Bestowi. W akcie solidarności Banting

podzielił się premią finansową z Bestem. Kolejną nagrodę Nobla

związaną z insuliną odebrał w 1958 r. Frederick Sanger, który cztery

lata wcześniej ustalił sekwencję aminokwasową insuliny. W tym

samym roku zsyntetyzowano ją chemicznie - w obu przypadkach było

to pierwsze białko, dla którego się to udało. W 1969 Dorothy Crowfoot

Hodgkin za pomocą krystalografii rentgenowskiej ustaliła budowę

przestrzenną insuliny. Insulina była też pierwszym lekiem

wytworzonym metodami inżynierii genetycznej (została

zaakceptowana do stosowania u ludzi w 1982).

Odkrycie insuliny było jednym z ważniejszych odkryć medycyny w tamtym

czasie i stanowiło przełom w leczeniu cukrzycy.

Powrót

Insulina

cnd…

Trójwymiarowa
struktura chemiczna
insuliny.

Powrót



Komórki macierzyste, inaczej komórki

Komórki macierzyste, inaczej komórki

pnia (ang. stem cells), są to komórki,

pnia (ang. stem cells), są to komórki,

które posiadają obydwie wymienione

które posiadają obydwie wymienione

poniżej chechy:

poniżej chechy:



są zdolne do potencjalnie

są zdolne do potencjalnie

nieograniczonej liczby podziałów. Inaczej

nieograniczonej liczby podziałów. Inaczej

mówiąc są nieśmiertelne i

mówiąc są nieśmiertelne i

samoodnawialne.

samoodnawialne.



mają zdolność do różnicowania się do

mają zdolność do różnicowania się do

innych typów komórek.

innych typów komórek.

Powrót

Komórki

macierzyste



Ze względu na zdolność do różnicowania komórki

Ze względu na zdolność do różnicowania komórki

macierzyste dzieli się na:

macierzyste dzieli się na:



totipotentne, takie które mogą ulec zróżnicowaniu do

totipotentne, takie które mogą ulec zróżnicowaniu do

każdego typu komórek

każdego typu komórek



pluripotentne, takie które mogą dać początek każdemu

pluripotentne, takie które mogą dać początek każdemu

typowi komórek za wyjątkiem komórek totipotentnych

typowi komórek za wyjątkiem komórek totipotentnych



multipotentne, takie które mogą dać początek kilku

multipotentne, takie które mogą dać początek kilku

różnym typom komórek, z reguły o podobnych

różnym typom komórek, z reguły o podobnych

właściwościach i pochodzeniu embrionalnym

właściwościach i pochodzeniu embrionalnym



unipotentne, inaczej komórki prekursorowe, mogą

unipotentne, inaczej komórki prekursorowe, mogą

różnicować tylko do jednego typu komórek, lecz od

różnicować tylko do jednego typu komórek, lecz od

komórek terminalnie zróżnicowanych komórek

komórek terminalnie zróżnicowanych komórek

somatycznych odróżnia je zdolność do podziałów.

somatycznych odróżnia je zdolność do podziałów.



Ze względu na ich pochodzenie komórki macierzyste

Ze względu na ich pochodzenie komórki macierzyste

dzieli się na:

dzieli się na:



embrionalne komórki macierzyste - wyprowadzone z

embrionalne komórki macierzyste - wyprowadzone z

źródeł embrionalnych, komórki te są z reguły toti- lub

źródeł embrionalnych, komórki te są z reguły toti- lub

pluripotentne.

pluripotentne.



somatyczne (dorosłe) komórki macierzyste -

somatyczne (dorosłe) komórki macierzyste -

znajdowane w narządach dorosłych organizmów,

znajdowane w narządach dorosłych organizmów,

komórki te są multipotentne

komórki te są multipotentne

Powrót



komórki progenitorowe - występują w narządach dorosłych

komórki progenitorowe - występują w narządach dorosłych

osobników, służą regeneracji tkanek, są unipotentne.

osobników, służą regeneracji tkanek, są unipotentne.



U ssaków embrionalne komórki macierzyste wyprowadzane są z

U ssaków embrionalne komórki macierzyste wyprowadzane są z

komórek węzła zarodkowego blastocysty.

komórek węzła zarodkowego blastocysty.



U roślin naczyniowych własność komórek macierzystych mają

U roślin naczyniowych własność komórek macierzystych mają

komórki merystemów.

komórki merystemów.



Komórki macierzyste hodowane w kulturach in vitro mają

Komórki macierzyste hodowane w kulturach in vitro mają

zastosowanie w produkcji organizmów transgenicznych. Z ludzkimi

zastosowanie w produkcji organizmów transgenicznych. Z ludzkimi

komórkami macierzystymi wiąże się duże nadzieje na postęp

komórkami macierzystymi wiąże się duże nadzieje na postęp

medyczny w postaci terapii komórkowej i medycyny regeneracyjnej.

medyczny w postaci terapii komórkowej i medycyny regeneracyjnej.

Embrionalne komórki macierzyste, mogące potencjalnie

Embrionalne komórki macierzyste, mogące potencjalnie

zróżnicować się w każdy rodzaj komórek, teoretycznie mogłyby

zróżnicować się w każdy rodzaj komórek, teoretycznie mogłyby

zastąpić dowolną tkankę, która u pacjenta uległa uszkodzeniu.

zastąpić dowolną tkankę, która u pacjenta uległa uszkodzeniu.

Niemniej jednak do praktycznego zastosowania embrionalnych

Niemniej jednak do praktycznego zastosowania embrionalnych

komórek macierzystych jest jeszcze bardzo daleko. Embrionalne

komórek macierzystych jest jeszcze bardzo daleko. Embrionalne

komórki macierzyste wprowadzone do dorosłego organizmu,

komórki macierzyste wprowadzone do dorosłego organizmu,

zamiast integrować się, tworzą potworniaki. Nie dysponujemy

zamiast integrować się, tworzą potworniaki. Nie dysponujemy

jeszcze protokołami pozwalającymi na ich wydajne różnicowanie do

jeszcze protokołami pozwalającymi na ich wydajne różnicowanie do

specyficznych tkanek lub narządów in vitro.

specyficznych tkanek lub narządów in vitro.



W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych,

W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych,

komórki macierzyste szpiku i krwi pępowinowej znalazły

komórki macierzyste szpiku i krwi pępowinowej znalazły

zastosowanie w terapii wielu chorób krwi, takich jak nowotwory i

zastosowanie w terapii wielu chorób krwi, takich jak nowotwory i

niedobory odporności.

niedobory odporności.

Powrót

Powrót

Dwie kolonie ludzkich
embrionalnych komórek
macierzystych widziane w
mikroskopie z kontrastem
fazowym

Powrót

Klonowanie



Klonowanie – w potocznym rozumieniu

proces tworzenia idealnej kopii z

oryginału.



W biologii mianem klonu określa się

organizmy mające identyczny lub prawie

identyczny materiał genetyczny. Klonami

są więc organizmy powstałe w procesie

rozmnażania wegetatywnego, takie jak

kolonie bakterii, jednokomórkowców,

odrośla i rozmnóżki roślin etc.

Powrót

Owieczka
Dolly

Powrót



Termin klonowanie jest używany w kilku
znaczeniach:

1)Klonowanie to proces tworzenia

organizmów mających taką samą
informację genetyczną jak dawca.
Szczególnym przypadkiem jest
twinning, czyli powstawanie lub
otrzymywanie bliźniąt
monozygotycznych, gdzie nie można
wyróżnić dawcy.

2)

2)

Klonowanie organizmów

Klonowanie organizmów

oznacza

oznacza

procedurę otrzymywania organizmów o

procedurę otrzymywania organizmów o

takiej samej informacji genetycznej, z

takiej samej informacji genetycznej, z

reguły poprzez procedurę transferu

reguły poprzez procedurę transferu

jądra z komórki somatycznej do komórki

jądra z komórki somatycznej do komórki

jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W

jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W

przypadku klonowania roślin stosuje się

przypadku klonowania roślin stosuje się

procedurę odróżnicowania komórek

procedurę odróżnicowania komórek

dawcy do komórek merystematycznych.

dawcy do komórek merystematycznych.

Powrót

3)Klonowanie genów

3)Klonowanie genów

- w genetyce i

- w genetyce i

biologii molekularnej proces

biologii molekularnej proces

wyosobniania genu. Polega na łączeniu

wyosobniania genu. Polega na łączeniu

fragmentów materiału genetycznego z

fragmentów materiału genetycznego z

wektorem molekularnym i ich

wektorem molekularnym i ich

namnażaniu w innym organizmie.

namnażaniu w innym organizmie.

Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii

Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii

tego samego genu. Termin klonowanie

tego samego genu. Termin klonowanie

genów odnosi się też do identyfikacji

genów odnosi się też do identyfikacji

genów poprzez wykorzystanie procedury

genów poprzez wykorzystanie procedury

klonowania genów. Jeśli pojedynczy

klonowania genów. Jeśli pojedynczy

fragment genomu jest przenoszony z

fragment genomu jest przenoszony z

jednego wektora do drugiego, taki proces

jednego wektora do drugiego, taki proces

określa się mianem subklonowania.

określa się mianem subklonowania.

Powrót

Powrót

Klonowanie
ludzi



Naturalną konsekwencją sukcesów w klonowaniu
ssaków jest idea sklonowania człowieka. Budzi ono
jednak głębokie kontrowersje natury etycznej.
Wiadomości o sklonowaniu ssaków wywołały panikę
wśród prawodawców wielu krajów, którzy zabronili
klonowania ludzi, szczególnie w celach
reprodukcyjnych. Pierwsze pozornie wiarygodne
doniesienie o sukcesie transferu jądrowego u człowieka
pojawiło się w 2004 roku z południowokoreańskiej grupy
badawczej pod kierunkiem Woo Suk Hwanga, której
udało się otrzymać pluripotentne komórki macierzyste,
wyprowadzone ze sklonowanych ludzkich blastocyst.
Rok później okazało się jednak, że badania te były
sfałszowane.

Powrót

Proces sztucznego

zapłodnienia



Klonowanie ludzi w celach reprodukcyjnych ma niewielki sens

Klonowanie ludzi w celach reprodukcyjnych ma niewielki sens

praktyczny, dodatkowo niedoskonałości natury technicznej i

praktyczny, dodatkowo niedoskonałości natury technicznej i

mutacje somatyczne w komórkach będącymi donorami materiału

mutacje somatyczne w komórkach będącymi donorami materiału

genetycznego, powodują, że przy obecnym stanie technologii,

genetycznego, powodują, że przy obecnym stanie technologii,

ludzki klon najprawdopodobniej cierpiałby na zaburzenia natury

ludzki klon najprawdopodobniej cierpiałby na zaburzenia natury

genetycznej. Tak więc klonowanie ludzi, przynajmniej na razie, z

genetycznej. Tak więc klonowanie ludzi, przynajmniej na razie, z

medycznego punktu widzenia jest nieetyczne, ze względu na

medycznego punktu widzenia jest nieetyczne, ze względu na

zasadę primum non nocere.

zasadę primum non nocere.



Odmiennie przedstawia się sprawa klonowania w celu pozyskania

Odmiennie przedstawia się sprawa klonowania w celu pozyskania

komórek macierzystych. Ponieważ komórki macierzyste mogą się

komórek macierzystych. Ponieważ komórki macierzyste mogą się

różnicować do wszystkich typów komórek ciała, komórki

różnicować do wszystkich typów komórek ciała, komórki

macierzyste otrzymane w wyniku klonowania mogą mieć

macierzyste otrzymane w wyniku klonowania mogą mieć

potencjalne zastosowanie terapeutyczne, a procedura taka nie

potencjalne zastosowanie terapeutyczne, a procedura taka nie

wiąże się z otrzymywaniem organizmu. Dodatkowo, komórki

wiąże się z otrzymywaniem organizmu. Dodatkowo, komórki

macierzyste sklonowane z dawców obarczonych ciężką chorobą

macierzyste sklonowane z dawców obarczonych ciężką chorobą

dziedziczną mogą służyć jako model badań nad takimi chorobami.

dziedziczną mogą służyć jako model badań nad takimi chorobami.

Ogólny konsensus środowiska naukowego jest taki, że klonowanie

Ogólny konsensus środowiska naukowego jest taki, że klonowanie

w celu pozyskania komórek macierzystych jest zgodne z etyką

w celu pozyskania komórek macierzystych jest zgodne z etyką

badawczą.

badawczą.



Mimo to, nawet klonowanie komórek macierzystych posiada

Mimo to, nawet klonowanie komórek macierzystych posiada

silnych wrogów w środowiskach wyznawców wielu religii, w tym

silnych wrogów w środowiskach wyznawców wielu religii, w tym

katolicyzmu, ze względu na to, że wiąże się z procesem tworzenia

katolicyzmu, ze względu na to, że wiąże się z procesem tworzenia

sztucznych embrionów.

sztucznych embrionów.

Powrót

Klonowanie
wymarłych gatunków
zwierząt



Klonowanie wymarłych gatunków

zwierząt budzi zrozumiałe

zainteresowanie, zwłaszcza w

świetle filmów fantastycznych

takich jak Jurassic Park.

Procedury takie pozostają jak na

razie w sferze fantastyki, choć

niektóre ośrodki rozpoczęły

badania nad możliwością takiej

procedury. Np. Muzeum

Australijskie ogłosiło projekt

sklonowania wilka workowatego,

niestety niedawno się z tego

projektu wycofało. Pierwszym

etapem projektu miało być

otrzymanie biblioteki genowej.

Powrót

Czy będzie można
przywrócić do
życia dinozaury ??

Powrót

Caribbean Monk Seal - -
(Monachus tropicalis)-
Wymarły gatunek

Powrót

Narządy od
genetycznie
modyfikowanych
zwierząt

Naukowcy z Korei Południowej ogłosili, że udało im

się sklonować prosiaki, których organy są

zmodyfikowane genetycznie i dzięki temu bardziej

odpowiednie aby je transplantować ludziom.

Modyfikacja genetyczna sklonowanych prosiaków

polegała na wprowadzeniu genu HLA-G, który

dawał organom większą szansę na przyjęcie, jeżeli

zostałyby transplantowane ludziom. Gen HLA-G

jest odpowiedzialny za produkcję antygenu, który

ochrania narząd przed niszczeniem przez

limfocyty NK (natural killer cells) biorcy - komórki

układu immunologicznego.

Powrót

Gen został wprowadzony do jądra komórki świni

Gen został wprowadzony do jądra komórki świni

wyhodowanej do przeszczepów organów.

wyhodowanej do przeszczepów organów.

Następnie jądro wraz z genem zostało

Następnie jądro wraz z genem zostało

wprowadzone do niezapłodnionej komórki jajowej

wprowadzone do niezapłodnionej komórki jajowej

świni, po wcześniejszym usunięciu jej własnego

świni, po wcześniejszym usunięciu jej własnego

jądra, i tak utworzona komórka została

jądra, i tak utworzona komórka została

wprowadzona do macicy świni, która urodziła

wprowadzona do macicy świni, która urodziła

pięć sklonowanych prosiąt. Jest to

pięć sklonowanych prosiąt. Jest to

najpowszechniej stosowana metoda klonowania,

najpowszechniej stosowana metoda klonowania,

tzn. transplantacja jąder komórkowych.

tzn. transplantacja jąder komórkowych.

Powrót

Powrót

Dalej

Eksperymenty
przeprowadzane na
zwierzętach

Powrót

Mysz z ludzkim uchem

Powrót

Powrót

Narządy od
genetycznie
modyfikowanych
zwierząt

Naukowcy z Korei Południowej ogłosili, że udało im

się sklonować prosiaki, których organy są

zmodyfikowane genetycznie i dzięki temu bardziej

odpowiednie aby je transplantować ludziom.

Modyfikacja genetyczna sklonowanych prosiaków

polegała na wprowadzeniu genu HLA-G, który

dawał organom większą szansę na przyjęcie, jeżeli

zostałyby transplantowane ludziom. Gen HLA-G

jest odpowiedzialny za produkcję antygenu, który

ochrania narząd przed niszczeniem przez

limfocyty NK (natural killer cells) biorcy - komórki

układu immunologicznego.

Powrót

Terapia
genowa

Leczenie polegające na wprowadzeniu

obcych genów do komórek. Nowe geny
powinny wywierać efekt leczniczy, np.
zmuszając komórkę do produkcji
nowych białek, których brakuje w
organizmie, albo - w przypadku komórek
nowotworowych - powodując śmierć
komórki.

Powrót

Powrót

Powrót