Ứng dụng công nghệ sinh học trong y học

Các bước căn bản trong liệu • Tạo các vector tái tổ hợp và đưa các gen mang gen trị liệu vào tế bào chủ và nhân lên.. Điều trị bệnh thiếu hụt miễn dịch tổ hợp trầm trọng SCID: Nguyên n

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Vũ Phong

THÀNH VIÊN NHÓM:

GEN TRỊ LIỆU

Gen trị liệu là gì?

• Định ngh a:ĩ

• Liệu pháp gen là kỹ thuật đưa gen lành vào

cơ thể thay thế cho gen bệnh hay đưa gen

c n thiết nào đó thay vào vị trí gen bị sai ầ

hỏng để đạt được mục tiêu của liệu pháp

 14/ 9/ 1940 tr b nh SCID trên cô bé 4 tuổi ị ệAshanti Desiva b ng phương pháp gen trị ằ

liệu

 Cynthia 9 tuổi cũng được điều trị bằng GTL vào cuối năm 1990 đầu 1991

*Cơ chế của gen trị liệu:

• Một gen “bình thường” được đưa vào

bộ gen (genome) để thay thế một

gen “không bình thường” –gen gây bệnh bằng vector chuyển gen

 Các bệnh điều trị:

• Ung thư

• Tiểu đường

• SCID…

Các bước căn bản trong liệu

• Tạo các vector tái tổ hợp và đưa các gen

mang gen trị liệu vào tế bào chủ và nhân lên.

• Chọn lọc các trình tự quan tâm, theo dõi

sự hoạt động và những biểu hiện của gen trị liệu.

*Chuẩn đoán : Hội chứng miễn dịch mắc phải

(AIDS)

•

Chuẩn đoán trực tiếp:

• Thu thập các lympho T từ bệnh nhân và phá vỡ DNA một cách an toàn

• Khuyếch đại PCR

• Cho đầu dò vào

• Trình tự base của đầu dò sẽ bổ cứu

với trình tự base của DNA virus

• Nếu có mặt DNA virus thì đầu dò sẽ định vị được và gắn vào nó Sự gắn

này được báo bởi tín hiệu tích tụ hoạt tính phóng xạ => (+) tính

• Chuẩn đoán HIV bằng đầu dò phát

hiện chính xác hơn sự xâm nhiễm HIV lúc sơ sinh

Lao:

●Lao:

Cơ sở của test chuẩn đoán mới này là

enzyme luciferase của đom đóm.

 Enzyme này sẽ phát ra tia sáng trong quá trình vi khuẩn lao đang sống

Dùng một bacteriophage đặc hiệu cho vi

khuẩn lao M.tubercolosis được mang gen

luciferase

 Sau đó mẫu phage được nuôi cấy trong môi trường cần chuẩn đoán.

Nếu mơi trường có vi khuẩn lao thì phage sẽ thâm nhập vào vi khuẩn và cài vào NST của

vi khuẩn đó cùng với gen luciferase

Thêm vào mơi trường nuôi cấy một hợp chất gắn với luciferase là luciferin cùng với phân tử ATP.

Nếu có luciferase thì enzyme này sẽ phân

hủy luciferin và kết quả là có 1 tia sáng xuất hiện

Để xác định ta dùng 1 cơng cụ chuyên dùng để phát hiện tia sáng => trong môi trường nuôi cấy có vi khuẩn lao hay không.

 Vi khuẩn kháng thuốc ta cho thêm thuốc

vào môi trường nuôi cấy

 Nếu vi khuẩn nhạy cảm với thuốc thì sẽ bị chết, nếu chủng kháng thuốc thì sẽ tiếp tục sống và sản xuất ra luciferase

● Bệnh MODY :

• Nguyên nhân: do khiếm khuyết 1 gen nằm

trên NST số 7 liên quan tới enzyme

glucokinase

 Các tế bào tụy đòi hỏi enzyme này để phát hiện nồng độ glucose trong máu

 Bệnh nhân MODY không sản xuất đủ

glucokinase nên việc tiết insulin của tụy bị phá vỡ

Chuẩn đoán:

Dùng PCR khuếch đại những phần mã cho

gen glucokinase trong các mẫu DNA lấy từ người bình thường và người bị bệnh

Sàng lọc các chất liệu di truyền bằng đầu dò DNA để phát hiện các đột biến

 Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có sự khác nhau về 1 base nit đơn ở DNA những ơngười bị tiểu đường

Điều trị bệnh thiếu hụt miễn dịch tổ hợp trầm trọng (SCID):

 Nguyên nhân:

(nằm trên NST số 20 của người có

32000 cặp base và 12 exon) để

tổng hợp Adenosine desaminase

(ADA)

acid nucleic của tế bào

• Nếu không có ADA trong lympho T

thì enzyme kinase sẽ chuyển đổi sản phẩm chuyển hoá thành độc tố và

độc tố sẽ phá huỷ lympho T dẫn đến

cơ thể không có khả năng chống chọi lại sự xâm nhiễm của các bệnh

 Sau vài tuần lặp lại chu trình vì

lympho chỉ tồn tại trong cơ thể vài tháng

 Kết quả

• Gen ADA mã hoá enzyme ADA và

loại trừ sự thiếu hụt enzyme này vì thế khả năng sản xuất ra kháng thể của bệnh nhân tăng dần

Gen trị liệu chống ung thư:

• Chuyển gen TNF (nhân tố hoại tử

khối u) vào lympho bào có khả năng xâm nhập khối u (TIL)

• Các TIL sau đó được đưa vào cơ thể bệnh nhân, xâm nhập vào khối u và tiêu diệt nó nhờ TNF

 U não:

• Đưa vào tế bào u não một gen mã

hóa cho enzyme Thymidin kinase

-enzyme này sử dụng khi phân chia

tế bào ở một số vi sinh vật và ngừng hoạt động bởi thuốc Ganciclovir

•INSULIN

I Giới thiệu về insulin

- Insulin là một hoocmon thuộc loại

polypeptide do tuyến tuỵ của người và

động vật sinh ra

- Cĩ 2 chuỗi: chuỗi A gồm 21 acid amin, chuỗi B gồm 30 acid amin, có ba cầu nối disunfua hai cầu giữa hai chuỗi và một cầu bên trong chuỗi

II.Vai trò của insulin

 Là một hoocmon quan trọng giúp cơ thể hấp

thu glucose – một trong những thành phần chính cung cấp năng lượng cho cơ thể.

 Insulin thúc đẩy gan d tr gluco ự ữ se, thúc đẩy

sinh tổng hợp acid béo trong gan.

 Ứ c ch ế phân huỷ chất béo trong mơ mỡ, tăng

triglyceride, thúc đẩy hấp thụ acid amin.

 Thiếu insulin: glucose trong máu tăng được

thải ra nước tiểu gây ra bệnh tiểu đường (l ng glucose trong m ượ áu quá 1.7% 0 )

Có hai loại tiểu đường:

• Tiểu đường typ 1: người mắc bệnh tiểu đường do không sản sinh đủ lượng

insulin trong cơ thể.

• Tiểu đường typ 2: người mắc bệnh thì không thiếu sự sản sinh insulin nhưng các tế bào cơ thể ngày càng đề kháng lại ảnh hưởng của insulin.

III Phương pháp sản xuất insulin

 Ngày xưa để có insulin chữa bệnh tiểu đường,

người ta phải lấy từ tế bào tuyến tuỵ động vật có vú (trâu, bị, lợn ) Do insulin của động vật

cĩ một vài sai khác nên khi đưa vào cơ thể

ng i có nguy cơ ườ gây phản ứng mi n d ch ễ ị

 Insulin là sản phẩm đầu tiên của cơng nghệ này,

sản xuất đầu tiên tại cơng ty Genetech ( Hoa Kỳ).

 Hệ thống tế bào dùng để biểu hiện insulin tái tổ hợp được sử dụng rất đa dạng từ vi sinh vật tới tế bào động vật và cả thực vật Trong số đó tế bào

vi sinh vật được sử dụng nhiều nhất.

 Hầu hết những phương pháp sản xuất insulin

thương mại đều dựa trên các chủng nấm men

(Pichia) hoặc vi khuẩn (E.Coli) kết hợp với kỉ

thuật gen để sản xuất insulin người tổng hợp.

Tinh thể insulin

Tập đoàn Eli Lilly sản xuất insulin tái tổ hợp với chuỗi A, B

riêng biệt năm 1982

• Ngày nay các nhà khoa học còn nghiên cứu các phương pháp khác như:

 Cấy tế bào island cells điều trị tiểu đường loại 1 ( do Gs Leo Behie thuộc trường kỹ sư sinh hoá học Schulich)

 Các nhà khoa học Mỹ và Anh đã sản xuất insulin từ tế bào gốc lấy từ dây rốn trẻ sơ sinh để điều trị bệnh tiểu đường

Tế bào gốc của phôi người

Giáo sư Henry Daniell hi vọng insulin được sản xuất từ rau diếp

để điều trị cho bệnh nhân bị

bệnh tiểu đường

Nghiên cứu do trung tâm y học

Sheba của Israel thực hiện đảo

ngược tế bào gan trưởng thành vào các tế bào sản xuất insulin để điều trị tiểu đường

tiểu đường typ1 và cả suy thận

Vaccine

Vaccine phòng bệnh lây qua đường tiêu hóa:

Vaccine tả

Vaccine bại liệt

Vaccine phòng bệnh lây qua da và đường máu:

Vaccine phòng bệnh lây qua đường tình dục:

Ứng dụng của công nghệ sinh học hiện đại trong sản xuất

vaccine

 Nhược điểm của vaccine cổ điển:

• Dễ độc hóa trở lại

• Có nguy cơ làm biến dị gene

• Gây dị ứng

• Không thể chữa 1 số bệnh

Cơ sở khoa học

Một đoạn gen cần thiết

từ phân tử ADN này + Một phân tử ADN khác

(gọi là thể truyền)

ADN tái tổ hợp

Tế bào chủ nhân lên

Phân tử ADN tái tổ hợp nhân lên nhanh chóng

Đoạn gen cần thiết

cũng được nhân

lên

Phân tử ADN

Cơ sở khoa học

• Bằng các kĩ thuật chiết tách, tinh

chế, người ta thu lấy những phân tử ADN mang đoạn gen cần thiết này để

sử dụng vào những mục đích đã định như sản xuất vacxin

• Hiện nay người ta đang nghiên cứu

cách thức phân tán DNA và vai trò

của các loại tế bào trong việc tạo đáp ứng miễn dịch

• Những hứa hẹn của vaccine DNA là

vaccine viêm gan B, vaccine chống

sốt xuất huyết, vaccine chống HIV,

vaccine chống sốt rét

• Nhìn chung công nghệ sinh học ứng dụng vào vaccine luôn được đổi mới cùng với sự phát triển của khoa học

kỹ thuật

A 3-D model of the hepatitis B virus The double-stranded DNA genome (red) is enclosed by a protein capsid shell (blue)

contained within a membrane (gold) studded with glycoprotein

• Thành tựu của CNSH đã và đang

đem đến cho nhân loại nhiều vaccine mới an toàn và hiệu lực ngày càng

cao

Ý nghĩa việc sản xuất bằng

công nghệ tái tổ hợp gen

Nâng cao năng suất sản xuất vacxin

Tạo ra sản phẩm vacxin với nhiều ưu điểm:

Vacxin tái tổ hợp gen rất an toàn vì trong vacxin không có sự tồn tại của mầm bệnh Không cần bảo quản lạnh nên giảm được chi phí => phù hợp với điều kiện sử dụng

ở những nước đang phát triển

• Chúng ta cùng tìm hiểu về vacxin lở mồm long móng thế hệ mới.

• Đây chính là 1 ứng dụng của công nghệ gen trong sản xuất vacxin

Ví dụ

Vật nuôi bị nhiễm lở mồm

long móng

Vật nuôi bị nhiễm lở mồm

long móng

Sản xuất vacxin lở mồm long

gen này

Nhân lên bằng công nghệ tái

tổ hợp gen

Chiết, tách

Sử dụng chế tạo

vacxin

Vắc-xin phòng bệnh lở mồm

long móng

•INTERFERON

Định nghĩa:

Interferon (IFN) là các glycoprotein do các tế bào của nhiều loài động vật tiết ra

để chống lại một

cách không đặc hiệu

sự tấn công của các virut khác vào các

tế bào cùng loài

Sự tạo thành IFN

được gọi là interferonogen

IFN được tạo thành khi có sự xâm nhập của virus, vi khuẩn và các sản phẩm của nó.

 IFN được tạo thành với số lượng lớn nếu tế bào bị nhiễm virus với độc lực thấp.

cầu, IFN beta do nguyên bào sơ, IFN gamma do các tế bào T hoạt hoá và

tế bào giết tự nhiên (NK) tiết ra

TÍNH CHẤT CỦA IFN

protease như trypsin, pepsin papain

tính đặc hiệu Tuy nhiên IFN có tính đặc hiệu loài cao

IFN anpha IFN beta

Tác dụng sinh học của IFN

virus nhiễm với nồng độ tương đối

cao để kích thích tạo thành protein kháng virus

kháng thể

chống tế bào ung thư của người, đặc biệt là ung thư các tế bào hệ tạo

máu

IFN có khả năng thay đổi đáp ứng miễn dịch

thành yếu tố hoại tử ung thư_ TNF (tumour necrosis factor)

Cơ chế tác dụng

chất cảm ứng thì tế bào sẽ tổng hợp IFN

lên receptor cảm ứng để tế bào này tổng hợp các protein kháng virus,

chủ yếu là 2 loại enzym ức chế tổng hợp protein:

Ứng dụng

với hoá trị liệu và xạ trị liệu để chữa nhiều loại ung thư hệ thống

gan C với tên thương phẩm là

Roferon và Intron A

 IFN alpha 2b dùng để chữa bệnh bạch cầu dạng tuỷ

 IFN beta sử dụng để điều trị bệnh đa xơ cứng

 IFN gamma chữa bệnh u hạt mạn tính và

có tác dụng phục hồi chức năng của đại

thực bào, giảm mức độ nhiễm trùng

 IFN phối hợp với các chất khác trong điều trị bệnh AIDS, ung thư vòm họng, ung thư

cổ tử cung, virus herpes gây bệnh mụn

rộp.

Sản xuất IFN

được gen mã hóa IFN rồi biến nạp

vào sacchromyces cerevisiae, sau

này dùng E.coli cho nấm men, mỗi tế bào chỉ cho 100- 10000 IFN

vi khuẩn sẽ cho 200.000 IFN

• KHÁNG THỂ ĐƠN DÒNG

1 Định nghĩa

Kháng thể đơn dòng là tập hợp

những phân tử kháng thể đồng

nhất về mặt cấu trúc và bản chất

được tạo bởi dòng tế bào lai giữa

tế bào ung thư myeloma với tế bào lympho của hệ miễn dịch của động vật hay của người.

• Năm 1978: Milstein và Kohler hoàn thiện công nghệ tạo kháng thể đơn dòng

2 Phương pháp tạo kháng

thể đơn dòng

• Tiêm kháng nguyên vào chuột để tạo dòng tế bào B có kháng thể đặc hiệu chống lại kháng nguyên

• Lấy tế bào ung thư tủy (myeloma)

• Nuôi hỗn hợp tế bào trên trong môi trường nhân tạo HAT (hỗn hợp của

hypoxanthine, aminopterine,

thymidine)

– Tế bào B của chuột (kháng HAT ): phát triển bình thường trong một thời gian

– Tế bào myeloma (không kháng HAT ):

chết ngay.

– Tế bào lai sống được trong môi trường

HAT vừa có khả năng phân bào sống lâu dài lại vừa có khả năng tổng hợp

kháng thể.

• Tiến hành pha loãng dung dịch trong giếng nhựa vi lượng cho đến khi mỗi

gieáng chỉ có một tế bào từ đó sản

xuất ra dòng kháng thể thuần kháng thể đơn dòng

khiết-3 Ứng dụng của kháng thể

đơn dòng

đánh giá chức năng tuyến nội tiết,

hoặc phát hiện sự thay đổi tổng hợp hormone khi có sự hình thành khối u

đến sự hình thành khối u

 Xác định sự hiện diện của vi khuẩn, virut gây bệnh, thí dụ như xác định virut HIV gây bệnh AIDS chẳng hạn.

 Ức chế phản ứng loại thải ghép cơ quan của người như thận, tủy…

 Định vị khối u.

 Định hướng thuốc tới tế bào khối u

trong chữa trị ung thư.

 Tinh sạch các sản phẩm có hoạt tính sinh học.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• GS.TS.Phạm Văn Ty TS Vũ Nguyên

Thành CNSH tập 5 Công nghệ vi sinh và môi trường NXB giáo dục.

• PGS.TS Nguyễn Văn Kình Gen trị liệu

Xin Chân Thành Cảm Ơn…!