ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ    SINH HỌC PHÂN TỬ Đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA LIỆU PHÁP GEN TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Bá Lộc Học viên : Lê Thị Bích Ngọc Lớp : Cao học Thực vật K.22 Huế, Tháng 1/2014 Để hoàn thành bài tiểu luận này, em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Bá Lộc đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến để em hoàn thành đề tài tiểu luận của mình. Huế, tháng 1 năm 2014. Học viên thực hiện Lê Thị Bích Ngọc MỤC LỤC Trang A. Phần mở đầu I. Đặt vấn đề II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu III. Phương pháp nghiên cứu B. Phần nội dung Chương 1: Sơ lược về liệu pháp gen 1.1.Liệu pháp gen là gì 3 1.1.1.Khái niệm liệu pháp gen 1.1.2. Khái niệm gen liệu pháp 1.2. Nguyên tắc cơ bản của điều trị bằng liệu pháp gen 4 1.3.Phân loại liệu pháp gen 4 1.3.1.Liệu pháp gen Soma 1.3.2.Liệu pháp gen tế bào mầm 1.4.Cơ sở sinh học của liệu pháp gen 5 1.5.Các bước cơ bản trong liệu pháp gen 6 1.6.Nguyên lý của liệu pháp gen 6 1.6.1.Tách dòng gen liệu pháp 1.6.2.Chọn vectơ chuyển gen phù hợp với gen liệu pháp 1.7.Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen 9 Chương 2: Liệu pháp gen điều trị bệnh 12 2.1. Trong điều trị các bệnh do rối loạn di truyền 12 2.1.1 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đơn gen 12 2.1.2 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đa 12 2.1.3 Trong chữa các bệnh do nhiễm trùng 12 2.2. Một số xu hướng chữa bệnh bằng liệu pháp gen 13 2.2.1 Thay thế gen liệu pháp vào vị trí gen hỏng 13 2.2.2 Tăng cường hoặc hỗ trợ hoạt động của gen 13 2.2.3 Sửa chữa gen 14 2.2.4 Ức chế tế bào đích 14 2.2.5 Tiêu diệt tế bào đích 14 2.3 Hội chứng suy giảm miễn dịch HIV/AIDS 15 2.3.1 Khái niệm 15 2.3.2 Nguyên nhân 16 2.3.3 Biểu hiện bệnh 16 2.3.4 Xu hướng chủ yếu của liệu pháp gen trong điều trị nhiễm HIV/ AIDS 16 2.3.5 Một số liệu pháp gen trong điều trị bệnh AIDS 17 Chương 3. Một số rủi ro trong điều trị bệnh bằng liệu pháp gen 19 C. KẾT LUẬN 20 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 A. PHẦN MỞ ĐẦU I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày nay chất lượng môi trường sống của con người ngày càng bị giảm mạnh do sự tác động của các nền công nghiệp các loại hóa chất, chặt phá rừng, … khiến tình trạng biến đổi thời tiết các hiệu ứng nhà kính tăng lên đã làm số lượng bệnh xuất hiện ngày càng nhiều và càng khó chữa trị. Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ trong lĩnh vực y tế đã hỗ trợ con người rất nhiều trong việc nghiên cứu cũng như tìm ra các hướng chữa trị mới có hiệu quả cao. Trong đó liệu pháp gen cùng với biện pháp sử dụng tế bào gốc đang mở ra nhiều hướng điều trị mới và đem lại hy vọng cho việc chữa trị các căn bệnh nan y. Vậy liệu pháp gen là gì và hiện nay đang được nghiên cứu như thế nào chúng ta chùng tìm hiểu trong đề tài sau đây “Nghiên cứu ứng dụng của liệu pháp gen trong điều trị bệnh”. Liệu pháp gen là một hướng điều trị hiệu quả đối với một số các bệnh liên quan đến di truyền, mất trí nhớ, bệnh về mắt,… ung thư đầu- cổ, vòm họng,…do đây là một căn bệnh nan y rất khó có thể chữa trị và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của bệnh nhân. Trong bài tiểu luận này căn bệnh được chú trọng nghiên cứu là căn bệnh thế kỷ HIV/AIDS do số lượng ca nhiễm bệnh rất lớn và ngày càng có xu hướng tăng mạnh do đời sống xã hội xuất hiện nhiều tệ nạn khiến việc lây lan của căn bệnh này ngày một tăng nhanh tại khắp các quốc gia trên thế giới và rất khó điều trị. Để hiểu rõ hơn chúng ta sẽ cùng nghiên cứu phần nội dung sau đây. 1 II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là liệu pháp gen và điều trị các bệnh. - Phạm vi nghiên cứu: chỉ nghiên cứu điều trị các bệnh bằng phương pháp liệu pháp gen. III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp phân tích tổng hợp các tài liệu được lấy từ các nguồn thông tin như thư viên, báo đài, internet. Dựa vào sự phân tích tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài. Mặc dù đề tài được chuẩn bị khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn còn sơ suất, rất mong được sự góp ý của quý thầy hướng dẫn Và các bạn đồng nghiệp. Tác giả chân thành cảm ơn! CẤU TRÚC TIỂU LUẬN: Ngoài phần mở đầu và kết luận thì nội dung của tiểu luận gồm có: Chương I: Sơ lược về liệu pháp gen Chương II: Liệu pháp điều trị bệnh Chương III: Một số rủi ro trong điều trị bằng liệu pháp gen. 2 B. PHẦN NỘI DUNG Chương I: SƠ LƯỢC VỀ LIỆU PHÁP GEN Liệu pháp gen là một phương pháp mới ra đời tuy vậy đối với các rối loạn di truyền nó lại là hướng điều trị nhiều triển vọng nhất, tùy vào mỗi nhà nghiên cứu sẽ đưa ra các định nghĩa khác nhau và định nghĩa sau đây được sử dụng rộng rãi nhất. 1.1. Liệu pháp gen là gì? 1.1.1. Khái niệm liệu pháp gen: Liệu pháp gen là kĩ thuật đưa gen liệu pháp (gen lành hay gen cần thiết) vào tế bào người bệnh để thay thế, sửa chữa, kiềm chế gen bị hỏng hoặc phục hồi các gen bị hỏng (bị lỗi, bị sai lệch) nhằm phục hồi hoặc củng cố chức năng của gen bị hỏng và có thể chữa các bệnh do rối loạn di chuyền. 1.1.2. Khái niệm gen liệu pháp: Gen liệu pháp (therapeutic gene) là thuật ngữ để chỉ các gen có chức năng có thể sử dụng vào mục đích điều trị và chữa bệnh cho con người. Có nhiều loại gen liệu pháp với các chức năng khác nhau. Các gen liệu pháp có thể là : - Các gen lành, là các gen hoạt động bình thường, được đưa vào cơ thể tế bào sống để thay thế các gen hỏng, gen mất chức năng, khôi phục hoạt động bình thường của cơ thể. - Gen mã hóa một protein đặc hiệu, khi vào cơ thể sống có thể tạo nên một protein đặc hiệu. Các protein đặc hiệu này có thể ức chế hoạt động của một gen khác trong tế bào hay kìm hãm khả năng phân chia của tế bào hoặc gây chết tế bào bệnh. 3 - Các gen khi đưa vào tế bào hoạt động đồng thời với các gen bệnh (gen bị đột biến trong tế bào) làm hạn chế tác động của các gen bênh, hoặc bù đắp cho hoạt động của các gen hỏng. - Các gen bị bất hoạt được đưa vào tế bào nhằm thay thế cho gen lành nào đó, nhằm hạn chế các sản phẩm không cần thiết của gen lành, hoặc tạo ra trạng thái mới cho tế bào, có tác dụng chữa bệnh. - Các đoạn oligo nucleotid, có tác dụng kìm hãm các hoạt động của gen hỏng, gen bị bệnh trong tế bào. 1.2. Nguyên tắc cơ bản của điều trị bằng liệu pháp gen - Theo dõi và hiểu biết cặn kẽ quá trình, cơ chế phát sinh bệnh, đặc tính di truyền của bệnh. - Nắm vững cấu trúc và chức năng của gen gây bệnh, gen hỏng, gen đột biến và cấu trúc, chức năng của gen liệu pháp. - Dự đoán hiệu quả của liệu pháp. Nếu hiệu quả cao mới áp dụng - Thử nghiệm nhiều lần với động vật, khi đạt hiệu quả cao mới áp dụng cho con người. 1.3. Phân loại liệu pháp gen Liệu pháp gen được chia ra làm hai nhóm phương pháp chính là liệu pháp gen soma và liệu pháp gen giao tử (còn gọi là liệu pháp gen tế bào mầm). 1.3.1. Liệu pháp gen soma (Somatic Gen Therapy - SGT): Là phương pháp điều trị, thay thế hay sửa chữa các gen hỏng, gen bệnh của các tế bào soma trong cơ thể. SGT liên quan đến sự biểu hiện gen bên trong những tế bào sẽ được uốn nắn ở bệnh nhân nhưng không di truyền cho thế hệ sau. Tế bào dùng chữa trị có thể là tế bào lympho, tế bào gan, đặc biệt là dùng tế bào gốc. 4 1.3.2. Liệu pháp gen tế bào mầm (Germline Gen Therapy - GGT): Là phương pháp điều trị, sửa chữa, thay thế gen hỏng cho các giao tử (tinh trùng hoặc tế bào trứng) nhằm tạo ra thế hệ sau bình thường. GGT liên quan đến cải biến gen của những tế bào mầm mà những tế bào này truyền đạt những sự thay đổi đó cho thế hệ sau. 1.4. Cơ sở sinh học phân tử trong liệu pháp gen Thông tin di truyền dưới dạng DNA tồn tại trong mỗi tế bào của cơ thể (trừ các tế bào máu). Mỗi tế bào chứa đựng các thông tin để xây dựng bất cứ dạng tế bào hay mô đặc hiệu nào của sinh vật. Vì các tế bào và mô khác nhau quy định sự sản xuất của các khối cấu trúc (building block) khác nhau nên DNA chứa đựng thông tin liên quan đến khối các cấu trúc để sản xuất các mô đặc hiệu. Sự tiến hoá đã cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này. DNA được tạo nên từ một chuỗi bốn nucleotid khác nhau: adenine, guanine, cytosine và thymine. Sự kết hợp của các nucleotide này tạo nên phân tử DNA. Gen, được tạo nên từ DNA mã hoá tất cả các protein, là khối cấu trúc của tế bào. Các promoter cho phép hoạt hoá của các gen và qua đó các protein đặc hiệu được biểu hiện. Các vùng khác của DNA không mang mã và là phần quan trọng để bảo tồn cấu trúc nhiễm sắc thể. Thành phần này của DNA vô cùng quan trọng trong các dự án về bộ gen, tính tuần hoàn đoạn của DNA trong các vùng không mang mã có thể được kết hợp với các gen đã biểu hiện, cho chúng ta phương pháp tìm kiếm các gen chưa biết. Tự nhiên đã phát triển một cách thức rất thông minh mà qua đó các protein đặc hiệu chỉ được biểu hiện trong các mô dặc hiệu. DNA sắp thành các sợi dài gọi là nhiễm sắc thể. Có hai bản sao của mỗi gen tồn tại trong tế bào. Tuy nhiên có một số trường hợp ngoại lệ, các gen tồn tại trong các nhiễm sắc thể X và Y (nhân tố quyết định giới tính) có thể chỉ có duy nhất một bản sao. 5 Thông tin được truyền từ DNA đến các cơ quan phức tạp hơn. Quá trình phiên mã được bắt đầu bởi các phân tử nhận biết đặc hiệu có tên là các nhân tố phiên mã (nhân tố gắn với các chuỗi điều hoà của gen và cho phép sự sao chép được tiến hành). Bản sao được tạo thành từ phân tử ban đầu gọi là RNA trong nhân tế bào. Bản sao sau đó ra khỏi nhân tế bào, chuyển đến lưới nội chất, nơi mà nó sẽ được dịch mã tổng hợp thành protein. 1.5. Các bước cơ bản trong liệu pháp gen Mục đích của liệu pháp gen là đưa một gen mới còn gọi là gen liệu pháp vào tế bào người làm cho gen mới gắn vào đúng vị trí cần thiết và hoạt động bình thường. Do đó, thực hiện liệu pháp gen gồm một số bước cơ bản : Bước 1: Tạo vector tái tổ hợp mang gen cần chuyển. Trước đó, các virus đã được biến đổi để không còn khả năng sao chép, đồng thời lại có khả năng biểu hiện mạnh gen cần đưa vào cơ thể. Các biến đổi này bao gồm việc loại bỏ các trình tự cần cho sự sao chép của virus và gắn vào trước gen các trình tự promotor mạnh. Sau đó, vector tái tổ hợp được đưa vào tế bào nuôi cấy. Loại tế bào được sử dụng nhiều nhất là tế bào tuỷ xương vì dễ nuôi cấy lại bao gồm nhiều tế bào nguồn đa thế (pluri potential). Bước 2: Vector virus mang gen lành được đưa vào cơ thể mà từ đó người ta đã tách các tế bào tuỷ xương. Như vậy, có thể xem đây là kỹ thuật ghép tự thân dù gen ghép vào là gen lạ đối với cơ thể. Trở ngại lớn là protein do gen lạ tạo ra có thể kích thích sản sinh kháng thể chống lại chính nó, hơn nữa, nếu việc chuyển gen vào tế bào nuôi cấy thường thành công thì việc đưa tế bào chuyển gen trở lại cơ thể lại ít khi có hiệu quả do nhiều nguyên nhân. 1.6. Nguyên lý của liệu pháp gen 1.6.1. Tách dòng gen liệu pháp Tách dòng gen liệu pháp được thực hiện bằng các phương pháp tách dòng thực nghiệm thông thường, trong các phòng thí nghiệm sinh học phân tử 6 [...]... Đây là lí do để hy vọng liệu pháp gen trong các năm tới sẽ giữ vai trò quyết định trong việc điều trị bệnh của con người 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PGS TS Nguyễn Bá Lộc, “Bài giảng sinh học phân tử Đại học sư phạm Huế, 2002 2 GS Lê Đức Trình, Sinh học phân tử của tế bào”, NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nôi, 2001 3 TS Khuất Hữu Thanh, Liệu pháp gen – nguyên lý và ứng dụng , NXB Khoa học kỹ thuật, 2005 4... vector mang gen liệu pháp và phụ gia tạo thành một lớp màng bao quanh vi đạn bằng lực đẩy mạnh của khí ga hoặc khí heli trong thiết bị làm cho vi đạn đã được bao bọc bởi gen liệu pháp đi vào trong tế bào Hình 1.3 Sử dụng sung bắn gen 11 Chương II LIỆU PHÁP GEN ĐIỀU TRỊ BỆNH 2.1 Trong điều trị các bệnh do rối loạn di truyền 2.1.1 Điều trị và chữa các bệnh do rối loạn di truyền các locus đơn gen Trong tế... Liệu pháp gen được giới hạn chặt chẽ trên tế bào sinh dưỡng, Việc tác động vào gen của tế bào sinh dục bị nghiêm cấm vì lí do đạo đức Kỹ thuật sử dụng trong liệu pháp gen phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ một số phòng thí nghiệm tiên tiến mới có thể thực hiện được Vì vậy liệu pháp gen trong điều trị, chữa bệnh còn phải nghiên cứu và cải tiến để đem lại hiệu quả cao nhất 19 C PHẦN KẾT LUẬN Liệu. .. cao nhất 19 C PHẦN KẾT LUẬN Liệu pháp gen là một phương pháp chữa bệnh có rất nhiều triển vọng, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới nhằm chữa trị các bệnh hiểm nghèo như ung thư, các bệnh di truyền mà y học ngày nay còn gặp nhiều khó khăn Với sự phát triển của sinh học phân tử, giải mã thành công bộ gen người càng thúc đẩy sự phát triển của liệu pháp gen Tuy nhiên liệu pháp gen vẫn còn có những khó khăn... thường của kiểu gen, khi có một gen nào đó bị biến đổi, hoặc chuyển vị trí làm thay đổi kiểu gen Xu hướng này được sử dụng trong điều trị các bệnh do rối loạn chức năng của các gen đơn (monogenic) Một số bệnh điển hình được điều trị là các bệnh xơ nang, bệnh máu khó đông, bệnh loạn dương cơ, 2.2.3 Sửa chữa gen: Khi phát hiện bệnh lý do gen bị đột biến ở một hoặc một số nucleotide, có thể áp dụng biện pháp. .. công bằng liệu pháp gen trong tương lai khả năng điều trị bênh truyền nhiễm bằng liệu pháp gen ngày càng nhiều với hiệu quả và chất lượng càng cao 2.2 Một số xu hướng chữa bệnh bằng liệu pháp gen: 2.2.1 Thay thế gen liệu pháp vào vị trí gen hỏng Nhiều bệnh gây nên do một gen đột biến, dẫn đến rối loạn chức năng gen gây thay đổi cấu trúc protein tạo nên các trạng thái bệnh lý Chiến lược thay thế gen đã... nhiễm của bệnh nhân Kết quả cho thấy HIV không còn được phát hiện trong máu của một số bệnh nhân, ngay cả khi họ đã ngưng điều trị bằng các thuốc kháng virus 18 Chương III MỘT SỐ RỦI RO TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH BẰNG LIỆU PHÁP GEN Bên cạnh những ưu điểm của liệu pháp này thì nó vẫn tiềm ẩn rất nhiều những rủi ro khó có thể đoán trước được cho nên các nhàn nghiên cứu rất rất thận trọng trong việc sử dụng phương... chuyển gen phù hợp với gen liệu pháp: Vector chuyển gen là phương tiện dùng để chuyển các gen liệu pháp vào trong tế bào đích Vector chuyển gen phải phù hợp với gen cần chuyển và phải phù hợp cả với tế bào đích Một số đặc điểm chung của vector chuyển gen: + Đảm bảo đưa các gen liệu pháp vào tế bào dễ dàng, không gây tổn thương hay ảnh hưởng đến các gen khác của bộ gen + Phải có khả năng mang một gen liệu. .. mình nghiên cứu Ngoài ra, liệu pháp gen còn được ứng dụng rộng rãi để phục hồi cấu tạo và chức năng các bộ phận cơ thể, để tạo ra những cơ quan nhân tạo thay thế cho con người Một lượng lớn các phác thảo liệu pháp gen điều trị các loại bệnh ngày nay đang được tiến hành Kinh nghiệm thu được từ các thử nghiệm y học sẽ có ích trong sự phát triển của liệu pháp gen điều trị các loại bệnh ở người như HIV, ung... bản của HIV - Kích thích các gen của cơ thể để tăng cường miễn dịch chống sự pháp triển của HIV 16 - Sử dụng các gen tự sát đã biến đổi làm cho các tế bào đã nhiễm HIVtự chết - Tạo vaccine phòng chống nhiễm HIV bằng công nghệ di truyền 2.3.5 Một số liệu pháp gen trong điều trị HIV/AIDS * Phòng chống HIV/AIDS bằng cách ức chế hoạt động của gen của HIV, hoặc làm biến đổi gen của HIV Theo hương liệu pháp . NGHIÊN CỨU: - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là liệu pháp gen và điều trị các bệnh. - Phạm vi nghiên cứu: chỉ nghiên cứu điều trị các bệnh bằng phương pháp liệu pháp gen. III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Phương. 4 1.3.1 .Liệu pháp gen Soma 1.3.2 .Liệu pháp gen tế bào mầm 1.4.Cơ sở sinh học của liệu pháp gen 5 1.5.Các bước cơ bản trong liệu pháp gen 6 1.6.Nguyên lý của liệu pháp gen 6 1.6.1.Tách dòng gen liệu. về liệu pháp gen 1.1 .Liệu pháp gen là gì 3 1.1.1.Khái niệm liệu pháp gen 1.1.2. Khái niệm gen liệu pháp 1.2. Nguyên tắc cơ bản của điều trị bằng liệu pháp gen 4 1.3 .Phân loại liệu pháp gen