Praktische opdracht Biologie Gentherapie?

Transcriptie

1 Praktische opdracht Biologie Gentherapie? Praktische-opdracht door een scholier 2859 woorden 22 mei ,9 49 keer beoordeeld Vak Biologie Is er een toekomst voor gentherapie? Inleiding. Wij wilden ons verdiepen in het onderwerp gentherapie, omdat we na in het ANW boek er iets van vernomen te hebben, wel geïnteresseerd waren om er meer over te weten te komen. Veel mensen denken negatief over het manipuleren van de genen. Ook zijn er een aantal risico s bij het toepassen van gentherapie. Aan de andere kant brengt het ook veel mogelijkheden met zich mee. In deze praktische opdracht willen wij onderzoeken welke criteria zwaarder wegen. Om tot een conclusie te komen op de hoofdvraag: Is er een toekomst voor gentherapie, hebben wij de volgende deelvragen geformuleerd: - Wat is gentherapie? - Hoe passen ze gentherapie toe en wat voor risico s zijn er aan dit proces verbonden? - Welke ziekten kunnen in de toekomst d.m.v. gentherapie genezen worden? - Welke maatschappelijke aspecten zitten er aan gentherapie - Conclusie. Wat is gentherapie, is een algemene oriëntatie op het onderwerp. Hiermee kunnen we de volgende hoofdstukken duidelijker door begrijpen Hoe passen ze gentherapie toe en wat voor risico s zijn er aan dit proces verbonden gaat over de technieken die gebruikt worden om fouten genen te herstellen, dus de mogelijkheden van de techniek nu. Ook zullen we bij iedere toepassing de risico s behandelen. Welke ziekten kunnen in de toekomst d.m.v. gentherapie genezen worden hebben we het over de mogelijke toepassingen van gentherapie en welke van die toepassingen nu wordt onderzocht. Ook komt er aan bod welke mogelijkheden en ontwikkelingen we in de toekomst kunnen verwachten. Welke maatschappelijke kanten zitten er aan gentherapie behandeld de maatschappelijke tegenstand die de risico s met zich meebrengen maar ook positieve aspecten. Wat is gentherapie? Gentherapie zorgt ervoor dat eiwitten die het lichaam eerst niet maakte ( veroorzaakte de ziekte), door een verandering/ vervanging van een gen, nu wel door het lichaam nu zelf gemaakt kunnen worden. Er zijn verschillende categorieën waarin we gentherapie kunnen onderverdelen. Ten eerste kiembaantherapie. Hierbij worden veranderingen aangebracht in cellen, die hun erfelijke informatie door kunnen geven aan latere generaties, zoals zaadcellen, eicellen of heel jong embryo s. In de meeste landen is kiembaantherapie verboden. Pagina 1 van 6

2 Ten tweede is er somatische gentherapie. Bij deze therapie worden gewone lichaamscellen gewijzigd. Omdat de doorgifte van gemanipuleerd genetisch materiaal bij deze therapie niet mogelijk is en eventuele fouten zich dus niet oncontroleerbaar kunnen uitbereiden, wordt er meestal alleen met deze vorm gewerkt. Er zijn ook verschillende methoden om cellen te behandelen. Er is de zogenaamde ex vivo oftewel indirecte benadering, waarbij de cellen eerst uit het lichaam worden gehaald, dan behandeld en dan weer teruggeplaatst in de patiënt. Dan is er nog de in vivo behandeling, waarbij de cellen van de patiënt worden behandeld in het lichaam zelf. Deze methode is een stuk goedkoper en patiëntvriendelijker. Hoe passen ze gentherapie toe en welke risico s zijn hieraan verbonden? Bij gentherapie wordt een fout gen vervangen door een goed gen. Dit wordt gedaan door middel van recombinant-dna- technologie en bacteriën. Bacteriën maken ringvormige DNA- moleculen die plasmiden worden genoemd. Met behulp van knip-enzymen, die restrictie enzymen genoemd worden, wordt de ring door midden geknipt. Hierbij ontstaan complementaire fragmenten waarvan de uiteinden aan elkaar passen. Als men een restrictie enzym twee verschillende soorten DNA laten knippen, zullen ze aan elkaar passen, omdat het restrictie enzym de plasmide op een specifieke plaats knipt. De nieuwe DNA molecuul bevat nu de juiste genen en wordt ingebracht in een bacterie en daarin wordt het dan massaal geproduceerd. Daarna moet gebeuren is het inbrengen in de celkern van de desbetreffende persoon. Dit kan op veel verschillende manieren gebeuren. Deze worden in de onderstaande deelonderwerpen behandeld. Wat belangrijk is bij het inbrengen van het DNA is het volgende: 1. Eerst moet het DNA de cel bereiken 2. Dan moet het DNA in de cel komen 3. Voordat het DNA in de cel komt beweegt zich het intracellulair voort. 4. Als het eenmaal het kernmembraam is gepasseerd 5. Dan is het de bedoeling dat er in de kern eiwitten worden gevormd, waarvoor het vernieuwde DNA codeert. Ik had het juist al gehad over de verschillende manieren dat het in de celkern kan komen. Het meeste gebeurd dit via virussen, maar er zijn ook andere manieren. Virussen Virussen zijn de kleinste en wat opbouw betreft de meest eenvoudige micro-organismen. Ze hebben, net als bacteriën, levende cellen nodig om zich te kunnen vermeerderen. Een virusdeeltje bevat genetische informatie die nodig is voor het maken van onderdelen die het niet aantreft in de gastheercel, en is omgeven door een eiwitkapsel waardoor het buiten de cel enige tijd kan overleven. Bepaalde soorten virussen, bijvoorbeeld retrovirussen, zijn bovendien omgeven door een membraam, die is gevormd uit bepaalde onderdelen van de wand van de gastheercel en virale eiwitten. Sommige virussen hebben hun genetische informatie opgeslagen in DNA, andere in RNA. Tot deze laatste groep behoren de retrovirussen, die veel worden gebruikt voor de overdracht van genetische informatie. Retrovirussen hebben een speciaal enzym bij zich waarmee de code van hun RNA in de gastheer kan worden omgezet in de overeenkomstige DNA-code, die vervolgens ingebouwd wordt in het DNA van de gastheercel. Dit virale enzym is voor de infectie niet aanwezig in de gastheercel en wordt reverse ( omgekeerd) transcriptase genoemd. Omgekeerd, omdat in cellen gewoonlijk de DNA-code wordt overgezet in een RNA-code. De RNA-code wordt vervolgens vertaald naar eiwit. Wat belangrijk is bij het gebruik van retrovirussen, is, dat de Pagina 2 van 6

3 ingebrachte genen alleen tijdens een celdeling in het DNA van de gastheercel kunnen worden ingebouwd, wanneer de verdubbeling van het DNA plaatsvindt. Deze virussen hebben echter het voordeel dat de cellen die de goede genen over hebben gekregen van het retrovirus, deze goede genen ook zullen overdragen bij verdere celdelingen. Recombinant- retrovirussen Retrovirussen bevatten als voornaamste genetisch informatie drie gengroepen genaamd: gag ( codeert eiwitten van het kapsel), pol ( codeert voor de virale enzymen waaronder reverse transcriptase) en env ( codeert voor de virale eiwitten). Ook is er een speciale code aanwezig voor het inpakken van het virale RNA in het eiwitkapsel, het inpaksignaal ook wel Psi ( ) signaal genoemd. Na binnenkomst in de gastheercel komt het RNA uit het virusdeeltje vrij en wordt genetische informatie ervan door het enzym reverse transciptase overgeschreven in een DNA streng. Dit DNA wordt provirus genoemd, omdat daarmee later weer een viraal RNA kan worden gemaakt. Om zo n retrovirus geschikt te maken voor gentherapie, isoleert men het hele genoom en haalt men de drie groepen (gag, pol en env) eruit. Daarvoor in de plaats komt het therapeutische gen. Het psi signaal laat men zitten. De nieuwe constructie heet de vector. Vervolgend moet de vector nog in een eiwitkapsel worden verpakt dat er nog een infecterend virusdeeltje kan ontstaan. Een virus kan alleen die cellen infecteren, die op hun oppervlak een bepaalde receptor hebben. Virussen binden zich namelijk door middel van glycoproteine dat wordt aangemaakt door het gen env. Het virus hecht zich dan aan het membraam van de gastheercel. En fuseert het buitenmembraam van het virus met het celmembraan van de gastheercel. Daar wordt de inhoud van het virus in de cel geloosd. Dan worden er nieuwe virusdeeltjes aangemaakt, die nadat ze van een eiwitomhulsel zijn voorzien, uit de cel worden gewerkt om daarbuiten weer andere cellen te infecteren. Nadelen van deze methode zijn dat tijdens het productieproces er mutaties kunnen plaatsvinden waardoor het inpaksignaal van de vector toch bruikbaar wordt voor het virale gag, pol en env genen; dan zijn de virusdeeltjes niet kreupel meer. Er zijn methoden ontwikkeld die het mogelijk maken enkele van die zg. replica competente virussen te ontdekken. De veiligheid van het product is dus optimaal, maar de kosten hiervan maken het proces wel heel duur. Recombinant-DNA virussen. Naast virussen die RNA bevatten zijn er ook virussen die hun genetische code hebben opgeslagen in DNA. Vooral virussen die zijn afgeleid van adenovirussen ( verkoudheid) van de mens zijn erg geschikt voor gentherapie. Om een adenovirus uit te rusten met een goed gen wordt een bepaald stuk ( het mastergen) van het virale DNA verwijderd. Het door het recombinant adenovirus overgebrachte gen wordt in dit geval niet opgenomen in het DNA, maar kan wel tot uitdrukking komen zonder dat daarvoor celdeling nodig is. Het voordeel van Adenovirussen is, dat ze ze dus kunnen toepassen op rustende cellen. Nadelen van deze methode zijn dat er zeer veel virussen moeten worden geproduceerd. In theorie bestaat ook het risico is dat het mastergen nog aanwezig is in het virus. Hierdoor zou besmetting kunnen plaatsvinden. Omdat cellen die met het adenovirus zijn besmet uiteindelijk door het immuunsysteem worden opgeruimd, wordt dit risico maar klein geacht. Adeno geassocieerde virussen ( AAV) Een ander virustype waaraan tegenwoordig veel aandacht wordt besteed zijn de AAV s. Ze zijn zogenoemd omdat ze zich alleen maar kunnen vermenigvuldigen als er een bepaald ander virus in de cel aanwezig is. In tegenstelling tot het adenovirus heeft een AAV geen ziekteverwekkende eigenschappen. Het DNA dat Pagina 3 van 6

4 met het AAV wordt overgebracht wordt wel in het DNA van de geïnfecteerde cel opgenomen. De AAV methodeheeft veel voordelen vergeleken met andere virussen. Zo zijn de AAV deeltjes klein en blijven ze daardoor langer in het lichaam aanwezig. Ook kunnen ze worden ingebracht in niet delende cellen. Genoverdracht zonder virus Uit het voorgaande blijkt dat het gebruik van virussen voor somatische gentherapie diverse problemen met zich mee kan brengen. Daarom is er gezocht naar methodes die zonder virussen werken. De meest voor de handliggende manier om DNA over te brengen is door een injectie van stukjes DNA in de celkern. Dit wordt micro- injectie genoemd. Deze methode wordt ook toegepast bij in-vitrofertilisatie. In 15 tot 30 % van de gevallen wordt het DNA opgenomen in de cel en het grootste deel is dan actief. Een nadeel bij deze methode is dat als er meerdere cellen moeten worden behandeld, dit erg kostbaar kan worden. Het kan ook gebeuren dat het ingebrachte DNA kanker veroorzaakt. Het is dan niet het DNA zelf, maar als het op een willekeurige plaats wordt ingebracht, kan het ten eerste een kankersupressiegen onwerkzaam maken, of ten tweede een protononcogen activeren, zodat er kanker ontstaat. Een methode die op micro-injectie lijkt is het genpistool. Met dit apparaat worden d.m.v. pneumatische kracht een groot aantal kleine gouddeeltjes waaraan DNA is geplakt in het weefsel geschoten. De gouddeeltjes boren het DNA dwars door alle cellagen heen, waardoor bij een deel van de cellen een deeltje DNA achterblijft Ook kan het DNA op een chemische wijze de doelcel bereiken. Een veel eenvoudigere methode is DNA met calciumfosfaat. Als men DNA zuivert en men doet er calciumfosfaat bij dan geeft dat een neerslag ( precipaat), dat door cellen in weefselkweek wordt opgenomen. In de cel wordt het vreemde DNA deels afgebroken, maar soms komt er genoeg van in de kern terecht om daar te worden opgenomen. Dit kan bijvoorbeeld door het DNA te neutraliseren. DNA- moleculen hebben een negatieve lading, en aangezien de cellen waar het DNA naar toe moet, ook negatief geladen zijn, stoten ze elkaar dus af. Als het DNA nu geneutraliseerd wordt, kan het de doelcel wel bereiken. Het neutraliseren wordt gedaan door het DNA op een chemische wijze te bewerken met het positief geladen polymeer. Een tweede manier is het gebruiken van liposomen. Liposomen zijn microscopisch kleine blaasje die uit vetachtige stof ( fosfolipiden) kunnen worden gemaakt om een kleine hoeveelheid DNA of RNA te verpakken. Het is dus een soort envelop oftewel packaging-cel. Liposomen hebben een buitenmembraam dat uit een dubbele laag lipidemoleculen bestaat. Deze lipidemoleculen hebben een polaire staart ( keert zich naar water) en twee apolaire staarten. Hierdoor kunnen ze gemakkelijk fuseren met het celmembraan en kan het DNA in de cel komen. Nog een mogelijkheid met lipiden is de polaire lipiden te voorzien van positieve geladen lipiden ( catonische lipiden) waardoor het negatieve DNA makkelijker wordt opgenomen. Men probeert ook om op de membramen speciale eiwitten aan te brengen, zodat ze beter de doelcellen kunnen bereiken. Wat men ook kan doen, is gewoon naakt DNA in de spieren spuiten. Ook al heeft het DNA een afstotende negatieve lading, er komt toch wel een kleine hoeveelheid naar binnen. Dit is een goede methode, omdat kleine hoeveelheden eiwitten al een immuunreactie kunnen oproepen. Algemene nadelen De meest voorkomende nadelen zij toch wel efficiëntie problemen. Als men virussen als vectoren wil gebruiken, moet men zeer veel gaan produceren. Ook is het zo dat er niet bij virussen de garantie is dat het goede gen ook, wanneer het is aangebracht in het menselijk DNA, wordt vermenigvuldigd. Bij de methode van de neutralisatie van DNA, de micro-injectie en het genpistool is er ook geen garantie of Pagina 4 van 6

5 het DNA wel wordt opgenomen, en of het goede gen tot uiting komt Een ander opvallend probleem ontstaat door het willekeurig inbrengen van DNA. Hierdoor kunnen, zoals al eerder gezegd, een aantal genen worden geactiveerd, die kanker veroorzaken. Wat nog een zeer belangrijk risico is, is dat bij het proces dat vooraf gaat aan het inbrengen van de vector, het virus nog kan muteren in een ander levensbedreigend virus. De bovenstaande risico s worden zo veel mogelijk beperkt door een opgestelde regelgeving voor de veiligheid van het toepassen van gentherapie. Welke maatschappelijke aspecten zitten er aan gentherapie? In de beginperiode toen men nog alleen maar werkte met recombinant-dna-technieken was er hierover nog maar weinig opspraak in de maatschappij. Pas toen er mogelijkheden kwamen om planten, dieren, genetisch te manipuleren kwam te technologie iets dicht bij de mensen zelf te staan en begon de discussie over genetische manipulatie. Bij de deelvraag: wat is gentherapie hebben we het al gehad over kiembaan-therapie En somatische gentherapie. Een negatief aspect is bij beide therapieën, is dat er bij het vooronderzoek gebruik wordt gemaakt van proefdieren. Een aantal mensen zijn van menig dat het leven van een dier even zwaar telt als het leven van een mens. Zoals al eerder gezegd is kiembaan therapie in de meeste landen verboden. Dit komt omdat het onderzoek na deze therapie nog in volle gang is. Onderzoekers kunnen nog niet de gevolgen van een zich voortplantend totaal genetisch gemodificeerd mensen nog niet voospellen. Het risico hiervan is dat eventuele foutjes kunnen worden doorgegeven aan een een volgende generaties en vandaar weer aan derde generatie. Wat toch een voordeel van deze therapie kan zijn is dat het erfelijke ziekten in families tot stilstaand kan brengen. Maar de maatschappelijke aspecten wegen zwaarder en is er dus nog steeds een verbod op kiembaan therapie. Somatische gentherapie brengt veel minder maatschappelijke aspecten met zich mee In het algemeen doemen er bij gentherapie vragen op als mogen we God spelen? Deze vraag is eigenlijk niet zo van toepassing op somatische gentherapie, want tegenwoordig ziet men deze therapie bijna als een gewone transplantatie, bij transplantatie worden de weefsels zelfs totaal veranderd. De vraag of we voor God mogen spelen wordt vaak tegengesproken door een positief aspect van gentherapie: er kunnen mensen worden genzen met bijv. erfelijke ziekten, kanker, aids en parkinson. De maatschappelijke kritiek is vooral gericht op enhancement engineering. Dit is ook wel bekend als eugenetica. Hierbij gaat het niet om het behandelen van ziekte, maar op het aanpassen van menselijke eigenschappen als intelligentie, lengte, en kracht. De belangrijkste factor is waar het heel onze maatschappij omdraait GELD. Heel het proces dat aan gentherapie verbonden is erg kostbaar. Als sommige bedrijven de financiering stopzetten kan het onderzoek vastlopen. Er kunnen dan onvolledige vormen van gentherapie voorkomen, dit is gevaarlijk want je weet nooit wat er mis kan gaan bij onverantwoord gebruik. Bedrijven moeten ook nog een keuze maken welke ziekte ze proberen te genezen met behulp van gentherapie. De marktgerichtheid kan er toe leiden dat veel voorkomende ziekte zoals kanker en aids alle aandacht krijgen, terwijl de zeldzame erfelijke ziektes worden vergeten. Conclusie: Is er een toekomst voor gentherapie? Uit dit onderzoek hebben we duidelijke antwoorden gekregen op de deelvragen. De eventuele nadelen zijn Pagina 5 van 6

6 de volgende: De maatschappelijke kanten, dus de ethische vraagstukken betreffende kiembaantherapie en enhancement engineering dat bijna overeenkomt met eugenetica. De eventuele mutaties die drastische gevolgen kunnen hebben voor het milieu, en misschien wel een ander levensbedreigend virus kan ontstaan. De risico s die verbonden zijn aan het proces van het inbrengen van het DNA zoals kanker. De voordelen: Er kunnen in de toekomst zeer veel ziektes worden behandeld. Op een veilige manier, kan worden gezorgd dat mensen met een defect immuunsysteem genezen kunnen worden. Er bestaat een mogelijk medicijn tegen kanker. Eigenlijk vinden we beiden dat De nadelen kunne worden voorkomen als men een goede behandeling toepast. Gentherapie kan een standaardbehandeling worden als: - De veiligheid gegarandeerd is. - Er alleen somatische gentherapie wordt toegepast en geen enhancement engineering zijn er geen negatieve maatschappelijke aspecten meer - Ze een therapie toepassen die het meest efficiënt, het meest veilig en het meeste kans op slagen heeft toepassen. Ons antwoord op de hoofdvraag is dus: De mogelijkheden en vooruitzichten van gentherapie wegen zwaarder dan de negatieve aspecten dus er is zeker een toekomst voor gentherapie. Pagina 6 van 6