Archive for Kwiecień 2010

h1

O jajku, które nie było pisanką.

Kwiecień 2, 2010

Jajko. I żadne tam malowane, wyklejane, czy kraszone woskiem, jak sugerowałaby ostatnie świąteczne wydarzenia. Nawet nie sadzone! A jednak wyjątkowe – jajko na raka.

Pierwsze skojarzenie na dźwięk słowa „GMO” związane jest najczęściej z tajemniczymi oznaczeniami na opakowaniach towarów na sklepowej półce. W ostateczności można pomyśleć o obsianym kukurydzą polu lub prosiaku z dwiema głowami. Rzadko kto wpada na pomysł, że inżynieria genetyczna może być z powodzeniem użyta w medycynie i farmacji. Na szczęście wpadli na to między innymi naukowcy z Roslin Institute w Edynburgu, powołując do życia wyjątkowe kury, mogące składać niezwykle cenne jajka.

Symbol zdrowia i życia.

W obliczu dokonań tego zespołu tradycyjne znaczenie jajka jako symbolu zdrowia i życia, nabiera zupełnie nowego wymiaru. Oprócz zwykłych białek w transgenicznym jajku zgromadzone są stosunkowo duże ilości przeciwciał monoklonalnych miR24, wykorzystywanych w terapii przeciw czerniakowi, oraz ludzki interferon – białko układu odpornościowego walczące z guzami i wirusami atakującymi komórki. Do stworzenia transgenicznych kur wykorzystano, paradoksalnie, również wirusy. Odpowiednio zmodyfikowane, nie stanowiły czynnika chorobotwórczego, były za to idealnymi wektorami do przenoszenia genów warunkujących powstanie ludzkich białek do genomu kurzych zarodków. Sztuką jest, by wprowadzone geny wbudowały się w odpowiednim miejscu – w tym przypadku w okolicy innych genów, kodujących białka jaja. Naukowcom z Roslin Institute ta sztuka się powiodła. Dzięki temu cenne ludzkie białka są wytwarzane jedynie w jajku, skąd łatwo je pozyskać. Do tej pory wyhodowano już dość pokaźne stadko kur z tą modyfikacją, liczące ok. 500 sztuk.

Zwierzę jako fabryka leku?

Powyższy przykład nie jest odosobniony. Modyfikacje wprowadzane do genomów różnych organizmów mają na celu wykorzystanie ich szlaków metabolicznych jako „linii produkcyjnych” dla cennych farmakologicznie białek ludzkich. Pierwszymi organizmami wykorzystanymi w tym celu były, stosunkowo dobrze poznane i łatwe w transformacji, komórki Escherichia coli. To właśnie z ich udziałem powstał pierwszy w Polsce biofarmaceutyk – transgeniczna insulina o nazwie Gensulin, produkowana od 2001 roku przez firmę BIOTON. W podobny sposób można wyprodukować również inne leki, takie jak hormon wzrostu, erytropoetyna czy niektóre antybiotyki. Okazało się jednak, że nie wszystkie białka wyprodukowane przez Procaryota spełniają swoje funkcje. Winą za to należy obarczyć brak niektórych mechanizmów obróbki potranslacyjnej. W związku z tym zaczęto pracować z komórkami eukariotycznymi, np. drożdży, które w sposób naturalny zapewniały poprawną konformację przestrzenną ludzkich białek. Skoro więc w ten stosunkowo prosty sposób można produkować potrzebne białka, po co trudzić się modyfikacją zwierząt wyższych, takich jak kury lub zwierzęta mleczne? Odpowiadają na to pytanie Michał Cichocki i Wanda Baer-Dubowska w książce „Organizmy transgeniczne w farmacji i medycynie. Źródło środków terapeutycznych i model badawczy”. Słusznie sugerują, że transgeniczne zwierzę jest zdecydowanie bardziej samowystarczalne niż hodowla drobnoustrojów. Organizm wyższy sam dba o zachowanie homeostazy i tym samym zapewnia optymalne warunki do syntezy biofarmaceutyków. Innymi słowy – krowa sama zje tyle, ile potrzeba i zadba o wygodne miejsce na pastwisku, przeżuwając w słońcu lub w cieniu. W związku z tym zmniejszają się koszty i wysiłek wkładany w uzyskanie odpowiedniej ilości leku. Co więcej – zdecydowanie łatwiej jest go wyizolować. Modyfikacja wprowadzana jest w taki sposób, by zapewnić ekspresję wyłącznie w narządzie docelowym – gruczole mlecznym czy nerce, dzięki czemu lek może być wydalany wraz z mlekiem lub moczem i w ten sposób pozyskiwany – bez szkody dla zwierzęcia. Wydajność tego typu produkcji, choć wciąż dość niska, ulega ciągłemu wzrostowi. Szacuje się, że zaledwie 15 transgenicznych krów, produkujących ludzki hormon wzrostu, byłoby w stanie pokryć obecne światowe zapotrzebowanie na ten farmaceutyk! W przypadku czynnika VIII krzepnięcia krwi obliczenia są jeszcze bardziej zaskakujące. Odpowiednią ilość leku byłoby w stanie zapewnić 345 szczurów, 217 królików lub…jedna owca! Problemem pozostaje jedynie odpowiednie jego oczyszczenie, tak, by wyeliminować ryzyko przeniesienia na człowieka choroby odzwierzęcej wywoływanej przez wirusy lub priony. W tym celu stosuje się kombinację kilku metod, takich jak filtracje, precypitacje, inaktywacje wirusów i chromatografie.

Jeśli szczepić, to smacznie.

W niektórych przypadkach można wyeliminować jakiekolwiek zagrożenie chorobotwórczymi zanieczyszczeniami, wykorzystując do syntezy biofarmaceutyków…rośliny. Szczególnie ważne jest to w przypadku szczepionek. W tkankach roślin produkowane są jedynie wybrane antygeny mikroorganizmów chorobotwórczych, dlatego nie są one w stanie przyjąć formy inwazyjnej, jak w przypadku tradycyjnie produkowanych preparatów. Takie roślinne szczepionki mają wiele zalet. Przede wszystkim można przyjmować je doustnie! Jest to szczególnie korzystne, ponieważ zapewnia specyficzną odpowiedź śluzówkową, obejmującą wszystkie błony śluzowe organizmu, a prawdopodobieństwo wystąpienia odczynu alergicznego jest małe. Poza niskimi kosztami (10 – 100-krotnie mniejszymi niż przy produkcji tradycyjnych szczepionek), zachęcająca jest ich wydajność. Trudno się z tym nie zgodzić, przyglądając się szacunkom mówiącym, że zaledwie 80ha upraw dostarczyłoby wystarczającej ilości antygenów, by zaszczepić wszystkie dzieci na świecie przeciwko WZW-B. Pierwsze szczepionki roślinne produkowane były w tytoniu, pomidorze, ziemniaku, łubinie, sałacie i… bananowcu. Działały przeciwko HBV, enterotoksynie Escherichia coli czy wściekliźnie. Naukowcy z Paryża, Mediolanu i Florydy idą już jednak o krok dalej, pracując nad pozyskaniem szczepionek przeciwnowotworowych. Pierwszym krokiem jest identyfikacja epitopów, charakterystycznych np. dla czerniaka złośliwego. W obliczu tych odkryć wydaje się, że niedługo młode mamy poza dylematem „szczepić, czy nie szczepić?” będą musiały zastanowić się jeszcze nad wybraniem…odpowiedniego smaku preparatu! Oczywiście zanim to nastąpi każda szczepionka musi przejść drobiazgowe testy. Preparat nie zostanie dopuszczony do użytku, jeśli cząsteczki antygenów nie będą przechodziły w stanie nienaruszonym przez układ pokarmowy. Dodatkowo wskazane jest, by roślina produkowała daną substancję tylko w określonych okresach życia, tak by proces ten nie wyczerpywał jej zbytnio w fazie wzrostu. Dopracowanie szczepionek doustnych zajmie zapewne jeszcze trochę czasu, dlatego luksusu uniknięcia bliskiego spotkania z igłą zapewne jako pierwsze doświadczą zwierzęta hodowlane.

Perły przed wieprze.

Powiedzenie to nie niesie niestety żadnej pozytywnej treści względem wieprzy, które mają symbolizować coś niegodnego i złego. A szkoda. Szczególnie w świetle wydarzeń z ostatnich lat, kiedy to okazało się, że świnia może przysłużyć się wielu ludziom, nie tylko lądując na talerzu w postaci zgrabnego kotlecika. Jej narządy mogą przedłużać życie dzięki ksenotransplantacji, czyli przeszczepom międzygatunkowym. Stąd duży ukłon w stronę wieprzy i zasłużone perły u ich raciczek. Dlaczego jednak świnia, która jest organizmem stosunkowo mocno oddalonym filogenetycznie od człowieka, stanowi centrum zainteresowania naukowców? Można by przecież pobierać narządy od małp, które są z nami o wiele bliżej spokrewnione. W przypadku małp jednak pojawiają się liczne problemy natury zarówno technicznej jak i moralnej. Przede wszystkim mają one mało liczne potomstwo, długo osiągają dojrzałość płciową i ich ciąża trwa również stosunkowo długo.

Pierwsza w polsce transgeniczna świnka. Żródło: Instytut Zootechniki w Krakowie.

 Poza tym tak duża bliskość filogenetyczna stanowi jednocześnie przeszkodę! Większość małpich patogenów z powodzeniem może zarażać człowieka. W przypadku świń sprawy mają się zgoła inaczej – są łatwe w hodowli, wydają na świat dużo potomstwa i łatwo poddają się zabiegom inżynierii genetycznej. Ich narządy mają wielkość oraz parametry anatomiczne i fizjologiczne zbliżone do ludzkich. Zróżnicowanie wielkości poszczególnych ras stwarza możliwość doboru wielkości narządu względem pacjenta. Znaczny dystans filogenetyczny powoduje jednak duże problemy natury immunologicznej. Nad tym, by świńskie narządy nie były odrzucane po przeszczepie pracują genetycy. Obecność na powierzchni komórek antygenu Gal jest główną przyczyną ostrej odpowiedzi immunologicznej ze strony organizmu człowieka. Naukowcy wpadli więc na pomysł, by wyeliminować z świńskich komórek enzym produkujący ten antygen: alfa-1,3-galaktosylotransferazę, która jest kodowana przez pojedynczy gen. Wyłączenie tego genu pozwala na niemal całkowite wyeliminowanie powstawania antygenu Gal na powierzchni komórek. Transformacją świń jako dawców narządów zajmują się nie tylko zagraniczne zespoły badawcze. Możemy pochwalić się własnym, polskim, transgenicznym knurkiem o nazwie TG 1154, który urodził się w Instytucie Zootechniki w Krakowie w 2003 roku. Miał on wbudowany gen, który może znosić immunologiczną barierę międzygatunkową świnia-człowiek. Odpowiedź immunologiczna nie jest jednak jedynym problemem, któremu trzeba stawić czoła. W świńskich narządach występuje np. wykrzepianie się krwi, spowodowane różnicami genetycznymi między dawcą a biorcą i tym samym zachwianiem równowagi układu krzepnięcia. W przyszłości planowane jest wprowadzenie do genomów świni genów ludzkich, odpowiedzialnych za krzepnięcie, by ominąć tę trudność. Poza tym nie jesteśmy w stanie, nawet w przypadku świń, wyeliminować zagrożenia stwarzanego przez zwierzęce patogeny, szczególnie w stanie osłabienia układu odpornościowego pacjenta na czas przeszczepu.

Pozostaje tylko pytanie, czy mamy prawo wykorzystywać zwierzęta w taki sposób? Modyfikować je i ostatecznie zabijać dla pozyskania narządów czy leków? Jeśli można uniknąć pozbawiania zwierzęcia życia – jak w przypadku zwierząt mlecznych produkujących biofarmaceutyki – sprawa staje się zdecydowanie mniej kontrowersyjna. W przypadku świń, hodowanych jako dawcy narządów, chyba nie robi im różnicy czy pozyskuje się z nich mięso czy serce lub wątrobę… Inną kwestią jest, czy wprowadzanie pojedynczych ludzkich genów do genomu świni sprawia, że zaczynają mieć w sobie pierwiastek ludzki?…Każdy powinien zadać sobie te pytania, lecz odpowiedzieć na nie dopiero w obliczu choroby własnej lub kogoś bliskiego.