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Viren als Krankheitserreger und Werkzeuge der Genetik

Seminararbeit 2011 17 Seiten

Biologie - Mikrobiologie, Molekularbiologie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung in die Gentherapie mit Hilfe von Viren

2 Verwendete Viren
2.1 Retroviridae
2.2 Adenoviridae
2.3 Herpesviridae
2.4 Parvoviridae
2.4.1 Adenoassoziierte-Viren
2.5.2 Adenoassoziiertes-Virus II

3 Anwendungsbereiche
3.1 Krebs
3.1.1 Schutz des gesunden Gewebes vor der Zellzerstörung
3.1.2 Verbesserung der Immunabwehr gegen Tumorzellen
3.1.3 Produktion von Zytostatika in der Tumorzelle
3.2 Erbkrankheiten
3.3 Protein-Fehlfunktionen
3.4 Stammzellengewinnung
3.5 Humanes Immundefizienz-Virus

4 Spezifizierung der Therapie und Identifizierung der zu behandelnden Zellen
4.1 Transductional targeting - gezielteTransduktion
4.1.1 Antennenadapter
4.1.2 Neugestaltung der Antennen
4.2 Transcriptional Targeting - gezielte Transkription
4.3 Abschalten der Hemmproteinblockierung

5 Probleme der viralen Gentherapie
5.1 Keimbahntherapie
5.2 Gefahr einer Immunantwort
5.3 Gefahr einer Aktivierung von Onkogenen

6 Fazit

7 Quellenverzeichnis:

1 Einführung in die Gentherapie mit Hilfe von Viren

Am 14. September 1990 wurde erstmals ein menschlicher Patient mit einer gentherapeutischen Anwendung behandelt. Die vierjährige Ashanti DeSilva litt an einem monofaktoriell veranlagtem Erbdefekt mit dem Namen SCID. Den Ärzten gelang es den Defekt, das Fehlen des Adenosin-Desaminase Gens, zu beheben und den Zustand der Patientin zu verbessern (Daigl M., Dr. Käppeli O. 11.03.2002).

Seit Jahren ist bekannt, dass viele Krankheiten, wie zum Beispiel Krebs, ihren Ursprung im Erbgut oder besser gesagt in Mutationen des Erbgutes haben. Vor der Entwicklung der Gentherapie gab es keine Möglichkeit, diese Krankheiten gezielt, direkt und effektiv zu behandeln. Die meisten Medikamente zielten nur auf eine Linderung der Symptome ab. Mit der Gentherapie wird den Medizinern in Zukunft ein mächtiges Mittel gegen diese Krankheiten zur Verfügung gestellt. Die Gentherapie besteht aus verschiedenen Verfahren, wie zum Beispiel Elektroporation, Particle Guns, Lipofektion oder kationische Polymere.

Bei diesen Therapien kommen zum großen Teil virale Vektoren zum Einsatz. Diese Vektoren werden gewonnen, indem man Viren unschädlich macht und mit therapeutischen Genen ausstattet. Viren sind von Natur aus dafür gebaut, Zellen zu infizieren. Bei der viralen Gentherapie macht man sich dies zu Nutze, um die erwünschten Gene in eine Zielzelle zu schleusen. Das macht Viren zu sehr effizienten Vektoren (Daigl M., Dr. Käppeli O. 11.03.2002).

2 Verwendete Viren

Bei der somatischen Gentherapie gibt es vier große Gruppen viraler Vektoren. Die Familie der Retroviridae, hier besonders die Lentiviren (Templeton N.S., 20093), die Familie der Adenoviridae, die Familie der Herpesviridae und die Familie der Parvoviridae. Aus der Familie der Parvoviridae werden bisher nur Viren der Art der adenoassoziierten Viren, und der dieser Art untergeordeneten adenoassoziierten Viren II, aus der Gattung der Dependoviren verwendet (Daigl M., Dr. Käppeli O., 11.3.2002). Im Folgenden werde ich die Vor- und Nachteile der verschiedenen Viren vorstellen.

2.1 Retroviridae

Retroviren sind bisher, auf Grund ihrer einfachen Struktur, die bevorzugten Vektoren bei den meisten klinischen Gentherapiestudien. Virale Gene können entfernt und durch therapeutische Gene ersetzt werden, ohne dass regulatorische Sequenzen beschädigt werden, die für den viralen Lebenszyklus notwendig sind.

Die modifizierten Viren können nun als Vehikel eingesetzt werden, um ihre neue genetische Information auf die Zielzelle zu übertragen (siehe Abb. 1). Einmal in die DNA integriert, kann das Gen nicht mehr verloren gehen. Retrovirale Vektoren infizieren in der Regel proliferierende Zellen und eignen sich damit besonders bei der Behandlung von sich schnell teilenden Tumorzellen. Die Behandlung von sich nicht oder nur langsam teilenden Zellen ist deshalb entweder gar nicht oder nur eingeschränkt möglich (Nettelbeck D.M., Curiel D.T., Juli 2004). Die Zellteilung kann aber bei einer In-Vitro Anwendung künstlich herbeigeführt werden. Damit wird auch eine Behandlung mit Retroviren bei sich langsam teilenden Zellen möglich (Sorrentino Brian P., Juni 2002). Die Genexpression von mit Retroviren behandelten Zellen ist durchgehend aktiv und mit lang anhaltender Wirkungsdauer. Im optimalen Fall dauert sie an bis dass die Zelle abstirbt. Eine mehrfache Anwendung, um einen durchgehenden Erfolg zu gewährleisten, ist damit nicht notwendig (Nettelbeck D.M., Curiel D.T., Juli 2004). Ein großer Nachteil der retroviralen Gentherapie ist die Gefahr der Aktivierung von Onkogenen, die im Genom der Zielzelle enthaltenen sind. Dies kann geschehen, da die Retroviren sich an einer vorher nicht bestimmbaren Stelle in das Ziel-Erbgut integrieren (Dickson George, 1995).

Die Retroviren werden in speziellen Zelllinien produziert. Früher verwendete man Zellen aus Mäusen. Heute aber verwendet man vor allem menschliche Zellen, da bei diesen die Retroviren erst mit Verzögerung vom Immunsystem des Patienten entdeckt werden. Dadurch arbeiten sie effektiver (Cosset F.L., Takeuchi Y., BattiniJ.L., Weiss R.A., Collins M.K., 1995).

2.2 Adenoviridae

Die Adenoviren gehören zu den DNA Viren. Im Gegensatz zu den Retroviren bauen sie ihre genetische Information nicht in das Erbgut der Zielzelle ein, sondern die virale DNA liegt nach der Infektion frei in der Zelle vor. Dies hat den Vorteil, dass eine Aktivierung von Onkogenen fast gänzlich ausgeschlossen werden kann. DNA ist zudem im Gegensatz zu RNA nicht so anfällig für Mutationen (Nettelbeck D.M., Curiel D.T., Juli 2004).

Jedoch muss der Patient immer wieder mit neuen, modifizierten Adenoviren behandelt werden, um hierbei eine dauerhaften Wirkung zu erhalten. Nicht in die Chromosomen integrierte DNA wird mit der Zeit abgebaut. Gut geeignet sind Adenoviren bei Tumorzellen. Bei diesen benötigt man keine dauerhafte Expression des Gens, da sie abgetötet werden sollen (Time-Life Bücher, Amsterdam, 1993). Es gibt 47 bekannte Adenovirus Subtypen die sich in Gruppen von A bis F aufteilen. Nicht alle dieser Subtypen werden jedoch bei der Gentherapie verwendet (Uhnoo I., Svensson L., Wadell G., September 1990).

Abb. 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei der Erbmaterialübertragung mit retroviralen Vektoren bedarf es mehrerer Schritte.

a) Der Retrovirus bindet an die Plasmamembran.
b) Die RNA Information wird zu einem cDNA Doppelstrang revers transkribiertund bildet dann einen ringförmigen Preintegrations Komplex.
c) Der Preintegrations Komplex muss in den Nucleus eindringen, entweder bei der Auflösung der Nucleus Membran während der Mitose, oder durch intakte Kernporen. Die virale Integrase sorgt für ein stabiles Einfügen der viralen Erbinformation an einer zufällig ausgewählten Stelle im Chromosom der Stammzellen.
d) Nach dem Einbau wird der Vektor durch die Kontrolle des Promotors im Erbgut exprimiert. Die Stelle im Erbgut, an die der Vektor eingefügt wurde, beeinflusst daher die Stufe der Expression (Sorrentino Brian P., 2002).

2.3 Herpesviridae

Speziell für die neuronale Anwendung werden Herpes-Simplex Viren genetisch verändert. Sie infizieren hauptsächlich Neuronen und können dort durch episomale Kopien über einen langen Zeitraum exprimiert werden. Durch ihr sehr großes Genom können Herpesviren eine große Menge an exogenem Erbmaterial aufnehmen und in die Zielzelle transportieren. Einziger Nachteil ist, dass die Wirtszelle den Virus innerhalb weniger Wochen erkennt und deaktiviert (W. Seyffert, 20032).

2.4 Parvoviridae

2.4.1 Adenoassoziierte-Viren

Die adenoassoziierten Viren, auch AAV genannt, gehören zu den Parvoviren. Da diese Viren keine Proliferationsgene besitzen, benötigen sie die Ko-Infektion mit einem Helfervirus, gewöhnlich ein Adeno- oder Herpes-Simplex-Virus. Ohne das Helfervirus wird AAV spezifisch in das Chromosom 19 integriert. Der große Vorteil zu anderen Viren ist, dass die Viruspartikel sehr stabil sind, und dass AAV keine schweren Krankheiten auslöst. Mit dem Virus lässt sich auch ruhendes Gewebe (z.B. Neuronen) bearbeiten. Der Nachteil ist, dass nur 7,4 kbp an therapeutischem Erbgut befördert werden können (Prof. Haberkorn U., 19993, www.uni-heidelberg.de).

2.5.2 Adenoassoziiertes-Virus II

Das adenoassoziierte-Virus II kann zwischen gesunden und Krebszellen unterscheiden. In Krebszellen löst es nach der Infektion den Suizid aus. Gesunde Zellen werden jedoch nicht geschädigt. Das Virus ist genauso wie der normale adenoassoziierte-Virus mit keiner Krankheit assoziiert und deshalb sehr sicher. Es benötigt für seine Vermehrung ebenfalls ein Helfervirus. Der große Vorteil ergibt sich daraus, dass AAV II nicht modifiziert werden muss, um Krebszellen anzugreifen. (Schöbi K. 2005, www.wissenschaft.de)

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Details

Seiten
17
Jahr
2011
ISBN (eBook)
9783656147732
Dateigröße
2.6 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v190261
Note
26/30
Schlagworte
Gentherapie Forschung Virus Biologie Medizin

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