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