Presentazione Corso

Biotecnologie Mediche
Cinzia Di Pietro
0953782055
[email protected]
"La biotecnologia è l'applicazione
tecnologica che si serve dei sistemi
biologici, degli organismi viventi o di
derivati di questi per produrre o
modificare prodotti o processi per un
fine specifico".
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).
Le successive 4 slides sono tratte da:
Tratta da:
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.
Le biotecnologie mediche:
• Innovativi strumenti diagnostici
• Sviluppo di nuove terapie mediche
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.
Testi – Fonti bibliografiche
Strachan e Read Genetica umana molecolare
Utet
“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
•
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15 February 2001
CAGTCAGCACTTCTAAACCATCTAGTGATCTCCTGGACCTCCAGCCAGACTTTTCCTCTGGAGGGGCAGCAGCAGCCG
CAGCACCAGCACCACCACCACCTGCTGGAGGAGCCACTGCATGGGGAGACCTTTTGGGAGAGGATTCTTTGGCTGCA
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Human Genome Project
Studio delle malattie genetiche
Dal Fenotipo al Genotipo
Dal Genotipo al Fenotipo
Year
1986
Disease
Duchenne muscular
dystrophy
MIM n
310200
Location Gene
Xp21.3 DMD
Chromosome abnormality
(a) del(X)(p21.3)
1989
1990
Retinoblastoma
Cystic fibrosis
Neurofibromatosis 1
180200
219700
162200
13q14
7q31
17q11.2
RB
CFTR
NF1
1991
Wilms' tumor
Aniridia
194070
106210
11p13
11p13
WT1
PAX6
Familial polyposis coli
Fragile-X syndrome
Myotonic dystrophy
Huntington's disease
Tuberous sclerosis 2
175100
309550
160900
143100
191092
5q21
Xq27.3
19q13.3
4p16
16p13
APC
FMR1
DMPK
HD
TSC2
von Hippel-Lindau disease 193300
3p25
VHL
Achondroplasia
100800
Early-onset breast/ovarian 113705
cancer
Polycystic kidney disease 173900
601313
Spinal muscular atrophy 253300
600354
4p16
17q21
FGFR3
BRCA1
(b) t(X;21)(p21.3:p13)
del(13)(q13.1q14.5)
None
Balanced translocations
t(1;17)(p34.3:q11.2)
t(17;22)(q11.2:q11.2)
del(11)(p14p13)
t(4;11)(q22;p13)
del(11)(p13)
del(5)(q15q22)
FRAXA fragile site
None
None
Microdeletions in candidate
region
Microdeletions in candidate
region
None
None
16p13.3
PKD1
t(16;22) (p13.3;q11.21)
5q13
SMN1
None
1993
1994
1995
The ENCODE Project:
ENCyclopedia Of DNA Elements
The ENCODE Project:
ENCyclopedia Of DNA Elements
Researchers Expand Efforts to Explore Functional Landscape of
the Human Genome
Full-Scale ENCODE Project Will Survey Entire Human Instruction
Book
Bethesda, Md., Tues., Oct. 9, 2007 – The National Human Genome
Research Institute (NHGRI), part of the National Institutes of Health
(NIH), today announced grants totaling more than $80 million over the
next four years to expand the ENCyclopedia Of DNA Elements (ENCODE)
project, which in its pilot phase yielded provocative new insights into the
organization and function of the human genome.
The principal investigators chosen to receive the ENCODE scale-up grants are:
•Bradley Bernstein, M.D., Ph.D.; Broad Institute of MIT and Harvard, Cambridge, Mass.; $4.8 million
(four years); High-Throughput Sequencing of Chromatin Regulatory Elements. Utilizing the technique of
chromatin immunoprecipitation followed by high-throughput DNA sequencing, this team will map
modifications of histones in various types of human cells. Histones are proteins that play a key role in
DNA packaging.
•Gregory Crawford, Ph.D.; Duke University Institute for Genome Sciences & Policy, Durham, N.C.; $6.5
million (four years); Comprehensive Identification of Active Functional Elements in Human Chromatin.
These researchers will seek to identify and characterize regions of open chromatin through DNase I
hypersensitivity assays, formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements and chromatin
immunoprecipitation for a few key DNA-binding factors. Chromatin is the complex of DNA and proteins
that makes up chromosomes.
•Thomas Gingeras, Ph.D.; Affymetrix Inc., Santa Clara, Calif.; $10.2 million (four years); Comprehensive
Characterization and Classification of the Human Transcriptome. This group will identify protein-coding
and non-protein-coding ribonucleic acid (RNA) transcripts using microarrays, high-throughput
sequencing, sequenced paired-end ditags and sequenced cap analysis of gene expression tags. RNA is
an information molecule vital to a number of biological functions, including protein production.
•Richard Myers, Ph.D.; Stanford University, Stanford, Calif.; $14.6 million (four years); Global
Annotation of Regulatory Elements in the Human Genome. This group has two goals: to identify
transcription factor binding sites by using chromatin immunoprecipitation followed by high-throughput
sequencing, and to pilot the use of high-throughput sequencing to determine the methylation status of
CpG-rich regions of the human genome. Transcription factors are proteins and enzymes that initiate the
transcription of a gene's DNA sequence into RNA. Methylation refers to a specific chemical modification
of DNA, which can silence or reduce the activity of the affected region of DNA.
Studio delle malattie genetiche
Ad eredità mendeliana
Talassemia, falcemia, fibrosi cistica
Malattie genetiche
Fenotipi complessi
Neoplasie, malattie degenerative
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
Differente predisposizione a determinate patologie
Differente risposta a specifiche terapie
Tratta da “lezioni di genetica” Prof. PF Pignatti
Differente risposta a specifiche terapie
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.
Classificazione
????????????
Dogma centrale della Biologia
DNA
RNA
PROTEINE
Regolazione dell’espressione genica
Fenotipo dell’individuo
Fenotipo della cellula
I differenti tipi cellulari di un organismo
multicellulare nonostante abbiano lo
stesso genoma
differiscono
nettamente
struttura che nella funzione
sia
nella
Il fenotipo cellulare è determinato
fondamentalmente dalle differenti proteine
presenti in quel determinato
tipo cellulare
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
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
Il fenotipo cellulare è determinato
fondamentalmente dalle differenti
proteine presenti in quel determinato
tipo cellulare
e quindi
dall’espressione differenziale del genoma