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Gentechnik-anwendung in der Medizin

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Katrin Fitzlaff

on 15 January 2017

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Transcript of Gentechnik-anwendung in der Medizin

Diagnostik
Arzneimittel- und Impfstoffherstellung
Biomedizinische Grundlagenforschung
Transformation
Gen-Ring wieder zurück ins Bakterium

Röhrchen mit einer Nährlösung

Bakterien müssen mit Hitze behandelt werden

Röhrchen wird für kurze Zeit in 56°C warmes Wasser gehalten

an den Zellwänden und/oder Zellmembranen der Bakterien bilden sich kleine Löcher

Plasmide können durchschlüpfen

Entnahme des Röhrchens aus dem warmen Wasser -> Löcher schließen sich


Menschliches Eiweiß gewinnen
Bakterien eines Haufens herausfischen und in eine Nährstofflösung geben

Bakterien vermehren sich

bestitzen alle das rekombinante Plasmid mit dem menschlichen Gen

je nach Eiweiß z.B. als Medikament verwenden
Selektion
nicht alle Bakterien nehmen ein Plasmid auf

Anhand des Resistenz-Gens produziert das Bakterium ein Eiweiß

Schutz vor einem Gift (Antibiotika)

Nährstofflösung zusammenmixen /Gift hinzugeben
Wie funktioniert das?

-Krebszellen werden isoliert und entnommen.

-Anschließend werden sie so genetisch verändert das sie im Körper eine Immunantwort auslösen würden.
Onko Mäuse
Bei ihnen können einzelne Gene ausgeschaltet werden, wodurch gezielt Tumore erzeugt und untersucht werden können.
Die Gentechnik
Gentechnisch produzierte Medikamente
Krebsforschung
Gentechnik-Anwendung in der Medizin
Gendoping
Wie funktioniert Gendoping
-nicht die Leistungssteigernde Substanz EPO(Erythropoietin) wird Injiziert sondern genetisches Material
Man unterscheidet: in vivo und ex vivo Anwendungen

In Vivo: genetisches Material wird direkt in den Körper injiziert
Ex Vivo: dem Körper werden Zellen entnommen und sie werden außerhalb des Körpers gentechnisch verändert

Wie kann Gendoping nachgewiesen werden?
Die Universität Tübingen entwickelte einen Test, um transgene DNA im Blut nachzuweisen.
Mittels PCR kann Transgene DNA vervielfälltigt und sichtbar gemacht werden.
-> genetische Manipulation wird Nachgewiesen.
Verfahren wird nicht von WADA (World Anti-Doping Agency) akkordiert
Was ist mit Gendoping heute schon alles machbar?
Kann nicht nicht beantwortet werden
Viel versprechende Tierexperimente weisen auf Wirksamkeit von Gendoping hin -> Ergebnisse lassen sich nicht auf Menschen übertragen.
Hat Gendoping Auswirkungen auf den Nachkommen ?
Beim Gendoping werden Techniken der Gentherapie genutzt
Gentherapie ist idR..
nicht vererbbar, somit ist eine Auswirkung auf Nachkommen sehr unwahrscheinlich, jedoch nicht auszuschließen
Die andere Möglichkeit ist es sich den natürlichen Zelltot zu nutze zu machen.
Es sollen Gene in die Krebzelle eingelagert werden, die den Zelltod auslösen.
Anti-Onko Mäuse
Durch Anti-Onko Mäusen soll die Wirkung eines zielgerichteten Tumormedikaments stimuliert werden.
Im Aktuellen Forschungsansatz wird das Krebsgen Plk ausgeschaltet.
Polo-like-Kinase
Diese Enzym überträgt Phosphatreste von einem Molekül auf ein anderes und reguliert dadurch ganz entscheidend die Teilung von Zellen.
Plk-Dimmer
Dieser funktioniert, indem mit Hilfe des Antibiotikums Doxycyclin die Plk-Produktion über interferierende kleine Ribonukleinsäurestücke, blockieren.
genetechnisch hergestellte Impfstoffe
Herstellung von sogenannten Untereinheiten-Impfstoffen (subunit vaccines)

bestehen einzig aus dem Oberfächenprotein des Erregers
Untereinheiten-Impfstoff wurde gegen Hepatitis B-Virus (HBV) hergestellt

Zur Immunisierung wird das Oberflächenantigen HBsAg Hergestellt

man kloniert das HBV-Genom und isoliert das HbsAG
Hefe als Proteinproduzent. Das HBsAG wird in einen Viel-Kopien-Expressionsvektor der Hefe eingesetzt und verändert

trnsformierten Hefezellen - bildeten große Mengen des viralen Proteins (1-2% ihres Gesamtproteins).

rekombiniertes Hefeprotein ist dem natürlichen Virunsprotein ähnlich
Transgene Pflanzen zur Impfung und als Heilmittel
Genetisch veränderte Pflanzen können viele verschiedene menschliche Eiweißstoffe produzieren

menschliche Antikörper oder den menschlichen Blutfarbstoff Hämoglobin

Beispiel der Impfkartoffel oderder Impfbanane

Impfkartoffel ist genetsich verändert, dass das Essen dieser Kartoffel wie eine Schluckimpfung wirkt
Gene oder ein Gen des Krankheitserrregers wird in die Chromosomen der Kartoffelpflanze eingebaut

entsprechende Proteine in der Kartoffelknolle in der hoher Konzentration

Versuch mit Mäusen -> wurden mit solchen Kartoffeln gefüttert
Antikörper (körpereigene Abwehrstoffe im Blut) gegen die Krankheitserreger gebildet

transgene Pflanzen als Impfstoffe hätten viele Vorteile

sichererer Impfstoff
DNS-Rekombination
Gen in einen Gen Ring eines Bakteriums einfügen

bestimmtes Gen

Gen in Bakterien einscheusen

das Gen wird aus einer Zelle isoliert

Plasmid wird aus Bakterien isoliert

DNS-Stück mit Gen, in das Plasmid des Bakteriums einfügen

DNS- Scheren (Restriktionsenzyme)
DNS wird an vielen Stellen geschnitten

es entstehen viele verschieden große Fragmente

Gel-Elektrophorese von den anderen DNS-Stücken trennen

Plasmid wird nur einmal geschnitten

Gen-Ring wird geöffnet

Mit Hilfe von Ligasen werden die Enden miteinander verknüpft

Resultat= rekombinierter Gen-Ring
Bakterien in die Schale gegeben

in einen 37°C warmen Brutkasten stellen

mit dem Plasmid = vermehren sich

Bakterien ohne Plasmid = sterben ab
Stammzellen
Ziele
- Beziehungen zwischen Strukturen und Prozessen
möglichst vollständig zu entschlüsseln

- Biologische Abläufe verstehen und deren Bedeutung
für medizinische Fragestellungen klären

- Zielsichere Entwicklung neuer Therapiemethoden ermöglichen

- Viele Bereiche verfolgen Ansätzen, die zur Lösung
praktischer Probleme führen soll

- Gezielte Suche nach Substanzen, die einen bestimmten
biochemischen Prozess beeinflussen können
(beispielsweise bei neuartigen Erkrankungen)

Beispiel für einen Erfolg: therapeutische Nutzen von Dopamin
für die Parkinsonsche Erkrankung aufgrund systematischer
Grundlagenforschung entdeckt
- Einsatz von adulten Stammzellen → alternative Therapieoption

- Mittlerweile gelungen teilungsfähige, kaum differenzierte
Zellen aus verschiedenen Organen zu isolieren
→ können sich zu unterschiedlichen Zelltypen weiterentwickeln

- Diese Vorläufer sind für natürliche Regenerations- und
Reparaturprozesse verantwortlich

- Humane embryonale Stammzellen kann man bislang nur
um den Preis der Zerstörung menschlicher Embryonen
gewinnen → Embryonenschutzgesetz lässt dies nicht zu
PID
Präimplantationsdiagnostik


1. Frau werden mehrere Eizellen entnommen

2. Künstliche Befruchtung per In-vitro-Fertilisation (IVF)

3. Zellentnahme (Embryobiopsie)

4. Genetische Zelldiagnostik → auf mögliche Krankheiten geprüft

5. Embryotransfer, Kryokonservierung oder "Verwerfung"
Nachweis von Infektionskrankheiten
Blut auf "Entzündungsmarker" testen
- Nachweis von Antikörpern

- Nachweis von Bestandteilen des Erregers im Blut

- Nachweis des Erregers durch mikroskopische
Untersuchung von Körpersekreten

- Anzucht des Erregers auf speziellen Nährböden

- Erhöhte Anzahl an Leukozyten kann ein Hinweis
auf eine Infektionskrankheit sein

- Konzentration des C-reaktiven Proteins (CRP):
-> In der Leber gebildetes Eiweiß, dass sich an
Krankheitserreger bindet
-> Bei Entzündung erhöht
Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit (BSG):
1. Blut mit Zitronensäure vermischt (verhindert Blutgerinnung)
2. Auf senkrecht stehendes Messröhrchen mit Zahlenskala aufgezogen
3. Festen Bestandteile (Blutkörperchen) sinken mit der Zeit; darüber das Blutplasma
4. Nach 1 und 2 Stunden wird die Zahlenskala abgelesen wie schnell die Blutzellen
innerhalb der Blutflüssigkeit zum Boden des Röhrchens gesunken sind

Schnelles Sinken → Hinweis auf Entzündungen
Senkungsbeschleunigung (links) auf 76 mm in 2 Stunden bei einem 25-jährigen Patienten mit atypischer Pneumonie.

Rechts zum Vergleich eine normale Senkung.
+ Fötus mit kranker Genversion kann vermieden werden
+ Eventueller Schwangerschaftsabbruch kann verhindert werden
Gentherapie
Genetisches Material in den Körper eines Patienten
eingebracht, um einen Krankheitszustand zu heilen,
der auf der Fehlfunktion eines Gens oder mehrerer Gene beruht
Erste Anwendung
1990 bei einem jungen Mädchen
- litt an „schweren kombinierten Immundefekt“: kurz SCID
- Betroffene sterben an den Folgen kleinster Infektionen
- Mutation des Gens das das Enzym Adenosindesaminase, kurz ADA, codiert
- Dieses Enzym baut Adenosin ab
- Fehlt das Enzym → zu hohe Adenosinkonzentrationen → giftig für Zellen
- Besonders empfindlich sind Leukozyten → Immunabwehr kommt zum Erliegen
Nach mehrfacher Wiederholung der Therapie:
- ¼ der T-Zellen transgen und produzierte ausreichend ADA
- Seitdem „normales“ Leben für die Patientin möglich
- Nur die Körperzellen behandelt wurden (somatische Gentherapie)
- Patientin kann Veranlagung für die SCID an Nachkommen weitergeben
Probleme der
somatischen Gentherapie
(nicht die Keimbahn betreffend)
- Rekombination mit anderen viralen Bestandteilen in der Zelle → infektiöser Virus

- Virale Vektoren können lebensgefährliche Immunreaktionen hervorrufen
-> Herausforderung: Entwicklung sicherer und effizienter Vektoren

- Wichtige Gene könnten aus versehen inaktiviert werden oder mutieren

- Neu produzierte notwendige Protein kann Immunreaktionen hervorrufen

- Gentherapie sollte möglichst nur die richtigen Zielzellen genetisch verändern
-> Dies zu steuern ist aber außerordentlich schwierig

- Unbeabsichtigte Integration des neuen Gens in die Keimzellen ist möglich

- Einbau des Gens in das Genom und seine Aktivität in der neuen Umgebung ist
nicht steuerbar, genetisch behandelte Zellen bergen daher ein Risiko der Entartung
Keimbahntherapie
- Gentransfer in Geschlechtszellen würde eine
Weitergabe der defekten Gene ausschließen

- Risiko der nicht steuerbaren Integration und
Aktivität der neuen Gene bleibt

- ethisch problematisch

- in Deutschland verboten
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