Biotecnología moderna en la salud humana y en el

“Biotecnología moderna en la salud
humana y en el mejoramiento de la
biodiversidad animal”
Ricardo Fujita, Ph.D.
Centro de Genética y Biología Molecular
Facultad de Medicina
Universidad de San Martín de Porres
rfujita@usmp.edu.pe
Tópicos
• Genética Humana: diferencias,
predisposiciones
• Predicción: familia, edad, industria
• Cambio: proteínas recombinantes,
terapia génica
• Animales: antropomorfización, derechos
Los de arriba y los de abajo
• Avances científicos y tecnológicos más
rápidos que nunca en historia
• Beneficio de tecnología principalmente para
poblaciones de países desarrollados
• Brecha tecnológica con países pobres
demasiado grande para beneficiarnos
– económica
– educativa
– social
– conocimientos
– Comunicaciones (contenido)
Algunos avances para el análisis en
Genética Molecular
• Biología Molecular: Reconocimiento de estructuras y
funcionamiento de la expresión de genes. Identificación de
herramientas para analizar y manipular material genético.
• Clonación Molecular: DNA recombinante, da capacidad de
identificar y aislar genes. Bancos genómicos, proteínas
recombinantes, transgénicos, K.O.
• Transcriptasa Reversa: Permite analizar expresión específica
de genes. Tejidos, órganos, estadíos, medio ambiente, etc.
Bancos de expresión, cDNAs.
• Amplificación PCR: Análisis de pequeños segmentos de ADN.
Diagnóstico, marcadores.
• Secuenciación: Análisis a nivel de una letra (base de DNA: A,
T, C, G). Análisis de genes, identificación de mutaciones
• Bioinformática: identificación y comparación de millones de
secuencias ente miles de organismos
• Clonación celular: stem cells, animales clonados
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
Sistema de vigilancia ética
• El científico no puede ser Dr. Frankenstein, hacer lo que se
ocurre.
• Declaración de Helsinski (versión vigente 2004)
• Guías Eticas Internacionales para Investigación Biomédica que
Involucra a Humanos, del CIOMS y de la OMS
http://www.who.int/tdr/publications/publications/pdf/ethicssp.pdf
• National Institutes of Health Ethics Program
• Comités de ética universidades
• Asociación de comités de ética Perú:
http://www.ins.gob.pe/gxpsites/hgxpp001.aspx?2,13,59,O,S,0,MNU
;E;20;5;MNU;,
• Conflictos de interés comercial
DECLARACIÓN UNIVERSAL SOBRE EL GENOMA
HUMANO Y LOS DERECHOS HUMANOS
Declaración aprobada, el 11 de noviembre de1997.
A. LA DIGNIDAD HUMANA Y EL GENOMA
HUMANO
• Artículo 1.El genoma humano es la base de la unidad fundamental
de tu los los miembros de la familia humana y del reconocimiento de
su dignidad y diversidad intrínsecas. En sentido simbólico, el genoma
humano es el patrimonio de la humanidad.ﾊﾊArticulo 2.a) Cada
individuo tiene derecho al respeto de su dignidad y derechos,
cualesquiera que sean sus características genéticas.b) Esta dignidad
impone que no se reduzca a los individuos a sus características
genéticas y que se respete su carácter 從ico y su diversidad. ﾊﾊ
Articulo 3.El genoma humano, por naturaleza evolutivo, est
sometido a mutaciones. Entra紡 posibilidades que se expresan de
distintos modos en funci溶 de entorno natural y social de cada
persona, que comprende su estado de salud individual, sus
condiciones de vida, su alimentación y su educación.ﾊArtículo 4.El
genoma humano en su estado natural no puede dar lugar a
beneficios pecuniarios.
DECLARACIÓN UNIVERSAL SOBRE EL GENOMA
HUMANO Y LOS DERECHOS HUMANOS
Declaración aprobada, el 11 de noviembre de1997.
• INVESTIGACIONES
• Artículo 12
• a) Toda persona debe tener acceso a los progresos de la
biología, la genética y la medicina en materia de genoma
humano, respetándose su dignidad y derechos.
• b) La libertad de investigación, que es necesaria para el
progreso del saber, procede de la libertad de pensamiento. Las
aplicaciones de la investigación sobre el genoma humano,
sobre todo en el campo de la biología, la genética y la medicina,
deben orientarse a aliviar el sufrimiento y mejorar la salud del
individuo y de toda la humanidad.
• SOLIDARIDAD Y COOPERACIÓN
• Artículo 19
• a) En el marco de la cooperación internacional con los países
en desarrollo, los Estados deberán esforzarse por fomentar
medidas destinadas a:
– i) evaluar los riesgos y ventajas de la investigación sobre el
genoma humano y prevenir los abusos;
– ii) desarrollar y fortalecer la capacidad de los países en
desarrollo para realizar investigaciones sobre biología y
genética humanas, tomando en consideración sus
problemas específicos;
– iii) permitir a los países en desarrollo sacar provecho de los
resultados de las investigaciones científicas y tecnológicas a
fin de que su utilización en pro del progreso económico y
social pueda redundar en beneficio de todos;
– iv) fomentar el libre intercambio de conocimientos e
información científicos en los campos de la biología, la
genética y la medicina.
• b) Las organizaciones internacionales competentes deben
apoyar y promover las iniciativas que tomen los Estados con
los fines enumerados más arriba.
FOMENTO DE LOS PRINCIPIOS DE
LA DECLARACIÓN
• Art. 20 Los Estados tomaràn las medidas adecuadas para fomentar
los principios establecidos en la Declaración, a través de la educación
y otros medios pertinentes, y en particular, entre otras cosas, la
investigación y formación en campos interdisciplinarios y el fomento
de la educación en materia de bioética, en todos los niveles,
particularmente para los responsables de las políticas científicas.
• Art. 21 Los Estados tomarán las medidas adecuadas para fomentar
otras formas de investigación, formación y difusión de la información
que permitan a la sociedad y a cada uno de sus miembros cobrar mayor
conciencia de sus responsabilidades ante las cuestiones
fundamentales relacionadas con la defensa de la dignidad humana que
puedan plantear la investigación en biología, genética y medicina y las
correspondientes aplicaciones. Se deberán comprometer, además, a
favorecer al respecto un debate abierto en el plano internacional que
garantice la libre expresión de las distintas corrientes de
pensamiento socioculturales, religiosas y filosóficas.
Categorías de pruebas diagnóstico
• Diagnostic
Confirmation of clinical diagnosis
Majority of requests
• Predictive
Testing at risk relatives for presence of
familial mutation
• Prenatal diagnosis
Testing foetal DNA:
CV sample (10-11 wks gestation)
Amniocytes (14-16 wks gestation)
To date a VERY small part of the service
(approx 3-4 reports/year)
Preimplantional
• Population Screening
Ideally offered to all individuals
Autosomal recessive disorders are
particularly suitable e.g. Cystic fibrosis
Ethical Problems
•
•
•
•
Sex selection
Generation of unwanted information eg in HD
Discovery of paternity problem eg in CF
Confidentiality issue eg translocation in Down
syndrome
• Discovery of genetic predisposition affects job
/ insurance
Marcadores
Cromosoma 1
Cromosoma 2
Cromosoma 3....
11
22*
33
....Cromosoma 22
11
22
33
11
22*
33
11
22
33
11
22*
33
11
22*
33
11
22
33
Chequear segregación de
una enfermedad (humanos)
o un caracter (otros
organismos)
11
22
33
11
22*
33
11
22
33
11
22
33
11
22*
33
Mapeo Genético Monogenico(Linkage)
Diagnóstico gen glaucoma familia Andahuaylas
CSGE familiaG
Glaucoma primario ángulo abierto
5-7% población
6 genes
MYOC Glaucoma juvenil
106
105
102
101
204
203
107
103
104
normal
afectado
El patr—n CSGE de los miembros de la familia muestra una sola banda para
Guevara-Fujita,losPerez-Grosman,
Pawar,
Vargas,
Richards
no afectados y muestraEstrada,
control ( ctD),
mientras
los afectados
muestany
doble banda,
como tambiˇ17:
n el 67-72.
paciente 203 portador asintom‡tico de la
Fujita (2008). Journal
ofas’
Glaucoma
mutaci—n
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.)
Amplificación del gen de la Corea de Huntington
Expansión (CAG)n - (Glu)n
P
N
N
N
N
*
Umbral > 36-40
Umbral < 36-40
*
*
*
*
*
*
*
Hurtado, Acevedo, Guevara, Fujita, IGBM, USMP, Lima, Perú
Biancalana, Mandel, LGME, Strasbourg, France
*
*
Analisis Molecular de Huntington - PCR exon 1
Familia U - Lima
M10 m25 N
1
2
3 4
5 6
7
umbral 40
repeticiones
Guevara M.L. y Fujita R. (IGBM, Jun. 2002)
¿De quién se secuenció en
Proyecto Genoma Humano?
• Mixtura de varias personas
• generado de 10-20 muestras de donantes anónimos de
diferentes grupos étnicos (caucásicos > afroamericanos>
asiáticos). Hispanos
• Sudamericanos (nativos y mestizos) sub-representados
Etnias estudiadas en PGH
Poblaciones sudamericanas no representadas en estudios del
genoma humano
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
ac
uc
ho
Ta
qu
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Am
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Lo
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90
80
70
60
50
40
30
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10
0
Ca
ya
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Uc
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Sa
n
Jo
sé
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
Problemas potenciales para
Genographic
• Mala información:
– Venta de sangre
– Venta de células
• Politización (Bolivia, Ecuador, Brasil)
National Geographic transnacional
imperialista
• Motivos tradicionales/religiosos
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
Vacunas comestibles
• Protección contra la hepatitis B
(antígeno de superficie HBsAg), el
cólera, la diarrea (E. coli, toxina LTB, CT-B), HIV (gp120), herpes
• Plantas: papa, plátano, tomate,
tabaco, otras frutas
• Evaluaciones en laboratorio en
estado avanzado. En papa, hasta
0.3% de ab solubles de LT-B en
papas hervidas (Tacket et al, 1998)
• Actualmente, fase de prueba en
voluntarios
http://home.cwru.edu/~eay3/ESR/vaccine2big.htm
http://www.sciam.com/2000/0900issue/0900langridge.html
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
Cuando el gen mutante es nocivo, ejm. enfermedades dominantes
Introducción de gen
normal en
celulas mutantes
Incorporación de
gen por crossing
over
Celulas con
función normal
Ashanti da Silva
• Deficiencia de ADA (adenosina deaminasa)
• Ciclo de salvamento de purinas, importante
en linfocitos T, SCID (severe combined
immunodeficiency).
• Gen clonado, pequeño
• Celulas blanco (MO) accesible y cultivables
• Enfermedad recesiva, niveles normales 105000 % del promedio.
Sobrevivientes
de SCID
Cynthia (1991) y
Ashanti (1990)
Protocolos presentados / aprobados
Tipos celulares en terapia génica
Jesse Gelsinger
•
•
•
•
Ornitina transcarbamilasa (OTC)
Protocolo aprobado en 1995
Adenovirus
Muere de shock anafiláctico Oct 99!!!!
Preocupación en terapia
genica
• Somatica vs. Germinales (integracion al azar,
modificacion a varias generaciones, fertilizacion in
vitro).
• Enfermedades letales/cambios cosméticos
• Calibracion de virus (adenovirus/AVhelper)
• Tratamientos alternativos
• Terapia génica transplante?
• Organogénesis/clonación
• Que enfermedades tratar?
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)
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
Derechos animales
•
•
•
•
Salud humana vs. Animal
Modelos naturales y creados
Crueldad excesiva e inútil
Activismo
Proyecto Genoma Alpaca:
Generación y Localización de
Marcadores Genéticos Asociados a
Calidad de Fibra e Inmunidad para el
Mejoramiento de Alpacas usando
Bancos Genómicos y de Expresión
INCAGRO
Institución Responsable: Centro de Genética y Biología
Molecular, Facultad de Medicina, U. San Martín de Porres
Instituciones Colaboradoras:
• Sociedad Peruana de Criadores de Alpacas y Llamas (SPAR)
• Centre National de Sequençage de France (Genoscope)
• Equine and Bovine Genome Center, Animal Sciences, Texas
A&M University, USA.
En el estudio se propuso…
1. Bancos Genómicos. Primer banco de genoma BACs
de camélidos (sudamericanos, africanos o asiáticos)
del mundo. Bancos de fagos.
2. Generación de marcadores genéticos en camélidos.
Hasta ahora menos de 100; necesarios más de 5001000.
3. Identificación de genes y marcadores asociados a
fibra e infecciones (candidatos para mejoramiento).
4. Primer mapa genético y cromosómico de alpacas (y
camélidos).
5. Estudio multinacional de genómica de una especie
bandera liderado desde Perú
Proyecto de Interés Nacional (PIN)
PCM FINCyT-BID
Evaluación de la Biodiversidad Genética de 4
Recursos Marinos (Anchoveta, merluza, pota, concha
de abanico)
• Institución Responsable: Centro de Genética y Biología Molecular - Facultad de MedicinaU San Martín de Porres
•Instituciones colaboradoras:
• Laboratorio de Artes de Pesca- Fac. Biología - U Nacional de San Marcos
• Instituto del Mar del Perú (IMARPE)
• University of South Caroline
• Universidad Federal de Minas Gerais
• Universidad Autónoma de México
Problemas de Aduana
• Importación de BACs (SENASA)
• Importación de vectores fagos
(DIGEMID)
• Importación de insumos (primers,
enzimas, etc.)
• Autoridades no preparadas
Conclusiones
• Avances muy rápidos en CyT
• Capacidad de leer (predecir) y modificar
la información genética
• Sociedad no preparada: muy fantasiosa,
muy asustada
• Incrementar la información veraz
• Comités de ética y bioseguridad