Biotechnologijos perspektyvos

(Biotechnologija – beribis vystymasis ir tikrieji ar

menami pavojai)

Arvydas Janulaitis

(„Biotechnologijos perspektyvos“ LMA,2013.10.11)

Biotechnologijos – vienas iš sparčiausiai

augančių pramonės sektorių pasaulyje

Biotechnologijų pramonė yra augimo kreivės,

kurios viršutinė riba atrodo beribė, pradžioje Dann Szaro, Ernst & Young, Global Health Science Director

XXI amžius – biotechnologijų amžius

• Nepasibaigus IT revoliucijai pasaulyje prasidėjo genų

revoliucija, kuri ekonomikos vystymuisi gali suteikti

tokį pat impulsą, kokį XXa. pabaigoje davė IT (Beyond

digitals is genomics)

• Europos Komisija - biotechnologijos pramonė taps

pagrindiniu XXI a pirmųjų dešimtmečių Europos

ekonomikos augimo varikliu

Biotechnologija – gyvosios gamtos objektų ar jų

sudėtinių dalių panaudojimas praktiniais tikslais

Modernioji biotechnologija – paremta „patobulintais“

gyvosios gamtos objektais, ir jų sudėtinėmis dalimis. Jie

keičiami naudinga linkme naudojant genų, baltymų bei

ląstelių inžinerijos, evoliucijos laboratorijoje ir

kt.metodus.Tų metodų pagrindas – paveldimumo

substrato – DNR, kryptingas keitimas.

DNR – dvigrandis spirale susisukes

polimeras

Copyright © 2002 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

Fig. 20.1

Genų inžinerija

• ,,Jeigu neužsiimčiau kompiuterija, tai būčiau

biotechnologu.” Bill Gates

Microsoft

• ,,Jei būčiau 21 metų amžiaus, tai aš tikriausiai

nepradėčiau dirbti kompiuterijoje. Aš užsiimčiau

genų inžinerija.”

Larry Ellison

Oracle

• Raudonoji biotechnologija – vaistai ir diagnostikos

priemonės

• Baltoji biotechnologija – cheminiai junginiai,

energija, maistas,

pašarai, tekstilė,

popieriaus pramonė ir

kt.

• Žalioji biotechnologija – žemės ūkis, (augalai,

gyvūnai), miškai

Cheminės pramonės produkcija iš

atsinaujinančių resursų (biomasės)

• Europos sąjungos darnios

chemijos plėtros vizija iki

2025m.

• JAV iki 2030m.

– 30% Europos chemijos

pramonės produkcijos

(šiuo metu 5 %)

– 25 % cheminių produktų

–20 % kuro (0.5% -2000m)

Biotechnologija ir aplinka

Biotechnologija pramonėje įgalina:

•Taikant efektyvesnes technologijas sumažinti

vandens, energijos ir žaliavų naudojimą

•Kurti biologiškai degraduojančias medžiagas

•Genoinžinerinių mikroorganizmų pagalba naikinti

naftos, cheminių medžiagų ir kitas atliekas

June 16, 2000

“Today we are learning the language in

which God created life.” Bill Clinton

Žmogaus genomas

• Haploidinio genomo DNR – 3,2x109 bazių porų

• Audiniai – 1014 ląstelių

• Vienoje ląstelėje (branduolyje) esančių DNR

molekulių bendras ilgis – 2 metrai

• Kūno DNR bendras ilgis – 2x1011km

(= atstumui tarp Žemės ir Mėnulio x 6000)

• ~25 000 genų, koduojančių baltymus

• ~1 000 000 baltymų

Genomika (genomo sekos) –

tai centrinė jungiančioji biomedicininių

tyrimų grandis

• Šiuolaikiniai biomedicininiai tyrimai vyksta

atsižvelgiant į genomikos pasiekimus – tai nauja tokių

tyrimų dimensija

• Milžiniškas iššūkis - genomikos pasiekimus

transformuoti į medicinos ir biotechnologijos pažangą

Vieno nukleotido polimorfizmas –

VNP (SNP)

• Vieno nukleotido skirtumas (polimorfizmas) genomo

DNR sekoje (sutrumpintai VNP, anglų kalboje –

SNP)

• Žmogaus genomo sekose esama ~3x106 VNP

skirtumų (t.y. 0,1%, arba 1 iš 1000 bazių porų yra

skirtingos)

• Žmonių genomų visumoje esama ~10-15x106 VNP

(t.y. 1 iš 100 bazių porų)

• Populiacijoje VNP pripažįstami, jeigu jų dažnis viršija

1%; mažesnio dažnio pakitimai – mutacijos

Fig. 11.2

• Vidutiniškai tik 30-70% pacientų gali būti išgydomi įprastiniais vaistais

Jautrūs šalutiniam vaistų poveikiui

• Jie sudaro 5-7% visų ligoninės pacientų

• Jų buvimo laikas ligoninėje 2 dienom ilgesnis

• Gydymo išlaidos, pvz.:

– 2500 JAV dolerių (USD)/pacientui

– 100 bilijonų USD per metus (JAV)

– 15-25 bilijonų Švedijos kronų (SEK) per metus

(Švedija)

• Mirtingumas – 100 000 pacientų per metus (JAV)

Pacientų, nereaguojančių į vaistą,

rodikliai

Duomenys iš BM Silber, Pharmacogenomics, Biomarkers, "Promise of Personalized Medicine" (Pharmagenomics),

W.Kalow, U.Meyer, Marcel Dekker leidykla, Niujorkas, 2000.

Liga Vaisto klasė Silpnai/visai

nereaguojantys, % Vėžys (krūties, plaučių, smegenų) Įvairi 70 – 100

Diabetas Sulfonil šlapalo rūgštis 25 – 50

Astma Beta-2 agonistas 40 – 75

OA/RA NSAID, COX-2 20 – 50

Dvylikapirštės žarnos uždegimas Protonų siurblys 20 – 90

Padidėjęs kraujospūdis Tiazidai

Beta-blokuotojai

ACE inhibitoriai

Angiontensin IIs

50 – 75

20 – 30

10 – 30

10 – 30

Padidėjęs lipidų kiekis HMGCoA reduktazės

inhibitor.

30 – 75

Depresija SRRIs

Tricyclikai

20 – 40

25 – 50

Migrena Serotoninas 25 – 50

AB Fermentas produktai

UAB SICOR TEVA produktai

Realdiron®

(žmogaus rekombinantinis interferonas a-2b)

Biosoma® / SOMATOGEN-L®

(žmogaus rekombinantinis augimo horminas)

Mokslo tyrimų

centras

Gamyba

Biotechnologija ir maistas

Biotechnologija įgalina didinti augalų derlingumą,

atsparumą ligoms ir kenkėjams, gerinti jų

maistingumą, kontroliuoti maisto kokybę

• Taikant agrobiotechnologiją

JAV ūkininkai sumažino

gamybos kaštus ~50$/ha

• Taikant agrobiotechnologiją

Filipinuose ūkininkams pavyko

padidint kukurūzų derlingumą

nuo 3.5 iki 7.2 t/ha

Žemės plotai (milijonai hektarų) 1996-2009 m naudoti

genetiškai modifikuotiems javams auginti įvairiose šalyse.

2011 m tai sudarė 160 milijonų hektarų. Pagal: James, C "ISAAA Brief 43, Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2011"

Šalis

2010 m

apsėta GM

augalų

(mln.ha)

2009 m

Bendras

dirbamos

žemės plotas

(mln.ha)

Dalis

tenkanti GM

pasėliams,

(%)

GM augalai

JAV 66.8 403 16.56%

Soja, Kukurūzai, Medvilnė,

Rapsai, Moliūgai, Papaja,

Liucerna, Cukriniai runkeliai

Brazilija 25.4 265 9.60% Soja, Kukurūzai, Medvilnė

Argentina 22.9 141 16.30% Soja, Kukurūzai, Medvilnė

Indija 9.4 180 5.22% Medvilnė

Kanada 8.8 68 13.02% Soja, Kukurūzai, Rapsai,

Cukriniai runkeliai

Likęs pasaulis 14.7 3,883 0.38%

Ariamos žemės santykinis kiekis tenkantis

genetiškai modifikuotų (GM) augalų pasėliams

Ačiū už dėmesį

DNA-baltymų kompleksai – nukleosomos

Global biotechnology at a glance in

2006

Ernst & Young, Beyond borders, The global biotechnology report 2007

Global U.S. Europe Canada Asia-Pacific

Public company data:

Revenues (US$m) 73,478 55,458 11,489 3,242 3,289

R&D expense (US$m) 27,782 22,865 3,631 885 401

Number of employees 190,500 130,600 39,740 7,190 12,970

Growth in global biotchnology, 2002 and

2006

Ernst & Young, Beyond borders, The global biotechnology report 2007

2006 2002 Change

Public company data:

Revenues (US$m) 73,478 41,369 78%

R&D expense (US$m) 27,782 22,012 26%

Number of employees 190,500 193,753 0.02%

Pasaulinis įgaliotų platintojų tinklas

Fermento produktai tiekiami 74 šalyse

- šalys, kuriose prekiaujama Fermento produktais

• “The first successful biotechnology enterprise to emerge from the

former Soviet Union” Steven Dickman, “Science”

• “The most dramatic success story of the former Soviet Union modern

biotechnology industry has been Fermentas, a biotechnology enterprise”

Malcom W.Browne, “The New York Times International”

• “Fermentas…qualifies as one of the old Soviet Union’s few innovative success stories…”

Fred Hiatt, “Washington Post”

Fermentas in PRESS

Sėkminga Lietuvos biotechnologijos pramonės plėtra šiuo metu ir

Lietuvos įstojimas į ES suteikia šiai Lietuvos mokslo ir pramonės sričiai

Geriausias perspektyvas Vidurio ir Rytų Europoje

Ernst & Young, Biocentury, 1998

UAB BIOK

1995

Taikomosios Enzimologijos Institutas

1975

Biotechnologijos Institutas Fermentas

1992

AB BIOFA

1995

UAB Biocentras

1995

AB Fermentas

1995

Biotechnologijos

Institutas

1995

UAB Biotechna

2000

Sicor-Teva

2003

Žemės plotai (milijonai hektarų) 1996-2009 m naudoti genetiškai modifikuotiems

javams auginti įvairiose šalyse. 2011 m tai sudarė 160 milijonų hektarų.

Šalis

2010 m apsėta

GM

(mln.ha)

2009 m Bendras

dirbamos žemės

plotas (mln.ha)

Dalis tenkanti

GM pasėliams,

(%)

GM augalai

USA 66.8 403 16.56%

Soja, Kukurūzai,

Medvilnė, Rapsai,

Moliūgai, Papaja,

Liucerna, Cukriniai

runkeliai

Brazil 25.4 265 9.60% Soja, Kukurūzai,

Medvilnė

Argentina 22.9 141 16.30% Soja, Kukurūzai,

Medvilnė

India 9.4 180 5.22% Medvilnė

Canada 8.8 68 13.02%

Soja, Kukurūzai,

Rapsai, Cukriniai

runkeliai

Likęs

pasaulis 14.7 3,883 0.38%

Ariamos žemės santykinis kiekis tenkantis genetiškai modifikuotų (GM) augalų pasėliams

Biotechnologija ir sveikata

PERSONALINĖ MEDICINA

Pavyzdžių

paėmimas ir

apdorojimas Pavyzdžių analizė

DNR

mikrogardelėmis Personalizuotas

gydymas

GluVal pjautuvinė anemija

Homo sapiens hemoglobinas,

beta, mRNR 626bp

Beta globinas 147 a.a.

Žmogaus hemoglobinas HbA sudarytas iš dviejų alfa ir dviejų beta

subdalelių

Fig. 11.2

Ląstelės Branduolio Pakeitimo

technologija

Avis 1 –

branduolio

donorė

Avis 2 –

kiaušialąstės

donorė

Somatinė ląstelė Branduolys

Kiaušialąstė

Rekonstruotas

embrionas

Kiaušialąstė

iš kurios

pašalintas

branduolys

Blastocistas

Avis 3 –

surogatinė motina

DOLLY

Suliejimas Implantacija į

surogatinės

motinos

gimdą

Branduolio

pašalinimas

Reproduktyvinis ir terapeutinis

klonavimas

• Reproduktyvinio klonavimo tikslas – sukurti

esamo arba jau mirusio individo genokopiją

pagal jo somatinių ląstelių genus

• Terapeutinio klonavimo tikslas - išauginti

atskirus organus žmogaus organų

transplantacijai

Embrioninės kamieninės ląstelės (EKL)

Manipuliacijos su

žmogaus blastocistu

Žmogaus EKL įvairiose

diferenciacijos stadijose

EKL – polipotentinės ląstelės