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Gentherapie Biologie LK GFS
29.3.2022
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GENTHERAPIE BIOLOGIE LK INHALTSVERZEICHNIS 1.0 Allgemeines O O 2.0 Methoden der Gentherapie 2.1 Somatische Gentherapie O O O 1.1 Vorwissen 1.2 Definition O 2.1.1 Ablauf ➤ 2.1.2 Verfahrensmöglichkeiten 2.1.3 Risiken 2.1.4 Beispiel 2.2 Keimbahntherapie > 2.2.1 Allgemein 2.2.2 Problem 2.2.3 Beispiel > 2.3 Zeitstrahl Vor- und Nachteile Quellen 1.1 VORWISSEN Ziel: Behandlung erblicher Krankheiten mithilfe von Gentechnik Somatische Gentherapie: Übertragung von Genen in Körperzellen von Menschen. Neue genetische Eigenschaften werden nicht in die nächste Generation vererbt. o Eingriff in die genetisch gesteuerten Funktionen von Körperzellen o Bsp.: Krebszellen in den Selbstmord (= Apoptose) treiben Keimbahntherapie: ,,Gendefekt" sollen bereits in der befruchteten Eizelle korrigiert werden. Neue genethische Info wird an alle späteren Zellen des Menschen weitergegeben und damit vererbt! 1.2 DEFINITION Die Gentherapie ist ein Verfahren, welches das Ziel hat Gendefekte zu korrigieren. Sie behandelt also nicht die Symptome, sondern die Ursache der Krankheit. 2.0 METHODEN DER GENTHERAPIE 2.1 SOMATISCHE GENTHERAPIE 2.1.1 ABLAUF Behandelt monogenetische Erberkrankungen Gene delivery Aufenthalt des Materials Vektoren 1. Körperzellen des Patienten werden entnommen wissensschau.de 2. ein Virus schleust das fehlerfreie Gen in die Zellen ein 3. der Patient erhält die ver- änderten Zellen zurück 4. das fehlerfreie Gen kann die normalen Körperfunk- tionen wieder herstellen So funktioniert die erste zugelassene Gentherapie Im Labor wird der Großteil des Erbguts eines Adeno-assoziierten Virus (AAV) entfernt. An Stelle des eigenen Erbguts wird das Gen für das Eiweiß Lipoproteinlipase (LPL) in das Viruspartikel eingefügt. Dem Patienten werden Millarden der Viren in den Unterschenkelmuskel gespritzt. Zusätzlich erhält er Medikamente, die das Immunsystem unterdrücken. Quelle: Uniqure Tsp/Reinheckel Das Virus Infiziert eine Muskelzelle. In der Zelle bindet sich das Virus an den Zellkern und setzt das LPL-Gen frei. ZELLE ZELLKERN Das LPL-Gen bleibt als eigenständiges DNS-Stück im Zellkern,...
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die Maschinerie der Zelle liest es ab und produziert das Eiweiß LPL, das dem Patienten bisher fehlte. 2.1.2 VERFAHRENSMÖGLICHKEITEN Modifizierte Viren als virale Vektoren (Transduktion) Nicht viral ( Mikroinjektion, synthetisierte chemische Vektoren wie Liposomen, Polymere oder Nanopartikel) Zielgenaue Zerschneidung der DNA Bsp.: CRISPR/Cas9 MECHANISMEN IN DER GENTHERAPIE: Genersatztherapie Genom-Editierung (Genome Editing) Prothetische Gentherapie VERFAHREN Erbgut Kapsid Hülle 3. Um den viralen Vektor zu produzieren, werden die Plasmide in Zellen einge- schleust. Nur das therapeutische Gen (X) wird verpackt, da es als einziges die entspre- chenden Signalelemente (S) enthält. 1. Das Erbgut des Virus beinhaltet typischerweise folgende Gene: - Eiweisse der Hülle (H) und des Kapsids (K) - Regulierung der Vervielfältigung des Erbguts (R) - Pathogenitätsgene (P), z.B. um die Abwehrmechanismen der Wirtszellen auszuschalten - Signalelemente (S), die anzeigen, welche Sequenz vervielfältigt und verpackt werden soll S H R 2. Die Pathogenitätsgene (P) des Virus werden entfernt. Die weiteren genetischen Elemente werden isoliert und in verschiedene Plasmide eingebaut. Ein Plasmid enthält das gewünschte therapeutische Gen (X) sowie Signalelemente (S), welche die Vervielfältigung und Verpackung des neuen Gens ermöglichen. 0,000 H K 2 TTT S 2.1.3 RISIKEN Zellen entarten => Leukämie (Blutkrebs) unvorhersehbare folgen Genotoxizität Kontrolle des normalen Zell Wachstums wird gestört -> Krebs Infektiöse Genvektoren 1. horizontale Transmission 2. vertikale Transmission (gute Entwicklung der Vektor Technologie verhindert dies aber) Immunotoxizität Arztneimittelwechselwirkungen ANWENDUNGSGEBIETE UND KRANKHEITEN 1. Monogenethische Erkrankungen: O Definition: Gendefekt beruht auf nur einem einzelnen Gen O Aussicht: Gentherapie gilt als vielversprechend o Bsp.: Severe Combined Immunodeficiency (SCID), Hämophilie 2. Polygene Erkrankungen: Definition: Gendefekt beruht auf mehreren Genen Aussicht: Schwieriger o Bsp. Krebs, Diabetes mellitus 3. Infektionskrankheiten: O Idee: Der Körper soll selber das benötigte aus dem Impfstoff herstellen Bsp.: HIV (AIDS), Pocken O 2.1.4 BEISPIEL: ASHANTI DESILVA Bio ALEXANDRI 1990 in Washington: Ashanti DeSilva -> geheilt Störung ihres Immunsystems Durch spritze wurden genetisch veränderten Zellen initiiert führt ein normales Leben wie normale andere Kinder Nicht geheilt Muss Medikamente nehmen, welche den enzymmangel ausgleichen 2.2 KEIMBAHNTHERAPIE 2.2.1 ALLGEMEIN Ziel: Prävention von genetisch bedingten Erbkrankheiten Gen-Veränderungen werden an den Fortpflanzungszellen (Spermien und Eizellen) vorgenommen und sind dadurch vererbbar DNA-Abschnitt, auf dem sich der Gendefekt befindet aus einer lebenden Spermien- oder Eizelle entfernen und gezielt mit dem gesunden" Gen austauschen Somatische und Keimbahnzellen können mutieren > Nur die Mutationen von Keimbahnzellen werden weitervererbt (genethische Grundlage für Erbkrankheiten) ➤ Könnten mit der Keimbahntherapie behandelt werden und dadurch nicht mehr weitervererbt werden 2.2.2 PROBLEM Ist unteranderem in Deutschland unter ethischen Aspekten und aus Sicherheitsgründen verboten Forschung: hoher Embryonenverbrauch, Humanexperimente mit eventuell unverantwortbaren Abläufen Noch an den Anfängen ihrer Entwicklung S 2.2.3 BEISPIEL He Jiankui Lulu und Nana 2.3 ZEITSTRAHL 1972: Misslungene Versuche von Ärzten -> heutzutage als erster Gentherapie-Versuch angesehen I 1988: Erste Gentherapiestudie wurde bewilligt ■ ■ ■ Stopp aller klinischen Gentherapie-Studien 2000 in Paris: 20 Kinder mit schwerem Immundefekt mit Gentherapie behandelt I 2009: Steven Howarth (Erfolg) 2.11.2012: Erste Gentherapie der westlichen Welt I 1990: Erste Gentherapie (Erfolg) 1999: Jesse Gelsinger (Misserfolg) ■ VOR- UND NACHTEILE Vorteile: 1. Hoffnung auf Heilung 2. Einmalige Behandlung 3. Krankheiten ausrotten Nachteile: 1. Unvorhersehbare Auswirkungen 2. Kostspielige Behandlung 3. Ethische Bedenken QUELLEN T T https://www.drze.de/im-blickpunkt/somatische-gentherapie https://naturwissenschaften.ch/synthetic-biology-explained/applications/gene_therapy https://www.tagesspiegel.de/wissen/moderne-medizin-gene-auf-rezept/7589576.html https://www.youtube.com/watch?v=ojVvt|NyJu8 https://www.swr.de/wissen/odysso/broadcastcontrib-swr-35526.html https://biotechlerncenter.interpharma.ch/themen/gentherapie-krankheiten-mit-genen-behandeln/5- meilensteine-der-gentherapie/ https://krank.de/behandlung/gentherapie/#keimbahntherapie https://www.drze.de/im-blickpunkt/somatische-gentherapie/module/keimbahntherapie https://naturwissenschaften.ch/synthetic-biology-explained/applications/gene_therapy Letzter Aufruf 07.01.22 Buchquellen: Jürgen Markl, Biologie Oberstufe, Stuttgart 2018, Seite 144 Dr. Werner Bils, stark Abitur Training Biologie 2, 2020, Seite