L'ENGINYERIA GENÈTICAL'ENGINYERIA GENÈTICAi i

LA BIOTECNOLOGIALA BIOTECNOLOGIA

L'enginyeria genètica i la biotecnologia

● Tècniques per introduir gens en cèl·lules.● Producció de còpies de DNA.● Teràpia de malalties humanes.● Producció agrícola i animal.● Clonació i cèl·lules mare.

L'enginyeria genètica i la teràpia de malalties humanes

● Es coneixen unes 3000 malalties genètiques en humans. En la majoria no s'han identificat els gens responsables.

● De les malalties que es coneixen els gens, en molt poques es disposa d'un mecanisme per incorporar amb èxit el gen correcte a les cèl·lules de l'individu afectat.● Sovint s'opta per introduir el gen en un bacteri,

obtenir a partir d'ell la substancia que codifica el gen i després injectar-li al pacient.

● Quan es disposa del mecanisme per incorporar el gen correcte a les cèl·lules de l'individu afectat:

● Si es fa en cèl·lules somàtiques, teràpia de la cèl·lula somàtica, es produeix un canvi només en determinades cèl·lules. El canvi no es hereditari.

● Si es fa en un òvul, en un espermatozoide, o en un zigot, teràpia de la cèl·lula germinal, la modificació la presentaran totes les cèl·lules del nou individu. El canvi passa a les generacions futures.

1.Substàncies humanes produïdes per bacteris

2.Introducció de gens en cèl·lules humanes

3.Obtenció de vacunes recombinants

4.Introducció de gens humans en animals

L'enginyeria genètica i la teràpia de malalties humanes

● Insulina● Hormona del creixement● L'interferó● El factor VIII de la coagulació

L'enginyeria genètica i la teràpia de malalties humanes:

1. Substàncies humanes produïdes per bacteris

INSULINA• Hormona que regula el nivell de glucosa a la

sang segregada pel pàncrees.

● La insulina és una molècula proteica formada per dos cadenes peptídiques: el pèptid A (21 aminoàcids) i el pèptid B (30 aminoàcids)

• Diabetis mellitus: malaltia genètica provocada per poca o nul·la producció d’insulina. Alt nivell glucosa en sang i poc en les cèl·lules.

• Tractament: mesurar el nivell de glucosa en sang i injectar insulina.

• Antigament extracció insulina porcina.• Actualment, des de 1978, bacteris transgènics

fabriquen insulina humana.

• Com que el metabolisme bacterià és molt elevat, aquesta via d'obtenció de insulina és molt rendible. A més és tracta d'insulina humana en lloc de insulina porcina, i per tant sense problemes de rebuig.

Procés per a l'obtenció d'insulina humana

● Obtenció dels gens de la insulina (DNA), transcripció i maduració per obtenir els mRNA.

● A partir dels mRNA obtenció de les dues seqüències de DNA dels dos pèptids (per transcripció inversa).

● Inserció de cada seqüència en dos plasmidis diferents, darrera d’un operò LAC (plasmidis amb gens de resistència a un antibiòtic).

● Introducció dels plasmidis en bacteris diferents.

● Cultiu separat d’aquests bacteris en medi amb antibiòtic, fins tenir una gran població de bacteris amb els gens de la insulina humana.

● Afegir lactosa al medi, els bacteris comencen així a sintetitzar els pèptids.

● Purificació dels pèptids, activació grups SH- per unir els dos pèptids amb ponts disulfur.

● Obtenció insulina humana madura i comercialització.

Web animació Obtenció d'insulina

HORMONA DEL CREIXEMENT

• Molecula proteica formada per una sola cadena polipeptídica (191 aminoàcids = 1 gen).

• El gen s’introdueix en un plasmidi d’un bacteri que produeix la hormona de creixement humana.

• Regulació amb l’operó LAC.

• S’utilitza per tractar casos de nanisme.

L'INTERFERÓ (IFN)

• Glicoproteïna produïda pels mamífers com a reposta inmunitària a infeccions víriques.

• S’aplica en malalties víriques (refredats, hepatitis, herpes,…) i en alguns càncers (produeix regressions en les metastasis).

• Gen interfèro en bacteris transgènics per a la seva producció.

• Un altra de les vies seguides en la teràpia gènica és la introducció del gen correcte a les cèl·lules humanes mitjançant retrovirus (virus de RNA).

• Malalties:– ”Infants bombolla”.

– Talassèmia.

• Altres malalties en investigació: fenilcetonúria, hipercolesterolèmia familiar,…

L'enginyeria genètica i la teràpia de malalties humanes: 2. Introducció de gens en cèl·lules humanes

Malaltia dels “infants bombolla”

• Causa: mancança de l'enzim ADA (adenosina-desaminasa) en els limfòcits.

• Produeix una immunodeficiència congènita severa: el sistema immunitari no funciona i qualsevol patògen provoca la mort de l’individu.

• Han de viure aïllats i en medis totalment desinfectats.

• Solució: trasplantament medul·la òssia donant compatible (germà).

Procés• Inserció del RNA del gen correcte a un

retrovirus.• Infecció del retrovirus a una cèl·lula extreta de

la medul·la òssia del pacient en laboratori.• Injecció de les cèl·lules modificades

geneticament en la medul·la òssia del pacient.• Producció de limfòcits amb gen ADA correcte.

Problema: • Les cèl·lules implantades provoquen tumors en

la medul·la òssia. • Actualment en investigació.

Solució:• Trasplantament medul·la òssia germà

compatible per selecció d’embrions.

● Malaltia relacionada amb la presència d'hemoglobines diferents a les normals produint una anèmia molt greu. Es deu a alteracions en els gens de l'hemoglobina.

● El tractament amb enginyeria genètica segueix el mateix mecanisme que en els “nens bombolla”.

● Problema: el gen introduït s’expressa poc i de vegades tumors en la medul·la òssia.

● Solució: trasplantament medul·la òssia germà compatible per selecció d’embrions.

La talassèmia

Enllaços d'interès

● Articulo El Pais 2008:

“En busca del embrión ideal”● Articulo El Pais 2009

“El primer niño genéticamente seleccionado en España cura a su hermano”

● Vacuna: preparat químic o orgànic destinat a estimular les defenses naturals de l'organisme.

● El sistema immunitari produeix després de la vacuna “cèl·lules de memòria” contra el patogen de la vacuna.

● Quan l’organisme es infectat pel patogen real, reacciona rapidament activant les cèl·lules de memòria que produeixen anticossos i altres mecanisme immunitaris per eliminar el patogen.

L'enginyeria genètica i la teràpia de malalties humanes:

3. Obtenció de vacunes

Tipus de vacunes:● Amb microorganismes atenuats: alt poder

immunogènic; una sola dosi, perill de que es converteixin en virulents.

● Amb microorganismes morts: necessiten varies dosi per produir els efectes desitjats.

● Amb macromolècules purificades: es difícil purificar la quantitat suficient (solució la enginyeria genètica).

Hepatitis B: ● Malaltia infecciosa vírica que es transmet per via

sanguinia o per via sexual.

● Pot causar infecció aguda, cirrosis hepàtica, càncer de fetge, insuficiència hepàtica i, eventualment, la mort.

● Antigen de la Hepatitis B: glicoproteïnes de membrana que el sistema immunitari reconeix com estranyes i produeix la resposta immunitaria.

Procés d'obtenció de la vacuna de la hepatitis B:

● Es talla el gen víric que codifica per a la proteïna antigènica de la superfície del virus i s’inserta en un plasmidi bacterià.

● El plasmidi hibrid resultant s’introdueix en una cèl·lula de llevat (eucariota, té aparell de Golgi per glicosilar les proteïnes) que produeix la proteïna antigènica.

● Es purifiquen les proteïnes i es comercialitzen.● Es procedeix a la vacunació.

Algunes de les aplicacions que pot tenir el desenvolupament d'animals transgènics en la terapia de malalties humanes són: ● Producció de proteïnes humanes d'interès.● Investigació malalties humanes en animals.● Xenotransplantaments d’òrgans.

L'enginyeria genètica i la teràpia de malalties humanes:

4. Introducció de gens humans en animals

• Producció de proteïnes humanes: s’introdueixen els gens humans en animals. Aquestos produeixen la proteïna que després es purificada i comercialitzada.(“pharming”, phar=farmacia, farm=granja).

• Investigació de malalties humanes en animals.Exemple, el càncer humà en ratolins. S’aïlla el gen

humà que produeix la malaltia i s’introdueix en un ratoli. Aquest desenvolupa la malaltia i es poden investigar tractaments per a humans en ratolins.

• Xenotrasplantament d’òrgans: (en investigació)Exemple, en els porcs s’ha introduit gens humans

per produir proteïnes de membrana humanes, que eviten el rebuig en els trasplantament d’òrgans entre porcs i humans.