ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ. Ελένη Ντούνη

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ. Ελένη Ντούνη"

Ἰωνᾶς Βονόρτας
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ Ελένη Ντούνη Επ. Καθηγήτρια, Εργαστήριο Γενετικής, Τμ. Βιοτεχνολογίας, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Συνεργαζόμενη Ερευνήτρια, Ε.ΚΕ.Β.Ε. Αλέξανδρος Φλέμιγκ

2 ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Βιοτεχνολογία προσφέρει τη δυνατότητα χρησιμοποίησης ζωντανών οργανισμών για την παραγωγή σε ευρεία κλίμακα χρήσιμων προϊόντων. Παρελθόν: Παραγωγή ψωμιού, μπύρας, κρασιού Σήμερα : Τρόφιμα, εμβόλια, αντιβιοτικά (Πενικιλίνη Φλέμιγκ 1928/Nobel 1945), ινσουλίνη (1982) αυξητική ορμόνη (1985), ερυθροποιητίνη (1989) μονοκλωνικά αντισώματα (διάγνωση, θεραπεία καρκίνου, μεταμοσχεύσεις)

Παρελθόν: Παραγωγή ψωμιού, μπύρας, κρασιού Σήμερα : Τρόφιμα, εμβόλια, αντιβιοτικά (Πενικιλίνη

3 ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Γενετικά τροποποιημένα ζώα (Διαγονιδιακά) Κτηνοτροφία Ζώα ανθεκτικά σε ασθένειες Βελτιωμένα χαρακτηριστικά (κρέας, γάλα, μαλλί) Φιλικά στο περιβάλλον Ιατρική Διάγνωση (ανάπτυξη ευαίσθητων τεχνικών, ανίχνευση κληρονομικής ασθένειας) Πρόληψη (εμβόλια) Θεραπεία (Μεταμοσχεύσεις, γενετική θεραπεία) Παραγωγή φαρμακευτικών πρωτεϊνών (φαρμακευτικές πρωτεΐνες, αντισώματα) Μοντέλα ασθενειών (προκλινικές δοκιμές)

ευαίσθητων τεχνικών, ανίχνευση κληρονομικής ασθένειας) Πρόληψη (εμβόλια) Θεραπεία (Μεταμοσχεύσεις,

4 Φαρμακευτικές πρωτεΐνες Πρωτεΐνη Ινσουλίνη Παράγοντας ΙΧ Ενεργοποιητής Πλασμινογόνου Ιντερφερόνες ιαμεμβρανικός ρυθμιστής Αυξητική ορμόνη Α1-Αντιθρυψίνη Παράγοντας CD4 Ασθένεια Σακχαρώδης ιαβήτης Αιμορροφιλία Α,Β Θρομβώσεις, έμφραγμα Καρκίνος Κυστική ίνωση Αχονδροπλασία Πνευμονικό εμφύσημα AIDS

Α1-Αντιθρυψίνη Παράγοντας CD4 Ασθένεια Σακχαρώδης ιαβήτης Αιμορροφιλία

5 ΔΙΑΓΟΝΙΔΙΑΚΑ ΖΩΑ TRANSGENIC ANIMALS Η διαδικασία κατά την οποία προστίθεται ένα εξωγενές γονίδιο στο γονιδίωμα ενός οργανισμού και το γονίδιο αυτό μεταφέρεται στους απογόνους.

6 Τεχνικές διαγένεσης σε ζώα 1. DNA microinjection 2. DNA transfer via a transposon 3. DNA transfer via a lentiviral vector 4. DNA transfer via sperm 5. DNA transfer via ES cells 6. DNA transfer via cloning ιαγονιδιακά ποντίκια ιαγονιδιακά κτηνοτροφικά ζώα

7 Το ποντίκι ως εργαλείο στην Βιοϊατρική έρευνα Θηλαστικό Ομοιότητα με τον άνθρωπο στην ανατομία, τη φυσιολογία, και τη γενετική Σύντομο κύκλο ζωής με μεγάλο αριθμό απογόνων Το γονιδίωμά του μπορεί να τροποποιηθεί γενετικώς Ζωικό πρότυπο για μελέτη ασθενειών του ανθρώπου

Σύντομο κύκλο ζωής με μεγάλο αριθμό απογόνων Το γονιδίωμά του

8 Ιστορική ανασκόπηση στην χρήση του ποντικού στην έρευνα 1900: Fancy mice become lab mice 1909: Birth of the lab mouse 1921: Generation of C57BL inbred strain 1929: The Jackson Laboratory is established 1972: First mouse database 1982: First transgenic mouse 1987: First knockout mouse Nobel prize : First mouse clones

1929: The Jackson Laboratory is established 1972: First mouse database 1982:

9 Ιστορική ανασκόπηση στην χρήση του ποντικού στην έρευνα 1999: Mouse genome sequencing consortium 2001: The first Human Genome draft 2001: The first private mouse genome draft (95%) 2002: Mouse chromosome 16 (Celera) 2002: Physical map of the mouse genome 2002: The first mouse genome draft (International Consortium, C57BL/6J) 2006: Completion of the mouse genome Current achievements: High throughput generation of knockout mice (EUCOMM, KOMP, NORCOMM) High throughput phenotyping efforts (EUMODIC)

mouse genome 2002: The first mouse genome draft (International Consortium, C57BL/6J) 2006: Completion of the mouse genome

10 Η προέλευση του εργαστηριακού ποντικού

11 Γονιδίωμα ποντικού Τα εργαστηριακά ποντίκια είναι υβρίδια διαφορετικών υποειδών: Mus musculus domesticus, Mus musculus molossinus and Mus musculus musculus X Y

domesticus, Mus musculus molossinus and Mus

12 C3H/HeJ I/LnJ A/J C57L/J C57BL/6J DBA/2J LP/J CE/J C57BR/cdJ

13 Αποκρυπτογράφηση γονιδιώματος ποντικού Δημοσίευση: 2002 Μέγεθος: 2.6 Gb Εφαρμογές Πληροφορίες για την εξέλιξη των ειδών και την λειτουργία των γονιδίων Εύκολη πρόσβαση στην αλληλουχία των γονιδίων διευκολύνει την γενετική τροποποίηση του ποντικού Εντοπισμός πολυμορφισμών για την γενετική ανάλυση

των γονιδίων Εύκολη πρόσβαση στην αλληλουχία των γονιδίων διευκολύνει την

14 Σύγκριση γονιδιωμάτων ανθρώπου και ποντικού ιαφορά στο μέγεθος του γονιδιώματος Το γονιδίωμα του ποντικού είναι 14% μικρότερο αλλά η περιεκτικότητά σε γονίδια είναι αρκετά παρόμοια με το γονιδίωμα του ανθρώπου (2.6 vs 2.9 x 10 9 ). Παρόμοια δομική οργάνωση των χρωμοσωμάτων ~90% των δύο γονιδιωμάτων μπορούν να κατατμηθούν σε συνταινικές περιοχές υψηλής συντηρητικότητας (δομική οργάνωση των χρωμοσωμάτων ενός κοινού προγόνου) 350 τμήματα μήκους 300kb-65Mb

15 Σύγκριση γονιδιωμάτων ανθρώπου και ποντικού The IMGSC predicted 22,011 protein-coding genes in the mouse genome, of which 11,226 were supported by a full-length cdna sequence and 9,785 were new predictions. This compares with 22,808 in human and 20,973 in rat. Only about 100 predicted mouse genes do not appear to be present in the human genome, indicating a very high degree of conservation of the mammalian gene set. The most abundant features in the mouse sequence, by far, are repeated sequences that are derived from transposable elements (38%). Thus the mouse genome can be divided into three categories: 1) ~40% is sequence from the common ancestor that can be aligned to the human genome, 2) ~35% is repetitive elements that have inserted since the divergence of mouse and human 3) ~25% is sequence from the common ancestor that has been deleted in the human lineage

Only about 100 predicted mouse genes do not appear to be present in the human genome, indicating a very high degree of conservation of the mammalian gene set.

16 Σύγκριση γονιδιωμάτων ανθρώπου και ποντικού ~40% των ζευγών βάσεων του ανθρώπινου γονιδιώματος μπορούν να αντιστοιχηθούν με το γονιδίωμα του ποντικού 99% των γονιδίων του ποντικού έχουν ένα ομόλογο γονίδιο στο γονιδίωμα του ανθρώπου Ο αριθμός των εξωνίων είναι περίπου ίδιος (245,200) Ο αριθμός των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες είναι παραπλήσιος Οι κωδικές αλληλουχίες παρουσιάζουν υψηλό βαθμό συντηρητικότητας Σε επίπεδο πρωτεΐνης η αμινοξική ομοιότητα είναι 78% Οι περιοχές με τον μεγαλύτερο βαθμό συντηρητικότητας εντοπίζονται σε γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες με σημαντικό ρόλο στην διαμόρφωση του προτύπου ανάπτυξης του εμβρύου (Hox, Pax) Υψηλή συντηρητικότητα μόνο σε 5% του γονιδιώματος (Q) (1.5% κωδικοποιεί πρωτεΐνες)

αλληλουχίες παρουσιάζουν υψηλό βαθμό συντηρητικότητας Σε επίπεδο πρωτεΐνης η αμινοξική ομοιότητα είναι 78% Οι περιοχές με τον μεγαλύτερο βαθμό συντηρητικότητας εντοπίζονται σε γονίδια

17 Ποιος ο ρόλος του υπόλοιπου 3.5% του γονιδιώματος που φέρει υψηλή συντηρητικότητα? Αλληλουχίες που ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων Μη μεταφραζόμενα RNAs (trnas, ριβοσωμικά, μικροrnas) Αλληλουχίεςμεσημαντικόρόλογιατηνοργάνωσητηςδομήςτων χρωμοσωμάτων Αγνωστος

18 Λειτουργική Γονιδιωματική Εύρεση νέων γονιδίων Λειτουργία; Αναγνώριση θεραπευτικών στόχων σε ασθένειες

19 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ (γονίδιο φαινότυπος) Πρόσθεση εξωγενών γονιδίων (διαγονιδιακά) Τροποποίηση ενδογενών γονιδίων Αφαίρεση γονιδίων (knockout) Στοχευμένη μεταλλαξογένεση γονιδίων Ελεγχόμενη έκφραση γονιδίων (conditional) ΥΠΟΘΕΣΗ ΠΡΟΣΘΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗ (φαινότυπος γονίδιο) Τυχαία μεταλλαξογένεση ΧΩΡΙΣ ΥΠΟΘΕΣΗ

(knockout) Στοχευμένη μεταλλαξογένεση γονιδίων Ελεγχόμενη έκφραση γονιδίων

20 Δημιουργία γαμετών, γονιμοποίηση, εμβρυογένεση

21 ΩΑΡΙΟ Πρόκειται για το μοναδικό κύτταρο του ανώτερου οργανισμού που μπορεί να αναπτυχθεί σ ένα νέο οργανισμό Μεγάλο μέγεθος 100μm άνθρωπο, αχινό (5Χ μεγαλύτερο από ένα σωματικό κύτταρο, 20μm) 1 2 mm ψάρια, βάτραχο >1cm πτηνά, ερπετά

22 ΩΑΡΙΟ Αποτελείται: Πυρήνας Κυτταρόπλασμα: αποθήκευση θρεπτικών ουσιών με την μορφή λεκίθου (λιπίδια, πρωτεΐνες) Στα θηλαστικά η λέκιθος αποτελεί < 5% συνολικού κυτταρικού όγκου Στα μη θηλαστικά αποτελεί το >95% Κοκκία φλοιού (cortical granules) : βρίσκονται ακριβώς κάτω από την πλασματική μεμβράνη και εκκρίνουν το περιεχόμενό τους μόλις το ωάριο ενεργοποιηθεί από ένα σπερματοζωάριο ώστε αλλάζει η επιφάνεια του ωαρίου και δεν επιτρέπεται η είσοδος άλλου σπερματοζωαρίου. Περίβλημα ωαρίου: Εξωκυττάρια θεμέλια ουσία από γλυκοπρωτεΐνες που περιβάλει την πλασματική μεμβράνη. Στα θηλαστικά ονομάζεται διαφανής ζώνη (zona pellucida). Προστατεύει το ωάριο από μηχανικές βλάβες. Επίσης μπορεί να λειτουργήσει ως εμπόδιο στο σπέρμα που προέρχεται από μη συγγενικά είδη

23 ΜΕΙΩΣΗ Ομόλογος ανασυνδυασμός 2n 4n Πρόφαση Ι ΜΙΤΩΣΗ Μετάφαση ΙΙ 2n n

24 Τα ωοκύτταρα παραμένουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα στις φάσεις: Πρόφαση Ι: λίγες μέρες-αρκετά χρόνια Περιέχει διπλάσιο DNA Ομόλογος ανασυνδιασμός Μεγάλη μεταγραφική ενεργότητα Σύνθεση περιβλήματος, κοκκίων φλοιού, ριβοσωμάτων, λεκίθου, γλυκογόνου, λιπιδίων, mrnas Ορμόνες του φύλου Ολοκλήρωση 1 ης μειωτικής διαίρεσης Μετάφαση ΙΙ: τα ωοκύτταρα ελευθερώνονται με ωορρηξία από την ωοθήκη και περιμένουν να γονιμοποιηθούν. Αν γίνει γονιμοποίηση τότε ολοκληρώνεται η 2 η μειωτική διαίρεση.

25 ΩΟΓΕΝΕΣΗ Εμβρυογένεση Πρόφαση Ι Ωρίμανση Από την εφηβεία

26 ΣΤΑΔΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣΑΝΘΡΩΠΙΝΩΝ ΩΟΚΥΤΤΑΡΩΝ FSH LH progesteron

27 ΣΤΑΔΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΩΝ ΩΟΚΥΤΤΑΡΩΝ

28 ΣΠΕΡΜΑΤΟΖΩΑΡΙΟ κεφαλή Συνήθως το μικρότερο κύτταρο του οργανισμού Κεφαλή και ουρά ουρά εν έχει ριβοσώματα,ενδοπλασματικό δίκτυα Golgi Πολλά μιτοχόνδρια Ασυνήθιστα υψηλή συμπύκνωση στον απλοϊδικό πυρήνα Aνενεργό DNA Ακροσωμικό σωμάτιο που εκκρίνει υδρολυτικά ένζυμα κατά την ακροσωμική αντίδραση

29 ΣΠΕΡΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗ Αρχίζει στην εφηβεία (υπόφυση LH) Σπερματικό σωληνάριο/ όρχεις Κύτταρα του Sertoli, επιθηλιακά με στηρικτικό και τροφικό ρόλο Σπερματογόνια Κύτταρα του Leydig (τεστοστερόνη) Επιδιδυμίδα: αποθήκευση σπερματοζωαρίων Σπερματοκύτταρα Σπερματίδες Σπερματοζωάρια

30 ΓΟΝΙΜΟΠΟΙΗΣΗ

Σχετικά έγγραφα

Γαμετογένεση. Καθορισμός φύλου (όρχεις ς ή ωοθήκες) Πρόφαση Ι μείωσης Γαμετικά κύτταρα Γονάδα (μιτώσεις) έσμευση Έμβρυο. Θηλαστικά, Αμφίβια, ιχθύες

Γαμετογένεση. Καθορισμός φύλου (όρχεις ς ή ωοθήκες) Πρόφαση Ι μείωσης Γαμετικά κύτταρα Γονάδα (μιτώσεις) έσμευση Έμβρυο. Θηλαστικά, Αμφίβια, ιχθύες Γαμετογένεση Γαμετογένεση Καθορισμός φύλου (όρχεις ς ή ωοθήκες) G1 Σπερματογένεση Πρόφαση Ι μείωσης Γαμετικά κύτταρα Γονάδα (μιτώσεις) έσμευση Έμβρυο Ολοκλήρωση μείωσης Ι Γονιμοποίηση-ολοκλήρωση η η μείωσης