Biotecnologie Mediche. Cinzia Di Pietro

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1 Biotecnologie Mediche Cinzia Di Pietro

2 Researchers C Di Pietro Slides

3 Researchers C Di Pietro Articoli Studenti

4 COSA SONO LE BIOTECNOLOGIE? Si dicono Biotecnologie l utilizzazione integrata di biochimica, biologia cellulare e ingegneria genetica per realizzare applicazioni tecnologiche a partire dalle proprietà di microorganismi, di colture cellulari ed altri agenti biologici (Federazione Europea Biotecnologie).

5 QUALI SONO LE APPLICAZIONI DELLE BIOTECNOLOGIE IN MEDICINA Le biotecnologie applicate in medicina servono ad esempio per: fabbricare medicine quali l'insulina che serve per curare le persone affette da diabete, l'ormone della crescita o somatotropina che serve per curare alcune forme di nanismo, e l'eritropoietina che serve nei casi di anemia produrre gli interferoni che servono per combattere virus, per far regredire tumori produrre gli antibiotici su scala industriale per difenderci dai batteri produrre vaccini per esempio per difenderci dal virus dell'epatite B o dalla Bordetella pertussis, batterio responsabile della pertosse individuare malattie infettive o genetiche in periodo prenatale e curare alcune malattie genetiche attraverso la terapia genica.

6 La Genentech infatti riesce a far produrre a E. coli delle proteine umane ricombinanti: la somatostatina (1977) e, l'anno successivo, il farmaco biotecnologico più famoso, ovvero l'insulina, che verrà commercializzata a partire dal 1981 segnando un cambiamento epocale per l'industria del farmaco, aprendo così all'industrializzazione del settore biotecnologico, precedentemente confinato nei laboratori di ricerca, ma soprattutto rivoluzionando il processo di drug discovery e lo sviluppo di nuove terapie non invasive.

7 L insulina e l ormone della crescita umani sono stati i primi prodotti farmaceutici ottenuti con l uso della tecnologia del DNA ricombinante. Prima del 1982, le principali fonti di insulina erano i tessuti di suini e bovini prelevati nelle macellerie.

8 Vaccini Grazie alla tecnologia del DNA i ricercatori sono in grado si sintetizzare anche nuovi vaccini (epatite B, influenza ). Un vaccino è una variante o un derivato innocuo di un agente patogeno (di solito un batterio o un virus) ed è utilizzato per prevenire una malattia infettiva.

9 Ricerca Biologica, Diagnosi e cura delle malattie In campo medico la tecnologia del DNA ricombinante è sempre più usata per comprendere i processi biochimici e cellulari della vita. Queste nuove conoscenze permettono di diagnosticare e curare le malattie.

10 QUALI SONO I RISCHI DELLE BIOTECNOLOGIE Sono annoverati fra i possibili rischi delle biotecnologie: allergie negli adulti e nei bambini mais geneticamente modificato provoca resistenza nei confronti di sostanze analoghe alla penicillina resistenza ai pesticidi delle piante coltivate contaminazione di altri organismi o apparizione di nuovi virus, ibridazioni incontrollate in natura perdita di diversità di specie e di habitat aumento dell'inquinamento genetico cambiamenti delle condizioni socioeconomiche dovute all'uso delle tecnologie del DNA ricombinante

11 Le malattie genetiche. Dalle malattie monogeniche ai fenotipi complessi. Metodi di Analisi degli acidi nucleici estrazione di DNA RNA sonde molecolari e ibridazione PCR, RT-PCR, Real Time PCR disegno di primers per PCR utilizzando software disponibili online. Metodi per l identificazione di mutazioni geniche Analisi specifica di mutazioni note Ricerca aspecifica di mutazioni Metodi High Throughput per l analisi del Genoma, del Trascrittoma, del Proteoma, dell Interattoma.

12 Testi Fonti bibliografiche Strachan e Read Genetica umana molecolare Utet Lavori dalla letteratura scientifica (NCBI PubMed)

13 La scoperta della doppia elica mezzo secolo fa ha coinvolto la pratica medica con lentezza, ma sono probabili trasformazioni significative nei prossimi 50 anni. Bisogna cambiare la pratica medica e la formazione dei medici per poter realizzare i potenziali benefici Bell, Nature 421: 414, 2003 Tratta da lezioni di genetica Prof. PF Pignatti

14 Human Genome Project GCGGCGGCGGGCGGGTACTGGCTTCTGGGGCCAGGGGCCAGGGGCGGTGGGCGCCGGGACCGCGGAGCTGAGGA GCGGGGCCCGGCCAGGGCTGGAGACTTTGCGCCCGGGGGCACCGGGGCTGCGCGCGGTCGCACACATCCACCGGC GCGGCTTCCCTCGGCGGCCCGGGCTCCGCTCATCCTGCGGCGGGCGGCGCCGCTCAGGGGCGGGAAGAGGAGGCG GTAGACGCGACCACAGAAGATGTCGGGCCAAACGCTCACGGATCGGATCGCCGCCGCTCAGTACAGCGTTACAGGCT CTGCTGTAGCAAGAGCGGTCTGCAAAGCCACTACTCATGAAGTAATGGGCCCCAAGAAAAAGCACCTGGACTATTTGAT CCAGGCTACCAACGAGACCAATGTTAATATTCCTCAGATGGCCGACACTCTCTTTGAGCGGGCAACAAACAGTAGCTGG GTGGTTGTGTTTAAGGCTTTAGTGACAACACATCATCTCATGGTGCATGGAAATGAGAGATTTATTCAATATTTGGCTTC TAGAAATACACTATTCAATCTCAGCAATTTTTTGGACAAAAGTGGATCCCATGGTTATGATATGTCTACCTTCATAAGGCG CTATAGTAGATATTTGAATGAAAAGGCTTTTTCTTACAGACAGATGGCCTTTGATTTTGCCAGGGTGAAGAAAGGGGCC GATGGTGTAATGAGGACAATGGCTCCCGAAAAGCTGCTAAAGAGTATGCCAATACTACAGGGACAAATTGATGCACTGC TTGAATTTGATGTGCATCCAAATGAACTAACAAATGGTGTCATAAATGCAGCATTTATGCTTCTTTTCAAAGATCTTATCA AACTTTTTGCTTGCTACAATGATGGTGTTATTAACTTACTCGAAAAGTTTTTTGAAATGAAGAAAGGACAATGTAAAGATG CTCTAGAAATTTACAAACGATTTCTAACTAGAATGACACGAGTGTCTGAATTTCTCAAGGTTGCAGAGCAAGTTGGTATT GATAAAGGTGACATTCCTGACCTCACACAGGCTCCCAGCAGTCTTATGGAGACGCTTGAACAGCATCTAAATACATTAG AAGGAAAGAAACCTGGAAACAATGAAGGATCTGGTGCTCCCTCTCCATTAAGTAAGTCTTCTCCAGCCACAACTGTTAC GTCTCCTAATTCTACACCAGCTAAAACTATTGACACATCCCCACCGGTTGATTTATTTGCAACTGCATCTGCGGCTGTCC 15 February 2001 CAGTCAGCACTTCTAAACCATCTAGTGATCTCCTGGACCTCCAGCCAGACTTTTCCTCTGGAGGGGCAGCAGCAGCCG CAGCACCAGCACCACCACCACCTGCTGGAGGAGCCACTGCATGGGGAGACCTTTTGGGAGAGGATTCTTTGGCTGCA CTTTCCTCTGTTCCCTCTGAAGCACAGATTTCAGATCCATTTGCACCAGAACCTACCCCTCCTACTACAACTGCTGAAAT TGCAACCACTACTGCTGCCACCGCCGCTGCCACCACCACTACCATTCATCTCTTGCCAGCTTAGTAGGCAATCTTGGAA TTTCTGGTACCACAACAAAAAAGGGAGATCTTCAGTGGAATGCTGGAGAGAAAAAGTTGACTGGTGGAGCCAACTGGC AGCCTAAAGTAGCTCCAGCAACCTGGTCAGCAGGCGTTCCACCAAGTGCACCTTTGCAAGGAGCTGTACCTCCAACCA GTTCAGTTCCTCCTGTTGCCGGGGCCCCATCGGTTGGACAACCTGGAGCAGGATTTGGAATGCCTCCTGCTGGGACAG GCATGCCCATGATGCCTCAGCAGCCGGTCATGTTTGCACAGCCCATGATGAGGCCCCCCTTTGGAGCTGCCGCTGTAC CTGGCACGCAGCTTTCTCCAAGCCCTACACCTGCCAGTCAGAGTCCCAAGAAACCTCCAGCAAAGGACCCATTAGCGG ATCTTAACATCAAGGATTTCTTGTAAACAATTTAAGCTGCAATATTTGTGACTGAATAGGAAAATAAATGAGTTTGGAGAC TTCAAATAAGATTGATGCTGAGTTTCAAAGGGAGCCACCAGTACCAAACCCAATACTTACTCATAACTTCTCTTCCAAAAT GTGTAACACAGCCGTGAAAGTGAACATTAGGAATATGTACTACCTTAGCTGTTATCCCTACTCTTGAAATTGTAGTGTAT TTGGATTATTTGTGTATTGTACGATGTAAACAATGAATGGATGTTACTGATGCCGTTAGTGCTTTTTTGGACTTCACCTGA GGACAGATGATGCAGCTGTTGTGTGGCGAGCTATTTGGAAAGACGTCTGTGTTTTTGAAGGTTTCAATGTACATATAAC TTTTGAACAAACCCCAAACTCTTCCCATAAATTATCTTTTCTTCTGTATCTCTGTTACAAGCGTAGTGTGATAATACCAGA TAATAAGGAAAACACTCATAAATATACAAAACTTTTTCAGTGTGGAGTACATTTTTCCAATCACAGGAACTTCAACTGTTG TGAGAAATGTTTATTTTTGTGGCACTGTATATGTTAAGAAATTTTATTTTAAAAAATATAAAGGTTAACGTCCATAATAAAT ACTTCTCTTTGAAGCTACCTTATCAAGAACGAAAAATCGTATGGGAAGAATCCCCTATTTATCACTGCTATATTAAAATAT ATATATTTTAATTATATTTGACAGGTTTTGCATCTAAATTGACCTATTTATTCATTCTTGATTAAATGCACTGAAAAGTAAAA TTTAAAAGTGGTTGTATCTGAATTTACTGTGGGGATAACATACACTGTAATGGGGAAAAATTACCTAAAACCAATTTCAAA ATGGCTTTCTTTGTATTTCAGTTTAAAAACCCAGTGCATGTACGCCCTCTGAGATGCAATAAACACCTTGAACAAAG

15 Studio delle malattie genetiche Dal Fenotipo al Genotipo Dal Genotipo al Fenotipo

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17 Year Disease MIM n Location Gene Chromosome abnormality 1986 Duchenne muscular dystrophy Xp21.3 DMD (a) del(x)(p21.3) (b) t(x;21)(p21.3:p13) Retinoblastoma q14 RB del(13)(q13.1q14.5) 1989 Cystic fibrosis q31 CFTR None 1990 Neurofibromatosis q11.2 NF1 Balanced translocations t(1;17)(p34.3:q11.2) t(17;22)(q11.2:q11.2) Wilms' tumor p13 WT1 del(11)(p14p13) 1991 Aniridia p13 PAX6 t(4;11)(q22;p13) del(11)(p13) Familial polyposis coli q21 APC del(5)(q15q22) Fragile-X syndrome Xq27.3 FMR1 FRAXA fragile site Myotonic dystrophy q13.3 DMPK None 1993 Huntington's disease p16 HD None Tuberous sclerosis p13 TSC2 Microdeletions in candidate region von Hippel-Lindau disease p25 VHL Microdeletions in candidate region 1994 Achondroplasia p16 FGFR3 None Early-onset breast/ovarian q21 BRCA1 None cancer Polycystic kidney disease p13.3 PKD1 t(16;22) (p13.3;q11.21) Spinal muscular atrophy q13 SMN1 None

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19 Number of Entries in OMIM (Updated 16 March 2012) : Prefix Autosomal X Linked Y Linked Mitochondrial Totals * Gene description 13, ,842 + Gene and phenotype, combined # Phenotype description, molecular basis known 3, ,441 % Phenotype description or locus, molecular basis unknown 1, ,780 Other, mainly phenotypes with suspected mendelian basis 1, ,916 Totals 19,840 1, ,134

20 The Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) Consortium is an international collaboration of research groups funded by the National Human Genome Research Institute (NHGRI). The goal of ENCODE is to build a comprehensive parts list of functional elements in the human genome, including elements that act at the protein and RNA levels, and regulatory elements that control cells and circumstances in which a gene is active.

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24 Dogma centrale della Biologia DNA RNA PROTEINE

25 Regolazione dell espressione genica

26 Fenotipo dell individuo

27 Fenotipo della cellula I differenti tipi cellulari di un organismo multicellulare nonostante abbiano lo stesso genoma differiscono nettamente sia nella struttura che nella funzione

28 Il fenotipo cellulare è determinato fondamentalmente dalle differenti proteine presenti in quel determinato tipo cellulare

29 Fenotipo della cellula Proteine costitutive Indispensabili per la sopravvivenza La loro concentrazione deve rimanere costante Proteine adattative Cambiamenti delle condizioni ambientali Produrre risposte metaboliche a specifici segnali Proteine del differenziamento Assunsione ed espressione permanente di nuove funzioni specifiche

30 Geni housekeeping Sempre ugualmente espressi in tutti i tipi cellulari Geni la cui espressione è regolata - Varia nei differenti tipi cellulari o in diversi momenti del ciclo cellulare

31 Il fenotipo cellulare è determinato fondamentalmente dalle differenti proteine presenti in quel determinato tipo cellulare e quindi dall espressione differenziale del genoma

32 Studio delle malattie genetiche Ad eredità mendeliana Talassemia, falcemia, fibrosi cistica Malattie genetiche Fenotipi complessi Neoplasie, malattie degenerative

33 Oltre alle classiche malattie genetiche, la risposta a stress ambientali, a virus, a tossine dipendono dal genoma individuale. Variazioni della sequenza del genoma quindi causano o contribuiscono all insorgenza di malattie.

34 Variazioni del genoma causano o contribuiscono all insorgenza di malattia Malattie genetiche Differente predisposizione a determinate patologie Differente risposta a specifiche terapie Differente risposta a stress ambientali, a virus, a tossine

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36 Differente predisposizione a determinate patologie

37 Differente risposta a specifiche terapie Tratta da lezioni di genetica Prof. PF Pignatti

38 Differente risposta a specifiche terapie