Markerii moleculari si Biotehnologia medicala

1
Markerii moleculari siBiotehnologia medicala
UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA
VETERINARA, CLUJ-NAPOCA, ROMANIA
Doru PAMFIL
2
Markerii moleculari si biotehnologia medicala

• Definirea unor termeni
• Culorile biotehnologiei
• Aplicatii ale biotehnologiei medicale
• Rolul markerilor moleculari
• Platforma de Biotehnologie
• Proiecte de colaborare

3
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Definirea unor termeni
Biotehnologia Orice tehologie care utilizeaza
sistemele biologice, incluzând organisme vii ori
derivate ale acestora, în scopul producerii sau
modificarii produselor sau proceselor
Dictionarul de biotehnologie 2007 Manipularea
organismelor vii pentru a produce substante sau
procese utile
4
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Definirea unor termeni
Istoric 6000 BC in Babilon se utiliza
drojdia pentru bere, vin si paine 4000 BC in
China bacteriile lactice pentru iaurt si
branzeturi 1500 prima colectie de germoplasa la
plante gt ameliorare plante 1800 ameliorare
animale (Vavilov) 1880 descoperirea
microorganismelor (Leuweenhoek) 1856 recombinarea
genetica la plante (Mendel) 1919 aparitia
cuvintului biotehnologie (Karl Ereky) 1953
determinaarea structurii AND (James Watson
Francis Crick) 1980 biotehnologia moderna si
tehnologia ADNului recombinant 1992 aprobarea
primului OMG 2000 finalizarea proiectului HGP
(Human Genome Project)
5
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Definirea unor termeni
Marker molecular Fragmente specifice de ADN
care pot fi identificate in cadrul genomului si
care sunt utilizate pentru a marca pozitia unei
gene sau transmiterea unui caracter Dictionarul
de biotehnologie 2007 A characteristic that is
objectively measured and evaluated as an
indicator of normal biologic processes,
pathogenic processes, or pharmacologic responses
to a therapeutic intervention MED Jurnal 2008
6
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Definirea unor termeni
Clasificarea markerilor moleculari
7
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Culorile biotehnologiei
Conferinta EU 26-27 Iunie 2007,
Brussels Despre viitorul cercetarilor europene
in stiintele vietii "Towards Future Challenges
of Life Sciences Research in Europe"
Bio-economia europeana bazata pe cunoastere
European Knowledge-Based Bio-Economy
Noile tehnologii ... biotehnologia ... vor
deveni tot mai importante ... si vor da o noua
culoare perceptiei traditionale asupra
stiintelor vietii New technologies (ICT,
nanotechnologies, biotechnology, remote sensing,
etc.) will become increasingly important giving
new colour to the traditional understanding of
the life sciences
8
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Culorile biotehnologiei
the colors biotechnology in
literature 1997 Green Biotechnology gt Clean
Biotec versus GMO 2002 Red Biotechnology
gt US EPSO Medical report 2003 White
Biotechnology gt EU Science and technology 2003
Blue Biotechnology gt Europa Bio Convention
2004 The Flags of Biotechnology gt US-EU
Bio meeting 2004 The Rainbow of Biotechnology
gt Al Gore US Senate speech 2005 - Synergy of
Green, Red White Biotech gt EU Report 2005
The color of Biotechnology gt12th Congress of
Biotechnology
9
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Culorile biotehnologiei

• Al 12- lea Congres European de Biotehnologie 2005
• Biotehnologia Verde Plante si alimente
• Biotehnologia Rosie Farmaceutica
• Biotehnologia Alba Mediu
• Biotehnologia Gri Industriala
• Ministrul economiei din Germania Clasament
  firme
• Firme de biotehologie 258 gt 43.000 angajati
• 63 rosu 27 verde 10 alba ( albastra)

10
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Culorile biotehnologiei
Color Type Area of  Biotech Activities
Red Health, Medical, Diagnostics
Yellow Food Biotechnology, Nutrition Science
Blue Aquaculture, Coastal and Marine Biotech
Green Agricultural, Environmental Biotechnology Biofuels, Biofertilizers, Bioremediation, Geomicrobiology
Brown Arid Zone and Desert Biotechnology
Dark Bioterrorism, Biowarfare, Biocrimes, Anticrop warfare
Purple Patents, Publications, Inventions, IPRs
White Gene-based Bioindustries
Gold Bioinformatics, Nanobiotechnology
Grey Classical Fermentation and Bioprocess Technology

Electronic Journal of Biotechnology 3.02.2006
11
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Culorile biotehnologiei

• Culorile activitatilor Biotech
• Rosu - Medicina, sanatate si diagnostic
• Verde - Agricultura, biotehnologia mediului
  etc.
• Galben Biotehnologii alimentare si Stiintele
  nutritiei
• Albastru Acuacultura si biotehnologia marina
• Maro - Biotehnologia zonelor aride si
  desertice
• Alb - Biotehnologii industriale
• Gri - Biotehnologii fermentative si
  bioprocesare
• Auriu - Nanotehnologii si bioinformatica
• Mov - Patente, publicatii, inventii
• Negru - Bioterorism, biocrime, razboi biologic
• UNESCO Division of
  Life Sciences, Paris, France
• Electronic Journal of
  Biotechnology 3.02.2006

12
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Aplicatii ale biotehnologiei

• Aplicatii ale Biotehnologiei rosii
• Biotehnologia ingineria genetica genomica
• Testare genetica
• Diagnostic
• Terapia genica
• Terapeutica
• Nutraceutice
• Etc.

13
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Aplicatii ale biotehnologiei
Medicina traditionala (farmaceutica) trateaza
efectele Medicina moderna biotehnologica -
trateaza cauza Cauza genetica
biochimica Aplicatii in tratamentul
- bolilor cardiovasculare -
cancer - scleroza multipla - HIV/AIDS, TB,
malarie - boli rare - medicina
regenerativa etc.
14
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Aplicatii ale biotehnologiei
Biotehnologia rosie - 12 din piata
medicamentelor 2007 - 3,2 miliarde
euro Programul german BIOChance
2007-2011 Investitii de 900 mil euro Stimularea
intreprinderilor mici si mijlocii Estimare
2011 - 20 din piata medicamentelor - peste
5 miliarede euro - 50 din vaccinuri peste 8
miliarde
15
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Vaccinuri
Tipuri de vaccinuri dupa continutul
biologic Vaccinuri care contin microorganisme
vii atenuate Vaccinuri care contin
microorganisme inactivate Vaccinuri care contin
componente microbiene purificate, proteice sau
polizaharidice conjugate proteic Vaccinuri care
contin proteine recombinate Vaccinuri care
contin anatoxine

• De la
• Organisme vii atenuate
• La
• Subunit vaccines
• Vaccinuri genetice

16
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Vaccinuri recombinante

• tuberculoza
• malarie
• HIV

• rBCG30 - primul vaccin recombinant testat clinic
  combinat cu chimioterapia
• MVA85A - bazat pe modificarea genetica a
  virusului Vaccinia
• Hybrid-1, HyVac4 or M72 - subunit vaccine -
  molecule obtinute prin fuziunea a doua proteine
  recombinante injectate împreuna cu adjuvanti
• Ad35 - adenovirusi recombinati
• Unele pot fi administrate fara injectare

http//washingtonindependent.com/wp-content/upload
s/2008/09/vaccine1.jpg

• RTS,S/AS02A - molecula obtinutea prin fuziunea a
  doua proteine recombinante, injectata împreuna cu
  adjuvantul AS02A

• Utilizarea recombinazei Cre sau Tre, enzime
  capabile sa îndeparteze informatia genetica pe
  care HIV o transfera în celulele infectate
  tratamentul presupune utilizarea celuleor stem,
  care sunt extrase, tratate si apoi reinjectate în
  corp pentru a raspândi enzimele.

17
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Terapie genica
Inserarea de gene în celulele si tesuturile unui
individ pentru a trata diferite afectiuni

Poate fi aplicata atât celulelor somatice, cât si
celor sexuate
Vectori utilizati în terapia genica
1. Virusuri (retro-, adenovirusuri etc.) 2.
Vectori nevirali ADN-ul denudat (gol)
oligonucleotide complex ADN-lipozom 3. Vectori
hibrizi 4. Dendrimeri
Tratamentul se poate face în doua feluri Ex
vivo - celule din sângele sau maduva pacientului
sunt recoltate si cultivate în laborator, iar
apoi sunt infectate cu virusul care transporta
gena de interes celulele transformate sunt apoi
injectate intravenos pacientului. In vivo -
vectorul este utilizat pentru introducerea
informatiei genetice dorite direct în celule
aflate în corpul pacientului
18
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Nutraceutice
Extracte din alimente cu efecte medicinale asupra
sanatatii umane (efecte fiziologice benefice
demonstrate)

• Exemple
• resveratrolul din strugurii rosii (antioxidant)
• fibrele solubile
• sulforaphanul din broccoli (previne cancerul)
• isoflavonoide pentru îmbunatatirea sanatatii
  arteriale
• flavonoide
• antociani
• acid alfa-linolenic

http//blog.bioethics.net/nutraceuticals.jpg
19
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Medicina regenerativa

• Acest domeniu se refera la tratamente prin care
  se pot înlocui parti ale corpului adult.
• Trei strategii prezinta potential în acest
  domeniu
• utilizarea celulelor stem (injectare)
• inducerea regenerarii cu ajutorul unor substante
  specifice
• transplantarea organelor/tesuturilor obtinute in
  vitro

Celule stem

• Celulele stem reprezinta un tip aparte de celule,
  care se regasesc în orice organism multicelular,
  fiind caracterizate prin abilitatea de a se
  înmulti continuu (mitoza) si de a difernetia apoi
  într-o gama larga de celule specializate.
• La mamifere exista doua mari categori de celule
  stem
• embrionare, izolate din blastocisti
• adulte, izolate din tesuturi somatice

http//www.csa.com/discoveryguides/stemcell/images
/pluri.jpg

• Tratamente potentiale
• cancer
• leziuni ale sistemului nervos
• afectiuni cardiace
• hematopoieza
• calvitie
• afectini ale ochilior
• ortopedie etc.

20
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Rolul markerilor genetici
Testarea genetica

• Implica analizarea directa a moleculei de ADN în
  vederea depistarii mutatiilor.
• Doua metode
• Utilizarea sondelor care prezinta mutatii si
  hibridizarea lor cu ADN-ul de interes
• Compararea secventei ADN de interes cu secvente
  specifice indivizilor sanatosi
• Aplicatii
• Screeningul purtatorilor de alele recesive
• Confirmarea diagnosticului pentru indivizii
  simptomatici
• Determinarea sexului
• Testarea identitatii
• Screeningul nou-nascutilor
• Testarea presimptomatica pentru estimarea
  riscului dezvoltarii diferitelor afectiuni,
  inclusiv a neoplaziei maligne, la adulti
• Teste genetice existente
• Pentru depistarea

http//www.ohsu.edu/health/images/gs/es_0886.gif
Gena Tipul de cancer Disponibilitatea testului
BRCA1, BRCA2 Mamar, ovarian, pancreatic comercializat
MLH1, MSH2, MSH6, PMS1, PMS2 De colon, uterin, al intestinului subtire, gastric, al tractului urinar comercializat

• fibrozei chistice
• anemiei cu celule în secera
• bolii lui Huntington
• depistarea mutatiilor asociate cu cancerul

- mamar - ovarian - de colon
21
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Markeri moleculari
Proiectul genomului uman
The Human Genome Project (HGP http//www.ornl.gov/
sci/techresources/Human_Genome/home.shtml) a avut
ca scop identificarea secventei ADN-ului uman,
precum si identificarea si cartarea din punct de
vedere fizic si functional a celor aproximativ
20.000-25.000 de gene.

• Centrul National al Statelor Unite pentru
  Informatii Biotehnologice (NCBI-National Center
  for Biotechnology Information) si organozatiile
  surori sin Europa si Japonia gayduiesc secventa
  genomului uman în baza de date GenBank, împreuna
  cu secventele genelor cunoscute, cât si
  ipotetice, si a unor proteine.
• Organizatii precum ENSEMBL prezinta date
  aditionale si unelte pentru vizualizarea si
  cercetarea lor.
• Cel mai mare efort în identificarea diferentelor
  dintre indivizi include detectarea SNP-urilor si
  HapMap.
• Proiectul international HapMap reprezinta o
  organizatie al carui scop este crearea unei harti
  a haplotipului genomului uman, care va descrie
  tiparele comune ale variatei genetice umane.

Secventa ADN-ului uman este stocata în baze de
date disponibile gratuit pe Internet
- National Institute of Health (http//www.ncbi.nl
m.nih.gov/) - EMBL nucleotide database
(http//www.ebi.ac.uk/) - DNA Database of Japan
(http//www.ddbj.nig.ac.jp/) - UCSC Genome
Browser (http//genome.ucsc.edu/) - HGP in the
Web (http//cmbi.bjmu.edu.cn/cmbidata/hgp/Resource
/index.htm01)

22
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Obtinerea produselor farmaceutice
Produsele biofarmaceutice biopharmaceuticals
Cai de obtinere a produselor farmaceutice
utilizând biotehnologiile moderne

• Transformarea genetica aplicata la
• Bacterii (ex. E. coli)
• Drojdii
• Plante

biopharmaceuticals
pharming
Culturi de celule
Mouse Embryonic Fibroblast (3t3) Cell Culture
http//www.ecoliblog.com/E_coli_lge.jpg
http//www.olympusmicro.com/galleries/abramowitz/p
ages/3t3cells1small.html
23
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Clasificarea produselor farmaceutice obtinute cu
ajutorul biotehnologiilor

• Factori de coagulare sanguini (Factorul VIII si
  Factorul IX)
• Agenti trombolitici (activator tisular de
  plasminogen )
• Hormoni (insulina, glucagon, hormon de crestere,
  gonadotropine)
• Factori de crestere hematopoietici
  (eritropoietina, factori de stimulare ai
  coloniilor)
• Interferoni (Interferoni-a, -ß, -?)
• Produse bazate pe interleukina (Interleukina-2)
• Vaccinuri (antigen de suprafata al virusului
  hepatitei B )
• Anticorpi monoclonali (diversi)
• Alte produse (factor de necroza tumorala, enzime
  terapeutice)

Proteine recombinante umane Hormonul uman de
crestere (rhGH) - Humatrope (compania Lilly),
Serostim (Serono) au înlocuit hGH obtinut de la
cadavre Insulina umana (rhI) Humulin (Lilly),
Novolin (Novo Nordisk) - au înlocuit insulina
pentru terapia umana obtinuta de la bovine si
porcine Factorul VIII de coagulare Kogenate
(Bayer) - l-a înlocuit pe cel izolat din
sânge Eritropietina Epogen (Amgen) Factorul
uman recombinant de stimulare a coloniilor de
granulocite (G-CSF) filgrastim, comercializat
sub denumirea Neupogen (Amgen), pegfilgrastim
comercializat sub denumirea Neulasta Alfa-galactoz
idaza A Fabrazime (Genzime) Interferon (IF) -
Interferon-beta-1a comercializat sub denumirea
Avonex (Biogen Idec), Rebif (Serono), Interferon
beta-1b comercializat sub denumirea Betaseron
(Schering) Factor de crestere asemanator
insulinei 1 (IGF-1)
http//www.biotech.mobi/
24
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Utilizari ale proteinelor recombinante umane
Eritropoietina Interferon-a Interferon- ß
Anticorpi monoclonali Factori de stimulare ai
coloniilor Glucocerebrozidaza
tratamentul
Anemiei Leucemiei Sclerozei multiple Artritei
reumatoide Neutropeniei Bolii lui Gaucher
http//guavatechnologies.com/Library/images/LSR-PH
-CellCulture.jpg
Vector Backbone pAcGP67B
25
Markerii moleculari si biotehnologia medicala
Farmacogenomica

• Farmacogenomica studiul modului în care
  genotipul influenteaza reactia la tratament.
• face legatura între farmacologie si genetica
• în viitor se preconizeaza crearea de medicamente
  personalizate, specifice genotipului

http//www.freewebs.com/pharmacogenomics/HopeForTh
eFuture.jpg
http//porpax.bio.miami.edu/cmallery/150/gene/pha
rmacogenomics.gif
Aplicatii Crearea medicamentelor de comanda
(tailor-made), bazate pe informatia genetica
obtinuta de genomica functionala. Aceste
medicamente vor avea un efect terapeutic superior
si efecte negative scazute asupra celulelor
sanatoase adiacente. Metode mai exacte de dozare
a medicamentelor bazate pe genotipul pacientului,
marind astfel valoarea terapiei, concomitent cu
scaderea posibilitatii unei supradozari.
Îmbunatatirea crearii medicamentelor si a
procesului aprobarii lor. În urma asocierii a
numeroase gene cu diferite afectiuni, acestea pot
reprezenta tinta pentru noile terapii, scurtând
astfel procesul crearii medicamentelor.
Vaccinuri îmbunatatite pot fi produse prin
intermediul ingineriei genetice, eliminând riscul
infectarii cu patogenul, de asemenea vor fi mai
ieftin de produs, mai stabile si vor putea
contine mai multe tulpini concomitent.
26
Markerii moleculari si biotehnologia
medicala Platforma de biotehnologii bazate pe
cunoastere

Platforma de biotehnologii Proiect MEC
CNCSIS cod 29/2006-2009 Proiect de investitii de
5 milioane lei Director prof. Doru C. Pamfil 53
persoane
27
Institutul pentru Stiintele vietii 4.500 mp din
care 2.500 mp Platforma
Centrul de Biotehnologii actual
1.025 mp
28
UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SIMEDICINA
VETERINARACLUJ-NAPOCA, ROMANIA
Va multumesc !
Pamfil Doru GSM 0744779416
Platforma de biotehnologii bazata pe
cunoastere http//www.usamvcluj.ro/htlm/cercetare/
platforma