Transcript Document

‫יישומי הנדסה גנטית‬
‫• ברפואה‬
‫• בחקלאות‬
‫• באיכות הסביבה‬
‫יישומי הנדסה גנטית ברפואה‬
‫• ריפוי גני‬
‫• חיסון גנטי‬
‫• ייצור תרופות‬
‫יישומי הנדסה גנטית ברפואה‬
‫רב הטיפולים כיום במחלות תורשתיות מתמקדים בהקלת התסמינים‪ ,‬ולא בפיתרון הבעיה‪.‬‬
‫האם ניתן לנצל את הידע המצטבר בהנדסה גנטית לרפא מחלות תורשתיות? "לתקן" את הגן‬
‫הפגום?‬
‫ריפוי גני !!!‬
‫• חוקרים הצליחו ליצר עכברים מהונדסים בעלי הגן‬
‫האנושי להורמון גדילה‪.‬‬
‫• בניסוי אחר הזריקו לביציות מופרות של עכברים‬
‫ננסיים את הגן האנושי להורמון הגדילה‬
‫• הגן התבטא בעכברים ובצאצאים ותיקן את הפנוטיפ‬
‫ריפוי גני ‪ -‬בתאים עובריים או סומטיים?‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מתאפשר בזכות היכולת ליצור בע"ח טרנסגניים ולבצע הפריה חוץ גופית‬
‫הריפוי יכול להתבצע בתאי המין או בעובר בשלבים מוקדמים‬
‫הגן משוכפל עם הגנום‪ ,‬ויגיע לכל תאי הגוף ואף לצאצאים‬
‫עקב בעיות אתיות רבות לא מבצעים ריפוי גני בתאים עובריים‬
‫נערכים ניסויים בריפוי גני בתאים סומטיים ‪ -‬לא עובר בתורשה‬
‫ריפוי גני בתאים סומטיים מוגבל לכמה מחלות תורשתיות‪:‬‬
‫• אפשרות גישה לרקמה הפגועה‬
‫• במקרים בהם הגן כבר בודד ושובט‬
‫• מחלות רצסיביות (החדרת הגן ולא החלפת הגן הפגום)‬
‫לדוגמא‪ :‬מחלת הפנילקטנוריה (לקיחת רקמה מהחולה והחדרת גן תקין)‬
‫החדרת גנים באמצעות נגיפים‬
‫• הגן צריך להשתלב ב‪DNA-‬‬
‫• יש צורך בגורם שיחדיר את הגן לתא‬
‫• קיימים נשאים ביולוגיים כגון הנגיפים‪ ,‬שגורמים‬
‫לתאים לבטא את הגנים שלהם‬
‫• מסלקים מהנגיף את הגנים האחראיים‬
‫לאלימותו ומחדירים לו את הגן הרצוי‬
‫החדרת גנים באמצעות נשאים שאינם נגיפים ‪ -‬ליפוזומים‬
‫• הגנים לא חודרים לגנום‬
‫• יעילות נמוכה‬
‫• בטוחים‪ ,‬אמצעי החדרה מקובל‬
‫הצלחה ראשונה‪ -‬ילדי הבועה‬
‫‪ -SCID‬כשל חיסוני משולב חמור (מוטציה באנזים ‪ ,ADA- adenosine deaminase‬החשוב ליצירת‬
‫תאי ‪ T‬המגנים מזיהומים)‬
‫גישות טיפול מקובלות‪ :‬עירויים‪ ,‬השתלת מוח עצם‪ ,‬הזרקת האנזים‬
‫הצלחה ראשונה‪ -‬ילדי הבועה‬
‫‪ -SCID‬כשל חיסוני משולב חמור (מוטציה באנזים ‪ ,ADA- adenosine deaminase‬החשוב ליצירת‬
‫תאי ‪ T‬המגנים מזיהומים)‬
‫גישות טיפול מקובלות‪ :‬עירויים‪ ,‬השתלת מוח עצם‪ ,‬הזרקת האנזים‬
‫ריפוי גני לתאומות ‪:1990‬‬
‫דגימת תאי ‪ T‬מהחולות‪ ,‬החדרת הגן התקין ע"י וירוסים והחזרת התאים בעירוי‬
‫מכיוון שתאי ‪ T‬חיים כמה חודשים ‪ -‬צריך לחזור על הטיפול‬
‫‪:1995‬‬
‫דגימת מח עצם מחולים‬
‫התמיינות לתאי ‪T‬‬
‫הזרקת הגן התקין‬
‫החזרת התאים והתרבותם‬
‫טיפול במחלות נוספות‬
‫מחלת הסרטן‪:‬‬
‫• ריפוי מחלת הסרטן בעזרת גנים מתאבדים‬
‫• גנים לחיזוק מערכת החיסון ‪ -‬החדרת גנים לחולי סרטן המאפיינים אנטיגן בתאים‬
‫• גנים המעכבים יצירת כלי דם‬
‫טיפול גני במחלות לב וכלי דם ‪ -‬יצירת כלי דם חדשים לאספקת דם ללב‬
‫טיפול במחלות נוספות‬
‫מחלת הסרטן‪:‬‬
‫•גנים המעכבים יצירת כלי דם‬
‫טיפול גני במחלות לב וכלי דם‬
‫‪ -‬יצירת כלי דם חדשים לאספקת דם ללב‬
‫מחלות תורשתיות המתאימות לטיפול ע"י ריפוי הגני‬
‫התנאים להצלחת השיטה של הריפוי הגני ‪:‬‬
‫‪ .1‬המחלה התורשתית נובעת מפגם בגן יחיד בודד בלבד‪.‬‬
‫‪ .2‬הפגם הוא היעדר מוחלט או ייצור מועט של החלבון ( מחלות חסר )‬
‫‪ .3‬אם הפגם הוא ייצור‪-‬יתר ( מחלות עודף ) או ייצור חלבון הרסני אין‬
‫משתמשים בשיטה זו‪.‬‬
‫‪ .4‬יש נשא מתאים להחדרת הגן לסוג התאים הספציפי המעורב במחלה‪.‬‬
‫דוגמאות למחלות תורשתיות המתאימות לריפוי גני‬
‫סיסטיק פיברוזיס‬
‫הפגם ‪ :‬חסר חלבון‬
‫האחראי למעבר יוני‬
‫הכלוריד דרך קרום תאי‬
‫האפיתל של הריאות‪.‬‬
‫התוצאה‪ :‬הצטברות ריר‬
‫בסמפונות ובריאות‬
‫המחלה‪ :‬דלקות ריאות‬
‫חוזרות וקשיי נשימה‪.‬‬
‫המופיליה‬
‫הפגם ‪ :‬חסר חלבון‬
‫(חלבונים) האחראי‬
‫לקרישת הדם‪.‬‬
‫התוצאה‪ :‬דימום לאחר‬
‫פציעה ללא אפשרות‬
‫קרישה ‪.‬‬
‫המחלה‪ :‬איבוד דם‬
‫בפציעות רב‪.‬‬
‫תלסמיה‬
‫הפגם ‪ :‬חסר חלבון‬
‫האחראי לבניית‬
‫ההמוגלובין שבדם‪.‬‬
‫התוצאה‪ :‬בעיות‬
‫בהובלת חמצן‬
‫לרקמות הגוף ‪.‬‬
‫המחלה‪ :‬אנמיה‬
‫חמורה ( חוסר דם )‬
‫היפר כולסטרמיה‬
‫הפגם ‪ :‬חסר חלבון‬
‫המשמש קולטן‬
‫לליפופרוטאין מסוים‬
‫התוצאה‪ :‬הצטברות‬
‫כולסטרול ושומנים‬
‫בדם‪.‬‬
‫המחלה‪ :‬סתימת כלי‬
‫דם בגיל צעיר‪.‬‬
‫‪78‬‬
‫העשרה‬
‫דוגמה לשימוש בריפוי גני של סיסטיק פיברוזיס ( ‪) CF‬‬
‫סיסטיק פיברוזיס ‪:‬‬
‫• זו מחלה תורשתית של גן אחד‬
‫• יש פגם גנטי בתפקוד תאי אפיתל של הריאות‬
‫• הפגם ‪ :‬מחסור בייצור חלבון ‪ -‬נשא בקרום האחראי על הכנסת יוני הכלוריד לתאים‬
‫• הנזק ‪ :‬הצטברות ריר סמיך בסמפונות ובריאות הגורם לדלקת ולחוסר נשימה‬
‫• סכנת מוות‬
‫• תדירות המחלה ‪1:2500 :‬‬
‫ניסויים בריפוי גני של ‪ CF‬בעזרת נגיף ( השתמשו בנגיף אדנו )‬
‫‪http://www.hosppract.com/genetics/9910mmc.htm‬‬
‫‪79‬‬
‫קשיים‬
‫• נגיפים רבים אינם מחדירים את הגנים לגנום‬
‫• מערכת החיסון נלחמת כנגד הוירוסים‬
‫• תנאי חדירה של הנגיף‪ .‬לדוגמא תאי יעד וחלוקה (קיימים תאים שאינם מתחלקים)‬
‫• הגנים מפסיקים להיות פעילים עם הזמן‬
‫חולה במחלת כבד בן ‪ - 18‬לא פירק אמוניה מת באופן פתאומי מטיפול גני‬
‫נגד טיפול גני‪:‬‬
‫• התערבות במעשה הבריאה‬
‫• מורכבות מערכות ביולוגיות והקושי לנבא אותן‬
‫• קיימים גנים נגיפיים בגנום האדם‬
‫חיסונים גנטיים‬
‫יצירת האנטיגן והצגתו התאי מערכת החיסון בפרט המחוסן‬
‫חיסון גנטי כנגד צהבת סוג ‪B‬‬
‫קיימים בנוסף לנגיפים חלקיקים בעלי חלבוני מעטפת‬
‫שיבטו את הגן לחלבוני המעטפת בחיידקים והפיקו את החלבון ששימש לחיסון‬
‫ייצור תרופות בבע"ח מהונדסים‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מחלות רבות נגרמות מחסר בחלבון מסוים‬
‫בשלב הראשון השתמשו בייצור בחיידקים (אינסולין)‬
‫הנדסה גנטית בתרבית רקמה ‪ -‬מסובך‪ ,‬יקר ולא יעיל‬
‫ייצור חלבונים בחלב ‪ /‬שתן בע"ח (איסוף והפרדה)‬
‫ייצור תרופות בחלב‬
‫• יתרונות‪:‬‬
‫סטרילי‪ ,‬כמויות גדולות‪ ,‬סביבה חומצית ומליחות שומרים על המוצר‪.‬‬
‫• ידועים הפרומוטורים של חלבוני החלב‬
‫ייצור חלבונים תרופתיים בשתן‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫נוזל שקל לקבלו משני המינים‬
‫ייצור במשך כל שנות חיי בע"ח‬
‫משתמשים באסטרוגנים משתן סוסים לטיפול הורמונלי בנשים‬
‫יש צורך שהחלבון יתבטא בתאי אפיתל השלפוחית‪ ,‬וזאת ע"י‬
‫הצמדת הגן לרצף פרומוטור מתאים‬
‫בע"ח מהונדסים לשיפור הייצור‬
‫שיפור קצה הגדילה‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מושפע ע"י מכלול גורמים‬
‫הורמון הגדילה הינו הגורם העיקרי‬
‫החדירו לבע"ח שונים; קרפיוני ענק; עכברי ענק‬
‫תוצאות מאכזבות בחיות משק >> בעיות בריאותיות רבות ללא שינוי גדילה‬
‫הביטוי היה לא מבוקר‬
‫צורך בבקרה ע"י פרומוטורים מתאימים‬
‫הגברת הפוריות‬
‫•‬
‫•‬
‫מיני כבשים הממליטות שלישיות לעומת זנים של המלטה בודדת בשנה‬
‫‪ -‬הגן זוהה‬
‫בע"ח מהונדסים לשיפור הייצור‬
‫ייצור צמר‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫גורם מגביל ‪ -‬רמת ח‪.‬אמינית ציסטאין בדם‬
‫מתפרקת ע"י חיידקים במערכת העיכול של הכבשה‬
‫חיידקים המייצרים ציסטאין מח‪.‬אמינו אחרות‬
‫הרעיון הוא לייצר כבשים המבטאות את האנזימים בתאי אפיתל המעי‬
‫שינוי הרכב החלב‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מזון מושלם‪ :‬חלבונים‪ ,‬פחמימות‪ ,‬שומנים‪ ,‬סידן‪ ,‬ח‪.‬אמינו‪ ,‬ויטמינים ומינראלים‬
‫ייצור חלב המכיל אנזים בשם לקטאז‬
‫יפרק לקטוז (אלרגני) לגלוקוז‪+‬גלקטוז‬
‫עמידות לתנאי סביבה קשים‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מוות דגי סלומון מקור‬
‫דגים אחרים בעלי עמידות אנזימתית (טמפרטורת קפיאה נמוכה)‬
‫בודדו את הגן ויצרו דגים מהונדסים עמידים לקור‬
‫הגברת תנובת החלב‬
‫•‬
‫בע"ח מהונדסים גנטית מאשר רמות הורמונים גבוהות‬
‫צמחים מהונדסים בשירות הרפואה‬
‫• בתי חרושת לחומרים רפואיים‬
‫• אמצעי פשוט וזול (אור‪ ,‬מים ומינרליים)‬
‫• לרב החומר ‪ /‬החלבון יופרש מתאי הצמח‬
‫• ניתן לגרום להגעת החומר לשורשים והפרשתו ישירות למצע גידול נוזלי (או בתרבית רקמה)‬
‫• הגברת ייצור חומרים טבעיים רפואיים (כגון נוגדי חמצון בברוקולי)‬
‫• סכרת‪ :‬תפוחי אדמה המכילים אינסולין‬
‫• ייצור תרכיבי חיסון‪ :‬מחדירים גן חיידקי לצמח שייצר את החלבון‪,‬‬
‫באכילתו האדם ייצר נוגדנים (בננות)‬
‫יישומי הנדסה גנטית באיכות הסביבה‬
‫טיהור קרקע ומים‬
‫זיהומים שמקורם בתעשייה ובחקלאות; הקטנת כמות מים ראויה לשתייה; הקטנת שטחי חקלאות‬
‫• צמחים מפרקים‪:‬‬
‫‪ .1‬כספית ‪-‬‬
‫קטלנית בריכוזים קטנים‬
‫חיידקים עמידים לכספית ‪ -‬אנזים מחזר‬
‫צמחי צפצפה טרנסגניים עמידים ואולי מטהרים ע"י נידוף מהעלים‬
‫‪ .2‬אטרזין‪-‬‬
‫מדביר עשבים נפוץ‬
‫חיידקים עמידים בעלי חומר מנטרל‬
‫ייצרו צמחי טבק עמידים‪ .‬יש צורך בצמחים עמידים בעלי מערכת שורשים עמוקה‬
‫• חיידקים מפרקים‬
‫‪ .1‬פירוק חומרים אורגניים (פנול‪ ,‬כלורופורם‪ ,‬פורמאלדהיד) ‪ -‬צורך בחיידקים העמידים‬
‫לרדיואקטיביות‪ ,‬מתכות כבדות‪,‬‬
‫‪ .2‬מנגנון להשמדה עצמית בחיידקים‬
‫מוצרים ידידותיים לסביבה‬
‫•‬
‫ייצור תאית ע"י חיידקים‬
‫‪ ‬סכנת חיסול יערות‬
‫‪ ‬מחזור מוצרי עץ ונייר ומציאת חומרי גלם חלופיים‬
‫‪ ‬חיידקי אצטובקטר מייצרים תאית באופן טבעי‬
‫‪ ‬הנדסה גנטית הכפילה את הייצור‬
‫‪ ‬שימוש למוצרים שונים (בתעשיות נייר‪ ,‬מזון‪ ,‬אריזות)‬
‫•‬
‫ייצור פלסטיק מתכלה ע"י צמחים‬
‫‪ ‬הפלסטיק אינו מתכלה וגורם לזיהום הסביבה‬
‫‪ ‬פלסטיק מיוצר מנפט ‪ -‬יקר ומוגבל‬
‫‪ ‬ניתן לייצר בצמחים פלסטיק מתכלה (חומרים דמויי פלסטיק מחיידקים)‬
‫‪ ‬מתקבלת כמות קטנה ולא מסחרית‬
‫תחליפים ביולוגיים לחומרים כימיים בחקלאות‬
‫‪.1‬‬
‫הדברה ביולוגית‪:‬‬
‫הדברת עשים‪:‬‬
‫קיים נגיף התוקף עשים בלבד‬
‫פועל באיטיות רבה‬
‫ייצרו נגיפים טרנסגניים לאנזים המפרק את הורמון הנעורים של זחל העש‬
‫הזחלים הפסיקו לגדול ומתו תוך זמן קצר‬
‫הדברת ארנבות באוסטרליה‪:‬‬
‫נזקים כבדים לחקלאות ולצמחי הבר‬
‫תחרות עם חיות הכיס‬
‫‪ - 1950‬נגיף המיקסומה הממית ארנבות >> הארנבות התחסנו‬
‫‪ - 1996‬פיתוח נגיף מהונדס הפוגע בפוריות >> ‪ 95%‬צמצום‬
‫אוכלוסיית הקנגורו גדלה פי ‪ ,6‬וגדלו צמחי בר רבים‬
‫תחליפים ביולוגיים לחומרים כימיים בחקלאות‬
‫‪ .2‬קשירת חנקן‬
‫דישון מוגזם פוגע באדמה (העודף אינו נספג ע"י הצמחים)‬
‫הגעה ע"י גשמים למי תהום >> זיהום‬
‫העשרת הקרקע בחיידקים קושרי חנקן (חנקן מהאוויר>> אמוניה שמשומשת ע"י הצמח)‬
‫סימביוזת חיידקי ריבוזיום עם צמחי קטניות (יצירת פקעיות בהן הם קושרים את החנקן)‬
‫אין ייצור חנקות בעודף‬
‫חסרונות‬
‫קצב נמוך‬
‫מתאים רק לצמחי קיטניות‬
‫תחליפים ביולוגיים לחומרים כימיים בחקלאות‬
‫‪ .3‬שינויים הורמונאליים‬
‫קיימים חומרים כימיים המשנים רמה הורמונאלית על מנת לשפר את היבול‬
‫חלק מהחומרים רעילים ועלולים לזהם את הסביבה‬
‫ניתן להשיג שינויים הורמונאליים ע"י הנדסה גנטית‬
‫דוגמאות‪:‬‬
‫‪ ‬מניעת הזדקנות ע"י מניעת פעילות האתילן (אנטיסנס לאחד הגנים ביצירת האתילן)‬
‫‪ ‬מוטציה בחיטה הגורמת לגבעול קצר ועבה העלתה משמעותית את התנובה (מניעת‬
‫שבירה מהרוח)‬
‫העשרה‬
‫בע"ח פלואורסצנטים‬
‫שימושים בגן מדווח ‪GEP‬‬
‫עכברי טרנסגניים‬
‫המתפתחים לעכברים ירוקים‬
‫הגן המוחדר בשלב הביצית המופרית‬
‫יתבטא בכל התאים של כל הרקמות‬
‫‪60‬‬
‫שיבוט‬