Представлення проектів 10 клас біологія

Урок 50. Представлення проектів «Генетичний моніторинг у людських спільнотах», «Скринінг-програми для новонароджених», «Генотерапія та її перспективи»

Цілі уроку: освітня: сформувати вміння створювати буклет, постер, презентацію, бук-трейлер або скрайб з теми;

■ розвивальна: розвивати вміння застосовувати різні джерела та засоби для отримання інформації (вербальної, числової, символьної) з критичним оцінюванням якості й достовірності;

■ виховна: на прикладі генетичних порушень і пов'язаних з ними вад здоров'я людини виховувати розуміння важливості здорового способу життя.

Обладнання і матеріали: зображення, що ілюструють спадкові хвороби людини за темами проектів.

Базові поняття і терміни: генетичний моніторинг, скринінг-програми, генотерапія.

Тип уроку: узагальнення і систематизація знань.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою; наукове розуміння природи; уміння аналізувати, формулювати висновки; знання та розуміння фундаментальних принципів біології; застосування інформаційно-комунікаційних технологій для створення, пошуку, обробки інформації у навчальній діяльності; збереження власного здоров'я.

Хід уроку

І. Організаційний етап

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів і мотивація навчальної діяльності

Питання для бесіди

1. Які спадкові хвороби ви знаєте?

2. Які з них і яким чином можна діагностувати до народження дитини, одразу після народження та протягом життя людини?

3. Які є способи лікування і як можна запобігти поширенню спадкових хвороб?

ІІІ. Представлення проектів

Приклад проекту (буклет)

«Скринінг-програми для новонароджених»

Скринінг новонароджених - масова програма з виявлення спадкових захворювань. це перевірка всіх без винятку немовлят на наявність у крові ознак певних генетичних захворювань. Багато генетичних відхилень можна виявити ще під час УЗД вагітних, але не всі. Для виявлення більш широкого кола захворювань проводять додаткові дослідження.

Неонатальний скринінг новонароджених проводять у перші дні життя малюка, коли він ще перебуває в пологовому будинку. Для цього у дитини беруть кров з п’ятки і проводять лабораторне дослідження. Результати скринінгу новонароджених готові вже за 10 днів. Таке раннє обстеження пов’язано з тим, що чим раніше буде виявлено захворювання, тим більше шансів є на одужання дитини. А більшість захворювань можуть не мати ніяких зовнішніх проявів протягом декількох місяців і навіть років життя

За скринінгу новонароджених обстежують на такі спадкові захворювання:

Фенілкетонурія - захворювання, за якого фермент, що розщеплює амінокислоту фенілаланін, відсутній або його активність знижена.

Вроджений гіпотиреоз - захворювання щитовидної залози, яке проявляється у порушенні вироблення гормонів. Призводить до порушення фізичного та розумового розвитку, мікседеми у дорослих, кретинізму в дітей.

Муковісцидоз - аутосомне, рецесивне, спадкове системне захворювання екзокринних залоз. Уражає легені, потові залози та травну систему, викликаючи хронічні респіраторні та травні проблеми. Спричинене мутацією гена трансмембранного регулятора муковісцидозу.

Як ми бачимо, всі досліджувані захворювання дуже серйозні. Якщо вчасно не провести тест-скринінг новонароджених і не почати лікування, то наслідки можуть бути більш ніж серйозними.

За результатами скринінгу новонародженого може бути призначено УЗД та інші необхідні аналізи для постановки точного й остаточного діагнозу.

Масовий скринінг дозволяє виявити спадкову патологію до її клінічного прояву і, застосовуючи профілактичне лікування, забезпечити здоров'я дитини в родині й людини в суспільстві. Масові скринінги - це великі соціально-економічні програми зорієнтовані на виявлення доволі поширених (не менш як 1:50 000) генетичних дефектів, що ведуть до значного зниження життє- та працездатності індивідуума. Крім того, методи масового скринінгу мають бути відносно простими, дешевими, швидкими (експрес-методи) та позбавленими псевдонегативних результатів. Головною ж вимогою до генетичної патології, що пропонується для масового скринінгу, є її курабільність. Навіщо виявляти хворих, яких не знаємо як, або не маємо чим лікувати? Це аморально й економічно не виправдано. У наших економічних умовах в Україні всім цим вимогам відповідають дві нозологічні форми: фенілкетонурія та гіпотиреоз. Неонатальний масовий скринінг на фенілкетонурію та гіпотиреоз дозволяє щороку зберегти здоров'я та розумову повноцінність майже всім дітям з цією патологією: 5 з 10 000 новонароджених, тобто не менше як 10 дітей у місті Києві, або більше як 200 дітей в Україні. Ці дві скринуючі програми повинні виконуватися на всій території України при 100% охопленні новонароджених.

До програми цього плану відноситься також масовий скринінг (ультразвукове дослідження - УЗД) вагітних на виявлення природжених вад розвитку у плода.

Усі масові скринінги повинні мати ще й обов'язковий другий етап більш складної, а отже точної та дорогої діагностики для зняття діагнозу у псевдопозитивних випадках і контролю за ефективністю лікування.

Селективні скринуючі програми означають обстеження певної групи хворих вже після прояву генетичного дефекту з метою виявлення конкретної спадкової патології. Наприклад, обстеження на фенілкетонурію всіх дітей з розумовою відсталістю, або на муковісцидоз - усіх хворих з.хронічною легеневою або кишковою патологією, всіх чоловіків з безпліддям, зумовленим природженою агенезією сім'явиносних проток. Ефективність таких програм значно нижча, тому що генетичний дефект виявляється вже після його клінічного прояву, що зменшує успіх лікування. Але одержана інформація має неоціненне значення для проведення медико-генетичного консультування пробанда та членів його родини.

Результатом проведення скрикуючих програм та цілеспрямованої праці мережі медико-генетичних установ в напрямку диспансеризації родин зі спадковою патологією повинно стати створення реєстру генетичних дефектів в популяції. Саме тоді буде вирішене питання про величину та структуру генетичного вантажу на сьогодні.

2. «Генетичний моніторинг у людських спільнотах»

Генетичний моніторинг - це слідкування за величиною та динамікою (темпу та спектру) генетичного вантажу. Визначити величину генетичного вантажу можна за допомогою виконання скринуючих програм, - масових та селективних. Скринінг, тобто просіювання, всього населення або всіх новонароджених, усіх підлітків, вагітних, новобранців та інших є масовим. Здійснення цього виду скринінгу повинно бути економічно вигідним, тобто витрати на його проведення мають бути значно меншими за кошти, необхідні для медичного і соціального обслуговування державою хворих дітей і дорослих.

Генетичний моніторинг за динамікою генетичного вантажу, за темпом мутаційного процесу треба провадити постійно, застосовуючи всі запропоновані методи. А саме:

1.      Фенотипічний моніторинг: слідкування (краще з моменту народження) за частотою домінантної патології з повною пенетрантністю і достатньою експресивністю, відсутністю гено- та фенокопій, що клінічно проявляються в ранньому дитячому віці. До цієї патології належать ахондроплазія, аніридія та інші «вартові» фенотипи, тобто патологія, за якої легко клінічно відокремити успадковані мутації від новонабутих. Але більш докладну інформацію з цього питання має дати реєстр спадкової патології, складений лікарями-генетиками.

2.      Біохімічний моніторинг за частотою нових мутацій є методом вивчення поліморфізму білків крові. Цей вид моніторингу вимагає дослідження максимально великої кількості локусів у максимальної кількості людей. Він надзвичайно дорогий і не дуже ефективний. Запропонована модифікація цього методу (Ю.Г. Алтухов) - біохімічний селективний моніторинг за частотою нових мутацій мономорфних білків (дуже обмежена кількість існуючих алелів) серед організмів з летальною патологією (викидні, ПВР, перинатальна смертність). Ця модифікація не суттєво збільшує результативність біохімічного моніторингу, бо головним його недоліком (як і при всіх інших методах) є неможливість підтвердити біологічне батьківство, щоб виключити успадкованість мутації.

3.      Цитогенетичний моніторинг за частотою нових хромосомних та геномних мутацій дуже дорогий та трудомісткий. Він потребує обстеження членів родини та виключення випадків успадкування хромосомних аберацій, варіантів або умов, що призводять до їх виникнення під час мейозу.

4.                  Молекулярно-генетичний моніторинг зараз тільки розробляється з метою встановлення нових мутацій на рівні хромосомної та мітохондріальної ДНК в стате-вих або соматичних клітинах з обов'язковим підтверд-женням батьківства.

5.                  Моніторинг за архівними документами (Н.П.Бочков) дозволяє визначити темп мутаційного процесу за змінами частот летальних та умовнолетальних мутацій (викиднів, недоношеності, новонароджених з ПВР, перинатальної смертності). Моніторинг за природженими вадами розвитку не дає відповіді на питання, мeтаційної чи тератогенної природи є виявлена патологія, і тим паче не визначає кількості нових мутацій.

Система генетичного моніторингу почала розвиватися із 60-х років XX століття після так званої «талідомідної катастрофи», коли негативна дія лікарського препарату талідоміду стала причиною народження кількох тисяч дітей з вадами розвитку. Але хоч цей випадок і став приводом для створення системи генетичного моніторингу, спостереження за подібними до талідоміду речовинами не входить до кола задач сучасного генетичного моніторингу. Це пов’язано з тим, що талідомід є тератогеном — речовиною, яка порушує процеси розвитку зародка але не змінює його спадкові ознаки.

Основним завданням генетичного моніторингу є контроль генетичних вад, які виникають у популяції, та попередження їх виникнення. У рамках цього завдання генетичний моніторинг виконує такі завдання:

• визначення спрямованості спадкової мінливості в популяціях людини;

• визначення інтенсивності мутаційного процесу;

• оцінювання стабільності спадкових структур як окремих особин, так і популяцій у цілому;

• визначення генетичного складу популяцій;

• прогнозування кількості людей зі спадковими захворюваннями;

• оцінка шкідливого впливу факторів навколишнього середовища на генофонд популяції.

Для контролювання спадкової мінливості в популяціях необхідно оцінювати коефіцієнт імбридингу, величину генетичного вантажу, інтенсивність мутаційного процесу в певній популяції, зміну проявів спадкових ознак залежно від зовнішніх умов.

Під час проведення генетичного моніторингу часто застосовують такі методи:

• облік домінантних мутацій, які чітко відрізняються від норми (визначаються візуально);

• облік хромосомних аномалій (визначаються під час тотального контролю новонароджених або проведення вибіркових досліджень);

• визначення частоти мутацій у білках сироватки крові;

• визначення частоти хромосомних порушень у лімфоцитах периферичної крові.

Одним із найефективніших способів генетичного моніторингу є спостереження за індикаторними фенотипами, які виникають у результаті дії мутагенних факторів і проявляються як домінантні ознаки.

Значення генетичного моніторингу

Регулярний аналіз даних генетичного моніторингу дозволяє ефективно контролювати ситуацію та оперативно реагувати на зміну частоти спадкових порушень у часі або на певній території. Генетичний моніторинг застосовують для виявлення потенційної мутагенної дії нових лікарських препаратів, різноманітних побутових засобів, харчових добавок та інших речовин.

«Генотерапія та її перспективи»

Розвиток молекулярної біології привів до появи у XXI столітті нового напряму терапії - генотерапії - та дискусій щодо ефективності й безпечності її використання під час лікування хвороб людини. Проаналізуйте всі «за» і «проти» використання генотерапії в медицині і зробіть висновок щодо доцільності впровадження цього методу терапії в практику. Історія становлення генотерапії: 1972 р. – виникнення генетичної інженерії; 80 -ті – отримання ізольованих генів, створення експресуючих векторів; 1989 р. – перша спроба генної терапії; 1999 р. – кожна черверта дитина, хвора на ТКІД лікується генотерапією; 2003 – 2009 р. р. – успішне лікування хвороби Паркінсона, синдрому Хантінгтона, серповидо-клітинної анемії, покращення стану хворих на СНІД.

Мета дослідження: проаналізувати переваги та недоліки генотерапії, зробити висновок щодо доцільності впровадження цього методу терапії в практику

Завдання Ознайомитися з передумовами становлення новітньої науки про ген. З’ясувати механізми та методики, що забезпечують практичне втілення генної терапії. Визначити області застосування генотерапії. Проаналізувати перші позитивні та негативні результати лікування. Виокремити проблеми та перспективи розвитку генної терапії:

Варіанти дій при патологічному стані, Стратегія невтручання, Заміна і симптоматичне лікування патологічного гена

Генна терапія – сукупність генно-інженерних та медичних методів, напрямлених на внесення змін у генетичний апарат клітин людини з метою лікування хвороб.

Стратегії генної терапії Поновлення геном втрачених функцій Пригнічення надмірної функції Посилення імунної відповіді організму.

 Методика Ex vivo: Методика In vivo: Вилучення геному Безпосередня доставка трансформованих генів у організм за допомогою модифікованих вірусів Трансформація генетичного матеріалу. Введення в організм оновлених клітин хірургічно

Система адресної доставки генакоректора до клітин-мішеней  через Аденовірус Ретровірус Вуглеводна капсула

Методи генної терапії Фетальна терапія Соматична терапія Введення чужорідної ДНК на ранніх стадіях онтогенезу (могла би передатися спадково) Введення чужорідної ДНК в соматичні клітини (спадково не передається) Ембріон Соматична клітина

Переваги генної терапії  Спрямована на усунення причини патологій, а не їх наслідків; Висока точність дії генних агентів; Висока специфіка дії; Мінімальність хірургічного втручання;

Гемофілія Цукровий діабет М’язова дистрофія СНІД Хвороба Паркінсона Лікування хвороб Психічні вади Артеріальна гіпертензія Муковісцидоз Хвороба Онкологія Хантінгтона

Генна терапія як метод лікування СНІДу Підвищення імунних реакцій організму Поширення ВІЛ СНІДу в Європі

Генна терапія раку Методика стимуляції імунних реакцій організму Легені здорових мишей Введення генівсупресорів до ракових клітин Легені щойно мишей зі уражених скореговано мишей ю ДНК Легені контрольної групи

Позитивні результати 1. Лікування ішемії головного мозку (Японія); 2. Лікування раку шкіри на моделях (США); 3. Зменшення прояву стенокардії у пацієнтів (США); 4. Успішне лікування раку шкіри за допомогою препарату Гендецину (Китай) 5. Позитивний тривалий клінічний ефект при лікуванні хвороби Паркінсона.

Ризики генної терапії 1. 2. 3. Можливість інфекції чи імунної реакції системи (вірулентність носіїв гену); Вірогідність мутацій, рак (введення ДНК у неправильному положенні) Передача небажаного ДНК спадково (ненавмисне введення ДНК у репродуктивні клітини). Летальні випадки використання генотерапії Призупинення досліджень

Перспективи генотерапії  Апробувати методи генотерапії не лише на моделях, а і на людському організмі; Розширити теоретичну базу; Досягти досконалості у виділенні потрібного дефекту; Досягти точності механізмів переносу гена в клітину-мішень;

 Зменшити вірулентність векторів; Унеможливити відторгнення препаратів імунною системою; Досягнути тривалої стабільності процесів; Забезпечити простоту та доступність процедури; Забезпечити можливість повороту процедури при необхідності.

Майбутнє з генотерапією! “Попередити хворобу значно ефективніше, ніж боротися з її непоправними наслідками!” Джеффрі Чемберлен дослідник генної терапії.

ІV. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Підготуватися до оцінювання знань з теми «Спадковість і мінливість», повторити способи розв’язання генетичних задач.