Klaveska.cz ~ Zprávy ze serveru 'BIOTRIN'BIOTRIN

29.10.2024 08:56

Rajčata v kosmu: Průlom ve vesmírném zemědělství

[https://www.biotrin.cz/rajcata-v-kosmu-prulom-ve-vesmirnem-zemedelstvi]
Vědci z Kalifornské univerzity v Riverside pracují na malém, geneticky upraveném rajčeti, které se chystá dobýt vesmír. Tato rostlina, jež dorůstá jen několika centimetrů, se připravuje na cestu na Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS). V laboratoři na ISS se pak plánuje vypěstovat několik generací rajčat, což by bylo doposud poprvé a jednalo by se o významný milník vesmírného zemědělství. Vesmírné mise, zejména ty dlouhodobé, jako jsou plány na kolonizaci Měsíce či Marsu, potřebují stálý zdroj potravy. Doprava potravin ze Země by byla drahá a logisticky náročná. Řešením je tedy pěstování plodin přímo ve vesmíru. Rajčata z UC Riverside byla geneticky upravena pomocí technologie CRISPR-Cas9, tak aby rostla v malém prostoru a poskytovala co největší množství ovoce. Díky svým kompaktním rozměrům mohou být ideální potravou pro astronauty. Technologie CRISPR umožnila vědcům „přeprogramovat“ rajče tak, aby bylo menší a mělo více plodů na úkor listů a stonků. Tento proces získal podporu i od NASA, která poskytla grant ve výši 800 000 dolarů. Projekt se nazývá „Small Plants for Space Expeditions“ (SPACE) a jeho cílem jsou nejen rajčata, ale i další plodiny, které by mohly být v budoucnosti pěstovány ve vesmíru. Kromě rajčat vědci pracují i na dalších systémech pro produkci jídla ve vesmíru. V laboratoři testují například pěstování hub, kvasinek a zelených řas, které nevyžadují sluneční světlo k růstu. Namísto fotosyntézy tyto organismy využívají jako zdroj energie sloučeninu zvanou acetát. Tento systém umožňuje získat až 4000 kalorií denně, což je mnohem efektivnější než tradiční fotosyntéza. Fotosyntéza je proces, při kterém rostliny přeměňují energii ze slunce na potravu. Ačkoli je to úžasná přírodní technologie, je relativně neefektivní. Například pole sóji dokáže zachytit pouze 1 % sluneční energie, kterou přemění na biomasu (hmotu rostliny). Když však na to samé pole umístíte solární panely, získáte až 22 % sluneční energie ve formě elektřiny. Tato energie může být využita k výrobě acetátu, který pak může být použit k pěstování rostlin bez slunce. Podle výzkumu vědců z UC Riverside by tak mohlo být zachyceno až 8 % sluneční energie, což je podstatně více než při tradiční fotosyntéze. Výzkum pěstování rostlin v malých prostorech má význam nejen pro vesmír, ale i pro Zemi. S nárůstem populace a změnami klimatu se tradiční zemědělství dostává na své limity. Pěstování plodin v interiérech, tzv. vertikální zemědělství, kde rostliny rostou v několika vrstvách na malém prostoru, se stává stále významnějším. Tento způsob je již dnes využíván pro pěstování především salátů a špenátu. Kompaktní verze rajčete z projektu SPACE by mohla být ideální pro pěstování v takovýchto podmínkách. Zároveň jsou tyto technologie potřebné pro regiony, kde je stále obtížnější pěstovat potraviny kvůli suchu či jiným klimatickým výzvám. Pěstování plodin bez slunce by mohlo přinést revoluci v zemědělství. Vědci se snaží upravit rostliny tak, aby dokázaly zpracovávat acetát i v dospělosti, protože zatím je tento proces funkční jen v semenech při jejich klíčení. Pokud se jim to podaří, mohli bychom v budoucnu pěstovat rostliny v temnotě, za použití elektřiny, a to v místech, kde slunce není dostupné. Technologie umělé fotosyntézy by mohla znamenat zásadní změnu ve způsobu, jakým lidstvo pěstuje potraviny. Zvyšování efektivity produkce jídla by snížilo závislost na zemědělské půdě a zmírnilo dopady zemědělství na životní prostředí. Vesmírné mise, urbanizace a změny klimatu budou vyžadovat nové přístupy k produkci potravin a výzkum z UC Riverside ukazuje, že cesta vede skrze inovace v genetickém inženýrství a pěstování bze přístupu slunečního záření. Zdroje: https://www.ucr.edu/magazine/summer-2024/food-in-the-final-frontier https://news.ucr.edu/articles/2019/04/25/astronauts-might-soon-grow-space-tomatoes

21.10.2024 09:21

Technologie CRISPR/Cas9 může zlepšit žádoucí vlastnosti ryb v akvakulturách

[https://www.biotrin.cz/technologie-crispr-cas9-muze-zlepsit-zadouci-vlastnosti-ryb-v-akvakulturach]
Editace genů technologií CRISPR/Cas nabízí slibné řešení různých problémů, kterým čelí odvětví akvakultury. Výzkumníci z Nanjing Agricultural University, Shanghai Ocean University a Chinese Academy of Fishery Sciences v Číně vypracovali komplexní přehled a hodnocení účinnosti, výzev a socioekonomických dopadů aplikací technologie CRISPR/Cas9 v rybářství. Technologie CRISPR/Cas9 se v současnosti ukazuje jako klíčový nástroj v akvakultuře, nejrychleji rostoucím sektoru potravinové produkce na světě. Ten je čím dál důležitější kvůli rostoucím nárokům na potravinovou bezpečnost v souvislosti s růstem světové populace, změnami klimatu a omezenými zdroji. Tato technologie umožňuje provádět přesné genetické úpravy, které mohou významně zlepšit žádoucí vlastnosti ryb, jako jsou rychlejší růst, lepší kvalita svalové hmoty, vyšší odolnost vůči chorobám, a dokonce i lepší nutriční hodnota. Tyto přínosy přispívají k efektivnější a udržitelnější produkci ryb. Přehledová studie se zabývá několika klíčovými oblastmi souvisejícími s využitím technologie CRISPR/Cas9 v akvakultuře. Zaměřuje se např. na hlavní zlepšované vlastnosti rybích druhů pomocí editace genomu, konkrétně technikou CRISPR/Cas9, jako jsou zlepšení růstu, kvality svalů, odolnosti vůči nemocem, dále na využití CRISPR/Cas9 při určování pohlaví ryb a jeho vliv na regulaci reprodukce; zároveň jsou však diskutovány i vedlejší účinky a environmentální dopady CRISPR/Cas9 v akvakultuře a socioekonomické dopady rozsáhlého zavádění ryb odolných vůči chorobám, zejména v rozvojových regionech, či vliv „CRISPR-based“ akvakultury na globální obchod s vodními produkty a potravinovou bezpečnost. V neposlední řadě jsou zmíněny i etické otázky a přijetí geneticky modifikovaných (GM) ryb veřejností. Pojďme se podívat na některé zmíněné aspekty a konkrétní příklady podrobněji. Jedním z nejvýznamnějších přínosů technologie CRISPR/Cas9 je zlepšení růstu a svalové hmoty ryb. Gen myostatinu, který přirozeně omezuje růst svalové hmoty, byl upraven pomocí této technologie u několika druhů ryb, včetně sumečka tečkovaného a kapra. U sumce vedlo vyřazení tohoto genu ke zvýšení tělesné hmotnosti o téměř 30 %. Tyto úpravy vedly nejen k intenzivnějšímu růstu ryb, ale i k vyšší efektivitě produkce masa, což je klíčový faktor pro komerční akvakulturu. Dalším významným přínosem CRISPR/Cas9 je zlepšení odolnosti ryb vůči chorobám. Pomocí genetických úprav se zvyšuje odolnost ryb vůči běžným patogenům v akvakultuře, což vede ke snížení úmrtnosti a vyšší přežitelnosti. Například u lososů se zvýšila odolnost vůči infekční pankreatické nekróze (IPN) a dalším virovým a bakteriálním chorobám. U amura byla zvýšena odolnost vůči reovirům díky vyřazení genu zodpovědného za vstup virů do buněk. Vedle zlepšení růstu a odolnosti vůči nemocem se CRISPR/Cas9 používá i ke zlepšení nutričních hodnot ryb. Byly provedeny genetické úpravy, které vedly k vyššímu obsahu omega-3 mastných kyselin u druhů, jako je atlantický losos, což zvyšuje nutriční hodnotu těchto ryb pro lidskou spotřebu. Kromě toho byly prováděny úpravy genů, které regulují pohlavní determinaci, což umožňuje lepší kontrolu nad rozmnožováním ryb v akvakulturních farmách, a to včetně tvorby sterilních populací, které mohou přispět k prevenci ekologických dopadů při úniku chovaných ryb do volné přírody. Ačkoli technologie CRISPR/Cas9 přináší mnoho výhod, je zde také několik výzev, zejména co se týče nežádoucích vedlejších efektů. Ty mohou způsobit neplánované genetické změny mimo cílené oblasti genomu, což by mohlo vést k nepředvídatelným biologickým dopadům. V posledních letech byly ale vyvinuty pokročilé varianty Cas9, které výrazně snížily výskyt těchto nežádoucích úprav tím, že zlepšují přesnost genetických modifikací. Optimalizace designu guide RNA také přispěla ke snížení těchto vedlejších efektů. V kombinaci s novými technologiemi, jako jsou base editory a prime editory, které umožňují přesné úpravy genomu bez nutnosti přerušení dvouřetězcové DNA, se tato rizika dále minimalizují. Obr.: Použití CRISPR/Cas9 v akvakultuře zahrnuje několik kroků. Nejprve je navržena specifická gRNA, která odpovídá sekvenci cílového genu. Poté se protein Cas9 naváže na cílovou DNA a způsobí dvouřetězcový zlom. Nakonec se zlom opraví. Další důležitou oblastí, kterou článek rozebírá, je otázka vlivu CRISPR/Cas9 na globální trh s vodními produkty a potravinovou bezpečnost. Úspěšné zavedení CRISPR technologií v akvakultuře by mohlo výrazně zvýšit produkci a dostupnost některých druhů ryb na globálních trzích. Regiony, které budou mít přístup ke CRISPR technologiím, získají konkurenční výhodu na trhu, což by mohlo vést ke změnám v produkčním rozložení a k vzniku nových obchodních bariér, jako jsou regulace a cla, zaměřené na ochranu domácích trhů. Patentování a licencování těchto technologií by navíc mohlo vést k zvýšené koncentraci moci na trhu, kde několik velkých korporací bude kontrolovat přístup ke GM druhům ryb, což může ovlivnit malé producenty v rozvojových regionech. S technologiemi CRISPR/Cas9 se také pojí otázky sociální a etické. Existují obavy, že jejich přínosy mohou být omezeny na velké producenty v bohatších zemích, zatímco menší farmáři a producenti v rozvojových regionech by mohli být znevýhodněni kvůli vysokým nákladům a omezenému přístupu k těmto inovacím. Kromě toho jsou zde etické otázky spojené s genetickými modifikacemi zvířat, včetně veřejného odporu vůči GMO, otázky spojené s morálním postavením zvířat a potenciálními ekologickými dopady, jako je genetické znečištění volně žijících populací. Proto je nezbytné zavést jasné a transparentní regulační rámce a bezpečnostní protokoly, které zajistí bezpečné a zodpovědné používání této technologie v akvakultuře. Jedním z klíčových problémů spojených s používáním CRISPR/Cas9 je riziko úniku GM ryb do volné přírody, což by mohlo vést ke genetickému znečištění a narušení ekosystémů. Existují genetické a fyzické bariéry, které mohou pomoci tomuto riziku zabránit, například genetické strategie založené na technologii omezení reprodukce (GURTs), které snižují schopnost GM organismů (GMO) přežít a množit se ve volné přírodě. Kromě toho je důležité zavést dlouhodobé monitorovací programy, které budou sledovat dopady těchto modifikovaných organismů na ekosystémy a umožní včasné zásahy, pokud by se ukázaly negativní ekologické dopady. V otázkách veřejného přijetí GM ryb je zásadní transparentnost a vzdělávání. Veřejnost je často skeptická vůči GMO, zejména kvůli obavám spojeným s bezpečností potravin, etikou a ekologickými riziky. Vzdělávací kampaně a jasné označování produktů by mohly pomoci zvýšit povědomí veřejnosti a snížit míru nedůvěry. Zároveň je důležité vést otevřený dialog mezi spotřebiteli, vědci, politiky a zástupci průmyslu, aby byly zohledněny obavy všech zúčastněných stran. Technologie CRISPR/Cas9 nabízí významný potenciál pro zlepšení udržitelnosti akvakultury a zvýšení produkce kvalitních rybích produktů. Aby však byla tato technologie plně využita a zároveň byla minimalizována rizika, je nutné zaměřit se na další výzkum, který zlepší přesnost genetických úprav, sníží vedlejší účinky a zajistí ekologickou a sociální udržitelnost tohoto přístupu. Tímto způsobem může CRISPR/Cas9 skutečně naplnit svůj potenciál a přispět k řešení globálních výzev v oblasti potravinové bezpečnosti a environmentální udržitelnosti. Zdroje: https://www.mdpi.com/1422-0067/25/17/9299 https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20548

17.10.2024 07:49

...bavlník je třetí nejrozšířenější geneticky modifikovanou plodinou na světě a patří k nejvíce pěstovaným plodinám v tropických a subtropických oblastech?

[https://www.biotrin.cz/bavlnik-je-treti-nejrozsirenejsi-geneticky-modifikovanou-plodi]
Bavlník je jednou z nejdéle komerčně pěstovaných plodin. Jeho geneticky modifikovaná odrůda tvoří neuvěřitelných 60 % celosvětové produkce bavlny. Zajímavé je, že bavlna zabírá pouhá 3 % orné půdy, ale současně vyžaduje až 16 % všech použitých insekticidů. První odrůdy GM bavlníku vznikly právě za účelem odolnosti vůči škůdcům, tzv. Bt odrůdy. Bt odrůdy jsou odolné vůči nejrozšířenějším škůdcům, mezi něž patří např. makadlovka bavlníková (Pectinophora gossypiella). Postupně byly vyvíjeny i další odrůdy, jako se sníženým obsahem gossypolu nebo odrůdy tolerantní k neselektivním herbicidům na bázi glyfosátu (např. herbicid Roundup) a glufosinátu amonného. GM bavlník byl upraven tak, že byl zablokován gen zodpovědný za vysokou hladinu gossypolu v semenech. Gossypol je fenolická látka, která je toxická pro lidi, protože má negativní vliv na funkci srdce a jater. Modifikací bavlníku byla snížena jeho hladina v semenech, zatímco zbytek rostliny si tuto látku zachovává, a tím nadále poskytuje ochranu proti chorobám a škůdcům. Semena GM bavlníku bohatá na proteiny mohou být rozemleta na mouku, ze které je možné vyrobit pečivo či jiné potraviny, čímž je velkou nadějí pro hladovějící obyvatele světa. Bavlníková semena jsou rovněž využívána jako krmivo pro dobytek, jehož trávicí ústrojí dokáže gossypol strávit. Využití bavlníku - bavlny - k výrobě oblečení a dalšího textilu probíhá již tisíce let. Vlákna bavlny jsou rovněž vyráběna ze semen, která obsahují přibližně 21 % oleje a 23 % proteinů. Bavlna je pěstována v 80 zemích světa, přičemž největším producentem GM odrůd bavlníku mimo USA a Austrálie jsou především rozvojové státy Asie a Afriky (Čína, Indie, Etiopie). Více informací na toto téma můžete najít zde: https://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/reuters-gm-bavlnik-by-nasytil-pul-miliardy-lidi https://www.biotrin.cz/gm-bavlnik-v-africe-nova-publikace/ https://gcms.cz/article/38 https://www.osel.cz/852-gm-bavlna-snizila-pouzivani-herbicidu.html?typ=odpoved&id_prispevku=1276#google_vignette Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

14.10.2024 08:07

Geneticky modifikované bráněnky: Inovativní řešení pro snižování odpadu

[https://www.biotrin.cz/geneticky-modifikovane-branenky-inovativni-reseni-pro-snizovani-odpadu]
Bráněnky (Hermetia illucens), známé také jako „černí vojáci“, jsou komerčně využívány k rozkladu organického odpadu. Nové genetické úpravy, provedené týmem vědců pod vedením Dr. Tepperové z australské Macquarie University, jim však nyní umožňují zpracovávat ještě širší spektrum odpadních materiálů. Ve svém článku v prestižním časopise Communications Biology vědci nastínili, jak by tyto geneticky upravené bráněnky mohly zásadně změnit způsoby nakládání s odpady a přispět k dosažení cílů udržitelného rozvoje OSN. V současnosti až 70 % celosvětového organického odpadu končí na skládkách, což přispívá přibližně k 5 % globálních emisí skleníkových plynů. Tento neudržitelný trend jasně ukazuje, že je nutné hledat inovativní řešení. Právě geneticky upravené bráněnky představují slibnou alternativu ke stávajícím metodám zpracování odpadu pomocí mikroorganismů. Na rozdíl od mikroorganismů totiž nepotřebují sterilní prostředí, velké množství vody ani speciálně upravené živiny. Navíc se mohou živit kontaminovaným a hrubě zpracovaným odpadem, který přeměňují rychleji a efektivněji. Vědecký tým Macquarie University věří, že geneticky upravené bráněnky by mohly hrát klíčovou roli při řešení globálních problémů s odpady a zároveň poskytovat cenné suroviny pro průmyslové využití. Po konzumaci organického odpadu lze bráněnky zpracovat na tzv. hmyzí biomasu, která slouží jako krmivo pro domácí zvířata, drůbež a ryby. Genetické úpravy navíc mohou přispět ke zvýšení kvality těchto krmiv, což ještě posílí jejich praktické využití. Komercializace této technologie již probíhá prostřednictvím spin-off společnosti EntoZyme. Geneticky modifikované bráněnky tak mají nejen obrovský potenciál v oblasti odpadového hospodářství, ale i při výrobě vysoce hodnotných průmyslových produktů. Chceme-li dosáhnout udržitelného oběhového hospodářství, je zásadní zajistit, aby ekonomika tohoto systému fungovala efektivně, a právě inovace, jako jsou geneticky modifikované bráněnky, mohou být klíčovým prvkem této transformace. Zdroje: https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20924 https://lighthouse.mq.edu.au/article/july-2024/how-genetically-modified-flies-can-reduce-waste-and-keep-it-out-of-landfills https://www.nature.com/articles/s42003-024-06516-8

07.10.2024 09:21

Bioléčiva a biologická léčba: Jednoduché vysvětlení složité problematiky

[https://www.biotrin.cz/bioleciva-a-biologicka-lecba-jednoduche-vysvetleni-slozite-problematiky]
Termíny jako biologická léčba či bioléčiva jsou v současné době nedílnou součástí našeho slovníku. Ve skutečnosti však většina lidí začne tápat ve chvíli, kdy dojde na otázku: „Jak jsou definována bioléčiva?“. Odpověď je totiž složitější, než by se na první pohled mohlo zdát. Jednoduché definování pojmu bioléčiva komplikuje skutečnost, že jeho obsah se v průběhu let proměňuje. Zpočátku byly jako bioléčiva chápány všechny látky izolované z živých organismů. Patřily sem jak tzv. malé molekuly, jako jsou antibiotika či námelové alkaloidy, tak peptidy či proteiny, a dokonce i celé organismy, které byly používány při přípravě vakcín. Mezi nejdůležitější molekuly této éry patří bezesporu inzulin, jehož první použití k léčbě diabetu se datuje do roku 1922. Podstatné je v této souvislosti zdůraznit, že využívané organismy byly v této době vždy nemodifikované a izolovaná molekula jimi byla produkována přirozeně. Změnu chápání pojmu bioléčiva přinesl rok 1982, kdy byl na trh uveden lidský inzulin vyráběný pomocí rekombinantních technologií, a to v bakterii E. coli. Další rekombinantní proteiny (hormony, enzymy, protilátky a další) využívané jako léčiva následovaly v rychlém sledu. Od té chvíle již nejsou mezi biologická léčiva řazené malé molekuly, které mohou být připraveny chemickou syntézou, ale pouze molekuly o velké molekulové hmotnosti (typicky proteiny), připravené pomocí rekombinantních technologií. Jako vhodné produkční organismy jsou v těchto případech využívány jak bakterie, tak kvasinky, tkáňové kultury nebo transgenní zvířata či rostliny. Rekombinantní výroba v geneticky modifikovaných organismech s sebou nese celou řadu výhod. Za všechny jmenujme možnost zisku potřebných molekul v množství, které by prostou izolací z původních zdrojů bylo nedosažitelné nebo velmi obtížné, omezení rizika přenosu patogenů a v neposlední řadě možnost vhodných zásahů do struktury původních molekul. Rozdělení léčiv obsahujících malé molekuly a biomakromolekuly do dvou oddělených kategorií je logickým důsledkem jejich diametrálně odlišných vlastností. Způsob výroby totiž není jediným specifikem, kterým se bioléčiva vyznačují. V prvé řadě se jedná o molekuly dosahující velikosti až 150 kDa s velmi komplexní strukturou, jejíž drobné odchylky je jen velmi těžké odhalit běžně dostupnými analytickými metodami. Z toho důvodu výrobní proces a následná analýza podléhají velmi přísným regulačním pravidlům zajišťujícím kvalitu a bezpečnost získaného produktu. Nedodržení vhodně nastavených podmínek výroby, formulace či skladování v kombinaci s vysokou citlivostí bioléčiv k vnějším vlivům totiž může mít za následek jejich modifikaci, změnu prostorové struktury či přímo denaturaci obsaženého proteinu a ztrátu biologické aktivity. I další specifikum bioléčiv plyne z komplexnosti a pestrosti těchto molekul. Na rozdíl od malých, synteticky vyráběných léčiv totiž mohou být tyto biomakromolekuly rozpoznány imunitním systémem pacienta jako cizorodé. Výsledkem tohoto rozpoznání může být v lepším případě pouhé potlačení požadovaného účinku léčiva, v horším případě rozvoj nežádoucích reakcí, které v krajních situacích mohou pacienta ohrozit na životě. Peptidový charakter bioléčiv je i důvodem výlučně parenterálního podání těchto preparátů, které by v trávicím traktu byly degradovány účinkem různých typů peptidas a zároveň by jejich absorbce do okolních tkání byla velmi malá. Všechny výše uvedené skutečnosti vysvětlují důvody nezbytného zřizování specializovaných center s odpovídajícím vybavením a s vysoce vyškoleným personálem, která mohou pacientům biologickou léčbu poskytovat a zároveň se odrážejí ve stále velmi vysoké ceně těchto preparátů. Na druhou stranu odlišnosti velkých a malých molekul s sebou nesou i hlavní výhody biologické léčby, konkrétně možnost léčby stavů, které dříve byly (z pohledu malých molekul) považovány za neléčitelné, a v mnoha případech možnost lepšího cílení účinku s menším množstvím nežádoucích reakcí. Výhodné je využití biologické léčby i z hlediska nižšího rizika lékových interakcí mezi bioléčivem a malou molekulou než mezi dvěma různými malými molekulami. Úspěchy moderní vědy však definici bioléčiv jako proteinů produkovaných rekombinantní technologií posunuly ještě dále. Paleta možných terapeutických přístupů se stále rozšiřuje a zdá se, že nastupuje nová éra zahrnující genové terapie (například aktuálně velmi slibné CAR-T terapie) či terapie využívající oligonukleotidy. Schváleno bylo i první léčivo využívající novou technologii editace genomu CRISPR/Cas. Opět poněkud matoucí může být v těchto případech skutečnost, že v různých částech světa se pohled na vztah biologických léčiv a výše jmenovaných moderních terapií poněkud liší. Zatímco například FDA (resp. její oddělení Center for Biologics Evaluation and Research (CBER)) hodnotí biologická léčiva a genové terapie ve společné kategorii („351 Products“), evropská jurisdikce (zprostředkovaná EMA) má pro genové terapie samostatnou regulační proceduru (Advanced Therapy Medicinal Products (ATMPs)), která podléhá oddělení Committee for Medicinal Products for Human Use (CHMP). Na závěr ještě dodejme, že budoucnost bioléčiv nespočívá v náhradě běžně používaných syntetických léčiv obsahujících malé molekuly. Nejvýznamnějším přínosem bioléčiv je jejich využití v indikacích, na které dosud nebyla nalezena vhodná léčba anebo v kombinaci s malými léčivy tam, kde je možné vylepšit terapii stávající. Povzbuzující je jistě i skutečnost, že biologická léčba, donedávna dominující hlavně v léčbě nádorových a autoimunitních onemocnění, se v současné době začíná uplatňovat téměř ve všech medicínských oborech. Jelikož jsou bioléčiva rychle se rozvíjející oblastí s významným přínosem pro širokou veřejnost, rozhodli jsme se je zařadit jako pravidelnou součást našich pondělních novinek a příspěvků v rubrice „Víte, že..?“. Na další příspěvky psané odbornicí v oboru, Ing. Evou Benešovou, Ph.D. z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, se tak můžete těšit již v nejbližších týdnech. Zdroje: Benešová E, Fusek M, Hubálková P: Bioléčiva VŠCHT Praha, 2016, ISBN-13: 9788070809556 https://servier.com/en/newsroom/folders/biodrugs-a-world-of-possibilities/ https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-gene-therapies-treat-patients-sickle-cell-disease https://www.fda.gov/about-fda/center-biologics-evaluation-and-research-cber/cber-offices-divisions Halioua-Haubold CL, Peyer JG, Smith JA, Arshad Z, Scholz M, Brindley DA, MacLaren RE: Regulatory Considerations for Gene Therapy Products in the US, EU, and Japan. Yale J. Biol. Med. 2017, 90(4): 683-693. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5733859/ https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory-overview/advanced-therapy-medicinal-products-overview https://ascendiapharma.com/newsroom/2021/10/27/biologics-vs-small-molecule-drugs

03.10.2024 09:21

...léčba většiny dědičných genetických onemocnění může mít v budoucnu řešení díky tzv. genové terapii?

[https://www.biotrin.cz/lecba-vetsiny-dedicnych-genetickych-onemocneni-muze-mit-v-budo]
Genetická onemocnění jsou způsobena mutacemi v genech, úsecích DNA, které nefungují správně. Tyto poruchy vedly k rozvoji genové terapie, inovativní metody zaměřené na využití genů k prevenci a léčbě různých nemocí, přičemž v některých případech může tato terapie dokonce vést k úplnému vyléčení. Základní princip genové terapie spočívá v nahrazení poškozeného nebo chybějícího genu jeho zdravou a plně funkční kopií. Genové terapie však nabízí mnoho dalších přístupů, včetně editace genů, regulace jejich exprese nebo změny biologických vlastností živých buněk. V případech, kdy je potřeba geny zavést do organismu, jsou obvykle využívány nosiče, tzv. vektory, nejčastěji virové nebo bakteriální. Mezi hlavní nástroje, které genové terapie využívají patří moderní technologie, jako je např. CRISPR, a to zejména při úpravě genů kmenových buněk kostní dřeně při léčbě leukémie. Genová terapie představuje slibnou možnost k léčbě mnoha onemocnění, včetně cystické fibrózy, cukrovky či AIDS. Výzkumem této metody se zabývají biotechnologické společnosti po celém světě, avšak zatím je genová terapie pro většinu lidí dostupná pouze v rámci klinických studií. Více informací na toto téma můžete najít zde: https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/cellular-gene-therapy-products/what-gene-therapy https://www.genome.gov/genetics-glossary/Gene-Therapy https://www.bioprocessintl.com/bioprocess-insider/regenxbio-steps-closer-to-approval-for-duchenne-gene-therapy https://www.innovationnewsnetwork.com/nhs-launches-world-first-gene-therapy-for-thalassaemia-patients/50043/ https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/gene-therapy/about/pac-20384619 Autorky textu: Kristýna Kliková, Tereza Branyšová

30.09.2024 07:56

Kontrola alternativního sestřihu pomocí dCasRx-RBM25: Efektivní a specifická modulace exonů

[https://www.biotrin.cz/kontrola-alternativniho-sestrihu-pomoci-dcasrx-rbm25-efektivni-a-specificka-modulace-exonu]
Vědci torontské univerzity využili bakteriální imunitní obranný systém známý jako CRISPR k účinnému a přesnému řízení procesu tzv. sestřihu RNA, jež hraje klíčovou roli v produkci a rozmanitosti proteinů v lidském těle (blíže vysvětleno níže). Jelikož nesprávná regulace sestřihu může vést k různým závažným chorobám, jsou zapotřebí spolehlivé metody, které by umožnily odhalit biologické funkce a napravit nesprávnou regulaci různých izoforem proteinů. Technologie vyvinutá kanadskými vědci, označovaná jako dCasRx-RBM25, otevírá dveře novým aplikacím, včetně systematického zkoumání funkcí částí genů a opravování nedostatků v sestřihu. Studie byla zveřejněna v časopise Molecular Cell. Nedávné objevy a inženýrství CRISPR systémů zaměřených na RNA (zejména CRISPR-Cas13d) významně rozšířily možnosti cílené manipulace transkriptomu (tj. souhrnu všech RNA vznikajících v buňce). Jeden typ CRISPR systému, pocházející z bakterie Ruminococcus flavefaciens, CasRx, se také zaměřuje právě na RNA, což umožňuje manipulaci s genovou expresí na úrovni transkriptů. CasRx je tedy možné využít pro specifické zásahy do RNA bez zásahu do genomu, což je užitečné například právě pro ovlivnění sestřihu mRNA. dCasRx, katalyticky deaktivovaná verze CasRx, dokáže efektivně potlačovat alternativní sestřih exonů blokováním splicingových míst. Ačkoli byla v některých případech prokázána také schopnost dCasRx stimulovat zahrnutí exonů, účinná a obecná aktivace exonů touto metodou nebyla dosud demonstrována. V této studii autoři spojili dCasRx s 341 lidskými proteiny - sestřihovými faktory (což představuje přibližně 75 % známých lidských sestřihových faktorů). Tím vytvořili nástroj, který dokáže nejen specificky cílit na konkrétní RNA (díky gRNA), ale také aktivovat nebo potlačovat sestřih specifických exonů tím, že přivede příslušný regulační faktor na cílové místo RNA. Každou tuto fúzi testovali na dvou různých luciferázových sestřihových reportérech ve dvou různých savčích buněčných liniích. Celkem 44 z těchto dCasRx-fúzí aktivovalo sestřih v jednom z reportérů a pět z nich v obou. Jako nejúčinnější aktivátor/inhibitor byl identifikován dCasRx-RBM25, který vykazoval lepší výsledky než dříve popsané fúze. dCasRx-RBM25 dokáže efektivně s vysokou mírou přesnosti aktivovat i potlačovat sestřih exonů, a to jak na úrovni jednotlivých exonů, tak i u více exonů najednou. "Náš nový efektorový protein aktivoval alternativní sestřih přibližně 90 procent testovaných cílových exonů," uvedl Jack Daiyang Li, první autor studie a doktorand molekulární genetiky, který pracuje v laboratořích Benjamina Blencoweho a Mikko Taipaleho v Donnellyho centru pro buněčný a biomolekulární výzkum na U of T. "Důležité je, že je schopen současně aktivovat a potlačovat různé exony a umožňuje tak zkoumat jejich kombinované funkce." Tato víceúrovňová manipulace usnadní experimentální testování funkčních interakcí mezi alternativně sestřihanými variantami genů s cílem určit jejich kombinovanou roli v kritických vývojových a chorobných procesech. "Tento nástroj umožňuje širokou škálu aplikací, od studia funkce a regulace genů až po potenciální nápravu sestřihových defektů u lidských poruch a onemocnění," uvedl Dr. Blencowe, hlavní řešitel studie, vedoucí katedry kanadského výzkumu v oblasti biologie a genomiky RNA, Banburyho katedry lékařského výzkumu a profesor molekulární genetiky v Donnellyho centru a na Temertyho lékařské fakultě." Je také důležité poznamenat, že cílové exony jsou tímto sestřihovým faktorem ovlivněny s pozoruhodně vysokou specifičností, což zmírňuje obavy z možných účinků mimo cíl," uvedl třetí autor Mikko Taipale, který je také zároveň hlavním řešitelem studie. Výzkumníci tedy mají nyní v ruce nástroj, který jim umožní systematicky prověřovat alternativní exony a určovat jejich roli v přežívání buněk, specifikaci buněčných typů a genové expresi. Kdyby se tento nástroj dostal do klinické praxe, může být potenciálně využit k léčbě mnoha lidských poruch a onemocnění, jako je autismus a rakovina, u nichž je sestřih často narušen. Tady je hlavním omezením dCasRx-RBM25 je jeho relativně velká velikost (219 kDa), což může ztěžovat terapeutické dodání pomocí metod, jako jsou adeno-asociované viry (AAV). Alternativní možnosti, jako jsou lipidové nanočástice nebo použití dvojitých AAV, mohou být však schůdné. Velikost dCasRx-RBM25 neomezuje jeho použití pro základní biologický výzkum, kde mohou být využity vektory jako PiggyBac transpozonový systém nebo lentiviry. Závěrem - autoři studie identifikovali a charakterizovali dCasRx-RBM25 jako univerzální, účinný a vysoce specifický nástroj pro modulaci alternativního sestřihu exonů. Jeho hlavní výhody spočívají v tom, že působí na RNA, vyhýbá se nevratným změnám genomu a nevyžaduje přítomnost specifických PAM sekvencí, čímž překonává omezení jiných metod, jako jsou CRISPR-nukleázy. Díky své vysoké specifitě a účinnosti nabízí dCasRx-RBM25 nové možnosti pro biomedicínský výzkum a potenciálně i pro terapeutické aplikace při léčbě onemocnění spojených s nesprávným splicingem. Obr.: a) Funkční screening fúzí dCasRX-splicing faktorů; b) Silná a specifická aktivace a represe endogenních exonů pomocí dCasRx-RBM25; c) Multiplexní modulace exonů Vysvětlení problematiky alternativního sestřihu: V molekulární biologii existuje základní princip, který se často označuje jako "centrální dogma", který popisuje normální tok genetické informace v buňkách: DNA → RNA → protein. Proces začíná transkripcí, kdy se z DNA vytváří molekula RNA, (konkrétně mRNA, messenger RNA), která přenáší genetickou informaci z jádra do cytoplasmy buňky. Zde dochází k translaci, kdy mRNA slouží jako šablona pro tvorbu proteinů, klíčových stavebních a funkčních jednotek buněk. Počet genů v lidském genomu se stále jen odhaduje, uvádí se hodnoty 20 000 až 25 000 genů. To by teoreticky znamenalo, že by lidské tělo mohlo produkovat stejné množství různých proteinů. Ve skutečnosti však lidské buňky dokáží díky procesu zvanému alternativní sestřih (alternativní splicing) produkovat mnohem více různých proteinů, než je samotných genů. Alternativní sestřih totiž umožňuje, aby z jednoho genu vzniklo více variant mRNA tím, že se některé exony (části konkrétního genu kódující proteinů) zahrnou nebo vynechají. Tento proces tedy vede k produkci různých izoforem proteinů, které mohou mít odlišné funkce či se mohou vyskytovat v různých tkáních. Alternativní sestřih je tedy klíčový pro rozmanitost proteinů v lidském těle a díky tomuto procesu může být počet proteinů, které lidské tělo produkuje, mnohem vyšší než počet genů - odhaduje se, že jich mohou být až stovky tisíc. Tato variabilita je důležitá pro správnou funkci organismu, od vývoje a diferenciace buněk až po složité procesy, jako je imunitní odpověď nebo fungování nervového systému. U řady genů však není funkce jednotlivých exonů nebo intronů jasná. Je ale známé, že nesprávná regulace alternativního splicingu může vést k různým chorobám, včetně rakoviny nebo neurodegenerativních onemocnění. Z těchto důvodů jsou zapotřebí metody pro efektivní a přesnou manipulaci alternativních izoforem, které by umožnily odhalit jejich biologické funkce a také napravit jejich nesprávnou regulaci při onemocněních. Zatím se používají například antisense oligonukleotidy (ASOs), které cílí na určité úseky v pre-mRNA (tzv. cis-elementy) - ty se ukázaly být účinné jak při potlačování (např. cílením na sestřihová místa), tak při aktivaci (např. cílením na sestřihové silenční elementy) alternativních exonů a jsou v současnosti používány i v klinické praxi. Nicméně, účinky ASOs jsou dočasné a vyžadují pracné experimenty k určení účinných sekvencí, což je činí nevhodnými pro vysoce průchodné studium funkcí exonů. Existují i další přístupy, ale i ty mají inherentní omezení, jako je neschopnost aktivovat exony (CRISPR-Cas genomická delece), snížená cílová specificita (PUF-ESFs), narušení celkové exprese transkriptů (izoforma-specifické RNAi a ExSpeU1s) a nedostatek obecné použitelnosti pro specifické cílení (malé molekuly). Zdroj: https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(24)00475-1?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1097276524004751%3Fshowall%3Dtrue

KLÁVESKA.cz

Zprávy ze serveru 'BIOTRIN'BIOTRIN

Nová položka v NBT knihovně – Pšenice s vyšším výnosem zrna