Organizmy transgeniczne
– modyfikowane w sposób celowy, aby wprowadzone zmiany były dziedziczne – nie tylko transgen wprowadza się do komórek somatycznych, ale też do linii komórek płciowych – transgen znajduje się w gametach wytwarzanych przez organizm modyfikowany
– uniwersalność kodu genetycznego – prawidłowe odczytanie i ekspresja informacji genetycznej w organizmie biorcy niezależnie skąd pochodziła
Organizmy transgeniczne są źródłem:
– substancji farmakologicznie aktywnych
– odczynników stosowanych w diagnostyce chorób
– mogą być źródłem organów transplantacyjnych
– substancji oddziałujących prozdrowotnie jako element diety
Cechy organizmu transgenicznego
– integracja obcego DNA do przynajmniej 1 chromosomu
– modyfikacje dowolnego genu wynikają z wprowadzenia obcego DNA, nie powstaje w wyniku działania czynników mutagennych
– rearanżacja chromosomów zachodzi na skutek innych procesów niż oddziaływania zewnętrznych czynników mutagennych
– obecność dowolnej, celowo wprowadzonej, stabilnej dodatkowej jednostki genetycznej, np. chromosom czy pozachromosomowy DNA, która jest replikowana i przekazywana następnym pokoleniom
1. Rośliny transgeniczne jako źródło biofarmaceutyków
– ogromne zapotrzebowanie np. na albumina osocza- roczne zapotrzebowanie sięga 550 ton a koszt pozyskiwanej z osocza jest bardzo wysoki i może dojść przy tym do zakażenia wirusowego
– dzięki komórkom roślinnym możne otrzymywać albuminę, interferony, interleukiny, enzymy ludzkie- bezpieczne, wolne od wirusów
Po raz pierwszy biofarmaceutyki pochodzenia naturalnego wyizolowano w 1986 roku – było to białko fuzyjne ludzkiego hormonu wzrostu- wykorzystano komórki kalusa transformowanego tytoniu oraz słonecznika
Rośliny transgeniczne jako źródło terapeutyków:
– tytoń- najczęstsze stosowanie
– marchew
– pomidory
– kukurydza
– ziemniaki
– lucerna
– soja
– ryż
Tytoń wykorzystywany jest do:
– hormonu wzrostu
– składników krwi- hemoglobina
– białka C- antykoagulant
– erytropoetyna- leczenia anemii
– hirudyna- inhibitor trombiny
– albumina osocza- oparzenia, zabiegi chirurgiczne
Ryż wykorzystywany jest do:
– produkcji interferonu alfa- zapalenie wątroby typu B i C
Kukurydza- aprotynina
Hodowle bakterii rekombinowanych symbiotycznych
– producenci substancji stosowanych w terapii chorób zapalnych jelita grubego- interleukina 10
Produkcja przeciwciał o właściwościach terapeutycznych
– tytoń, ryż, pszenica po raz I wykorzystane do tego celu
Zalety roślin jako producentów przeciwciał:
– łatwość produkcji np. potencjalna biomasa rocznych plonów lucerny i tytoniu to odpowiednio 20 ton/ha i 100 ton/ha
Przykłady uzyskanych przeciwciał
– chimeryczne przeciwciała przeciwko powierzchniowemu antygenowi S. mutant wywołującemu próchnicę zębów
Wytwarzanie szczepionek do stosowania droga pokarmową
Rośliny jako producenci szczepionek:
– wytwarzanie znacznych ilości antygenów, mobilizujących układ immunologiczny człowieka i zwierząt
– z małej powierzchni dużo można uzyskać- wirusowe zapalenie wątroby typy B- dla dzieci na całym świecie z 80 ha powierzchni można by uzyskać szczepionki , a dla Chin z 16 ha
– atutem takich szczepionek są niższe koszty przechowywania, transportu i podawania
Charakterystyka szczepionek jadalnych
– zawierają antygeny stymulujące powstawanie odporności immunologicznej, nie posiadając jednocześnie genów, które pozwalałyby na odtworzenie drobnoustrojów patogennych
– antygeny te są produkowane przez transgeniczne rośliny jadalne, otrzymywane najczęściej za pomocą technik transfekcji plazmidowej
– cząsteczki antygenów muszą być tak zaprojektowane, mogły one przejść w formie niezmiennej przez przewód pokarmowy, a niekiedy musza też wytrzymać obróbkę kulinarna
– wytworzenie antygenów powinno mieć miejsce w jadalnych organach rośliny
Przykłady takich roślin:
– ziemniaki
– sałata
– banany
– pomidory
– marchew
– orzechy ziemne
– ryż
– kukurydza
Krajowy przykład szczepionki produkowanej przez rośliny:
– szczepionka przeciwko WZW B produkowana przez sałatę- Instytut Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu
Niepożądane skutki:
– możliwość wywołania zjawiska tolerancji w efekcie długotrwałego przyjmowania białka antygenu
– podawanie takiej szczepionki pod ścisła kontrolą
Korzyści wytwarzania w roślinach różnych białek rekombinowanych:
– bardziej ekonomiczne niż fermentory czy bioreakcyjne metody
– technologie roślinne bez dodatkowych modyfikacji mogłyby z powodzeniem być wykorzystane do hodowli na dużą skalę
– etap oczyszczania białek może zostać pominięty jeżeli rekombinowane białko ma być podawane doustnie
– możliwość skierowania białka do odpowiednich wewnątrzkomórkowych przedziałów (np. chloroplastów), gdzie są bardziej stabilne
– ilość rekombinowanego białka osiąga w roślinach poziom produkcyjny nawet do 14 % (bardzo dużo) całej puli białek
2. Zwierzęta transgeniczne
– zwierzęta o udoskonalonych cechach produkcyjnych
– korzystniejsze tempo wzrostu i większa produkcja mięsa
– większa jakość mleka i jego wydajność
– np. pstrąg tęczowy posiada zwiększoną ekspresję genu hormonu wzrostu pochodzącego od łososia- możliwość uzyskania masy 3-11 razy większej
– np. świnie- podwyższony poziom hormonu wzrostu, lepsze wykorzystanie paszy, redukcja tłuszczu, lepsza wydajność
– np. bydło- lepsze mleko
– organizmy te tez mogą być dawcami organów dla ludzi, np. świnie dawcami serca dla ludzi
– zwierzęta bardziej odporne na czynniki szkodliwe
Produkcja białek terapeutycznych przez zwierzęta transgeniczne
– termin pharming- farmacja+uprawa
– np. VIII czynnik krzepnięcia krwi
– ludzkie białko C
– ludzko hormon wzrostu
– hemoglobina
– alfa-1-antytrypsyna
– tkankowy aktywator plazminogenu
Zastosowanie:
– jako suplement diety, czynnik hemofilowy, antykoagulant, terapia karłowatości
Może dochodzić do produkcji w płynach ustrojowych:
– krew
– ślina
– mocz
– płyn nasienny
Ssaki transgeniczne- mleko
– gruczoł mleczny- naturalna, swoista fabryka białek- synteza w dużych ilościach i wydzielane na zewnatrz
– gruczoł mleczny jako bioreaktor- miejsce syntezy i modyfikacji białek o aktywności biologicznej, np. czynnik krzepnięcia krwi IX czy antytrombina
– wytwarzanie ludzkich białek leczniczych w mleku (wykazują one aktywność biologiczną)
Hodowle zwierząt transgenicznych są drogie ale zapotrzebowanie 4 kg na czynnik krzepnięcia IX można pokryć przez 1 krowę, 13 owiec, 10 świńm 700 królików- transgenicznych zaś zapotrzebowanie na 21 kg na rok antytrombiny przez 3 krowy, 3700 królików
Krew jako bioreaktor:
– świnie- mogą wytwarzać w komórkach krwi ok. 9% ludzkiej hemoglobiny o zdolności wiązania O2 identycznej ze zdolnościami krwi ludzkiej
Króliki jako bioreaktory:
– efektywny bioreaktor
– małe zwierzęta
– opłacalna ich produkcja, ale lepsze krowy czy świnie bo one dają więcej mleka
– ale królików mleko ma 3- krotnie więcej białka niż krowie mleko, łatwiejsza hodowla, łatwość uzyskiwania i rozmnażania czyni je aktywnymi bioreaktorami
Trudności w badaniach nad transgenezą gruczołu mlekowego:
– duże koszty
– mała wydajność transgenezy
– długi odstęp międzypokoleniowy
– mała płodność
– duże koszty utrzymania- u krów
– brak ekspresji lub mała ekspresja wprowadzonego genu- małe stężenie produkowanego białka
– niekorzystny wpływ ekspresji np. hamowanie wzrostu, rozwoju gruczołu mlecznego lub na laktację
– niemożność przeprowadzania skomplikowanych manipulacji genetycznych na genach białek mleka znaczących, ze względu na brak linii komórek macierzystych
– brak akceptacji komisji biofarmaceutyków czy społeczności
– niepełna modyfikacja potranslacyjna produktu-białka
Mocz jako bioreaktor:
– białko moczu- u ssaków całkowita zawartość 100 mikrogram/ ml
– np. białka występujące w moczu: modulina, erytropoetyna, uromodulina
– synteza w nerkach
– u gryzoni główne białka moczowe syntetyzowane są w wątrobie- występowanie białka dodatkowo
Zalety myszy w modelach modyfikacji genetycznych :
– małe i częste
– niezależny od sezonu cykl rozwojowy
– krzyżowane wsobne
– liczne odmiany genetyczne
– długa historia, dostępność szczegółowych protokołów badań
– duża wydajność transgenezy- do 20%
– technologie transgenezy za pomocą pierwotnych komórek zarodkowych
– obszerna baza danych dotycząca różnych szczepów myszy
Ludzkie białka produkowane w moczu myszy:
– erytropoetyna
– alfa 1 antytrypsyna
– czynnik stymulujący kolonie granulocytów, makrofagów
– hormon wzrostu
Zjawiska niepożądane w badaniach nad ekspresją w moczu:
– ektopowa ekspresja obcych genów
– przeciek białek do krwiobiegu
– niekorzystny wpływ ekspresji aktywnego białka na funkcjonowanie organizmu