Transzgenikus élőlények, alkalmazásuk: betegségmodellek,

expressziós rendszer

Géntechnikák labor kiselőadás

Balogh Judit

2008. március 13.

Transzgenikus élőlény:

Olyan rekombináns élőlény (növény vagy állat), melynek genomjába egy idegen (más organizmusból származó) gén lett beépítve.

1. Transzgenikus növény előállítása: 1983

1. Transzgenikus állat: 1982

patkány növekedési hormonját (RGH) termelő egér (Cd-mal aktiválható promoter)

Növények:

Totipotens sejtek egy izolált sejtből regenerálható a teljes növény

- talajbaktériummal való fertőzés (Agrobacterium tumefaciens Ti plazmidja épül be a növény genomjába)- vektor nélküli sejtbe juttatás:

• protoplaszt transzformálás• mikroinjektálás• génpuska

Transzgenikus élőlények létrehozása:

Állatok:

Transzgenikus állat létrehozásához a petesejtet, spermiumot, vagy a megtermékenyített zigótát kell transzformálni.

- mikroinjekció: mikroszkópra szerelt mikromanipulátorral

- transzfekció, vírus közvetítésével bejuttatott DNS (csirkeembrió)

DNS tumorvírus: SV40, polioma vírus, adenovírusok, vaccinia vírusok, retrovírusok

- biolisztika/génpuska (halpeték, nyúlembriók)

- embrionális őssejt közvetítéssel

- fizikai módszerek:

• elektroporáció

• Ca3(PO4)2–os komplex

- transzómia: mesterséges kromoszómával (YAC)

Transzgenikus élőlények alkalmazása:

Mezőgazdaság

• nemesítés: új tulajdonságok több tej, kisebb laktóztartalmú tej, több hús

• rezisztencia betegségekkel szemben, rovarölőszer termelés (növények)

Egészségügy

• xenotranszplantáció: nem emberi sejtek, szövetek, szervek beültetése emberbe

• expressziós rendszer: a bevitt gén által kódolt fehérje nagy mennyiségű előállítása

• humán génterápia: hibás vagy hiányzó gén okozta genetikai betegségek gyógyítása

• humán betegségek vizsgálata (betegségmodellek): AIDS, cukorbetegség, neurodegeneratív betegségek, cisztás fibrózis

Ipar

• polimerszálak előállítása: pók géneket juttattak kecskébe selyemszerű fonalat választott ki a tejébe

Expressziós rendszerÁllatok testnedveiben (vér, tej) nagy mennyiségben termeltethetők egyes gyógyászati alapanyagok, amelyek amúgy csak igen költségesen állíthatók elő (pl. emberi vérből, állati szövettenyészettel). Tejből viszonylag olcsón kivonhatók és tisztíthatók a fehérjetermészetű anyagok.A humán gyógyhatású fehérjék transzgenikus élőlényekkel való előállítása a költségek csökkenését, valamint minőségi és mennyiségi fejlődést jelent.

Biopharming: a kívánt fehérjét bioreaktorként termelő klónozott állományok előállítása.

Főbb transzgéntermékek: inzulin

növekedési hormonhumánszérumalbumin α-1-antitripszin (cisztikus fibrózis kezelése) anti-thrombin III VIII-as véralvadási faktor (hiánya hemofília A) IX-es véralvadási faktor (hiánya hemofília B) laktózszegény tej előállítása (laktóz intolerancia) emberi („humanizált”) anyatej előállítása (1997. Rosie: 2,4 g/l humán α-laktalbumin)

Human

Transzgenikus állatok előnyei az emlőssejttenyészettel szemben:Nincs fermentor (steril tenyésztés)Nincs drága tápközeg igényNincsenek zavaró fehérjék, endotoxinok, sejtmaradványok

Transzgenikus növények: 1989. 1. állati fehérje előállítása növény által

Előnyei: - hatékonyság (gyorsabb, olcsóbb, egyszerűbb)- biztonság (patogének)- rövidebb termesztési idő- nagyobb mennyiség- stabilitás

Hátrányai: - fehérjeszintézis korai terminációja - glikozilezés - nehezebb célzott expresszió (levél, mag)

Klinikai tesztelés alatt lévő termékek:IgA antitestHumán lizoszóma enzimekVírusmentes humán hemoglobin

Tejbe kiválasztott transzgenikus termékek:α-glükozidáz: glikogén glükózzá alakítása izmokban

enzim hiánya: izomsorvadáselőállítás: transzgenikus nyúl

anti-thrombin III: véralvadás szabályozásafelhasználás: vérrög kezeléseelőállítás: transzgenikus kecske

Húgyhólyag mint bioreaktor (kiválasztás vizeletbe):Hím és nőstény állat is, egész életük során képesek expresszióra.Vizelet kevés fehérjét és lipidet tartalmaz könnyebb terméktisztításDe: csak kisebb mennyiségű fehérje előállítására alkalmas

eddig csak egérben sikerült megoldani

Csirke petevezeték mint bioreaktor:Előnyei: - könnyű termékbegyűjtés

- rövid generációs idő- olcsó- nagy mennyiség- biztonság

De: a csirkeembrió mikromanipulációja nehézkes

BetegségmodellekEmberi betegségeknek transzgénikus laborállatokon való modellezése.

Tanulmányozható különböző ritka betegségek kialakulása, lefolyása. Így elkerülhetők az embereken végzett kísérletek, valamint a transzgenikus állatok (főleg egerek) alkalmasak új gyógyszerek, kezelések kipróbálására is.

Génkiütéses módszer

A knockout vagy génkiütési technika: a klónozott gént célzottan elrontják, majd homológ rekombinációval az állatba visszajuttatják, ily módon az egészséges gént betegre cserélik. Így vizsgálható: neurodegeneratív betegségek

AIDS kutatás:Humán CD4 gént ültetnek egérbe, így HIV vírussal fertőzhető lesz. Az egér saját immunrendszerét tönkreteszik besugárzással vagy a limfocitákban expresszálódó transzgén (toxin) bevitelével.

Diabetes:A bevitt toxin gén a hasnyálmirigy Langerhans szigeteiben fejeződik ki, elpusztítva a sejteket.

Rákos megbetegedések: Megfelelő onkogén beültetésével specifikus rák alakítható ki. Onkomouse (Harvard): myc onkogén tanulmányozása

Immunrendszer megbetegedései: Immunsejtek tönkretételével vagy idegen fehérjék beépítésével. Pl.: allergia, arthritis

Neurodegeneratív betegségek:

Alzheimer-kór, Parkinson-kór, Huntington-kór, multiszisztémás atrophia, trinukleotid ismétlődési rendellenességek, sclerosis multiplex, Lewy-test betegség

Használt modell élőlények: patkány, egér, Drosophila. De egyik modell sem tudja a betegségek összes klinikai-patológiai elváltozását reprodukálni.

A legtöbb Alzheimer-kór modell a betegséget okozó mutáns gének célzott túlexpresszióján alapszik. A gént általában adenovírus vektor segítségével juttatják be az embrióba vagy egyenesen az állat agysejtjeibe, és a vektorba konstitutív vagy szabályozható promotert is beépítenek.

Új kezelések vizsgálata: antiaggregációs szerek, vakcinák, neuroprotektív ágensek, amyloid prekurzor termelő enzimeket gátló molekulák. A kezelésekre adott biokémiai, neuropatológiai és viselkedésbeli válaszokat vizsgálják. A transzgenikus rágcsálók ígéretes modellek új, hatékony kezelések kifejlesztésére.

Xenotranszplantáció

Legfőbb gond az idegen eredetű szövet kilökődése. Az immunválasz kialakításában döntő szerepe van az emlősök endoteliális sejtjeinek felületén található α-galaktozil epitópnak. Az epitópért felelős állati gén emberire cserélésével létrehozott transzgenikus állatból származó szervet az emberi szervezet nem idegenként ismeri fel.

További problémák:

- a rövidebb élettartamú állat szerve mennyire lesz tartós

- az eredetileg horizontális helyzetű szív képes-e megfelelően működni az emberi szervezetben

- veszélyes vírusok kerülhetnek az emberi populációba

Nem emberi sejtek, szövetek, szervek beültetése emberbe.

Sertés a legalkalmasabb: szerveinek mérete hasonló az emberéhez, kevesebb közös kórokozó van és a társadalom jobban elfogadja etikailag.

Köszönöm a figyelmet!