Organizmy transgeniczne

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