Download Genoma Humano: aplicación práctica

Biotecnología en Salud
Humana
Ricardo Fujita, Ph.D.
Centro de Genética y Biología Molecular
Facultad de Medicina
Universidad de San Martín de Porres
[email protected]
Algunos avances tecnológicos
básicos en biotecnología
• Mendel Caja negra: Genotipo => fenotipo-1866
• Desarrollo microbiología-virología -1870
• Cultivo de células in vitro - 1920
• Descubrimiento estructura del DNA – 1953
• DNA recombinante => bancos genómicos, expresión-1970
• Secuenciación: estudio base a base-1970
• Microarrays: capacidad de estudios seriados a gran escala2000
Perú
• Principales problemas de salud: infecciosas y
crónicas
• Enfermedades endémicas y propias
• Variedad de grupos étnicos nativos y mestizos
no estudiados
• Biodiversidad especies: Búsqueda de nuevos
fármacos
• Pobre desarrollo de base para biotecnología
Algunos aspectos de biotecnología y salud
1. Análisis y caracterización de material genético y su función:
–
–
–
–
–
Mapeo e identificación de genes individuales
Genoma, conjunto del material genético
Transcriptoma, estudio de la expresión
Proteoma, estudio de la expresión y producción de proteínas
Metaboloma, expresión conjunta y coordinada de genes y proteínas
2. Ingeniería Genética (manipulación genética):
– Proteínas recombinantes
– Terapia génica
3. Células Troncales (Stem cells)
– Regeneración de tejidos
– Organogénesis
Biotecnología en enfermedades
infecciosas
• Identificación de genes y proteínas del parásito para búsqueda de
estrategias de ataque
• Tuberculosis, dengue, malaria, leishmaniosis, tripanosomiasis,
infecciones intrahospitalarias, etc.
• Estudios de fisiología molecular de patógenos, vectores,
reservorios
• Identificación de genes de patogenicidad, resistencia a
antibióticos, cuellos de botella metabólicos
• Generación de vacunas
• Pruebas de nuevos compuestos farmaceúticos y validación de
medicina tradicional
• INS, Cayetano Heredia, UNMSM
Necesidad de estudios en
poblaciones peruanas
• Estudio Genoma Humano 2003 con mixtura de varias
personas de EEUU, Europa, Japón y China
• Generado de 10-20 muestras de donantes anónimos de
diferentes grupos étnicos (caucásicos > afroamericanos>
asiáticos). Hispanos
• Sudamericanos (nativos y mestizos) no-representados
• Mestizaje: potencial para descubrir genes más fácilmente
en background genético distinto
Proyecto Genoma Humano (2003)
• Catálogo de secuencias (3.2 X 109 bases) y de genes (25,000)
traducidos a proteínas (300,000)
• Identidad 99.9% => 0.1% variabilidad (marcadores)
• Genes identificados: diagnóstico, pronóstico, prevención
• Proteínas identificadas: productos recombinantes, terapia molecular
inteligente
• Decenas de genes de enfermedades comunes: hipertensión,
cardiovasculares, diabetes, siquiátricas, cáncer
• Algunos genes inactivos o ausentes en individuos normales: CCR5,
ADH, otros genes duplicados: CYP2D6 (40% de fármacos)
• Otros genomas: patógenos (virus a helmintos), especies agropecuarias
(plantas, animales, hongos), modelos: bacteria, hongo, mosca, fugu,
ratón
Posibles estudios en poblaciones
peruanas
• Identificación de variantes de
enfermedades mendelianas
• Identificación de variantes de enfermedades
comunes
• Estudios de genes de infección
• Farmacogenética
• Nutrigenética
Mapeo de gen responsable de glaucoma. Cosegregación de
marcador (*) de cromosoma 2cen-q13 en familia con
G85
glaucoma PGAA (Chincha) GLC1B
G86
G87
G77
G70
G82
G67
*
*
*
G78
G79
*
*
*
G88
G68
*
*
*
M.L. Guevara-Fujita, R. Perez G., J. Richards, R. Fujita.
Am. J. Hum Genet Oct. 2002 A756
*
Distribución de MBL (defensa contra patógenos)
deficiente en Sudamérica
Cayapas
Colorados
(Cóngoma y Chiguilpe)
Loreto
Lago Titicaca (Taquile,
Amantaní, Los Uros y
Anapia)
80 80
58
41
36 27
35
27
22
22
24
35
42 46 Chiriguanos Sandoval, Madsen,
Mapuches
Ay
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90
80
70
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50
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10
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porcentaje
Lambayeque
Ucayali
Junín
Ayacucho
Poblaciones
Cayapas
Ayacucho
Cóngoma
Taquile
Chiguilpe
Amantaní
Loreto
Los Uros
Ucayali
Anapia
San José
Chiriguanos
Junín
Mapuches
Velazquez, Descailleaux,
Ñique, Di Stefano,
Garred, Fujita
Human Genome Meeting
Kyoto, April 2005
Diagnóstico gen glaucoma familia Andahuaylas
MYOC Glaucoma juvenil
Diagnóstico pre
sintomático (203)
105
CSGE familiaG
106
102
101
204
203
107
103
104
normal
afectado
Recurrent myocilin Asn480Lys glaucoma causative mutation arises de
El patrón CSGE de los miembros de la familia muestra una sola banda para
novo in a Peruvian
of Amerindian
Guevara-Fujita,
los family
no afectados
y muestra controldescent.
(ctD), mientras
los afectados muestan
Perez-Grosman, Estrada,
y portador
Fujita asintomático
(2008). de la
doble banda,Pawar,
así comoVargas,
también elRichards
paciente 203
mutación
Journal of Glaucoma
17: 67-72.
Fig.2 Sequence of MYOC exon 3 in a POAG patient of family. N
indicates a double reading (C and G) in nucleotide position 1440 of gen
MYOC. Normal sequence 1438-1440 (AAC) corresponds to codon
Asn, whereas mutation changes codon to AAG, Lys. This transversion
yields a MYOC Asn480Lys mutation (charge).
T
G A T
T G A
C
T A
C A A N
C
C
C C T G G A C A
A
nt1440 (aa 480)
Guevara-Fujita, Perez Grossman, Estrada, Vargas, Richards y Fujita
(2008). Journal of Glaucoma 17: 67-72.)
Global Reach-U of
Michigan/USMP 2008
• Descubrimiento de nuevos genes de glaucoma
• Estudio de 3 familias peruanas de glaucoma sin
localización (6 loci conocidos descartados)
• Dsecubrimiento de genes 2 pasos:
– Mapa por marcadores SNPs (reducir a pequeña región
de genoma < 1%). Microarrays.
– Identificación de genes candidatos en esa región
(comparación expresión). Microarrays.
Nuevos Blancos farmacológicos
• Fármacos actuales inciden ~ 500 moléculas blanco
• Usando datos del genoma genes conocidos => buscar
nuevos y mas eficientes blancos (varios miles) con
bioinformática
• Descubrimiento de nuevos genes blanco de
fármqcos: Buscar Homólogos en bancos de datos:
– Receptores de Serotonina: conocido receptor 5HT3A de baja conductancia. Encontrado 5HT3B receptor de alta conductancia (desórdenes
del comportamientos y esquizofrenia?)
– Gen conocido transportador SLC6A (solute
carrier family 6, GABA neurotransmitter
transporter). Nuevos genes transportadores
encontrados para: SLC6A2 Noradrenaline,
SL6A3 dopamine, SLC6A4 serotonin, SLC6A5
glycine, SLC6A6 taurine, SLC6A7 proline
Farmacogenética (todos no reaccionamos igual al
mismo medicamento)
Dosis standard
Otra droga
> dosis
Otra droga
< dosis
Ítems relacionados a
farmacogenética
• Fármacos para poblaciones de países
desarrollados
• Estudios de nuestras poblaciones (fármacos,
dosis, etc.)
• Contaminación urbana, minera, etc.
• Nutrigenética (ejm. leche y tolerancia a
lactosa)
Proteínas Recombinantes
Proteínas humanas para reemplazo (en pacientes con
deficiencias) obtenidas en mayor cantidad, purificadas, a partir
de bacterias, plantas o animales transgénicos
Mercado de miles de millones US Dollars
Terapia génica
• Modificar o activar la expresión de un gen
endógeno mediante la introducción de una
versión modificada in vitro
•
•
•
•
•
Ataca causa primaria vs. síntomas
Especificidad en celula o tejido blanco
Localizado vs. sistémico
Rangos de duración más largos
Varias estrategias dependiendo de enfermedad
Estrategia de reemplazo de gen mutante
Introducción de gen
normal en
celulas mutantes
Incorporación de
gen por crossing
over
Celulas con
función normal
Leber congenital amaurosis, terapia génica experimental abril 2008,
recuperación de ceguera total a caminata en laberinto-movimiento de
mano.
Terapia por RNA de interferencia (RNAi)
Premio Nobel Medicina 2006
Derivado de terapia génica, RNA doble inactiva expresión de
gen anormal
La Promesa de las células madre (Stem cells)
Búsqueda de
fármacos y tests
de toxicidad
Estudios del control
de genes y desarrollo
Células cultivadas troncales
multiplicadas
Tejidos células para terapia
médula ósea
neuronas
músculos
páncreas
Células madre
• Célula madre: se reproduce y da lugar a diferentes tipos celulares in
vitro
• Diferencia con células embrionarias: provienen del mismo paciente
(evita rechazo).
• Corrientemente usado en linfomas y leucemias con células de médula
ósea o cordón umbilical.
• Para reemplazar células anormales degenerativas (Alzheimer,
Parkinson, diabetes), proliferativas (tumores, cáncer), accidentes
(tetraplégicos) o intoxicaciones.
• Organogénesis: formación de órgano o parte de función a partir de
células madre.
• Todavía en experimentación en mayoría de países. China turismo
médico en células madre.
• Perú: INCOR infartos OK, compañías? (a probar)
Conclusiones sobre biotecnología en
salud
• Grandes avances para el estudio, tratamiento y cura de
enfermedades
• Permite identificar causa de enfermedades: diagnóstico,
pronóstico, prevención
• Estudios del genoma permite tener catálogo de todos los
genes, varía en individuos y poblaciones
• Organismos transgénicos productores de proteínas y vacunas
recombinantes, alimentos enriquecidos
• Algunas estrategias de tratamiento incluyen terapia génica,
células madre
• La biotecnología moderna se ha desarrollado rápidamente:
poco tiempo para países pobres