Β Τεύχος 8ο Κεφάλαιο Flashcards
Πως έχει συνεισφέρει η βιοτεχνολογία στην ιατρική;
Με ποιες μεθόδους; Ποιος νέος τομεας εμφανίζεται τελευταία;
Η Βιοτεχνολογία έχει συμβάλει αποτελεσματικά σε τρεις βασι-
κούς στόχους της Ιατρικής, που είναι η έγκαιρη διάγνωση µιας
ασθένειας, η πρόληψη και η αποτελεσµατική θεραπεία της.
Η έγκαιρη διάγνωση µιας ασθένειας απαιτεί την ανάπτυξη
ευαίσθητων τεχνικών που µπορούν να εντοπίσουν την ασθένεια
στα αρχικά της στάδια, πριν να εµφανιστούν τα συµπτώµατά της
στον οργανισµό, να ανιχνεύσουν κάποια µόλυνση από παθο-
γόνους οργανισµούς ή να διαπιστώσουν την ύπαρξη κάποιας
κληρονοµικής ασθένειας.
Η πρόληψη σοβαρών ασθενειών όπως η ηπατίτιδα Β, η πολιο-
μυελίτιδα και η φυματίωση χρειάζεται πιο εξελιγμένα, επαρκώς
ασφαλή αλλά και οικονοµικά προσιτά εµβόλια. Επίσης η ανά-
πτυξη εμβολίων για την πρόληψη ασθενειών όπως το AIDS, η
µηνιγγίτιδα και ο καρκίνος είναι πλέον επιτακτική ανάγκη.
Η αποτελεσµατική θεραπεία προϋποθέτει την κατανόηση
των βιοχηµικών µηχανισµών και του γενετικού υπόβαθρου της
ασθένειας, για να εφαρµοστεί η κατάλληλη θεραπεία είτε µε
φαρµακευτική αγωγή είτε ακόµη και µε «γενετική διόρθωση»
της βλάβης.
Η Βιοτεχνολογία συνεισφέρει ουσιαστικά στους παραπάνω
στόχους µε την ανάπτυξη της τεχνολογίας του ανασυνδυασµέ-
νου DNA, με τη χρήση της τεχνικής PCR, καθώς και ανιχνευτών
µορίων DNA. Οι τεχνικές αυτές βρίσκουν εφαρµογή στη βελτίω-
ση και παραγωγή σε ευρεία κλίµακα ευαίσθητων διαγνωστικών
ουσιών όπως τα µονοκλωνικά αντισώµατα, αποτελεσµατικών
εμβολίων και φαρμακευτικών προϊόντων. Πρόσφατα, ένας νέος
τοµέας της Βιοτεχνολογίας αναπτύσσεται ταχύτατα, η γονιδιακή
θεραπεία, που στηρίζεται στην εφαρμογή της τεχνολογίας του
ανασυνδυασµένου DNA στη θεραπεία πολλών σοβαρών γενετι-
κών ασθενειών όπως η κυστική ίνωση, το σύνδροµο επίκτητης
ανοσολογικής ανεπάρκειας (AIDS) και διάφοροι τύποι καρκί-
νου.
Τι είναι φαρμακευτικές πρωτεϊνες; Πως φτιάχτηκαν και σε ποια μέθοδο της Γενετικής Μηχανικής πάτησε η δημιουργία τους; (Ανάφερε ονομαστικά κάποιες από αυτές)
Πριν από την ανάπτυξη της τεχνολογίας του ανασυνδυασµέ-
νου DNA, οι περισσότερες φαρµακευτικές πρωτεΐνες, δηλαδή
πρωτεΐνες που χρησιµοποιούνται για τη θεραπεία διάφορων
ασθενειών, ήταν διαθέσιµες σε πολύ µικρές ποσότητες, η παρα-
γωγή τους ήταν πολύ ακριβή και συχνά η βιολογική δράση τους
δεν ήταν πλήρως κατανοητή. Η τεχνολογία του ανασυνδυασμέ-
νου DNA έδωσε τη δυνατότητα παραγωγής φαρµακευτικών
πρωτεϊνών σε σημαντικές ποσότητες, τόσο για τον αποτελεσμα-
τικό έλεγχο της δράσης τους όσο και για ευρεία κατανάλωση.
Σήµερα έχουν κλωνοποιηθεί τα γονίδια του ανθρώπου για πε-
ρισσότερες από 300 φαρµακευτικές πρωτεΐνες.Μεταξύ των πρώτων µορίων που παρασκευάστηκαν είναι η
ινσουλίνη, οι ιντερφερόνες και η αυξητική ορµόνη.
Τι είναι η ινσουλίνη, τι αποτέλεσμα έχει η έλλειψη της και πως παραγόταν παλιά και πως σήμερα;
Η ινσουλίνη είναι µια ορµόνη που αποτελείται από 51 αµι-
νοξέα και παράγεται από ειδικά κύτταρα του παγκρέατος. Η
ορμόνη αυτή ρυθμίζει το μεταβολισμό των υδατανθράκων και
ειδικότερα το ποσοστό της γλυκόζης στο αίμα. Ο διαβήτης είναι
μια ασθένεια που χαρακτηρίζεται από έλλειψη ή μείωση ινσου-
λίνης και υπολογίζεται ότι πάνω από 60.000.000 άτομα στον
κόσµο πάσχουν από διαβήτη.Η ινσουλίνη χρησιμοποιείται για τη θεραπεία των διαβητικών
ατόµων. Πριν από το 1982 οι κύριες πηγές ινσουλίνης ήταν το
πάγκρεας από χοίρους και από βοοειδή. Η ινσουλίνη παραγό-
ταν από την εκχύλιση αυτών των ιστών µε µια δαπανηρή και
πολύπλοκη διαδικασία και επιπλέον, επειδή είχε µικρές διαφο-
ρές στη σύσταση των αµινοξέων της από την ανθρώπινη, προ-
καλούσε αλλεργικές αντιδράσεις.
Η ινσουλίνη αποτελείται από δύο μικρά πεπτίδια, Α και Β,
που συγκρατούνται µεταξύ τους µε δισουλφιδικούς δεσµούς.
Το γονίδιο της ινσουλίνης παράγει ένα πρόδροµο µόριο, την
προϊνσουλίνη, το οποίο μετατρέπεται τελικά σε ινσουλίνη.
Μια από τις µεθόδους που χρησιµοποιούνται για την παραγω-
γή της ανθρώπινης ινσουλίνης στα βακτήρια είναι η παραγωγή
του πρόδροµου µορίου της σε µια βακτηριακή καλλιέργεια και
η μετατροπή της σε ινσουλίνη με ενζυμική κατεργασία (Εικ. 8.1).
Η μέθοδος περιλαμβάνει την κατασκευή cDNA βιβλιοθήκης
από τα κύτταρα του παγκρέατος στα οποία εκφράζεται το γονί-
διο της ινσουλίνης και την επιλογή του κλώνου που περιέχει το
γονίδιο. Συνοπτικά τα στάδια κλωνοποίησης και αποµόνωσης
του γονιδίου της ινσουλίνης είναι:
• Απομόνωση του συνολικού mRNA, από κύτταρα του αν-
θρώπινου παγκρέατος.
• Κατασκευή δίκλωνων µορίων DNA και ενσωµάτωσή τους
σε πλασµίδια.
• Μετασχηµατισµός βακτηρίων µε τα ανασυνδυασµένα
πλασµίδια και πολλαπλασιασµός τους σε υγρό θρεπτικό
υλικό.• Επιλογή των βακτηρίων που περιέχουν το γονίδιο το
οποίο κωδικοποιεί το πρόδροµο µόριο της ινσουλίνης.
• Ανάπτυξη των βακτηρίων αυτών σε βιοαντιδραστήρα για
παραγωγή του πρόδρομου μορίου της ινσουλίνης. Η προ-
ϊνσουλίνη συλλέγεται και με κατάλληλο ένζυμο, που αφαι-
ρεί το ενδιάµεσο πεπτίδιο, µετατρέπεται σε ινσουλίνη.
Τι ξέρεις για τις ιντερφερόνες;
Οι ιντερφερόνες είναι αντιιικές πρωτεΐνες, που παράγονται
από κύτταρα που έχουν µολυνθεί από ιούς. Οι πρωτεΐνες αυτές
επάγουν την παραγωγή άλλων πρωτεϊνών από τα γειτονικά υγιή
κύτταρα, οι οποίες εμποδίζουν τον πολλαπλασιασμό των ιών σ’
αυτά. Οι ιντερφερόνες είναι οικογένεια συγγενών πρωτεϊνών,
που ταξινοµούνται ανάλογα µε τη χηµική και βιολογική ενεργό-
τητά τους σε τρεις ομάδες: τις ιντερφερόνες, α, β και γ.
Οι ιντερφερόνες έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον ως αντιιικοί και
πιθανόν ως αντικαρκινικοί παράγοντες. Παράγονται σε ελάχι-
στες ποσότητες στο σώµα και γι’ αυτό δεν ήταν ευρεία η χρήση
τους στη θεραπεία ασθενειών. Όμως, μετά την κλωνοποίηση
ορισµένων γονιδίων ιντερφερονών, είναι σήµερα δυνατή η πα-
ραγωγή τους σε µεγάλες ποσότητες, µε παρόµοια µέθοδο πα-
ραγωγής µε αυτή της ινσουλίνης.
Τι είναι τα αντισώματα που παράγει ο οργανισμός για τα αντιγόνα και τι αναγνωρίζει σε έναν οργανισμό; Τι παραγει ένας κλώνος αντισωμάτων; Πώς καταφέραμε να διατηρήσουμε σε κατάψυξη τα μονοκλωνικά αντισώματα;
Τα αντισώματα είναι πρωτεϊνικά μόρια, που παράγονται από
τα Β-λεµφοκύτταρα του ανοσοποιητικού µας συστήµατος, όταν
ένα αντιγόνο (παθογόνος µικροοργανισµός, ιός ή ξένο υλικό)
προσβάλει τον οργανισµό. Τα αντισώµατα αντιδρούν µε το αντι-
γόνο και το εξουδετερώνουν.
Ο οργανισµός µας είναι ικανός να παράγει αντισώµατα εναντί-
ον κάθε ξένου αντιγόνου. Στην πραγµατικότητα, ένα αντίσωµα
αναγνωρίζει μόνο μία περιοχή του αντιγόνου, η οποία ονομά-
ζεται αντιγονικός καθοριστής. Ένα µεγάλο αντιγόνο, π.χ. ένας
µικροοργανισµός, έχει πολλούς αντιγονικούς καθοριστές γι’
αυτό παράγονται πολλά είδη αντισωµάτων εναντίον του.
Κάθε είδος αντισώματος που αναγνωρίζει έναν αντιγονικό κα-
θοριστή παράγεται από µια οµάδα όµοιων Β-λεµφοκυττάρων,
που αποτελούν έναν κλώνο. Τα αντισώµατα που παράγονται
από έναν κλώνο Β-λεμφοκυττάρων ονομάζονται µονοκλωνικά.
Τα µονοκλωνικά αντισώµατα είναι πολύ σηµαντικά στην Ια-
τρική και χρησιµοποιούνται ως διαγνωστικά για την ανίχνευση
ασθενειών ή ως εξειδικευµένα φάρµακα εναντίον παθογόνων
µικροοργανισµών ή ακόµη εναντίον καρκινικών κυττάρων.
Ήταν, εποµένως, σηµαντικό να γίνει δυνατή η παραγωγή τους
στο εργαστήριο σε μεγάλες ποσότητες. Όμως τα Β-λεμφοκύττα-
ρα δεν επιβιώνουν για πολύ έξω από το σώµα και δεν µπορούν
να διατηρηθούν σε κυτταροκαλλιέργειες. Την ιδιότητα αυτή
την αποκτούν ύστερα από σύντηξη µε καρκινικά κύτταρα. Τα
υβριδικά κύτταρα που παράγονται ονομάζονται υβριδώµατα
και µπορούν να παράγουν µεγάλες ποσότητες ενός µονοκλω-
νικού αντισώματος. Η τεχνική της παραγωγής μονοκλωνικών
αντισωµάτων αναπτύχθηκε το 1975 και ακολουθεί την εξής
διαδικασία:
Ένα επιλεγµένο αντιγόνο χορηγείται µε ένεση σε ποντίκι και
προκαλεί ανοσολογική αντίδραση µε αποτέλεσµα να αρχίσει η
παραγωγή αντισωµάτων από εξειδικευµένα Β-λεµφοκύτταρα.
Ύστερα από δύο εβδοµάδες αφαιρείται ο σπλήνας και αποµο-
νώνονται τα Β-λεµφοκύτταρα. Τα κύτταρα αυτά συντήκονται µε
καρκινικά κύτταρα και παράγονται τα υβριδώµατα που παρά-
γουν µονοκλωνικά αντισώµατα. Τα υβριδώµατα µπορούν να
φυλάσσονται για μεγάλα χρονικά διαστήματα στην κατάψυξη
(-80°C) και να παράγουν οποιαδήποτε στιγμή το συγκεκριμένο
µονοκλωνικό αντίσωµα σε µεγάλες ποσότητες
Που χρησιμεύουν τα μονοκλωνικά αντισώματα;(3 λειτουργίες)
Τα µονοκλωνικά αντισώµατα έχουν πολυάριθµες εφαρµογές
και λειτουργούν ως:
• Ανοσοδιαγνωστικά. Τα µονοκλωνικά αντισώµατα, επει-
δή αναγνωρίζουν ειδικά έναν αντιγονικό καθοριστή, είναι
πολύ χρήσιµα ως ανοσοδιαγνωστικά. Μπορούν να ανι-
χνεύσουν στα υγρά του σώµατος (αίµα, ούρα κ.ά.) ουσίες
που είναι υπεύθυνες για ποικίλες ασθένειες, παθογόνους
µικροοργανισµούς, καθώς και τη διακύµανση της συγκέ-
ντρωσης διάφορων προϊόντων του μεταβολισμού, η οποία
μπορεί να προοιωνίζει την πιθανότητα εμφάνισης κάποιας
ασθένειας. Η τεχνική ανίχνευσης είναι γρήγορη, απλή, ευ-
αίσθητη, ακριβής και επιτρέπει τη διάγνωση ασθενειών
στα πολύ αρχικά στάδιά τους δηλαδή πριν εµφανιστούν τα
συµπτώµατα. Τα αντισώµατα θα συνεισφέρουν σηµαντικά
στην αύξηση της ευαισθησίας κλινικών δοκιµασιών όπως
η τυποποίηση (προσδιορισµός) των οµάδων αίµατος και
η εξακρίβωση µιας πιθανής κύησης. Στην τελευταία πε-
ρίπτωση έχουν κατασκευαστεί ειδικά ανοσοδιαγνωστικά
τεστ, τα οποία περιέχουν µονοκλωνικά αντισώµατα για
ειδικές ορµόνες που παράγονται κατά την κύηση.
• Θεραπευτικά. Τα αντισώµατα µπορούν να χρησιµοποι-
ηθούν ως θεραπευτικά. Η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή
τους αφορά τη θεραπεία του καρκίνου. Τα καρκινικά κύτ-
ταρα έχουν στην εξωτερική επιφάνειά τους µεγάλη ποικι-
λία αντιγόνων που δεν υπάρχουν στα φυσιολογικάκύτταρα του οργανισμού, και ονομάζονται καρκινικά
αντιγόνα. Έτσι µπορούν να κατασκευαστούν µονο-
κλωνικά αντισώµατα εναντίον αυτών των αντιγόνων.
Τα µονοκλωνικά αντισώµατα είναι πολύ ειδικά µόνο
για τα καρκινικά κύτταρα και µπορούν να «γίνουν
µεταφορείς» ισχυρών αντικαρκινικών φαρµάκων.
Όταν εισαχθούν στον οργανισμό, βρίσκουν και προ-
σβάλλουν τους καρκίνους-στόχους. Τα αντικαρκινικά
φάρµακα, που είναι συνδεδεµένα µε τα αντισώµατα,
δρουν κατευθείαν στα καρκινικά κύτταρα και τα κατα-
στρέφουν. Επιτρέπουν έτσι τη θεραπεία µε αποφυγή
της χειρουργικής επέµβασης και των δυσάρεστων επι-
πτώσεων της χηµειοθεραπείας.
• Για την επιλογή οργάνων συμβατών για μεταμό-
σχευση. Τα κύτταρα των οργάνων έχουν στην επιφά-
νειά τους ειδικά αντιγόνα επιφάνειας, που αναγνωρί-
ζονται από ειδικά μονοκλωνικά αντισώματα. Με τα
µονοκλωνικά αντισώµατα µπορεί να γίνει έλεγχος των
οργάνων δωρητών, για να διαπιστωθεί αν ταιριάζουν
ανοσολογικά µε τα αντίστοιχα των ασθενών. Έτσι, εί-
ναι δυνατόν να αποφευχθεί η απόρριψη και οι μετα-
µοσχεύσεις να είναι επιτυχείς.
Τι είναι τα εμβόλια και τι μειονεκτήματα έχουν;
Τα εµβόλια αποτελούνται από νεκρές ή από εξασθενηµένες
µορφές ενός παθογόνου µικροοργανισµού. Για το σκοπό αυτό,
ο παθογόνος µικροοργανισµός αναπτύσσεται σε κυτταροκαλ-
λιέργεια, αποµονώνεται και είτε νεκρώνεται είτε απενεργο-
ποιείται (γίνεται µη µολυσµατικός), χωρίς βέβαια να χάνει την
ικανότητά του να προκαλεί ενεργητική ανοσία. Μολονότι έχουν
παραχθεί αποτελεσµατικά εµβόλια για µια σειρά από ασθένειες
όπως η διφθερίτιδα, ο τέτανος, η ευλογιά και η πολιοµυελίτιδα,
υπάρχουν πολλά µειονεκτήµατα στην παραγωγή εµβολίων µε
τον παραπάνω τρόπο. Τα μειονεκτήματα αυτά είναι:
• ∆εν µπορούν όλοι οι µολυσµατικοί παράγοντες να ανα-
πτυχθούν σε κυτταροκαλλιέργεια και έτσι δεν έχουν ανα-
πτυχθεί εµβόλια για πολλές ασθένειες.
• Ορισμένοι ιοί των ζώων αναπτύσσονται με αργό ρυθμό σε
κυτταροκαλλιέργειες και συνεπώς η απόδοσή τους είναι
πολύ χαµηλή, άρα και τα εµβόλια γίνονται πολύ ακριβά.
• Χρειάζονται μεγάλες προφυλάξεις, για να μην εκτεθεί το
προσωπικό που κατασκευάζει τα εμβόλια στον παθογόνο
παράγοντα.
• ∆εν είναι όλα τα εµβόλια αποτελεσµατικά για µια ασθένεια
π.χ. για τον ιό του AIDS γίνονται συνεχείς ανεπιτυχείς προ-
σπάθειες κατασκευής εµβολίου.
Πως φτιάχνονται τα σύγχρονα εμβόλια και τι διαφορά έχουν με τα παλιά; Πως λέγονται αυτά τα εμβόλια;
Την τελευταία δεκαετία η τεχνολογία του ανασυνδυασµένου
DNA έδωσε τη δυνατότητα ανάπτυξης µιας νέας γενιάς εµβο-
λίων που υπερνικούν τα µειονεκτήµατα των παραδοσιακών.
Η κλωνοποίηση των γονιδίων έδωσε τη δυνατότητα ανάπτυ-
ξης νέων στρατηγικών για την πρόκληση ισχυρής ενεργητικής
ανοσίας εναντίον του παθογόνου παράγοντα. Τα σηµαντικότερα
είδη εµβολίων που παράγονται µε βιοτεχνολογικές µεθόδους
είναι τα εµβόλια-υποµονάδες, εµβόλια από ζωντανούς γενε-
τικά τροποποιηµένους ιούς και εµβόλια γυµνού DNA.
Τι είναι τα εμβόλια υπομονάδων και τι τα εμβόλια από ζωντανούς γενετικα τροποποιημένους οργανισμους;
Η παραγωγή των εμβολίων-υπομονάδων στηρίχθηκε στο γε-
γονός ότι όλα τα συστατικά ενός παθογόνου µικροοργανισµού
δεν είναι απαραίτητα για την πρόκληση της ανοσολογικής αντί-
δρασης στον οργανισµό που θα προσβάλουν. Συνήθως, µόνο
ορισµένες πρωτεΐνες επιφάνειας έχουν αντιγονική ιδιότητα. Τα
εμβόλια-υπομονάδες στηρίζονται στην παραγωγή μόνο αυτών
των συστατικών. Έτσι, γονίδια του παθογόνου µικροοργανι-
σµού που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη µε την αντιγονική δράση
εισάγονται σε κύτταρα που αναπτύσσονται σε κυτταροκαλλιέρ-
γειες και παράγουν την πρωτεΐνη αυτή σε µεγάλες ποσότητες.
Στη συνέχεια, η πρωτεΐνη καθαρίζεται και χρησιμοποιείται ως
εµβόλιο.
Ένας άλλος τύπος εμβολίων είναι τα εμβόλια από ζωντανούς
γενετικά τροποποιηµένους ιούς. Στην περίπτωση αυτή γονίδια
από επικίνδυνο ιό ή άλλο µικροοργανισµό ενσωµατώνονται
σε άλλο ιό, που είναι αβλαβής για τον άνθρωπο, όπως ο ιός
της δαµαλίτιδας. Ο γενετικά τροποποιηµένος ιός που προκύ-
πτει εξακολουθεί να είναι αβλαβής, αλλά επειδή παράγει την
αντιγονική πρωτεΐνη του ιού ή του µικροοργανισµού, εισάγεται
στο σώµα και προκαλεί έντονη ανοσολογική αντίδραση
Τι είναι τα αντιβιοτικά; Πόσα περίπου έχουμε ανακαλύψει; Ποιο είδος έχει δώσει ένα μεγάλο ποσοστό αντιβιοτικών; Φτιάχνονται σήμερα νέα αντιβιοτικά; Με ποιο στόχο χρησιμοποιείται το ανασυνδυασμένο Dna για αυτά;
Τα αντιβιοτικά είναι χηµικές ουσίες που παράγονται από µι-
κροοργανισµούς και θανατώνουν άλλους µικροοργανισµούς ή
αναστέλλουν την ανάπτυξή τους. Είναι προϊόντα του μεταβολι-
σµού τους και σήµερα ορισµένα από αυτά παράγονται σε µε-
γάλες ποσότητες σε βιοαντιδραστήρες. Πολλά αντιβιοτικά µπο-
ρούν να συντεθούν και χηµικά, αλλά η διαδικασία είναι τόσο
ακριβή και επίπονη που δεν µπορεί να συγκριθεί σε κόστος µε
την παραγωγή από βακτήρια και από μύκητες. Η παγκόσμια
χρήση των αντιβιοτικών για την καταπολέµηση των µικροβίων
έχει βελτιώσει σηµαντικά την υγεία των ανθρώπων και αναµφί-
βολα έχει σώσει εκατομμύρια ανθρώπινες ζωές.
Έως σήµερα έχουν αποµονωθεί από διάφορους µικροορ-
γανισµούς, περισσότερα από 8.000 αντιβιοτικά µε ποικίλους
τρόπους δράσης. Η πλειονότητα των πιο σημαντικών αντιβιοτι-
κών έχουν αποµονωθεί από το βακτήριο του εδάφους, γένους
Streptomyces, µολονότι και άλλα βακτήρια καθώς και µύκητες
είναι πηγές αντιβιοτικών.
Υπολογίζεται ότι αρκετές εκατοντάδες νέα αντιβιοτικά ανακα-
λύπτονται κάθε χρόνο ύστερα από εντατική έρευνα κατά την
οποία ελέγχονται πολλές χιλιάδες διαφορετικοί µικροοργανι-
σµοί, για να βρεθούν εκείνοι που παράγουν νέα αντιβιοτικά.
Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA άρχισε πρόσφατα
να εφαρμόζεται με στόχο:• Την κλωνοποίηση όλων των γονιδίων που κωδικοποιούν
ένζυμα απαραίτητα για τη βιοσύνθεση ενός αντιβιοτικού.
• Την ανάπτυξη αντιβιοτικών µε ισχυρότερη δράση εναντίον
ορισµένων µικροβίων και µε λιγότερες παρενέργειες.
• Την κατασκευή γενετικά τροποποιηµένων µικροοργανι-
σµών µε στόχο τη µεγαλύτερη απόδοση στην παραγωγή
αντιβιοτικών.
Πόσες γενετικές μεταλλάξεις έχουμε ανιχνεύσει και τι συμπτώματα έχουν συνήθως; (Κεφάλαιο 9)
Περισσότερες από 4.000 ασθένειες οφείλονται σε γονιδιακές
μεταλλάξεις και πολλές από αυτές εμφανίζονται στις μεγάλες
ηλικίες. Μερικές οφείλονται σε ένα µόνο γονίδιο, άλλες σε αλ-
ληλεπίδραση δύο ή περισσότερων γονιδίων και ακόµη περισ-
σότερες σε συνδυασµό γενετικών και περιβαλλοντικών παρα-
γόντων όπως η ακτινοβολία και οι χημικές ουσίες. Όλες σχεδόν
οι γενετικές ασθένειες προκαλούν δυσµορφίες, το 80% όλων
διανοητική καθυστέρηση και το ένα πέµπτο από αυτές θάνατο
στην παιδική ηλικία
Τι είναι η γονιδιακή θεραπεία; Σε ποιες γνώσεις βασίστηκε και τι ξέρεις το παράδειγμα της έλλειψης της ADA. Τι ξέρεις για τα άτομα με διαβήτη;
Οι γνώσεις αυτές (από την χαρτογράφηση όλων των γονιδίων του Dna, την έρευνα των θέσεων των γονιδίων για διάφορες ασθένειες) έδωσαν τη δυνατότητα ανάπτυξης
θεραπείας που στηρίζεται στην τεχνολογία του ανασυν-
δυασμένου DNA και ονομάζεται γονιδιακή θεραπεία.
Αυτή έχει ως στόχο να «διορθώσει» τη γενετική βλάβη
εισάγοντας στους ασθενείς φυσιολογικά αλληλόµορφα
του μεταλλαγμένου γονιδίου. Απαραίτητη προϋπόθεση
για την εφαρµογή της γονιδιακής θεραπείας είναι, εκτός
από την κλωνοποίηση του υπεύθυνου γονιδίου, και ο
προσδιορισμός των κυττάρων που εμφανίζουν τη βλάβη
από την ασθένεια.
Η γονιδιακή θεραπεία εφαρμόστηκε για πρώτη φορά το
Σεπτέµβριο του 1990 σε ένα τετράχρονο κορίτσι που έπα-
σχε από ανεπάρκεια του ανοσοποιητικού συστήματος. Η
ασθένεια αυτή οφείλεται στην έλλειψη του ενζύμου απα-
µινάση της αδενοσίνης (ADA), που παίρνει µέρος στον
µεταβολισµό των πουρινών στα κύτταρα του µυελού των
οστών. Η έλλειψη οφείλεται σε μετάλλαξη του γονιδίου
που παράγει το ένζυμο αυτό. Η ασθένεια εμφανίζει αυτο-
σωµικό υπολειπόµενο τύπο κληρονοµικότητας. Οι ασθε-
νείς πάσχουν από χρόνιες µολύνσεις, έχουν προδιάθεση
για ανάπτυξη καρκίνου σε πολύ µικρή ηλικία και πολλοί
πεθαίνουν ύστερα από λίγους μήνες ζωής. Είναι γνωστή η
περίπτωση ενός παιδιού που έζησε εννέα χρόνια σε έναν
πλαστικό θάλαµο, για να εµποδιστεί η επαφή του µε ιούς,
επειδή το ανοσοποιητικό του σύστηµα δεν µπορούσε να
τους καταπολεµήσει.
Η διαδικασία που ακολουθείται στη γονιδιακή θεραπεία
της παραπάνω ασθένειας είναι η εξής:
• Λεµφοκύτταρα του παιδιού παραλαµβάνονται και
πολλαπλασιάζονται σε κυτταροκαλλιέργειες.
• Το φυσιολογικό γονίδιο της απαµινάσης της αδενο-
σίνης ενσωµατώνεται σε έναν ιό-φορέα (ο οποίος
έχει καταστεί αβλαβής) µε τις τεχνικές του ανασυν-
δυασµένου DNA.
• Ο γενετικά τροποποιηµένος ιός εισάγεται στα λεµ-
φοκύτταρα.
• Τα γενετικά τροποποιηµένα λεµφοκύτταρα εισάγο-
νται µε ενδοφλέβια ένεση στο παιδί και παράγουν
το ένζυμο ADA (Εικόνα 8.4).
Βέβαια τα τροποποιημένα λεμφοκύτταρα δε ζουν για πά-
ντα µέσα στον οργανισµό -δηλαδή η θεραπεία δεν είναι
μόνιμη- και χρειάζεται συνεχής έγχυση τέτοιων κυττάρων.Όμως, όπως στην περίπτωση των διαβητικών, τα άτομα μπο-
ρούν να ζουν φυσιολογικά, κάνοντας σε κανονικά χρονικά δια-
στήµατα αυτή τη θεραπεία.
Τι είναι ex vivo γονιδιακή θεραπεία και τι in vivo? Τι παράδειγμα ξέρεις για την καθεμία; Μεταβιβάζεται στους απογόνους η αλλαγή; Τι ξέρεις για την κυστική ίνωση;
Όμως, όπως στην περίπτωση των διαβητικών, τα άτομα μπο-
ρούν να ζουν φυσιολογικά, κάνοντας σε κανονικά χρονικά δια-
στήµατα αυτή τη θεραπεία.
Ο τύπος αυτός της γονιδιακής θεραπείας ονομάζεται ex vivo,
γιατί τα κύτταρα τροποποιούνται έξω από τον οργανισµό και
εισάγονται πάλι σ’ αυτόν.
Τα κύτταρα του αιµοποιητικού συστήµατος µπορούν να τροπο-
ποιούνται γενετικά, να αναπτύσσονται σε κυτταροκαλλιέργειες
και να εισάγονται µε ενδοφλέβια ένεση στον οργανισµό. Τι γί-
νεται όµως αν πρέπει να τροποποιηθούν κύτταρα ενός άλλου
οργάνου όπως ο πνεύµονας; Ο Anderson και οι συνεργάτες
του πρότειναν µια άλλη προσέγγιση. Ανέπτυξαν «έξυπνους»
φορείς, οι οποίοι προσβάλλουν τα κύτταρα του ιστού που πά-
σχει. Συγκεκριµένα, τα φυσιολογικά γονίδια ενσωµατώνονται
σε µόρια-φορείς, που εισάγονται κατευθείαν στον οργανισµό.
Το είδος αυτό της γονιδιακής θεραπείας ονομάζεται in vivo και
εφαρµόστηκε για τη θεραπεία της κυστικής ίνωσης το 1993.
Η κυστική ίνωση οφείλεται σε μεταλλάξεις ενός γονιδίου, το οποίο κωδικοποιεί µια πρωτεΐνη, που είναι απαραίτητη για τη
σωστή λειτουργία των επιθηλιακών κυττάρων των πνευµόνων.
Η ασθένεια παρουσιάζει υπολειπόμενη αυτοσωμική κληρονο-
μικότητα και επηρεάζει πρωτίστως τη λειτουργία των πνευμό-
νων.
Το φυσιολογικό γονίδιο ενσωµατώθηκε αρχικά σε έναν αδε-
νοϊό. Ο ανασυνδυασμένος ιός εισήλθε στον οργανισμό με ψεκα-
σµό µε τη βοήθεια βρογχοσκοπίου και µόλυνε τα κύτταρα του
αναπνευστικού συστήµατος. Μετά την εισαγωγή του στα κύττα-
ρα, το φυσιολογικό γονίδιο ενσωµατώθηκε στο γονιδίωµά τους
και παρήγαγε το φυσιολογικό προϊόν (Εικόνα 8.5).
Έως πρόσφατα η πιθανότητα επιτυχούς γονιδιακής θεραπείας
ανήκε στη σφαίρα της επιστηµονικής φαντασίας. Με τον προσ-
διορισµό γονιδίων που είναι υπεύθυνα για γενετικές ασθένει-
ες και την εύρεση της αλληλουχίας τους δηµιουργούνται νέες
προοπτικές για τη γονιδιακή θεραπεία πολλών ασθενειών. Είναι
βασικό να τονιστεί ότι παρόλο που η γονιδιακή θεραπεία πα-
ρουσιάζεται ως πανάκεια στην Ιατρική, η εφαρμογή της, του-
λάχιστον στο άµεσο µέλλον, θα είναι περιορισµένη επειδή δεν
έχουν ακόµη ξεπεραστεί προβλήµατα όπως αυτά που αφορούν
τη χρήση των φορέων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, στις
περισσότερες περιπτώσεις ως φορείς χρησιµοποιούνται ιοί οι
οποίοι αν και καθίστανται αβλαβείς, έχουν µικρή πιθανότητα να
προκαλέσουν παρενέργειες και σε ορισµένες περιπτώσεις καρ-
κίνο. Έτσι λοιπόν η ανάπτυξη πιο κατάλληλων φορέων είναι ο
επόµενος στόχος για τη βελτίωση των µεθόδων της γονιδιακής
θεραπείας.
Με τις µεθόδους της γονιδιακής θεραπείας δε γίνεται αντικα-
τάσταση του µεταλλαγµένου γονιδίου στα κύτταρα του οργανι-
σµού αλλά ενσωµάτωση του φυσιολογικού αντιγράφου του στο
γονιδίωµα συγκεκριµένων σωµατικών κυττάρων. Συνεπώς δε
μεταβιβάζεται στους απογόνους.
Το ανθρώπινο γονιδίωμα τι οφέλη είχε και τι είναι;
Για το σκοπό αυτό το 1986 ξεκίνησε µια διεθνής συνερ-
γασία µε σκοπό τη χαρτογράφηση, δηλαδή τον εντοπισµό της
θέσης των γονιδίων στα χρωµοσώµατα, και τον προσδιορισµό
της αλληλουχίας των βάσεων του DNA στο ανθρώπινο γονιδίω-
µα. Το πρόγραµµα, που φυσικά απαιτούσε τη συµβολή πολλών
ερευνητών και γενναία χρηµατοδότηση, ξεκίνησε το 1990 υπό
την αιγίδα του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας και του Τμήματος
Ατομικής Ενέργειας των ΗΠΑ. Αρχικά υπήρχε η εκτίμηση ότι το πρόγραµµα θα ολοκληρωνόταν το 2005, όµως, χάρη στην αυ-
τοµατοποίηση των εργαστηριακών µεθόδων και την ανάπτυξη
της πληροφορικής, ολοκληρώθηκε το 2001.
Η ανάλυση του ανθρώπινου γονιδιώματος θα συμβάλει:
• Στη μελέτη της οργάνωσης και λειτουργίας του ανθρώπι-
νου γονιδιώµατος. Μετά την ολοκλήρωση του προγράµ-
µατος προσδιορίστηκαν το σύνολο των γονιδίων που
κωδικοποιούν πρωτεΐνες, οι ρυθµιστικές περιοχές των
γονιδίων αυτών, καθώς και οι περιοχές του γονιδιώµατος
µε άγνωστη λειτουργία. Ο αριθµός των γονιδίων είχε αρ-
χικά εκτιµηθεί το 1990 σε 100.000, ενώ σήµερα εκτιµάται
ότι τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες είναι λιγότερα
από 40.000.
• Στην ανάπτυξη μεθοδολογίας για τη διάγνωση και τη θε-
ραπεία των ασθενειών µε τον προσδιορισµό της θέσης και
της αλληλουχίας των γονιδίων που έχουν µεταλλαγεί και
σχετίζονται με διάφορες ασθένειες.
• Στη μελέτη της εξέλιξης του ανθρώπινου γονιδιώματος.
Για το σκοπό αυτό βρίσκονται παράλληλα σε εξέλιξη προ-
γράµµατα προσδιορισµού της αλληλουχίας άλλων ειδών,
τα οποία θα συμβάλουν στην αποκάλυψη των εξελικτικών
σχέσεων που υπάρχουν µεταξύ των ειδών. Έτσι βρίσκο-
νται σε εξέλιξη προγράµµατα χαρτογράφησης γονιδιω-
µάτων οργανισµών όπως είναι το πρόβατο, ο σκύλος, η
αγελάδα, διάφορα έντοµα, ο γεωσκώληκας, καθώς και
πολλοί µικροοργανισµοί.
• Στη μαζική παραγωγή προϊόντων, με τις μεθόδους που
χρησιµοποιεί η Βιοτεχνολογία, µετά την αποµόνωση των
γονιδίων, τα οποία είναι χρήσιµα στη φαρµακοβιοµηχα-
νία, στη βιοµηχανία, στη γεωργία και την κτηνοτροφία.
Στην εικόνα 8.6 παρουσιάζονται οι εφαρμογές που προκύ
