"Biologia molekularna w medycynie. Elementy genetyki klinicznej"

Spis treści

I. Zakres zastosowań diagnostyki molekularnej w medycynie Jerzy Bal, Tadeusz Mazurczak 14

II. Podstawy genetyki i genomiki Jerzy Bal, Ewa Bocian 17

II.1. Podstawy genetyki molekularnej 17

II.1.1. Kwas deoksyrybonukleinowy i jego replikacja 17

II.1.2. Odczytywanie informacji genetycznej 19

II.1.3. Regulacja ekspresji 23

II.1.4. Gen 26

II.1.5. Świat RNA 27

II.2. Genom człowieka 27

II.2.1. Genomika 28

II.2.2. Struktura genomu 29

II.2.3. Kariotyp 30

II.3. Zmienność i dziedziczność 37

II.3.1. Mutacje 37

II.3.2. Aberracje chromosomowe 38

II.3.3. Polimorfizm 47

II.3.4. Relacje genotypfenotyp 48

II.3.5. Priony 52

III. Uwarunkowania genetyczne chorób dziedzicznych Jerzy Bal, Tadeusz Mazurczak 54

III.1. Dziedziczenie autosomalne recesywne 57

III.2. Dziedziczenie autosomalne dominujące 58

III.3. Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X 59

III.4. Dziedziczenie wieloczynnikowe 59

III.5. Dziedziczenie mitochondrialne 62

IV. Genetyczna różnorodność współczesnych populacji ludzkich Ewa Ziętkiewicz 63

IV.1. Mechanizmy powstawania 64

IV.1.1. Mutacje i rodzaje markerów 64

IV.1.2. Dryf genetyczny 66

IV.1.3. Wpływ demografii na różnorodność populacji 66

IV.2. Badania historii populacji 67

IV.2.1. Ocena poziomu różnorodności populacji i efektywna wielkość populacji 67

IV.2.2. Ocena wieku mutacji – metody koalescencyjne w badaniach ewolucji sekwencji 68

IV.2.3. Ocena relacji między populacjami 68

IV.2.4. Analiza nierównowagi sprzężeń 69

IV.3. Ewolucja Homo sapiens w świetle danych genetycznych 70

IV.3.1. Modele teoretyczne 70

IV.3.2. Różnorodność nukleotydowa i efektywna wielkość macierzystej populacji 71

IV.3.3. Struktura genetyczna gatunku 71

IV.3.4. Rozmieszczenie różnorodności w populacjach kontynentalnych 72

IV.3.5. Wiek macierzystej populacji i datowanie ekspansji demograficznej H. sapiens 72

IV.3.6. Model asymilacji 73

IV.3.7. Procesy migracji i kolonizacja świata 74

IV.3.8. Prehistoryczne migracje w Europie 75

IV.3.10. Problemy związane z interpretacją różnorodności genetycznej w badaniu historii ewolucyjnej człowieka 76

IV.3.9. Efekty założyciela w populacjach ludzkich 76

IV.4. Zastosowania praktyczne 77

IV.4.1. Populacyjne różnice częstości alleli w praktyce medycznej 77

IV.4.2. Genetyczny profil populacji a mapowanie asocjacyjne w chorobach złożonych 78

IV.5. Kierunki dalszych badań 79

V. Prawo a dylematy współczesnej genetyki Marek Safian, Leszek Bosek 81

V.1. Standardy europejskie 82

V.1.1. Kilka uwag prawnoporównawczych 82

V.1.2. Unia Europejska 85

V.1.3. Stanowisko Rady Europy 88

V.1.4. Regulacje zawarte w Konwencji o Ochronie Praw Człowieka i Godności Istoty Ludzkiej wobec Zastosowań Biologii i Medycyny 88

V.1.5. Postanowienia protokołu dodatkowego o zakazie klonowania 92

V.1.6. Postanowienia protokołu dodatkowego o testach genetycznych 92

V.2. Standardy powszechne 95

V.3. Założenia do dalszej ewolucji regulacji prawnych 96

V.4. Stan obecny według prawa polskiego 97

VI. Metody analizy genomu 102

VI.1. Metody badania kwasów nukleinowych Jerzy Bal, Joanna Wiszniewska, Wojciech Wiszniewski 102

VI.1.1. Techniki analizy DNA 102

VI.1.2. Identyfikacja mutacji 111

VI.1.3. Mapowanie i identyfikacja genów 116

VI.2. Metody analizy cytogenetycznej i cytogenetyki molekularnej Ewa Bocian, Janusz Limon 118

VI.2.1. Oznaczanie kariotypu 118

VI.2.2. Metody analizy chromosomów 121

VI.2.3. Analiza cytometryczna 136

VI.2.4. Identyfikacja chromatyny płciowej 136

VI.3. Bioinformatyka Paweł Siedlecki 137

VI.3.1. Bazy danych 137

VI.3.2. Struktura i wizualizacja makromolekuł 144

VI.3.3. Interaktomy białkowe 146

VI.3.4. Bazy literatury naukowej 147

VI.3.5. Przegląd wybranych narzędzi bioinformatycznych 149

VII. Aspekty kliniczne aberracji chromosomowych Ewa Bocian, Tadeusz Mazurczak 154

VII.1. Wskazanie do analizy kariotypu 156

VII.2. Zespoły niestabilności chromosomów 159

VII.3. Interpretacja kariotypu 159

VII.4. Kontrola jakości badań diagnostycznych w cytogenetyce klinicznej 161

VIII. Diagnostka molekularna 163

VIII.1. Sposób postępowania Jerzy Bal, Wojciech Wiszniewski, Joanna Wiszniewska 163

VIII.1.1. Badanie sposobu dziedziczenia się genu 164

VIII.1.2. Analiza mutacji 167

VIII.2. Nieinwazyjna prenatalna diagnostyka molekularna Ewa Brojer, Katarzyna Guz 177

VIII.2.1. Izolowanie i analiza cff-NA 178

VIII.2.2. Strategie kontroli obecności cff-DNA i zapobiegania zanieczyszczeniom 180

VIII.2.3. Aplikacje kliniczne nieinwazyjnych badań molekularnych 180

VIII.2.4. Perspektywy stosowania nieinwazyjnej diagnostyki molekularnej 183

VIII.2.5. Zagadnienia etyczne, społeczne i patentowe 183

VIII.3. Problemy diagnostyczne Jerzy Bal, Wojciech Wiszniewski, Joanna Wiszniewska 184

VIII.4. Testy genetyczne Jerzy Bal 184

IX. Choroby genetycznie uwarunkowane 187

IX.1. Choroby monogenowe – immunogenetyka 188

IX.1.1. Główny układ zgodności tkankowej i inne układy antygenowe komórek krwi Ewa Brojer, Katarzyna Guz 188

IX.1.2. Dziedziczne choroby układu odpornościowego Barbara Lisowska-Grospierre, Alain Fischer 211

IX.2. Choroby kompleksowe Jacek J. Pietrzyk 221

IX.2.1. Klasyfikacja 222

IX.2.2. Znaczenie populacyjne 222

IX.2.3. Genetyka populacyjna – metodyka 223

IX.2.4. Oszacowanie udziału czynników genetycznych i środowiskowych w etiologii chorób kompleksowych 227

IX.2.5. Identyfikacja genów głównych 229

IX.2.6. Wybrane przykłady chorób kompleksowych 231

IX.2.7. Specyfika poradnictwa genetycznego w chorobach kompleksowych 235

IX.2.8. Aktualny stan badań w chorobach kompleksowych 236

IX.2.9. Przyszłe kierunki badań – oczekiwania i ograniczenia 237

IX.3. Choroby nowotworowe 225 Janusz A. Siedlecki IX.3.1. Podłoże molekularne 239

IX.3.2. Diagnostyka molekularna 270

IX.3.3. Znaczenie badań genetycznych w klinice Janusz Limon 280

IX.3.4. Swoiste aberracje chromosomowe 282

IX.3.5. Badanie predyspozycji genetycznych 289

IX.3.6. Poradnictwo genetyczne w zespołach dziedzicznej predyspozycji do nowotworów 290

IX.3.7. Wskazania do badań molekularnych 294

IX.4. Choroby mitochondrialne Ewa Bartnik, Katarzyna Tońska 295

IX.4.1. Genom mitochondrialny 295

IX.4.2. Mutacje mtDNA 296

IX.4.3. Korelacje genotyp/fenotyp 297

IX.4.4. Współzależność mtDNA – DNA jądrowy 298

IX.4.5. Diagnostyka chorób mitochondrialnych 299

IX.4.6. Leczenie chorób mitochondrialnych 300

IX.4.7. Polimorfizm mtDNA 300

IX.4.8. Mitochondria a starzenie się 301

X. Genetycznie uwarunkowana zmienność osobnicza a współczesne problemy zdrowotne 303

X.1. Farmakogenetyka Władysława A. Daniel 303

X.1.1. Farmakogenetyka jako nowa dziedzina nauki 303

X.1.2. Polimorfizm reakcji utleniania z udziałem cytochromu P450 305

X.1.3. Polimorfizm reakcji sprzęgania 310

X.1.4. Fenotypowanie 312

X.1.5. Kliniczne znaczenie farmakogenetyki 314

X.1.6. Czy farmakogenetyka dotyczy jedynie enzymów metabolizujących leki? 316

X.1.7. Farmakogenetyka i farmakogenomika a indywidualizacja farmakoterapii 318

X.2. Nutrigenetyka Małgorzata Schlegel-Zawadzka 320

X.2.1. Produkty żywnościowe, składniki pokarmowe, zwyczaje i nawyki żywieniowe 320

X.2.2. Metodyka badań 321

X.2.3. Interakcja składników diety i genów 321

X.2.4. Fenotyp żywieniowy 324

X.2.5. Indywidualizacja diety, zapobieganie chorobom dietozależnym 326

X.2.6. Etyczne problemy a żywieniowe badania genetyczne 328

XI. Leczenie – praktyka i nadzieje 330

XI.1. Znaczenie terapii Jerzy Bal, Tadeusz Mazurczak 330

XI.2. Genetyczne choroby metaboliczne – możliwości leczenia Anna Tylki-Szymańska, Barbara Czartoryska 331

XI.2.1. Definicja choroby metabolicznej 331

XI.2.2. Przyczyny zaburzeń przemian metabolicznych 332

XI.2.3. Diagnostyka 333

XI.2.4. Możliwości lecznicze 333

XI.2.5. Skuteczność leczenia – „choroby rzadkie” 340

XI.3. Terapia genowa Jerzy Bal 341

XI.3.1. Modele zwierzęce chorób dziedzicznych 342

XI.3.2. Przywrócenie utraconej funkcji – transfer genu 342

XI.3.3. Zablokowanie ekspresji 344

XI.4. Terapia genowa chorób nowotworowych Janusz A. Siedlecki 344

XI.4.1. Supresja fenotypu nowotworowego 345

XI.4.2. Odpowiedź gospodarz–nowotwór 345

XI.4.3. Niszczenie komórek nowotworowych 346

XI.4.4. Ochrona komórek macierzystych 346

XI.4.5. Antyangiogenna forma terapii nowotworów 346

XI.5. Terapia – wzmocnienie genetyczne – predyspozycje Jerzy Bal 347

XII. Poradnictwo genetyczne i profilaktyka chorób Tadeusz Mazurczak 349

XII.1. Poradnictwo genetyczne 349

XII.1.1. Definicja i cele poradnictwa genetycznego 350

XII.1.2. Metodyka poradnictwa genetycznego 351

XII.1.3. Aspekty psychologiczne poradnictwa genetycznego 354

XII.2. Profilaktyka chorób genetycznych 358

XIII. Zakres zastosowań biologii molekularnej 362

XIII.1. Analiza DNA w medycynie sądowej Piotr Kozioł 362

XIII.1.1. Badania genetyczne w ustalaniu ojcostwa 362

XIII.1.2. Badanie śladów biologicznych w kryminalistyce 378

XIII.1.3. Polimorfizm DNA mitochondrialnego 381

XIII.1.4. Badania predykcyjne 384

XIII.1.5. Banki profili genetycznych 386

XIII.2. Diagnostyka chorób infekcyjnych i inwazyjnych 388

XIII.2.1. Podstawy diagnostyki molekularnej Norman J. Pieniążek 388

XIII.2.2. Analiza genetyczna w bakteriologii i epidemiologii zakażeń bakteryjnych Janusz Fiett, Marek Gniadkowski 394

XIII.2.3. Diagnostyka wirusów przenoszonych przez krew Ewa Brojer, Piotr Grabarczyk 410

XIII.3. Biotechnologia Józef Kapusta, Tomasz Pniewski 416

XIII.3.1. Szczepionki 418

XIII.3.2. Wytwarzanie przeciwciał monoklonalnych 427

XIII.3.3. Biotechnologia w pozyskiwaniu naturalnych farmaceutyków roślinnych 430

XIII.3.4. Produkcja w roślinach związków biologicznie aktywnych, terapeutyków i nutraceutyków 430

XIII.3.5. Zwierzęta transgeniczne w produkcji biofarmaceutyków 431

XIII.3.6. Komórki macierzyste, medycyna regeneracyjna, klonowanie i terapia transplantacyjna 432

XIII.3.7. Biotechnologia medyczna z perspektywy lat – nowe wyzwania 439

XIV. Uzupełnienia i załączniki Jerzy Bal, Ewa Bocian 443

XIV.1. Kod genetyczny 443

XIV.2. Przygotowanie materiału do badania 444

XIV.2.1. Pobranie krwi na izolację DNA 444

XIV.2.2. Pobranie krwi do badania cytogenetycznego 444

XIV.3. Nazewnictwo genów i mutacji 444

XIV.4. Ważniejsze osiągnięcia w genetyce i biologii molekularnej w latach 1953–2010 445

XIV.5. Słownik terminów 448

XIV.6. Przykłady wyników diagnostyki molekularnej 451

XIV.7. Deklaracja świadomej zgody 458

XIV.8. Konwencja o Ochronie Praw Człowieka i Godności Istoty Ludzkiej wobec Zastosowań Biologii i Medycyny 459

XIV.9. Projekt Protokołu Dodatkowego do Konwencji o Ochronie Praw Człowieka i Godności Istoty Ludzkiej wobec Zastosowań Biologii i Medycyny w sprawie zakazu klonowania istot ludzkich 466

XIV.10. Projekt komentarza do projektu Protokołu Dodatkowego w sprawie zakazu klonowania istot ludzkich 467

XIV.11. Protokół Dodatkowy do Konwencji o Prawach Człowieka i Biomedycynie o testach genetycznych dla celów zdrowotnych 469

Indeks 476