Markerii moleculari şi Biotehnologia medicală

Markerii moleculari şiMarkerii moleculari şiBiotehnologia Biotehnologia

medicalămedicală

Doru PAMFILDoru PAMFIL

UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA VETERINARA, CLUJ-NAPOCA, ROMANIAVETERINARA, CLUJ-NAPOCA, ROMANIA

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicală

• Definirea unor termeniDefinirea unor termeni

• Culorile biotehnologieiCulorile biotehnologiei

• Aplicaţii ale biotehnologiei medicaleAplicaţii ale biotehnologiei medicale

• Rolul markerilor moleculariRolul markerilor moleculari

• Platforma de Biotehnologie Platforma de Biotehnologie

• Proiecte de colaborare Proiecte de colaborare

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăDefinirea unor termeniDefinirea unor termeni

BiotehnologiaBiotehnologia::

““Orice tehologie care utilizeazOrice tehologie care utilizeazaa sistemele biologice, sistemele biologice,

incluzând organisme vii ori derivate ale acestora,incluzând organisme vii ori derivate ale acestora,

în scopul producerii sau modificîn scopul producerii sau modificaarii produselor rii produselor

sau proceselorsau proceselor” ” Dictionarul de biotehnologieDictionarul de biotehnologie 2007 2007

Manipularea organismelor vii pentru a produce Manipularea organismelor vii pentru a produce

substanţe sau procese utilesubstanţe sau procese utile


IstoricIstoric

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 > 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)


Marker molecularMarker molecular::

““Fragmente specifice de ADN care pot fi identificate in cadrul Fragmente specifice de ADN care pot fi identificate in cadrul

genomului genomului şişi care care sunt utilizate pentru a marca poziţia unei sunt utilizate pentru a marca poziţia unei

gene sau transmiterea unui caractergene sau transmiterea unui caracter””

Dictionarul de biotehnologie 2007Dictionarul de biotehnologie 2007

““AA characteristic that is objectively measured and evaluated as characteristic that is objectively measured and evaluated as an indicator of normal biologic processes, pathogenic an indicator of normal biologic processes, pathogenic processes, or pharmacologic responses to a therapeutic processes, or pharmacologic responses to a therapeutic interventionintervention”” MED Jurnal 2008 MED Jurnal 2008


Clasificarea mClasificarea markeriarkerilorlor moleculari moleculari

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăCulorile biotehnologieiCulorile biotehnologiei

Conferinţa EU Conferinţa EU 26-27 Iunie 2007, Brussels 26-27 Iunie 2007, Brussels ““Despre viitorul cercetarilor europene in stiintele vietii”Despre viitorul cercetarilor europene in stiintele vietii”

""Towards Future Challenges of Life Sciences Research in Europe"Towards Future Challenges of Life Sciences Research in Europe"

Bio-economia europeana bazată pe cunoaştereBio-economia europeana bazată pe cunoaştere European Knowledge-Based Bio-EconomyEuropean Knowledge-Based Bio-Economy

“ “Noile tehnologii ... Noile tehnologii ... biotehnologiabiotehnologia ... vor deveni tot ... vor deveni tot mai importante ... şi vor da mai importante ... şi vor da o nouă culoare o nouă culoare percepţiei tradiţionale asupra ştiinţelor vieţii”percepţiei tradiţionale asupra ştiinţelor vieţii”

““New technologies (ICT, nanotechnologies, biotechnology, remote sensing, etc.) will become increasingly important … giving new colour to the traditional understanding of the life sciences”


the colors biotechnology in literaturethe colors biotechnology in literature

1997 – 1997 – Green Green Biotechnology Biotechnology > > Clean Biotec versus GMOClean Biotec versus GMO

2002 – 2002 – RedRed Biotechnology > Biotechnology > US EPSO Medical reportUS EPSO Medical report

2003 – 2003 – WhiteWhite Biotechnology Biotechnology > > EU Science and technologyEU Science and technology

2003 –2003 – BlueBlue Biotechnology > Biotechnology > Europa Bio ConventionEuropa Bio Convention

2004 – The 2004 – The FlagsFlags of Biotechnology > of Biotechnology > US-EU Bio meetingUS-EU Bio meeting

2004 – The 2004 – The RainbowRainbow of Biotechnology > of Biotechnology > Al Gore US Senate speechAl Gore US Senate speech

2005 - 2005 - SynergySynergy of Green, Red & White Biotech of Green, Red & White Biotech > EU Report > EU Report

2005 – 2005 – The color of BiotechnologyThe color of Biotechnology > >12th Congress of Biotechnology12th Congress of Biotechnology

Al Al 1212-- lea Congres European de Biotehnologie lea Congres European de Biotehnologie 2005 2005

• Biotehnologia VerdeBiotehnologia Verde – Plante si alimente – Plante si alimente

• Biotehnologia RosieBiotehnologia Rosie – Farmaceutica – Farmaceutica

• Biotehnologia AlBiotehnologia Albăbă – Mediu – Mediu

• Biotehnologia Biotehnologia GriGri – Industriala – Industriala

Ministrul economiei din Germania – Ministrul economiei din Germania – ClasamentClasament firme:firme:

Firme de biotehologie 258 > 43.000 angajatiFirme de biotehologie 258 > 43.000 angajati

63% rosu + 27% verde + 10% alba (+63% rosu + 27% verde + 10% alba (+ albastra)albastra)



Color Type Area of Biotech Activities

Red Health, Medical, Diagnostics

Yellow Food Biotechnology, Nutrition Science

Blue Aquaculture, Coastal and Marine Biotech

GreenAgricultural, 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 3.02.2006Electronic Journal of Biotechnology 3.02.2006


Culorile activităţilor BiotechCulorile activităţilor Biotech

1.1. Rosu - Medicina, sanatate si diagnosticRosu - Medicina, sanatate si diagnostic

2.2. Verde Verde - Agricultura, biotehnologia mediului etc.- Agricultura, biotehnologia mediului etc.

2.2. Galben Galben – Biotehnologii alimentare si Stiintele nutritiei– Biotehnologii alimentare si Stiintele nutritiei

3.3. AlbastruAlbastru – Acuacultura si biotehnologia marina – Acuacultura si biotehnologia marina

4.4. Maro Maro - Biotehnologia zonelor aride si desertice - Biotehnologia zonelor aride si desertice

5.5. AlbAlb - Biotehnologii industriale - Biotehnologii industriale

6.6. GriGri - Biotehnologii fermentative si bioprocesare- Biotehnologii fermentative si bioprocesare

7.7. AuriuAuriu - Nanotehnologii si bioinformatica - Nanotehnologii si bioinformatica

8.8. Mov Mov - Patente, publicatii, inventii - Patente, publicatii, inventii

9.9. NegruNegru - Bioterorism, biocrime, razboi biologic - Bioterorism, biocrime, razboi biologic

UNESCO Division of Life SciencesUNESCO Division of Life Sciences, Paris, France , Paris, France Electronic Journal of Biotechnology Electronic Journal of Biotechnology 3.02.20063.02.2006

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăAplicatii ale biotehnologiei Aplicatii ale biotehnologiei

Aplicatii ale Biotehnologiei rosiiAplicatii ale Biotehnologiei rosii

Biotehnologia + ingineria genetica + genomicaBiotehnologia + ingineria genetica + genomica

• Testare geneticăTestare genetică

• DiagnosticDiagnostic

• Terapia genicaTerapia genica

• TerapeuticăTerapeutică

• NutraceuticeNutraceutice

• Etc.Etc.

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăAplicatii ale biotehnologieiAplicatii ale biotehnologiei

Medicina tradiţională (farmaceutică) – trateaza efecteleMedicina tradiţională (farmaceutică) – trateaza efectele

Medicina modernă biotehnologică - Medicina modernă biotehnologică - trateaza cauzatrateaza cauza

Cauza: geneticăCauza: genetică biochimicăbiochimică

AplicatiiAplicatii in in tratamentul tratamentul: :

- bolil- boliloror cardiovasculare cardiovasculare

- cancer- cancer

- scleroză multiplă - scleroză multiplă

- HIV- HIV/AIDS, TB, malarie/AIDS, TB, malarie

- boli rare- boli rare

- medicina regenerativa- medicina regenerativa etc. etc.

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăAplicatii ale biotehnologieiAplicatii ale biotehnologiei

Biotehnologia roşieBiotehnologia roşie - 12% din piaţa medicamentelor- 12% din piaţa medicamentelor 2007 2007 - 3,2 miliarde euro- 3,2 miliarde euro

PProgramul german BIOChance 2007-2011rogramul german BIOChance 2007-2011

Investiţii de 900 mil euroInvestiţii de 900 mil euroStimularea intreprinderilor mici si mijlociiStimularea intreprinderilor mici si mijlocii

Estimare 201Estimare 20111 - 20% din piaţa medicamentelor- 20% din piaţa medicamentelor - peste 5 miliarede euro- peste 5 miliarede euro - 50% din vaccinuri peste 8 miliarde- 50% din vaccinuri peste 8 miliarde


Tipuri de vaccinuri după conţinutul biologic:

Vaccinuri care conţin microorganisme vii atenuate Vaccinuri care conţin microorganisme inactivate Vaccinuri care conţin componente microbiene purificate, proteice sau polizaharidice conjugate proteic Vaccinuri care conţin proteine recombinate Vaccinuri care conţin anatoxine

• De la– Organisme vii atenuate

• La– “Subunit vaccines”– Vaccinuri genetice

VaccinuriVaccinuri

Vaccinuri recombinante

• tuberculoză

• malarie

• HIV

•rBCG30 - primul vaccin recombinant testat clinic; combinat cu chimioterapia•MVA85A - bazat pe modificarea genetică a virusului Vaccinia•Hybrid-1, HyVac4 or M72 - “subunit vaccine” - molecule obţinute prin fuziunea a două proteine recombinante injectate împreună cu adjuvanţi •Ad35 - adenoviruşi recombinaţi •Unele pot fi administrate fără injectare

•RTS,S/AS02A - moleculă obţinuteă prin fuziunea a două proteine recombinante, injectată împreună cu adjuvantul AS02A

•Utilizarea recombinazei Cre sau Tre, enzime capabile să îndepărteze informaţia genetică pe care HIV o transferă în celulele infectate; tratamentul presupune utilizarea celuleor stem, care sunt extrase, tratate şi apoi reinjectate în corp pentru a răspândi enzimele.


http://http://washingtonindependent.com/wp-washingtonindependent.com/wp-content/uploads/2008/09/content/uploads/2008/09/vaccine1.jpgvaccine1.jpg


Terapie genicaTerapie genica

Inserarea de gene în celulele şi ţesuturile unui individ pentru a trata diferite afecţiuniInserarea de gene în celulele şi ţesuturile unui individ pentru a trata diferite afecţiuni

Vectori utilizaţi în terapia genică:

1. Virusuri (retro-, adenovirusuri etc.) 2. Vectori nevirali:

ADN-ul denudat (gol) oligonucleotidecomplex ADN-lipozom

3. Vectori hibrizi4. Dendrimeri

Poate fi aplicată atât celulelor somatice, cât şi celor sexuate

Tratamentul se poate face în două feluri:

Ex vivo - celule din sângele sau măduva pacientului sunt recoltate şi cultivate în laborator, iar apoi sunt infectate cu virusul care transportă gena de interes; celulele transformate sunt apoi injectate intravenos pacientului.

In vivo - vectorul este utilizat pentru introducerea informaţiei genetice dorite direct în celule aflate în corpul pacientului


NNutraceuticeutraceutice

Extracte din alimente cu efecte medicinale asupra sănătăţii umane (efecte Extracte din alimente cu efecte medicinale asupra sănătăţii umane (efecte fiziologice benefice demonstrate)fiziologice benefice demonstrate)

http://blog.bioethics.net/nutraceuticals.jpghttp://blog.bioethics.net/nutraceuticals.jpg

Exemple: Exemple:

•resveratrolul din strugurii roşii (antioxidant)•fibrele solubile•sulforaphanul din broccoli (previne cancerul)•isoflavonoide pentru îmbunătăţirea sănătăţii arteriale•flavonoide•antociani•acid alfa-linolenic

Acest domeniu se referă la tratamente prin care se pot înlocui părţi ale corpului adult. Trei strategii prezintă potenţial în acest domeniu:• utilizarea celulelor stem (injectare)• inducerea regenerării cu ajutorul unor substanţe specifice• transplantarea organelor/ţesuturilor obţinute in vitro

Medicina regenerativăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicală

Celule stem

Celulele stem reprezintă un tip aparte de celule, care se regăsesc în orice organism multicelular, fiind caracterizate prin abilitatea de a se înmulţi continuu (mitoză) şi de a diferneţia apoi într-o gamă largă de celule specializate.La mamifere există două mari categori de celule stem:• embrionare, izolate din blastocişti• adulte, izolate din ţesuturi somatice

Tratamente potenţiale:•cancer•leziuni ale sistemului nervos•afecţiuni cardiace•hematopoieză•calviţie•afecţini ale ochilior•ortopedie etc.

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

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăRolul markerilor geneticiRolul markerilor genetici

Testarea geneticăImplică analizarea directă a moleculei de ADN în vederea depistării mutaţiilor.

Două metode:1. Utilizarea sondelor care prezintă mutaţii şi hibridizarea lor cu ADN-ul de interes 2. Compararea secvenţei ADN de interes cu secvenţe specifice indivizilor sănătoşi

Aplicaţii:1. Screeningul purtătorilor de alele recesive2. Confirmarea diagnosticului pentru indivizii simptomatici3. Determinarea sexului4. Testarea identităţii 5. Screeningul nou-născuţilor6. Testarea presimptomatică pentru estimarea riscului dezvoltării diferitelor afecţiuni,

inclusiv a neoplaziei maligne, la adulţi

Teste genetice existente:Pentru depistarea •fibrozei chistice

•anemiei cu celule în seceră•bolii lui Huntington•depistarea mutaţiilor asociate cu cancerul

- mamar- ovarian- de colon

http://www.ohsu.edu/health/images/gs/es_0886.gifhttp://www.ohsu.edu/health/images/gs/es_0886.gif

Gena Tipul de cancerDisponibilitatea testului

BRCA1, BRCA2

Mamar, ovarian, pancreatic

comercializat

MLH1, MSH2, MSH6, PMS1, PMS2

De colon, uterin, al intestinului subţire, gastric, al tractului urinar

comercializat


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 secvenţei ADN-ului uman, precum şi identificarea şi cartarea din punct de vedere fizic şi funcţional a celor aproximativ 20.000-25.000 de gene.

•Centrul Naţional al Statelor Unite pentru Informaţii Biotehnologice (NCBI-National Center for Biotechnology Information) şi organozaţiile surori şin Europa şi Japonia găyduiesc secvenţa genomului uman în baza de date GenBank, împreună cu secvenţele genelor cunoscute, cât şi ipotetice, şi a unor proteine.•Organizaţii precum ENSEMBL prezintă date adiţionale şi unelte pentru vizualizarea şi cercetarea lor.•Cel mai mare efort în identificarea diferenţelor dintre indivizi include detectarea SNP-urilor şi HapMap.•Proiectul internaţional HapMap reprezintă o organizaţie al cărui scop este crearea unei hărţi a haplotipului genomului uman, care va descrie tiparele comune ale variaţei genetice umane.

- National Institute of Health (http://www.ncbi.nlm.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.htm#01)

Secvenţa ADN-ului uman este stocată în baze de date disponibile gratuit pe Internet

http://images.google.ro/imgres?imgurl=http://patentdocs.typepad.com/photos/uncategorized/2007/06/19/human_genome_project_hgp.jpg&imgrefurl=http://patentdocs.typepad.com/patent_docs/2007/06/whats_encoded_i_1.html&usg=__41mBujh06dSjD2nxWZMBpEDJ5OQ=&h=254&w=256&sz=34&hl=en&start=1&um=1&tbnid=j8olx8ybybquLM:&tbnh=110&tbnw=111&prev=/images%3Fq%3Dhgp%26hl%3Den%26safe%3Doff%26sa%3DN%26um%3D1


Obţinerea produselor farmaceutice

Produsele biofarmaceutice “biopharmaceuticals”

Căi de obţinere a produselor farmaceutice utilizând biotehnologiile moderne:

Transformarea genetică aplicată la:

•Bacterii (ex. E. coli)•Drojdii•Plante

biopharmaceuticals

pharming

Culturi de celule

http://www.ecoliblog.com/E_coli_lge.jpgMouse Embryonic Fibroblast (3t3) Cell Culturehttp://www.olympusmicro.com/galleries/abramowitz/pages/3t3cells1small.html

http://www.olympusmicro.com/galleries/abramowitz/pages/3t3cells1large.html


•Factori de coagulare sanguini (Factorul VIII şi Factorul IX) •Agenţi trombolitici (activator tisular de plasminogen ) •Hormoni (insulină, glucagon, hormon de creştere, gonadotropine) •Factori de creştere hematopoietici (eritropoietină, factori de stimulare ai coloniilor) •Interferoni (Interferoni-α, -β, -γ) •Produse bazate pe interleukină (Interleukina-2) •Vaccinuri (antigen de suprafaţă al virusului hepatitei B ) •Anticorpi monoclonali (diverşi) •Alte produse (factor de necroză tumorală, enzime terapeutice)

Clasificarea produselor farmaceutice obţinute cu ajutorul biotehnologiilor

Proteine recombinante umane

Hormonul uman de creştere (rhGH) - Humatrope (compania Lilly), Serostim (Serono) – au înlocuit hGH obţinut de la cadavreInsulina umană (rhI) – Humulin (Lilly), Novolin (Novo Nordisk) - au înlocuit insulina pentru terapia umană obţinută de la bovine şi porcineFactorul VIII de coagulare – Kogenate (Bayer) - l-a înlocuit pe cel izolat din sângeEritropietină – Epogen (Amgen)Factorul uman recombinant de stimulare a coloniilor de granulocite (G-CSF) – filgrastim, comercializat sub denumirea Neupogen (Amgen), pegfilgrastim comercializat sub denumirea NeulastaAlfa-galactozidază 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 creştere asemănător insulinei 1 (IGF-1)

http://www.biotech.mobi/http://www.biotech.mobi/

http://hedweb.com/

Eritropoietină Interferon-α Interferon- β Anticorpi monoclonali Factori de stimulare ai coloniilor Glucocerebrozidază

tratamentul

AnemieiLeucemieiSclerozei multipleArtritei reumatoideNeutropenieiBolii lui Gaucher

Utilizări ale proteinelor recombinante umane

http://guavatechnologies.com/Library/images/LSR-PH-CellCulture.jpg

Vector Backbone: pAcGP67B


“Farmacogenomica”

Farmacogenomica – studiul modului în care genotipul influenţează reacţia la tratament.• face legătura între farmacologie şi genetică• în viitor se preconizează crearea de medicamente personalizate, specifice genotipului

Aplicaţii:Crearea medicamentelor “de comandă” (tailor-made), bazate pe informaţia genetică obţinută de

genomica funcţională. Aceste medicamente vor avea un efect terapeutic superior şi efecte negative scăzute asupra celulelor sănătoase adiacente.

Metode mai exacte de dozare a medicamentelor bazate pe genotipul pacientului, mărind astfel valoarea terapiei, concomitent cu scăderea posibilităţii unei supradozări.

Îmbunătăţirea creării medicamentelor şi a procesului aprobării lor. În urma asocierii a numeroase gene cu diferite afecţiuni, acestea pot reprezenta ţinta pentru noile terapii, scurtând astfel procesul creării medicamentelor.

Vaccinuri îmbunătăţite pot fi produse prin intermediul ingineriei genetice, eliminând riscul infectării cu patogenul, de asemenea vor fi mai ieftin de produs, mai stabile şi vor putea conţine mai multe tulpini concomitent.


http://porpax.bio.miami.edu/~cmallery/150/gene/http://porpax.bio.miami.edu/~cmallery/150/gene/pharmacogenomics.gifpharmacogenomics.gif

http://www.freewebs.com/pharmacogenomics/http://www.freewebs.com/pharmacogenomics/HopeForTheFuture.jpgHopeForTheFuture.jpg

Markerii moleculari şi biotehnologia medicalăMarkerii moleculari şi biotehnologia medicalăPlatforma de biotehnologii bazate pe cunoasterePlatforma de biotehnologii bazate pe cunoastere

Platforma de biotehnologiiPlatforma de biotehnologii

Proiect MEC – CNCSIS cod 29/2006Proiect MEC – CNCSIS cod 29/2006-2009-2009

Proiect de investitii de 5 milioane leiProiect de investitii de 5 milioane lei

Director prof. Doru C. PamfilDirector prof. Doru C. Pamfil

53 persoane 53 persoane

Centrul de Biotehnologii actualCentrul de Biotehnologii actual

1.025 mp1.025 mp

Institutul pentru Ştiinţele vieţiiInstitutul pentru Ştiinţele vieţii

4.500 mp din care 2.500 mp Platforma4.500 mp din care 2.500 mp Platforma

UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SIUNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SIMEDICINA VETERINARAMEDICINA VETERINARACLUJ-NAPOCA, ROMANIACLUJ-NAPOCA, ROMANIA

Platforma de biotehnologiiPlatforma de biotehnologii bazata pe bazata pe cunoasterecunoastere

http://www.usamvcluj.ro/htlm/cercetare/platforma

Pamfil DoruPamfil DoruGSM 0744779416GSM 0744779416

Va multumesc !Va multumesc !

Documents

Markerii moleculari şi Biotehnologia medicală