Biotecnología en Salud Humana Ricardo Fujita, Ph.D. Centro de Genética y Biología Molecular Facultad de Medicina Universidad de San Martín de Porres rfujita@usmp.edu.pe

Algunos avances tecnológicos básicos en biotecnología Mendel Caja negra: Genotipo => fenotipo-1866 Desarrollo microbiología-virología -1870 Cultivo de células in vitro - 1920 Descubrimiento estructura del DNA – 1953 DNA recombinante => bancos genómicos, expresión-1970 Secuenciación: estudio base a base-1970 Microarrays: capacidad de estudios seriados a gran escala-2000

Perú Principales problemas de salud: infecciosas y crónicas Enfermedades endémicas y propias Variedad de grupos étnicos nativos y mestizos no estudiados Biodiversidad especies: Búsqueda de nuevos fármacos Pobre desarrollo de base para biotecnología

Algunos aspectos de biotecnología y salud 1. Análisis y caracterización de material genético y su función: Mapeo e identificación de genes individuales Genoma, conjunto del material genético Transcriptoma, estudio de la expresión Proteoma, estudio de la expresión y producción de proteínas Metaboloma, expresión conjunta y coordinada de genes y proteínas 2. Ingeniería Genética (manipulación genética): Proteínas recombinantes Terapia génica 3. Células Troncales (Stem cells) Regeneración de tejidos Organogénesis

Biotecnología en enfermedades infecciosas Identificación de genes y proteínas del parásito para búsqueda de estrategias de ataque Tuberculosis, dengue, malaria, leishmaniosis, tripanosomiasis, infecciones intrahospitalarias, etc. Estudios de fisiología molecular de patógenos, vectores, reservorios Identificación de genes de patogenicidad, resistencia a antibióticos, cuellos de botella metabólicos Generación de vacunas Pruebas de nuevos compuestos farmaceúticos y validación de medicina tradicional INS, Cayetano Heredia, UNMSM

Necesidad de estudios en poblaciones peruanas Estudio Genoma Humano 2003 con mixtura de varias personas de EEUU, Europa, Japón y China Generado de 10-20 muestras de donantes anónimos de diferentes grupos étnicos (caucásicos > afroamericanos> asiáticos). Hispanos Sudamericanos (nativos y mestizos) no-representados Mestizaje: potencial para descubrir genes más fácilmente en background genético distinto 4

Proyecto Genoma Humano (2003) Catálogo de secuencias (3.2 X 109 bases) y de genes (25,000) traducidos a proteínas (300,000) Identidad 99.9% => 0.1% variabilidad (marcadores) Genes identificados: diagnóstico, pronóstico, prevención Proteínas identificadas: productos recombinantes, terapia molecular inteligente Decenas de genes de enfermedades comunes: hipertensión, cardiovasculares, diabetes, siquiátricas, cáncer Algunos genes inactivos o ausentes en individuos normales: CCR5, ADH, otros genes duplicados: CYP2D6 (40% de fármacos) Otros genomas: patógenos (virus a helmintos), especies agropecuarias (plantas, animales, hongos), modelos: bacteria, hongo, mosca, fugu, ratón

Posibles estudios en poblaciones peruanas Identificación de variantes de enfermedades mendelianas Identificación de variantes de enfermedades comunes Estudios de genes de infección Farmacogenética Nutrigenética

Mapeo de gen responsable de glaucoma. Cosegregación de marcador ( Mapeo de gen responsable de glaucoma. Cosegregación de marcador (*) de cromosoma 2cen-q13 en familia con glaucoma PGAA (Chincha) GLC1B G85 G86 G87 G77 G88 G78 G70 G82 G67 G79 G68 * * * * * * * * * * M.L. Guevara-Fujita, R. Perez G., J. Richards, R. Fujita. Am. J. Hum Genet Oct. 2002 A756

Distribución de MBL (defensa contra patógenos) deficiente en Sudamérica Cayapas Colorados (Cóngoma y Chiguilpe) Loreto Lambayeque Lago Titicaca (Taquile, Amantaní, Los Uros y Anapia) Ucayali Junín Ayacucho 80 80 58 46 Chiriguanos 41 42 36 35 35 Sandoval, Madsen, Velazquez, Descailleaux, Ñique, Di Stefano, Garred, Fujita 27 27 24 22 22 Mapuches Human Genome Meeting Kyoto, April 2005

Diagnóstico gen glaucoma familia Andahuaylas MYOC Glaucoma juvenil Diagnóstico pre sintomático (203) normal afectado Recurrent myocilin Asn480Lys glaucoma causative mutation arises de novo in a Peruvian family of Amerindian descent. Guevara-Fujita, Perez-Grosman, Estrada, Pawar, Vargas, Richards y Fujita (2008). Journal of Glaucoma 17: 67-72.

Fig. 2 Sequence of MYOC exon 3 in a POAG patient of family Fig.2 Sequence of MYOC exon 3 in a POAG patient of family. N indicates a double reading (C and G) in nucleotide position 1440 of gen MYOC. Normal sequence 1438-1440 (AAC) corresponds to codon Asn, whereas mutation changes codon to AAG, Lys. This transversion yields a MYOC Asn480Lys mutation (charge). T G A T T G A C T A C A A N C C C C T G G A C A A nt1440 (aa 480) Guevara-Fujita, Perez Grossman, Estrada, Vargas, Richards y Fujita (2008). Journal of Glaucoma 17: 67-72.)

Global Reach-U of Michigan/USMP 2008 Descubrimiento de nuevos genes de glaucoma Estudio de 3 familias peruanas de glaucoma sin localización (6 loci conocidos descartados) Dsecubrimiento de genes 2 pasos: Mapa por marcadores SNPs (reducir a pequeña región de genoma < 1%). Microarrays. Identificación de genes candidatos en esa región (comparación expresión). Microarrays.

Nuevos Blancos farmacológicos Fármacos actuales inciden ~ 500 moléculas blanco Usando datos del genoma genes conocidos => buscar nuevos y mas eficientes blancos (varios miles) con bioinformática Descubrimiento de nuevos genes blanco de fármqcos: Buscar Homólogos en bancos de datos: Receptores de Serotonina: conocido receptor 5-HT3A de baja conductancia. Encontrado 5-HT3B receptor de alta conductancia (desórdenes del comportamientos y esquizofrenia?) Gen conocido transportador SLC6A (solute carrier family 6, GABA neurotransmitter transporter). Nuevos genes transportadores encontrados para: SLC6A2 Noradrenaline, SL6A3 dopamine, SLC6A4 serotonin, SLC6A5 glycine, SLC6A6 taurine, SLC6A7 proline

Farmacogenética (todos no reaccionamos igual al mismo medicamento) Otra droga > dosis Dosis standard Otra droga < dosis

Ítems relacionados a farmacogenética Fármacos para poblaciones de países desarrollados Estudios de nuestras poblaciones (fármacos, dosis, etc.) Contaminación urbana, minera, etc. Nutrigenética (ejm. leche y tolerancia a lactosa)

Proteínas Recombinantes Proteínas humanas para reemplazo (en pacientes con deficiencias) obtenidas en mayor cantidad, purificadas, a partir de bacterias, plantas o animales transgénicos Mercado de miles de millones US Dollars

Terapia génica Modificar o activar la expresión de un gen endógeno mediante la introducción de una versión modificada in vitro Ataca causa primaria vs. síntomas Especificidad en celula o tejido blanco Localizado vs. sistémico Rangos de duración más largos Varias estrategias dependiendo de enfermedad

Estrategia de reemplazo de gen mutante Introducción de gen normal en celulas mutantes Incorporación de gen por crossing over Celulas con función normal Leber congenital amaurosis, terapia génica experimental abril 2008, recuperación de ceguera total a caminata en laberinto-movimiento de mano.

Terapia por RNA de interferencia (RNAi) Premio Nobel Medicina 2006 Derivado de terapia génica, RNA doble inactiva expresión de gen anormal

Células cultivadas troncales multiplicadas La Promesa de las células madre (Stem cells) Búsqueda de fármacos y tests de toxicidad Estudios del control de genes y desarrollo Células cultivadas troncales multiplicadas Tejidos células para terapia médula ósea neuronas músculos páncreas

Células madre Célula madre: se reproduce y da lugar a diferentes tipos celulares in vitro Diferencia con células embrionarias: provienen del mismo paciente (evita rechazo). Corrientemente usado en linfomas y leucemias con células de médula ósea o cordón umbilical. Para reemplazar células anormales degenerativas (Alzheimer, Parkinson, diabetes), proliferativas (tumores, cáncer), accidentes (tetraplégicos) o intoxicaciones. Organogénesis: formación de órgano o parte de función a partir de células madre. Todavía en experimentación en mayoría de países. China turismo médico en células madre. Perú: INCOR infartos OK, compañías? (a probar)

Conclusiones sobre biotecnología en salud Grandes avances para el estudio, tratamiento y cura de enfermedades Permite identificar causa de enfermedades: diagnóstico, pronóstico, prevención Estudios del genoma permite tener catálogo de todos los genes, varía en individuos y poblaciones Organismos transgénicos productores de proteínas y vacunas recombinantes, alimentos enriquecidos Algunas estrategias de tratamiento incluyen terapia génica, células madre La biotecnología moderna se ha desarrollado rápidamente: poco tiempo para países pobres