Inżynieria genetyczna i jej zastosowanie w medycynie

Inżynierię genetyczną określić możemy jako postępowanie zmierzające do przekształcenia informacji genetycznej poprzez stosowanie wybranej technologii. Polega ona na manipulowaniu materiałem dziedzicznym w celu otrzymania nowych, nieistniejących dotychczas „gatunków” i zestawów genów. Współcześnie dziedzina ta rozwija się w niezwykle szybkim tempie i ma szerokie zastosowanie, w tym także w medycynie.

Inżynieria genetyczna stwarza ogromne szanse dla ludzi dotkniętych lub zagrożonych anomaliami genetycznymi poprzez stosowanie tzw. terapii genowych. Są trzy główne sposoby ich przeprowadzania. Pierwszy to podstawienie (substytucja) alleli uszkodzonych prawidłowymi, drugi korekcje, czyli naprawa uszkodzonych genów oraz trzeci, wprowadzenie normalnego genu do zmutowanej komórki na przykład drogą transdukcji.

U człowieka istnieje kilka tysięcy zaburzeń - chorób genetycznych wynikających
ze zmian w ludzkich genach. Zmiany te powodują brak produkcji danego białka lub produkcję białka defektywnego. Dla pewnej grupy chorób (hemofilia, zaburzenia związane z brakiem hormonu wzrostu, rozedma), jedynym sposobem leczenia jest podawanie białka identycznego z obecnym w ludzkim organizmie, a pozyskiwanie go było dotychczas wielkim problemem; np. hormon wzrostu można było izolować z ludzkich mózgów, a stosowaną w leczeniu cukrzycy insulinę izolowano ze zwierząt, lecz różniła się ona nieco od ludzkiej insuliny co mogło dawać niepożądane efekty.

Inżynieria genetyczna rozwiązała te problemy przez umożliwienie klonowania genów kodujących poszczególne białka. Są obecnie na świecie bakterie produkujące insulinę, czynniki krzepliwości krwi i hormon wzrostu, które można otrzymać w wyniku rekombinacji DNA stosunkowo łatwo i w dużych ilościach, i które nie są zanieczyszczone czynnikami powodującymi ludzkie choroby.

Oprócz białek- leków są też białka- szczepionki, stosowane głównie przeciwko chorobom wirusowym np. drożdże, po rekombinacji-jako zmienione genetycznie mikroorganizmy, produkują szczepionki przeciwko wirusom zapalenia wątroby typu B. Obecnie prowadzi się też badania nad wykorzystaniem bakterii lub drożdży do syntezy szczepionek chroniących przed AIDS. Ponadto zmodyfikowane szczepy E. Coli wykorzystuje się już do syntezy całego szeregu leków np. przeciwzakrzepowych. Inny przykład to działanie przeciwko wirusowi powodującemu pryszczycę, która przysparza szczególnie wielu problemów badawczych ponieważ jego genomowy DNA składa się z 8000 nukleotydów. Zsyntetyzowano jednak i sklonowano cDNA kodujące białka jego kapsydu. Dzięki ekspresji tych sklonowanych sekwencji w bakteriach uzyskano polipeptydy , których użyto do opracowania szczepionek.

Oprócz insuliny, ludzkiego hormonu wzrostu oraz czynnika VIII krzepnięcia krwi, na skalę przemysłową produkowane są także: czynnik IX, interferazy alfa, beta i gamma (czyli przeciwwirusowy, przeciwnowotworowy i odpornościowy), interleukina z (czynnik układu immunologicznego), erytropoetyna (hormon stymulujący produkcję erytrocytów). Na wdrożenie czeka jeszcze kilkadziesiąt nowych biotechnologii produkcji dalszych hormonów i innych produktów peptydowych wytwarzanych dotychczas jedynie w organizmie człowieka i zwierząt.

Duże nadzieje wiąże się z możliwością szczepienia genów do komórek u ludzi, np. w zakresie uzupełnienia braków genetycznych czy też walki z nowotworami. Implantowane są geny z zapisu interleukiny 6 w przypadku złośliwych guzów, co powoduje samozniszczenie nowotworu i wydłużenie życia pacjenta. Gen interleukinę 7 wszczepia się w przypadku raka okrężnicy.

W medycynie duże znaczenie ma także użycie tzw. Sond molekularnych, pozwalają one na wczesne wykrycie szeregu chorób dziedzicznych przez testy genetyczne. W badaniach takich wykorzystuje się zdolność sondy (odpowiedni odcinek cDNA wyznakowany radioaktywnie) do hybrydyzacji z określoną sekwencją testowego DNA. Według nowoczesnych badań National Institutes of Health w 2000 r. w USA wykorzystywano już testy genetyczne np. testy na obecność zmienionych genów odpowiadających za fenyloketonurię, anemię sierpowatą, chorobę Huntingtona.

Istotne jest także wprowadzenie obcego DNA do komórek biorcy dokonywane przez transformację lub transdukcję np. transdukcja operonu lac (produkuje enzymy metabolizujące galaktozę), który pobierany jest od bakterii i wprowadzany do komórek uzyskanych od ludzi chorych na galaktozę, w wyniku doświadczeń część hodowanych komórek ludzkich zaczęła wytwarzać aktywny enzym beta-galaktozydazę.

Inne przykłady zastosowania inżynierii genetycznej w medycynie to możliwość „produkcji” przez organizmy transgeniczne ludzkich organów niezbędnych do przeszczepów. Początkowe stadia badań dają bardzo obiecujące rezultaty w tym przeprowadzane już eksperymenty z transgenicznymi świniami.

Z pojęciem inżynierii genetycznej wiąże się także bardzo aktualny dziś temat mianowicie klonowanie i dylematy z nim związane. Klonowanie to inaczej tworzenie identycznych kopii oryginału. W przypadku organizmów wyższych można to zrobić na dwa sposoby: pierwszy polega na wykorzystaniu komórek zarodka, zanim jeszcze zdążą się zróżnicować w komórki skóry czy mięśni; w przypadku drugiego sposobu komórki są dojrzałe i zróżnicowane - należy je zmusić, aby zachowywały się jak komórki zarodka. Tak właśnie powstała Dolly. W ciągu minionych 5 lat sklonowano bardzo duże ilości małych ssaków: głównie myszy i szczurów.

5 lipca 1996 roku - data urodzin Dolly, pierwszego sklonowanego ssaka - uważana jest za jedną z ważniejszych w minionym stuleciu. Od tego czasu świat podzielił się na zwolenników i przeciwników klonowania. Wiadomo bowiem, że tworzenie klonów nie będzie dotyczyło tylko zwierząt, ale przede wszystkim człowieka.

Technologie klonowania mogą być pomocne w produkcji leków, poznawaniu dokładnego mechanizmu działania chorób, a także w "hodowli" narządów, których organizm pacjenta by nigdy nie odrzucił. Prawdopodobny jest także scenariusz znany dotychczas z powieści s-f: ludzkie klony hodować się będzie na "części zamienne". Zamiar sklonowania człowieka ogłosił w tym roku prof. Antinori, również inni naukowcy zapowiadają tworzenie ludzi.

Podsumowując inżynieria genetyczna powoli i systematycznie wkroczyła w coraz to nowe dziedziny życia ludzkiego. Wykorzystuje się ją obecnie w medycynie: zarówno w diagnostyce, jak i profilaktyce czy nawet terapii. Przemysł farmaceutyczny skorzystał dzięki stworzeniu szeregu leków dzięki technikom rekombinowanego DNA. Coraz śmielej współczesna biotechnologia próbuje ingerować w naturę. Prawdopodobnie niedługo powszechna stanie się transgenizacja zwierząt i roślin , być może także ich klonowanie. Perspektywy zastosowań są niezmiernie szerokie. Jak każda rewolucyjna idea wywołuje szereg kontrowersji, ale i nadziei.

SŁOWNICZEK
cDNA - nić DNA powstała przez skopiowanie nici RNA przez odwrotną transkryptazę; sekwencja cDNA jest komplementarna do RNA użytego jako matryca

Interleukiny - [łac.-gr.], glikoproteiny o wybitnych właściwościach immunoregulujących i immunostymulujących wytwarzane gł. przez komórki układu odpornościowego, przede wszystkim monocyty i limfocyty T, w odpowiedzi na bodziec antygenowy. Wśród poznanych dotychczas interneuklin (ponad 10), oznaczonych symbolami il.-1, il.-2, il.-3 itd., rozróżnia się substancje wytwarzane przez limfocyty (limfokiny), monocyty (monokiny, np. il.-1) lub przez różne typy komórek (cytokininy, np. il.-6); współdziałając ze sobą odgrywają ważną rolę w pobudzaniu i kontrolowaniu aktywności komórek należących do różnych układów organizmu (odpornościowego, krwiotwórczego, nerwowego, hormonalnego i in.).

Transgen - gen, który został eksperymentalnie wprowadzony do genomu organizmu i jest przekazywany jego potomstwu (organizmom transgenicznym)

Organizmy transgeniczne - zwierzęta i rośliny, których genom został zmieniony przez wprowadzenie nowej sekwencji DNA w taki sposób, że ich potomstwo będzie dziedziczyło nową sekwencję

Transdukcja - wprowadzenie obcego DNA do bakterii przez faga