Transgeneza a medycyna

Proces uzyskiwania zwierząt o zmodyfikowanych genotypach (zwierząt transgenicznych) na potrzeby współczesnej medycyny wykorzystywany jest w wielu aspektach.

Średnia długość życia ludzi się wydłuża, co powoduje, że wzrasta liczba pacjentów z chorobami przewlekłymi. Choroby cywilizacyjne m.in., takie jak cukrzyca, nadciśnienie tętnicze, choroba wieńcowa, otyłość czy nowotwory powodują dysfunkcje kluczowych dla życia organów – serca, nerek, płuc, trzustki czy wątroby. Leczenie farmakologiczne skutków jakie powodują choroby cywilizacyjne, mimo ogromnego postępu w opracowywaniu nowych, skuteczniejszych farmaceutyków, w wielu przypadkach jest niewystarczające. Jedynym ratunkiem w takich sytuacjach jest przeprowadzenie przeszczepu odpowiedniego organu. Transplantologia umożliwia obecnie przeszczepienie praktycznie dowolnego organu. Główne ograniczenie jej zastosowania stanowi dostępność przydatnych do przeszczepów organów ludzkich. Rosnące zapotrzebowanie  na przydatne do przeszczepów ludzkie organy powoduje, że poszukuje się alternatywnych źródeł, które będą w stanie zabezpieczyć rosnące potrzeby. Ksenotransplantacja – procedura transplantacji, implantacji lub infuzji do organizmu człowieka komórek, tkanek, narządów lub płynów pochodzących od innych organizmów (zazwyczaj zwierząt). Pierwsze próby ksenotransplantacji przeprowadzono w XVII wieku [1]. W latach 60. XX wieku podjęto wiele prób przeszczepienia tkanek i organów pochodzących od zwierząt, jednak kończyły się one niepowodzeniem. Opracowanie w latach 80. XX wieku podstaw inżynierii genetycznej, umożliwiającej genetyczne modyfikacje genotypów, otworzyło praktycznie nieograniczone możliwości zastosowania ksenotransplantacji. Szereg badań wykazał, że organizmem najlepiej spełniającym kryteria przydatności organów do ksenotransplantacji jest świnia domowa. Wielkość narządów świni, ich wydolność fizjologiczna jest niemal identyczna z ludzkimi. Ponadto świnia jest gatunkiem plennym i płodnym oraz łatwym i tanim w utrzymaniu. Szybko rośnie, dzięki czemu jej organy bardzo szybko osiągają pełną wydolność. Jest też gatunkiem, u którego opracowano pełną mapę genomu. Powoduje to, że świnia domowa jest głównym obiektem prac mających na celu modyfikacje jej genomu w celu uzyskania narządów do ksenotransplantacji. Najbardziej spektakularnym przykładem jest utrzymanie przy życiu pawiana, który przeżył kilkanaście miesięcy z sercem przeszczepionym od transgenicznej świni [2]. Dotychczas, okres ten wynosił maksymalnie jeden miesiąc. Osiągnięcie to, pozwala na stwierdzenie, że w niedalekiej przyszłości, transgeniczne świnie będą bankami tkanek i narządów do ksenotransplantacji. Nadmienić należy, że transgeniczne świnie wykorzystuje się już jako dawców zastawek, zmodyfikowanych wysepek Langerhansa czy skóry stosowanej jako bio-opatrunki w leczeniu rozległych oparzeń u ludzi [3].

Aby sprostać wyzwaniom przed jakimi znalazła się współczesna medycyna, konieczne są badania, które pozwolą poznać etiologię określonych jednostek chorobowych, prześledzić proces jej przebiegu i na tej podstawie opracować skuteczną terapię czy profilaktykę. Ze względów etycznych, badania tego typu na organizmie ludzkim są niedopuszczalne i niemożliwe. Postęp w naukach biologicznych, a zwłaszcza w inżynierii genetycznej, która umożliwia obecnie dowolne modyfikowanie DNA czy RNA oraz badanie wielu procesów zachodzących w komórkach na pozio­mie molekularnym i submolekularnym spowodował, że współczesna medycyna może korzystać z szeregu narzędzi pozwalających na dogłębne i precyzyjne prześledzenie procesów chorobowych i oraz opracowanie sku­tecznych terapii. Nieocenioną rolę w badaniach z zakresu medycyny regeneracyjnej czy translacyjnej  odgrywają zwierzęta doświadczalne. Obecnie, doświadczalne zwierzęta modelowe mogą być uzyskiwane poprzez modyfikację genotypów ukierunkowaną na określony cel badawczy (np. wywołanie określonej jednostki chorobowej człowieka – cukrzyca, choroba niedokrwienna naczyń wieńcowych, nowotwór skóry, choroba Alzheimera). Poznanie genomu człowieka i stworzenie jego mapy, poznanie genomów zwierząt laboratoryjnych (myszy, szczura) i zwierząt hodowlanych – świni, owcy, królika, umożliwiło określenie filogenetycznych podobieństw i różnic w ekspresji określonych genów. Daje to możliwość doboru i tworzenia transgenicznych modeli zwierzęcych, które w sposób najbardziej adekwatny odzwierciedlają etiologię i przebieg określonej jednostki chorobowej człowieka [4].

Modyfikacje genomów zwierząt (transgenezę) prowadzi się również w celu uzyskania białek o znaczeniu terapeutycznym. Porównanie różnych systemów bioreaktorów współcześnie wykorzystywanych do produkowania białek o znaczeniu terapeutycznym (systemy oparte na  genetycznie zmodyfikowanych bakteriach, komórkach owadzich, roślinach lub zwierzętach) jednoznacznie wykazało, że transgeniczne zwierzęta, którym zmodyfikowano genotyp tak aby produkowały w swoich gruczołach mlekowych czy płynach ustrojowych określone białka terapeutyczne, są najwydajniejszymi bioreaktorami. Transgeniczne żywe bioreaktory produkują w dużych ilościach białka, których syntetyczne analogi są nieefektywne, kosztowne bądź niemożliwe do zsyntetyzowania. Przykładami takich żywych bioreaktorów są zwierzęta, które np. w mleku produkują czynniki krzepliwości krwi, aktywator plazminogenu, hormon wzrostu, laktoferynę, insulinę i wiele innych biologicznie aktywnych białek [5].

Postęp w inżynierii genetycznej i wyzwania przed jakimi stoi medycyna wzajemnie się zazębiają i napędzają. Obydwie dziedziny wpływają na siebie stymulująco – jedna oferując coraz to nowsze, bardziej wyrafinowane narzędzia umożliwiające prace na genomach (transgenezę), druga wykorzystując te możliwości w tworzeniu modeli, terapii, procesów ratujących ludzkie życie.


Źródła:

  • [1] – Smorąg, R. Słomski, L. Cierpka – Biotechnologiczne i medyczne podstawy ksenotransplantacji. Wyd. II. Ośrodek Wydawnictw Naukowych Poznań. ISBN 83-7712-1122.
  • [2] – Listen: Pig-heart transplants in baboons work for longer than ever before, www.nature.com.
  • [3] – Bottino and M. Trucco – Use of genetically-engineered pig donors in islet transplantation, World J Transplant. 2015 Dec 24; 5(4): 243–250.
  • [4] – Dzięgiel, P. Szczurek, J. Jura, M. Pieszka – Świnia jako zwierzę modelowe w translacyjnych badaniach biomedycznych. Postepy Hig Med Dosw 2018; 72 : 1032-1042.
  • [5] – Wang, S Zhao, L Bai, J. Fan, E. Liu – Review Article. Expression Systems and Species Used for Transgenic Animal Bioreactors. BioMed Research International Volume 2013, Article ID 580463, 9 pages http://dx.doi.org/10.1155/2013/580463

Autor: Jacek Jura

Artykuł przygotowany w ramach projektu ProBio Małopolska

PODZIEL SIĘ