Biologia szkoła ponadgimnazjalna/Terapia genowa

Terapia genowa

Zagadnienie z podstawy programowej

„uczeń: wyjaśnia istotę terapii genowej.”

Czy można wyleczyć choroby genetyczne?

Dodatkowy gen może być wprowadzony do komórek organizmu za pomocą rekombinowanych wirusów.

Wiele chorób związanych jest z wadami powstałymi w materiale genetycznym w wyniku mutacji. Dostępne metody terapii pozwalają na złagodzenie objawów nielicznych chorób genetycznych. Poradnictwo genetyczne w części przypadkach prowadzi do rezygnacji z posiadania potomstwa przez osoby będące nosicielami wadliwego genu. Od lat 80. XX wieku rozwijana jest metoda, która ma na celu pomóc osobom z wadami genetycznymi oraz pomóc w leczeniu chorób, które są efektem uszkodzenia materiału genetycznego, głównie nowotworów. Rozwijana technika została nazwana terapią genowa. Jej założenia są proste, do komórek chorego należy dostarczyć DNA z właściwym genem lub kwas nukleinowy blokujący błędną informację genetyczną. Realizacja prostych założeń jest wyjątkowo trudna, gdy uświadomi się sobie, że ciało dorosłego człowieka składa się z około 50 bilionów komórek Naprawienie lub zablokowanie wadliwego genu w każdej z nich jest wyjątkowo trudnym zadaniem. W większości chorób wystarczyłoby prawdopodobnie wprowadzić dodatkowy materiał genetyczny tylko do części komórek. Z nadzieją za uzyskanie zadowalających efektów terapia genowa jest rozwijana przez wiele instytucji naukowych

Metody wprowadzania dodatkowych genów

Rozwój inżynierii genetycznej doprowadził opracowania wielu metod wprowadzania genów do komórek. Odpowiednio spreparowany materią genetyczny może zostać wprowadzony do komórek docelowych ex vivo (łac. poza organizmem) lub in vivo (łac. w organizmie). W procedurze ex vivo z organizmu chorego pobiera się komórki i w laboratorium przeprowadza się ich modyfikację. Transfekcja pojedynczych komórek możliwa jest dzięki zastosowaniu wektorów wirusowych lub wprowadzeniu cząsteczki DNA. Bezpośrednie wprowadzenie DNA jest możliwe jeśli błona komórkowa zostanie osłabiona działaniem związków chemicznych lub pola elektrycznego. Testowanym sposobem jest również wprowadzanie DNA umieszczonego w liposomach, pęcherzykach zbudowanych z lipidów podobnych do tych, które budują błonę komórkową. Wewnątrz liposomów można umieścić DNA, który łatwo wniknie do wnętrza komórki. Komórki, które otrzymają nowy gen, należy oczyścić i wprowadzić do organizmu chorego. Metoda transfekcji ex vivo ma sens jeśli modyfikacji ulegają komórki ze zdolnością do podziału. Po wprowadzeniu do organizmu mogą mnożyć się i stać się wystarczająco liczne, aby spowodować efekt terapeutyczny. Poza organizmem modyfikuje się na przykład komórki macierzyste, komórki szpiku kostnego oraz leukocyty.

Jeśli dodatkowy gen ma być wprowadzony do licznych komórek wewnątrz organizmu, najbardziej skuteczną metodą jest zastosowanie rekombinowanych wirusów. Do istniejących w przyrodzie wirusów dodawany jest dodatkowy materiał genetyczny i jednocześnie usuwany lub uszkadzany materiał odpowiedzialny za wywoływanie choroby. Tak przygotowany wirus wprowadza dodatkową informację genetyczną do komórek chorego. Transfekcja odbywa się in vivo. Wirusy mogą być rozpoznawane przez system odpornościowy organizmu i zwalczane, aby temu zapobiec zamieniane są niektóre z białek wirusa. Pozostają jednak wątpliwości, czy w wyniku mutacji wirusy nie nabiorą powtórnie właściwości chorobotwórczych lub nie doprowadzą do nieprzewidywalnych zmian aktywności genów komórkowych, na przykład aktywacji onkogenów i powstania nowotworów. Zwykle konieczne jest dostarczenie nowego genu jedynie do określonego typu komórek. Trwają prace nad metodami dostarczenia genów i poprawą specyficzności wektorów tak, aby zmianom ulegały tylko komórki docelowe. W części doświadczeń, pomimo dostarczenia genu do komórki, dodatkowy materiał genetyczny jest tracony podczas podziałów. Wiele elementów procedury transfekcji wymaga jeszcze dopracowania.

Zastosowanie terapii genowej

Procedury wprowadzania genów do komórek są wciąż doskonalone, pomimo to w niektórych próbach leczenia uzyskano pozytywne rezultaty. U pacjentów chorych na SCID (ciężki złożony niedobór odporności) do pobranych limfocytów wprowadzono nieuszkodzoną kopię genu. Limfocyty wprowadzone powtórnie do organizmu przywracały właściwą odporność chorym. Jednak część pacjentów poddanych eksperymentalnej terapii zachorowała na białaczkę, co prawdopodobnie było efektem działania wirusa przenoszącego geny.

Udało się wyleczyć, przez zastosowanie terapii genowej, chorych na czerniaka złośliwego (złośliwy nowotwór skóry). Do limfocytów wprowadzono gen, który umożliwiał rozpoznanie komórek nowotworowych i ich zwalczanie, jednak w pełni wyleczonych zostało tylko 2 z 17 pacjentów poddanych terapii.

Pierwsze sukcesy w zastosowaniu terapii genowej zachęcają do dalszych badań. Możliwości zastosowani terapii opierają się na kilku strategiach:

1. Wprowadzeniu właściwego genu, na podstawie którego organizm wytworzy niezbędne do jego działania białko. W ten sposób możliwe będzie wyleczenie osób chorych na choroby takie jak mukowiscydoza, anemia sierpowata, hemofilia.
2. Naprawieniu uszkodzonego genu i przywróceniu jego normalnego działania. Strategia umożliwiłaby między innymi pomoc osobom z chorobą Huntingtona.
3. Zablokowaniu wadliwego genu. Wprowadzanie materiału genetycznego, który poprzez połączenia się z wadliwym genem doprowadziłby do jego wyłączenia daje szanse między innymi wielu osobom z chorobami nowotworowymi.
4. Doprowadzeniu do eliminacji niewłaściwie działających komórek. Można do tego doprowadzić przez wprowadzenie genów, które spowodują śmierć niewłaściwych komórek lub dodanie informacji pozwalającej zidentyfikować wadliwe komórki do limfocytów odpowiedzialnych za obronę organizmu.
5. Wykształceniu nowych cech. Strategia zakłada dostarczenie genów, które spowodują powstanie cechy, która umożliwi zahamowanie choroby. Zahamowanie choroby może nastąpić na przykład poprzez stymulację wytwarzania naczyń krwionośnych u osób z chorobą niedokrwienną.

Wprowadzenie terapii genowej

Naukowcy pracujący nad rozwojem terapii genowej natrafili na liczne problemy. Udało się doprowadzić metodę do fazy testów klinicznych na pacjentach. Przykładowe zastosowanie terapii u chorych nie przyniosło pełnego sukcesu. Jednak częściowy sukces pozwala przypuszczać, że technika terapii genowej będzie skutecznym sposobem leczenie chorób w przyszłości. W 2012 roku Europejska Agencja Leków zarekomendowała do rejestracji terapię genową dla chorych na niedobór lipazy lipoproteinowej, rzadkiej choroby genetycznej na która w Unii Europejskiej choruje kilkaset osób.

Pamiętaj

1. Terapia genowa polega na zmianie informacji genetycznej w komórkach chorego.
2. Wprowadzanie dodatkowych genów jest możliwe do komórek pobranych z organizmu lub wewnątrz organizmu.
3. Najczęściej do dostarczenia nowego genu stosuje się rekombinowane wirusy.
4. Doświadczalne zastosowanie terapii genowej u chorych przyniosło pozytywne efekty.
5. Prace nad rozwinięciem nowej techniki leczenia nadal trwają

Zadania

1. Dopasuj dwa opisane przypadki zastosowania terapii genowej u chorych do podanych w sekcji „Zastosowanie terapii genowej” strategii.
2. Znajdź w mediach lub Internecie informacje o innych niż opisane w podręczniku doświadczeniach z zastosowaniem terapii genowej.
3. Wszystkie opisane w podręczniku metody i przykłady dotyczą terapii genowej somatycznej. Potencjalnie istnieje możliwość stosowania terapii genowej terminalnej. Poszukaj informacji na czym ona polega i dlaczego nie jest rozwijana.