De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Keerpunten in de natuurwetenschappen hoe ontdekken we hoe Leven werkt...? roel van driel Swammerdam Inst. voor Levenswetenschappen Universiteit van Amsterdam.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Keerpunten in de natuurwetenschappen hoe ontdekken we hoe Leven werkt...? roel van driel Swammerdam Inst. voor Levenswetenschappen Universiteit van Amsterdam."— Transcript van de presentatie:

1 keerpunten in de natuurwetenschappen hoe ontdekken we hoe Leven werkt...? roel van driel Swammerdam Inst. voor Levenswetenschappen Universiteit van Amsterdam

2 keerpunten 5-04 #2 is dit iets anders…? elementaire deeltjes atomen, moleculen zonnestelsels sterrenstelsels big bang evolutie aarde, ecologie

3 keerpunten 5-04 #3 hoe gaan we begrijpen hoe het werkt…? elementaire deeltjes atomen, moleculen zonnestelsels sterrenstelsels big bang evolutie aarde, ecologie

4 keerpunten 5-04 #4 de levende cel

5 keerpunten 5-04 #5 de levende cel

6 keerpunten 5-04 #6 de levende cel

7 keerpunten 5-04 #7 genetische informatie: de basis  een gen bevat de informatie voor de aminozuur-volgorde van een eiwit •aminozuurvolgorde bepaalt de opvouwing van het eiwit •opvouwing van het eiwit bepaalt de functie  dus: een gen codeert voor een functie in de cel DNA eiwit functie in de cel

8 keerpunten 5-04 #8 de DNA taal  genetische code is simpele taal met slechts vier letters •A, T, G, C

9 keerpunten 5-04 #9 eiwitten kunnen bijna alles  elk gen bevat de informatie voor één bepaald eiwit

10 keerpunten 5-04 #10 wat maakt eiwitten zo bijzonder  elk eiwit is lange onvertakte keten van aminozuren •20 verschillende aminozuren  heel breed scala van functies  specificiteit •heel precies herkennen, binden en chemisch veranderen van andere moleculen

11 keerpunten 5-04 #11 eiwitten en genen werken samen in netwerken  netwerken van samenwerkende componenten in de cel •eiwitten en enzymen •genen  speciale systeem- eigenschappen geselecteerd tijdens evolutie •robuustheid •efficientie •aanpassen aan omgeving  ‘leven’ is een netwerk van chemische en fysische netwerken

12 keerpunten 5-04 #12 eiwitten en genen: samenspel is alles...!  genen in DNA coderen voor eiwitten  eiwitten bepalen de eigenschappen van de cel  eiwitten zetten genen aan en uit •die genen coderen weer voor weer voor eiwitten •die eiwitten geven weer nieuwe eigenschappen aan een cel •eiwitten zetten genen aan en uit DNA eiwit functie in de cel

13 keerpunten 5-04 #13 de wondere wereld van het biologisch onderzoek menu van vandaag  kijken naar moleculen in de levende cel  gentherapie  DNA chip technologie  PCR en toepassingen

14 keerpunten 5-04 #14 - GFP is een eiwit met ~225 aminozuren van de kwal Aequorea victoria - gen dat codeert voor GFP is gecloneerd zichtbaar maken van eiwitten in de levende cel met de hulp van een kwal... green fluorescent protein (GFP)

15 keerpunten 5-04 #15 GFP fusie-eiwitten extreem handig  koppel eiwit waarin je geinteresseerd bent aan GFP eiwit  je eiwit wordt dan lichtgevend  danzichtbaar in microscoop

16 keerpunten 5-04 #16 GFP-fusie eiwit  uitvoerbaar voor elk eiwit gen voor GFP eiwitgen voor histon eiwit gen voor GFP-histon fusie eiwit +

17 keerpunten 5-04 #17 bijvoorbeeld: zichtbaar maken van het menselijk genoom in de levende cel  DNA verpakkings- eiwit koppelen aan GFP •GFP-histon H2B  gen dat codeert voor dit eiwit in cel brengen  cel maakt het juiste GFP- gekoppelde eiwit

18 keerpunten 5-04 #18  preparaat bestralen in microscoop met blauw licht  GFP absorbeert blauw licht  GFP zendt groen licht uit GFP is een fluorescerend eiwit: zichtbaar maken in een fluorescentie-microscoop

19 keerpunten 5-04 #19 fluorescentie microscopie voor 3-dimensionale beelden microscoop

20 keerpunten 5-04 #20 menselijk genoom in levende cel zichtbaar gemaakt

21 keerpunten 5-04 #21 een andere toepassing van GFP fusie eiwitten hoe overleef ik mijn zonnebank, of een dagje aan het strand…?

22 keerpunten 5-04 #22 zonlicht bevat UV  DNA schade na een uurtje in de zon of op de zonnebank door UV licht •vele duizenden DNA beschadigingen in elke huidcel...!  toch maar kleine kans op bijv. kanker  we hebben heel efficiënte systemen om DNA schade te repareren

23 keerpunten 5-04 #23 pyrimidine (6-4) pyrimidone photoproduct cyclobutane pyrimidine dimer ultraviolet licht induceert chemische reacties in DNA DNA beschadiging geeft mutaties stukje onbeschadigd DNA

24 keerpunten 5-04 #24 mutaties  mutatie is verandering van nucleotiden-volgorde in DNA •resulteert in andere aminozuurvolgorde van eiwit waarvoor gen codeert •meestal verlies van functie van eiwit •meestal verlies van eigenschap van cel  mutaties kunnen ziekten veroorzaken •bijvoorbeeld kanker X X X

25 keerpunten 5-04 #25 DNA reparatie systeem  verschillende DNA reparatie-eiwitten binden aan beschadigd DNA •samen repareren ze de DNA schade  onderzoek hoe dit werkt in de levende cel  laat cel GFP-repair fusie-eiwitten maken

26 keerpunten 5-04 #26 onderzoek naar hoe DNA reparatie werkt  maak één van de reparatie eiwitten fluorescent mbv GFP •zichtbaar mbv microscoop in celkern  celkern lokaal bestralen met UV licht •in rode cirkel •lichtgevende reparatie- eiwit bindt aan het beschadigde DNA •hopen zich op in beschadigd gebied

27 keerpunten 5-04 #27 een zonnebank voor cellen in een microscoop glaasje met levende cellen masker met kleine gaatjes (1/200 mm) cel met lokale DNA schade

28 keerpunten 5-04 #28 masker met heel kleine gaatjes in de microscoop masker gaatjes van 5 micrometer (1/200 millimeter)

29 keerpunten 5-04 #29 masker bovenop laagje levende cellen masker

30 keerpunten 5-04 #30 fluorescerende GFP-reparatie eiwit in cel masker filter bovenop laagje levende cellen

31 keerpunten 5-04 #31 precies meten hoe het reparatie- eiwit aan beschadigd DNA bindt

32 keerpunten 5-04 #32 XPB-EGFP accumulation at UV damage Time (sec) % accumulation in spot 37 C 27 C zelfde metingen voor verschillende reparatie eiwitten

33 keerpunten 5-04 #33 resultaten samenbrengen in een computermodel experimenten computer modellen

34 keerpunten 5-04 #34  kijken naar moleculen in de levende cel  gentherapie  DNA chip technologie  PCR en toepassingen de wondere wereld van het biologisch onderzoek menu van vandaag

35 keerpunten 5-04 #35 gentherapie made simpel  gen  eiwit  functie •mutatie  defect gen  defect eiwit  verlies functie  concept van gentherapie is simpel •DNA in cel brengen met goed-functionerend gen •defect gerepareerd...! DNA eiwit functie in de cel

36 keerpunten 5-04 #36 boodschappenlijst gentherapie  gen vinden bij specifieke ziekte  kloneren van dat gen  geschikte vector om gen in de cel te brengen  target cellen identificeren  target cellen bereiken met vector  ingebrachte gen stabiel in cel integreren  ingebrachte gen stabiel tot expressie brengen

37 keerpunten 5-04 #37 problemen en denkbare oplossingen…?  hoe breng je het gen in de juiste cel…? •selectief of alle cellen die bereikt worden...?  genetisch veranderen buiten het lichaam...? •haal te veranderen cellen uit het lichaam en breng nieuw gen in •plaats de veranderde cellen terug in lichaam  gebruik van stamcellen...? •genetisch veranderen en dan terugplaatsen in lichaam •bijv. stamcellen in beenmerg voor alle bloedcellen

38 keerpunten 5-04 #38 waar richt gentherapie zich op clinical trials kanker-therapie is favoriet

39 keerpunten 5-04 #39 het succesverhaal van SCID  ADA gentherapie •defect gen voor enzym adenosine deaminase (ADA) •severe combined immune deficiency (SCID) syndroom •eerste klinische testen in 1990  ander SCID syndroom (SCID-X1) •succesvolle gentherapie sinds 2000  17 van 18 SCID patiënten na gentherapie goede expressie van ingebracht gen •zeer succesvol •maar...!

40 keerpunten 5-04 #40  bloed-stamcellen isoleren uit beenmerg  buiten het lichaam het gen inbrengen  overgebleven beenmergcellen in lichaam doden  genetisch veranderde cellen in bloedbaan •nestelen zich in beenmerg •produceren genetisch veranderde bloedcellen gentherapie voor SCID

41 keerpunten 5-04 #41  2002: gentherapie veroorzaakt leukemie in twee patiënten •SCID-X1 gentherapie bij 3 jonge kinderen •na 3 jaar krijgen 2 kinderen leukemie •door toeval(??) insertie van ingebrachte gen in een oncogen •totale verrassing •FDA verbiedt SCID-X1 gentherapie tenzij er geen enkele andere optie is •moeilijke keuzes, etisch probleem wat genetisch mis kan gaan bij gentherapie X X

42 keerpunten 5-04 #42 problemen en oplossingen…?  meeste virussen integreren hun DNA in genrijke gebieden in genoom •risico...!  sturen van transgen in DNA •maar hoe...?  denkbaar alternatief •ingebrachte gen niet laten integreren in DNA van cel •DNA van sommige virussen blijft als los stukje DNA in de celkern (episoom) •repliceert gelijktijdig met cel DNA tijdens celdeling X X ?

43 keerpunten 5-04 #43 hoe wordt het DNA in de cel gebracht...? meestal m.b.v. virus

44 keerpunten 5-04 #44 virussen vaak gebruikt om DNA binnen te brengen bij gentherapie Thomas et al., 2003

45 keerpunten 5-04 #45 gentherapie met adenovirus is efficient maar sterke afweerreacties veel succesvol genetisch veranderde cellen in lever m.b.v. adenovirus heel veel cellen van afweersysteem infiltreren lever leverweefsel

46 keerpunten 5-04 #46 wat immunologisch mis kan gaan bij gentherapie  1999: adenovirus vector veroorzaakt dood van patiënt •vrijwilliger Jesse Gelsinger, 18 jaar, Philadelphia •leed aan milde vorm ornithine decarboxylase deficientie – productie van giftig NH 3 •hyper immuunreactie op ingespoten adenovirus (zeldzaam...!!) – na 4 dagen overleden •injectie van grote hoeveelheid (inactieve) virusdeeltjes nu onveilig geacht door FDA

47 keerpunten 5-04 #47 toekomst van gentherapie  onderzoek gaat onvermoeibaar verder...! 2004

48 keerpunten 5-04 #48  kijken naar moleculen in de levende cel  gentherapie  DNA chip technologie  PCR en toepassingen de wondere wereld van het biologisch onderzoek menu van vandaag

49 keerpunten 5-04 #49 een droom-experiment  in één enkel experiment bij een cel vaststellen welke genen wel en welke genen niet aan staan •mens: genen  het is mogelijk...!  DNA micro-arrays •DNA chips

50 keerpunten 5-04 #50 hoe meet je de activiteit van een gen...?  alleen genen die aan staan produceren RNA  hoe meer RNA hoe groter de aktiviteit van een gen RNA van gen 1 RNA van gen 2 RNA van gen 3

51 keerpunten 5-04 #51 genexpressie meten aan de hand van RNA concentratie in de cel celtype 1 celtype 2  vier mogelijkheden •genen even actief in beide celtypen •genen aktiever in één van de celtypes •genen actief in slechts één celtype •genen inactief in beide celtypen

52 keerpunten 5-04 #52  duizenden spotjes op aan glaasje  elk spotje heeft stukjes DNA van een specifiek gen  spotjes genoeg voor alle menselijke genen •in principe... componenten van de DNA microarray technologie A B C D E F

53 keerpunten 5-04 # A B C D E F microarray technologie * * * * * * * * referentie cellente analyseren cellen isoleer RNA en maak het fluorescerend GROEN isoleer RNA en maak het fluorescerend ROOD * * * * * *

54 keerpunten 5-04 # A B C D E F microarray technologie * * * * * * * * referentie cellente analyseren cellen * * * * * *

55 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

56 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

57 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

58 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen specifieke binding van alleen de juiste nucleotiden volgorde via dubbelstrengs DNA: A-T en G-C...!

59 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen alleen RNA van referentie cellen: dus spot is GROEN

60 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

61 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

62 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

63 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen alleen RNA van te analyseren cellen: dus spot is ROOD

64 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

65 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

66 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

67 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen

68 keerpunten 5-04 # A B C D E F * * * * microarray technologie referentie cellente analyseren cellen RNA van referentie cellen en van te analyseren cellen: GROEN plus ROOD is GEEL

69 keerpunten 5-04 #69 verband genexpressie en fluorescentiesignaal ABCDEFG celtype 1celtype 2 Genexpressie gen 1F gen 3E ++++ gen 5C gen 5B

70 keerpunten 5-04 #70 microarray met DNA spots van genen van de muis

71 keerpunten 5-04 #71 microarray met DNA spots van genen van de muis

72 keerpunten 5-04 #72 DNA microarray om genen te vinden in relatie tot een ziekte spotjes meten data extractie + analyse identificatie van genen met andere activiteit bij ziekte binden aan microarray microarray gezond ziek isolatie en labelling

73 keerpunten 5-04 #73 voorbeerd toepassing microarray voor diagnostiek van borstkanker door NKI tijd (jaren) overlevenden ~30% patiënten overlijdt aan borstkanker binnen 10 jaar ~70% overleeft 10 jaar of meer traditionele diagnostiek iedereen krijgt chemotherapie...!

74 keerpunten 5-04 #74  analyse van 78 humane borsttumoren  34 metastase- positief binnen 5 jaar •slechte prognose  44 metastase- negatief gedurende 5 jaar •goede prognose identificatie van genen waarvan de activiteit verandert bij borstkanker tijd (jaren) overlevenden

75 keerpunten 5-04 #75 analyse borstkanker microarrays  78 borsttumoren geanalyseerd  34 ‘slecht’ vergeleken met 44 ‘goed’  microarray met genen  genen vertoonde veranderde expressie in tumoren •verschillende klassen borsttumoren...!

76 keerpunten 5-04 #76 70 genen geïdentificeerd die verloop van het ziekte goed kunnen voorspellen 70 geselecteerde genen 78 tumoren goede prognose slechte prognose rangorde metastases (wit = +)

77 keerpunten 5-04 #77 microarray classificatie vs. NIH classificatie  classificatie van 158 borstkanker- tumoren  minder onnodige chemo-therapie  identificatie van genen die een rol spelen bij borstkanker klassieke NIH classificatie 59% 74% 5 % laag risico 95 % hoog risico 96% 50% classificatie op basis van microarray 39 % laag risico 61 % hoog profiel

78 keerpunten 5-04 #78  kijken naar moleculen in de levende cel  gentherapie  DNA chip technologie  PCR en toepassingen de wondere wereld van het biologisch onderzoek menu van vandaag

79 keerpunten 5-04 #79 PCR: een brilliant idee  polymerase chain reaction •PCR  brain wave van Kary Willis •nobelprijs 1997  uit een heel klein beetje DNA veel DNA maken •precieze kopie  extreem belangrijk in onderzoek •bijv. microarray analyse •bijv. forensisch onderzoek Kary Mullis nobelprijs 1997

80 keerpunten 5-04 #80 PCR: een simpele truc  amplificeren van een specifiek deel van het DNA  maak twee korte stukjes DNA met zelfde nucleotiden- volgorde als aan beide kanten van te amplificeren stuk DNA •twee primers  het DNA tussen de primers wordt geamplificeerd techniek om stukken DNA te scheiden op basis van verschil in grootte

81 keerpunten 5-04 #81 PCR: een simpele truc  amplificeren van een specifiek deel van het DNA  maak twee korte stukjes DNA met zelfde nucleotiden- volgorde als aan beide kanten van te amplificeren stuk DNA •twee primers  het DNA tussen de primers wordt geamplificeerd techniek om stukken DNA te scheiden op basis van verschil in grootte

82 keerpunten 5-04 #82 PCR is efficiente methode om DNA van verschillende individuen te onderscheiden  DNA van verschillende personen verschilt op veel plaatsen in genoom  ook vaak verschil tussen beide homologe chromosomen in een individu  verschillen worden doorgegeven aan nakomelingen

83 keerpunten 5-04 #83 over PCR  PCR cartoon  PCR in juridisch onderzoek

84 keerpunten 5-04 #84 hoe gaan we begrijpen hoe het werkt…? elementaire deeltjes atomen, moleculen zonnestelsels sterrenstelsels big bang evolutie aarde, ecologie

85 keerpunten 5-04 #85 is dit iets anders…? elementaire deeltjes atomen, moleculen zonnestelsels sterrenstelsels big bang evolutie aarde, ecologie ja en nee zelfde natuurwetten, maar speciale soorten moleculen, die samenwerken in netwerken


Download ppt "Keerpunten in de natuurwetenschappen hoe ontdekken we hoe Leven werkt...? roel van driel Swammerdam Inst. voor Levenswetenschappen Universiteit van Amsterdam."

Verwante presentaties


Ads door Google