GENTEKNIKENS UTVECKLING UNDER 2000

Årsrapporter

Metodutveckling

Ett Uppsalabaserat företag, Alphahelix, har utvecklat en centrifugeringsbaserad PCR-metodik som på endast 10 minuter, jämfört med några timmar med konventionell teknik, kan mångfaldiga genetiskt material upp till tre miljarder gånger.

Med s.k. DNA arrayteknik (DNA chips) kan aktiviteten hos tusentals gener bestämmas samtidigt i ett cellprov. En förhoppning är att kunna använda tekniken för bl. a. cancerdiagnostiska ändamål t. ex. för att lättare kunna skilja på olika cancersubtyper vilket kan möjliggöra insättande av korrekt terapi. Tekniken har således experimentellt använts för att skilja två former av (non-Hodgkin) lymfom från varandra. Tekniken har även använts för att skilja akut myelomisk leukemi från akut lymfatisk (lymfoblast) leukemi.

En DNA-liknande molekyl, LNA (locked nucleic acid), har framtagits av forskare vid Karolinska Institutet tillsammans med danska och amerikanska forskare. LNA är en s.k. DNA-analog som är stabilare än DNA och som kan binda sig till RNA. Avsikten är att på sikt kunna använda LNA-molekyler som läkemedel med s.k. antisensegenskap för att slå ut oönskade genfunktioner (via bindning till budbärar-RNA).

Utvecklingen går mycket snabbt inom området storskalig, automatiserad identifiering av proteiners sammansättning, struktur och funktion (proteomics) med hjälp av förbättrade metoder (masspektrometri, aminosyrasekvensbestämning, NMR-teknik, röntgenkristallografi m.m.).

IBM har börjat bygga superdatorn Blue Gene som när den är färdig - om ca fem år - kommer att kunna utföra en miljon miljarder beräkningar per sekund. Den skall användas för att bestämma den tredimensionella formen för funktionellt aktiva proteiner. Endast en form - utav ett stort antal alternativa tredimensionella former för ett protein - är aktiv.

Genetisk kartläggning

Efter ett tio år långt arbete med att totalsekvensera den mänskliga arvsmassan föreligger nu en preliminär version av det mänskliga genomet. En förutsättning för att kunna hantera de stora mängder av data som alstrats genom gensekvenseringen har varit hög grad av automatisering och standardisering av de använda laboratorieprocesserna samt utnyttjande av kraftfulla datorer med hög kapacitet och försedda med avancerade beräkningsprogram. Kromosom 21 har visats innehålla 225 gener varav 127 tidigare kända. Detta, tillsammans med det faktum att kromosom 22 har 545 gener, tyder på att antalet gener i genomet är färre än vad man tidigare har trott. Antalet gener i genomet har ännu inte fastställts men bedöms nu vara färre än 50 000. Den första jämförelsen mellan människogenom och kogenom har genomförts. Jämförelsen visar att många gener och t.o.m. hela kromosomer är utformade på samma sätt hos människa och ko. Av de kända generna hos kogenomet kunde 83 % identifieras som har motsvarigheter hos människans gener. Eftersom man vet ordningsföljden för samma gener på människo- resp. kokromosomer kunde den första helgenom-jämförande kartan konstrueras. 149 likartade kromosomala segment återfanns hos bägge arterna inklusive fyra kromosomer som i sin helhet tycks bestå av samma gener hos ko och människa. Vidare har mer än 95 % av musens genom sekvensbestämts. Det krävs sannolikt decennier av intensiva forskninginsatser för att klarlägga samtliga mänskliga geners funktion även om utvecklingen inom funktionsgenomiken går allt snabbare. Ett genombrott inom funktionsgenomiken är att man har kunnat visa hur proteinerna i bagerijäst (Saccharomyces cerevisiae) samspelar. Detta kommer att få betydelse för klarläggande av de mänskliga genernas funktioner eftersom många av jästens gener har en mänsklig motsvarighet.

Genomet hos bananflugan (Drosophila melanogaster) är nu helt sekvensbestämt. Kromosom 2 och 3 av totalt 14 kromosomer hos malariaparasiten Plasmodium falciparium har sekvensbestämts full-ständigt.

Den första mera detaljerade genkartan över en växts arvsmassa har i slutet av året erhållits genom internationella ansträngningar. Det gäller en liten växt med ca 25 000 gener som heter backtrav (Arabidopsis thaliana). Den har en relativt liten arvsmassa jämfört med andra växter, men de flesta gener återfinns i mer eller mindre modifierad form i andra växter och träd. Från det pågående arbetet att kartlägga genomet hos ris kan rapporteras att det nu har konstaterats att genomet innehåller ca 10 % transposoner ("hoppande gener") som återfinns slumpvis fördelade över genomet (man hade tidigare trott att transposoner skulle återfinnas i särskilt transposonrika regioner i risgenomet). De nya fynden medför att man nu tror att kartläggningen kommer att gå snabbare än vad man tidigare har trott. Hittills har mer än 85 % av risets genom sekvensbestämt.

Brasilianska forskare har kartlagt genomet (ca 3000 gener) hos en bakterie, Xylella fastidiosa, som är en skadegörare gentemot citrusfrukter. Genomen hos två sjukdomsalstrande bakterier, meningitbakterien (Neisseria meningitidis) och den livsmedelsburna Listeriabakterien (Listeria monocytogenes), har också sekvensbetsämts. Meningitbakteriens genom har visat sig innehålla mer än 2000 gener. Vidare har genomet hos Mycobacterium leprae, bakterien som orsakar lepra (spetälska), sekvensbestämts. Arvsmassan hos leprabakterien har stora likheter med den tidigare klarlagda arvsmassan hos tuberkulosbakterien (Mycobacterium tuberculosis). Leprabakteriens genom består till ungefär hälften av icke-funktionellt genetiskt material. Den kompletta genomsekvensen för kolerabakterien (V. cholerae) har publicerats. Genomet består av två cirkulära kromosomer (den större innehåller gener för DNA replikation, celldelning, gentranskription, proteintranslation, cellväggsyntes samt genetiska loci för virulens; den mindre innehåller bl.a. gener för transport av socker, metalljoner och anjoner, för sockermetabolism och energimetabolism, för signaltransduktion och DNA reparation).Vidare har genomet sekvensbestämts för en s.k. extremofil bakterie, Halobacterium NRC-1, som växer bäst i en miljö som är 10 gånger saltare än havsvatten.

Medicinsk grundforskning

Ebolavirus orsakar en sjukdom med intensiva blödningar som hittills ej har gått att medicinskt behandla. Blödningarna har visats orsakas av protein (glykoprotein) på virusets yta som skadar blodkärlens endotelcellslager. Ambitionen är att utveckla ett humanvaccin. Ett steg mot detta mål har tagits i och med framtagningen av ett vaccin mot tre virusvarianter vilket har visats ha god skyddseffekt i försök med apor. Det består av två komponenter - dels ett DNA-vaccin (riktat mot viralt ytprotein) dels ett adenovirus som tillverkar Ebola-protein (sätts in tre månader efter behandling med DNA-vaccinet).

Forskare i USA har visat att epitelceller från normal bröstvävnad kan omvandlas till bröstcancer-celler i laboratoriet genom tillförsel av tre gener (SV 40 T, telomeras hTERT och H-ras V12). Solida maligna tumörer stimulerar bildning av egna nya blodkärl (angiogenes). Forskning pågår för utveckling av substanser som förhindrar tumörens nybildning av blodkärl - något som förhoppnings-vis skall svälta tumörcellerna till den grad att tumörtillväxt och metastasering kraftigt reduceras. En utvecklingslinje är att ta fram antikroppar mot den kärltillväxtstimulerande faktor (VEGF) som bildas av tumörcellerna. Ett annat angreppssätt är att isolera, studera och framställa naturligt förekommande proteiner med anti-angiogeneseffekt för att kunna analysera deras användbarhet samt eventuellt framställa effektivare derivat.

Intensiv forskning pågår för att klarlägga mekanismerna för igångsättandet i celler (i kroppen) av en process - apoptos - som slutligen leder till att cellen dör av sig själv. Denna process anses vara en viktig komponent vid uppkomsten av bl.a. Alzheimers sjukdom. Hämning av apoptos anses vara förknippad med flera cancersjukdomar. Stora ansträngningar görs för utveckling av apoptos-påverkande substanser för användning som anticancerläkemedel. Man har bl.a. funnit att ett protein (SMHC) i mitokondrier kan stimulera igångsättandet av apoptos. I proteinet finns en sekvens bestående av sju sammanlänkade aminosyror som erfordras för att apoptoseffekt skall uppstå - vilket skapat förhoppningar om att utveckla nya anticancerläkemedel baserade på denna sekvens av aminosyror.

I hjärnceller finns hos vissa celltyper en sällsynt redigeringsmekanism (RNA editing) - som innebär att budbärar RNA förändras med speciella enzymer (s.k. editeringsenzymer) så att ett fåtal nukleotider förändras vilket leder till att motsvarande protein får förändad aminosyrasammansättning i ett fåtal positioner. Transgena djur som förändrats så att denna mekanism är utslagen får epilepsiliknande sjukdom.

Alzheimers sjukdom finns i olika varianter vilka anses orsakas av ärftliga faktorer och miljöfaktorer gemensamt. Molekylärgenetiska studier har kopplat de ärftliga komponenterna vid uppkomst av Alzheimers sjukdom till mutationer i tre gener (för bildning av resp. presenilin 1, presenilin 2 samt föregångaren till amyloid proten). En region (locus) i kromsom 10 har visats spela en roll för uppkomst av sent debuterande Alzheimers sjukdom. Man tror att mutation i en gen i detta locus är ansvarig för en felaktig tillblivelse (processning) av beta-amyloid protein (speciellt varianten amyloid Abeta 42 förknippas med sjukdomen).

Humanvacciner och läkemedel

Vid Alzheimers sjukdom inlagras s.k. amyloida plack i hjärnvävnad. Ett läkemedelsföretag (Elan Pharmaceuticals) har utvecklat ett vaccin mot Alzheimers sjukdom. Vaccinet har först testats på transgena möss som har förmågan att producera stora kvantiteter av det humana beta-amyloid-proteinet och utvecklar kraftiga amyloida plack i hjärnan. Vaccinet utgörs av beta-amyloid protein - en komponent i den sjukliga amyloida placken i hjärnan hos Alzheimerpatienter - som vid immunisering med proteinet ger upphov till antikroppar i blodbanan mot proteinet. Behandlingen reducerar plackbildningen hos mössen och förhindrar sjuklig nedgång i minneskapacitet. Den positiva effekten anses bero på att sådana antikroppar, efter en förmodad passage via blod-hjärnbarriären i låg frekvens, underlättar microgliacellers avlägsnande av beta-amyloid protein i hjärnvävnad. I djurstudier har inga oacceptabla biverkningar hittills kunnat observeras. Det gäller framför allt att förhindra att autoimmun sjukdom utvecklas pga. immuniseringen eftersom beta-amyloidprotein förutom i hjärnan även finns i kroppen i övrigt. Kliniska försök i tidig fas har inletts på patienter.

På grund av risken att tuberkulos sprids globalt pågår forskning för att utveckla effektiva vacciner i form av bakteriestammar som försvagats med genteknisk metodik, vacciner som består av gen-tekniskt tillverkade komponenter av tuberkulosbakterien samt DNA vaccin som består av endast en del av bakteriens DNA (som efter upptag i kroppsceller tillverkar immunitetsframkallande proteiner). Infektion med Norwalk virus via livsmedel leder till mag-tarm symptom. Ett ätligt vaccin - potatis som innehåller antigen från Norwalk virus - har i kliniska försök visats ge upphov till immunitet mot viruset. Växtbaserade, ätliga vacciner utvecklas bl.a. för tredje världens behov. Ett nytt läkemedel mot kronisk myeloisk leukemi (STI-571 - utvecklat av Novartis och baserat på modern molekylärbiologisk och cellbiologisk kunskap) har börjat testas på patienter i kliniska försök. Det verkar genom att hämma ett överaktivt nyckelenzym (Abelson tyrosin kinas) i leukemicellerna.

Genterapi på människa

De första framgångsrika genterapiförsöken på människa har rapporterats beträffande blödarsjuka av typen hemofili B samt en allvarlig immunbristsjukdom (SCID X1). De blödarsjuka patienterna tillfördes en funktionell gen för tillverkning av faktor IX, som behövs för att koagulering av blod skall kunna ske på ett normalt sätt. Genen tillfördes med ett virus (adenoassocierat virus, AAV). Hos patienterna med immunbristsjukdomen SCID X1 fungerar inte delar av det cellullära immunförsvaret (brist på s.k. T celler och NK-celler).

Kliniska försök med genterapi har inletts i Finland på 150 patienter med allvarliga förträngningar i benens blodkärl beroende på åderförkalkning. Vid behandlingen injiceras en gen för tillverkning av en kärltillväxtstimulerande faktor (VEGF) i det skadade området. Preliminära resultat antyder att behandlingen leder till ökad blodgenomströmning i de behandlade områdena.

I studier på apor, som har cellförändringar i hjärnan som liknar dem vid Parkinsons sjukdom - vilken bl. a. kännetecknas av nedsatt produktion av signalsubstansen dopamin i hjärnan - har forskare med hjälp av genterapi (retrovirus som överför gener för dopaminsyntes) lyckats förstärka hjärncellernas produktion av dopamin och bromsa upp de sjukliga förändringarna. Dessa djurstudier har gett hopp om att i en framtid kunna behandla patienter som lider av Parkinsons sjukdom med denna eller liknande metodik.

Utvecklingen inom stamcellsforskningen går nu mycket snabbt. Stamceller har visats ha stor förmåga att under inflytande av olika faktorer omvandlas (differentiera) till olika vävnadscelltyper. En vision är att stamceller från vuxna individer skall kunna användas för att ersätta skadad eller sjuklig vävnad. Stamcellsforskning kombinerad med genterapiforskning kan komma att leda till utveckling av teknologi för att förse en individ med ersättningsceller vilka har sitt ursprung i den egna kroppen.

Klonade djur (kärnöverföringsteknik)

Kloning av gris har framgångsrikt genomförts, vilket anses få betydelse för användning av gris som organdonator vid transplantation till människa (xenotransplantation).

Det har även rapporterats födsel av klonade får som utsöndrar ett läkemedel mot lungsjukdomen emfysem (alfa-1-anti-trypsin) i mjölken. Genen har kunnat tillföras på ett exakt sätt till önskad kromosomal region genom utnyttjande av en målsökande teknik (gene tergeting).

Möss har klonats successivt (dvs klonade möss har klonats vidare) i sex generationer för att utröna om klonade djur åldras i förtid. Denna studie har föranlett av tecken på för tidigt åldrande hos det första klonade djuret, Dolly. Inga tecken på förtidigt åldrande kunde dock observeras hos mössen.

Företaget Advanced Cell Technology i USA har startat ett projekt för kloning i ko av den utrotningshotade (oxliknande) asiatiska gauren varvid kärnöverföringen skett till kärnfritt koägg. Kalven föddes men dog efter någon dag pga. en infektionssjukdom.

Genetiskt modifierade djur

Ett nordamerikanskt företag (A/F Protein) har utvecklat en genmodifierad snabbväxande atlantlax för innesluten kommersiell odling på land. Den omodifierade laxens tillväxthormon produceras i hypofysen framför allt under sommarmånaderna, varvid tillväxthormongenen aktiveras via sitt kontrollelement (promotorsekvens). För att förlänga tillväxtsäsongen byttes i tillväxthormongenen den egna promotorsekvensen ut mot en promotorsekvens från en gen som tillverkar ett antifrysprotein under den kalla säsongen. Atlantlax som tillförts denna genkonstruktion tillverkar tillväxthormon under hela året och växer fyra till sex gånger snabbare än standardlax. Laxen uppges även vara steril.

Genom att tillämpa "genetiskt fingeravtryck"-metodik har man nu fått ett redskap för att kunna spåra ursprungskällan för illegalt valkött, dvs kött från valar som skyddats gentemot jakt.

Amerikanska forskare har vidare genom s.k. knock-out teknik slagit ut aktiviteten hos genen GDF 8 (tillväxt/differentieringsfaktor 8) i mus och erhållit möss med två till tre gånger större skelettmuskler än normalt. Motsvarande gen finns hos kor, höns och människa.

Genetiskt modifierade insekter

Forskare i USA har tillfört en gen för tillverkning av s.k. defensin-protein - .som har förmåga att motverka infektioner - till en mygga (Aedes aegypti) som kan överföra vissa infektionssjukdomar. Produktionen av proteinet aktiveras när insekten suger blod. Den förhöjda defensinnivån kvarstår under 20-22 dagar. Förhoppningen är att sådana transgena myggor skall förlora förmågan att vara mellanvärd för parasiter som orsakar sjukdomar.

Medellivslängden hos bananflugan (Drosophila melanogaster) har visats öka från 37 till 70 dagar genom en mutation i ett genkomplex som fått beteckningen Indy. Denna mutation tros åstadkomma en livsförlängande effekt som liknar den som åstadkommes via lågkaloridiet. En transgen bananfluga med en ärftlig form av Parkinsons sjukdom har också etablerats för att bl.a. underlätta utveckling av läkemedel mot sjukdomen.

Genetiskt modifierade växter

Forskare vid Umeå universitet har tillsammans med forskare i USA funnit ett protein (PsbS) som skyddar växter mot alltför intensivt solljus. PsbS åstadkommer att överskottsenergi i växten ombildas till värme i stället för till giftiga fria syreradikaler.

Forskare vid Sveriges Lantbruksuniversitet i Umeå har ökat biomassan hos poppel genom överföring av en gen (från backtrav) för tillverkning av tillväxthormonet giberillin. Forskarna har även åstadkommit blomning hos poppel genom överföring av andra gener från backtrav.

Forskare vid Uppsala universitet har vidare utvecklat en kortvuxen backtrav med en gen (SHI) som hämmar cellsträckning. Därigenom åstadkommes en stråförkortningseffekt. Möjligtvis kan denna gen på sikt få en praktisk användning i raps.

Monsanto rapporterade (före sammangåendet med Pharmacia Upjohn) framgång med att tillverka humant tillväxthormon i tobaksplantor. När tillväxthormongenen uttrycktes i mitokondrierna erhölls en 300 gånger större produktion av biologiskt aktivt hormon jämfört med när tillväxthormongenen var kromosomalt bunden i växten.

I Kanada har gener för tillverkning av de bakterie- och svampangreppsförhindrande substanserna mellitin och cekropin tillförts till potatis. Preliminära försök med sådan genmodiferad potatis som exponerats för bakterie- och svampskadegörare antyder att den nya gentekniska metoden kan skapa resistens mot sådana skadeangrepp. Ett alternativ till att bygga in resistens i växten med genteknisk metodik är att exponera växterna för medel som kemiskt aktiverar ett vilande, redan existerande resistenssystem i växten. Det amerikanska naturvårdsverket (EPA) har således nyligen gett tillstånd till ett företag för lansering av en ny typ av biopesticid som är proteinbaserad. Biopesticiden tillverkas i tarmbakterien Escherichia coli vilken tillförts en s.k. harpingen från en växtpatogen Erwinia-bakterie (Erwinia amylovora). Biopesticiden inducerar ett försvar i hela växten gentemot infektioner med bakterier, svamp och virus.

Kanadensiska forskare har påvisat och karakteriserat antifrysprotein hos vissa insekter (spruce budworm resp. mealworm beetle) som kan övervintra i temperaturer ner till -30 ¡C. Gener för tillverkning av dessa protein, som är mycket effektivare än motsvarande proteiner i arktisk fisk, skulle vid introduktion i växter kunna leda till frosttålighet. Proteinerna verkar genom att binda till små iskristaller och därigenom förhindra deras tillväxt till stora, för växten skadliga kristallkomplex.

Brittiska forskare har vidare tillsammans med tyska och japanska forskare utvecklat tomater med förhöjd halt av betakaroten - ett förstadium till A-vitamin (vilket har åstadkommits genom att sätta in en bakteriell gen, som omvandlar phytoene till lycopene, vilken är involverad i karoten- produktionen).

Det föreligger intresse för att tillverka mjölkproteiner i växter för att utveckla ersättningsmedel för modersmjölk mm. Man har således rapporterat produktion av biologiskt aktivt mänskligt beta- kasein resp. laktoferrin i potatis. Laktoferrin anses utöva en antibakteriell effekt i modersmjölk.

Brittiska forskare har i samverkan med japanska forskare kartlagt genen för koffeinbildning (caffeine synthase). Koffeinfritt kaffe resp. te åstadkommes i dag genom borttagande av koffeinet med superkritisk flytande koldioxid - vilket är en dyrbar process som för övrigt extraherar ut mycket av aromen. Förhoppningen är nu att via utslagning (med s.k. anti-sense teknik) av aktiviteten hos genen för koffeinbildning kunna producera kaffe- och teplantor med lågt koffeininnehåll.

Franska forskare har tillfört gener (från bakterier) för produktion av enzymerna alfa-amylas och glukosisomeras till potatis. Dessa enzymer aktiveras när potatisen upphettas till 65 ¡C varvid potatisstärkelsen omvandlas till fruktos. En sådan fruktosproduktion kan ha förutsättningar för att bli kostnadseffektiv.

Uppdaterad 29 mars 2001

Genteknikens utveckling 2016

Ny rapport! Vad har hänt inom genteknisk forskning under 2016? Läs nämndens sammanställning över publicerade forskningsrön inom genteknisk forskning, sammanfattad på populärvetenskaplig svenska.

Publ. 2017-03-03

Läs mer »

Rapport

Hur miljöbalkens regler påverkar forskning och utveckling (2016)

Läs mer »

Årsredovisning 2016

Läs mer »

Yttranden 1

Nämnden har yttrat sig i ärenden över nya grundföreskrifter om kemiska produkter och biotekniska organismer samt om Sveriges rapport till Århuskonventionen.
Publ. 3 mars 2017

Läs mer »

Yttranden 2

Nämnden har yttrat sig över ansökningar om att bedriva fältförsök på potatis och oljedådra samt att få genomföra klinisk prövning med genetiskt modifierade T-celler.
Publ. 3 mars 2017

Läs mer »

Protokoll

Från sammanträdet den 25 januari 2017.

Läs mer »