Biologia molekularna w medycynie. Elementy genetyki klinicznej
Książka prezentuje szeroki zakres wiedzy z zakresu genetyki człowieka i zastosowań biologii molekularnej w medycynie. Przedstawione są w niej ważne działy medycyny, w których istotną rolę odgrywa analiza kwasów nukleinowych, proces będący wyzwaniem dla nauki na najbliższe dziesięciolecia.
Nowe wydanie obejmuje:
- podstawy genetyki i genomiki,
- metody i narzędzia analizy molekularnej i bioinformatycznej genomu,
- zasady dziedziczenia i podstawy zmienności,
- mechanizmy powstawania różnorodności genetycznej w populacji ludzkiej,
- genetykę metabolizmu ksenobiotyków – farmakogenetykę i nutrigenetykę,
- podstawy patologii molekularnej chorób dziedzicznych,
- podstawy onkologii i immunogenetyki,
- diagnostykę molekularną chorób genetycznie uwarunkowanych (aberracje chromosomowe, choroby monogenowe, kompleksowe, nowotworowe, mitochondrialne, infekcyjne i inwazyjne),
- leczenie, poradnictwo genetyczne i profilaktykę chorób genetycznie uwarunkowanych,
- zastosowania biologii molekularnej,
- prawne i społeczne aspekty badań genetycznych,
- dokumenty z praktyki laboratorium genetycznego.
Trzecie wydanie podręcznika zostało uaktualnione i uzupełnione. Dodano m.in. informacje o nowych metodach analizy genomu. W nowym rozdziale BIOINFORMATYKA omówiono zasoby dostępne w sieci - istniejące bazy danych i programy ułatwiające informatyczną obróbkę sekwencji nukleotydów i białek, a w rozdziale NUTRIGENETYKA - wzajemne relacje między informacją osobniczą zapisaną w genomie a środowiskiem. Przedstawiono tu też genetycznie uwarunkowane zależności metabolizmu składników odżywczych. Ważnym zagadnieniem poruszonym w książce, a niespotykanym w innych tego typu podręcznikach, są prawne i społeczne dylematy współczesnej genetyki.
Książka adresowana do szerokiego grona odbiorców: studentów medycyny, farmacji, biologii, biotechnologii, inżynierii genetycznej; pracowników naukowych, doktorantów, lekarzy specjalizujących się w genetyce klinicznej i laboratoryjnej genetyce medycznej, lekarzy wszystkich specjalności zainteresowanych genetyką człowieka i badaniami diagnostycznymi chorób genetycznie uwarunkowanych; diagnostów laboratoryjnych, pracowników firm farmaceutycznych, a także wszystkich, którzy chcieliby poszerzyć swoją wiedzę z zakresu genetyki człowieka.
Autorzy podręcznika to uznane autorytety z dorobkiem w zakresie genetyki medycznej, zastosowań biologii molekularnej w medycynie oraz aspektów prawnych badań genetycznych. Są nimi: Jerzy Bal, Ewa Bartnik, Ewa Bocian, Ewa Brojer, Barbara Czartoryska, Władysława A. Daniel, Janusz Fiett, Alain Fischer, Marek Gniadkowski, Piotr Grabarczyk, Józef Kapusta, Piotr Kozioł, Janusz Limon, Barbara Lisowska-Grospierre, Tadeusz Mazurczak, Norman J. Pieniążek, Jacek Pietrzyk, Tomasz Pniewski, Marek Safjan, Janusz A. Siedlecki, Anna Tylki-Szymańska, Joanna Wiszniewska, Wojciech Wiszniewski, Ewa Ziętkiewicz.
I. Zakres zastosowań diagnostyki molekularnej w medycynie Jerzy Bal, Tadeusz Mazurczak 1
II. Podstawy genetyki i genomiki Jerzy Bal, Ewa Bocian 4
II.1. Podstawy genetyki molekularnej 4
II.1.1. Kwas deoksyrybonukleinowy i jego replikacja 4
II.1.2. Odczytywanie informacji genetycznej 6
II.1.3. Regulacja ekspresji 10
II.1.4. Gen 13
II.1.5. Świat RNA 14
II.2. Genom człowieka 14
II.2.1. Genomika 15
II.2.2. Struktura genomu 16
II.2.3. Kariotyp 17
II.3. Zmienność i dziedziczność 24
II.3.1. Mutacje 24
II.3.2. Aberracje chromosomowe 25
II.3.3. Polimorfizm 34
II.3.4. Relacje genotypfenotyp 35
II.3.5. Priony 39
III. Uwarunkowania genetyczne chorób dziedzicznych Jerzy Bal, Tadeusz Mazurczak 41
III.1. Dziedziczenie autosomalne recesywne 44
III.2. Dziedziczenie autosomalne dominujące 45
III.3. Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X 46
III.4. Dziedziczenie wieloczynnikowe 46
III.5. Dziedziczenie mitochondrialne 49
IV. Genetyczna różnorodność współczesnych populacji ludzkich Ewa Ziętkiewicz 50
IV.1. Mechanizmy powstawania 51
IV.1.1. Mutacje i rodzaje markerów 51
IV.1.2. Dryf genetyczny 53
IV.1.3. Wpływ demografii na różnorodność populacji 53
IV.2. Badania historii populacji 54
IV.2.1. Ocena poziomu różnorodności populacji i efektywna wielkość populacji 54
IV.2.2. Ocena wieku mutacji – metody koalescencyjne w badaniach ewolucji sekwencji 55
IV.2.3. Ocena relacji między populacjami 55
IV.2.4. Analiza nierównowagi sprzężeń 56
IV.3. Ewolucja Homo sapiens w świetle danych genetycznych 57
IV.3.1. Modele teoretyczne 57
IV.3.2. Różnorodność nukleotydowa i efektywna wielkość macierzystej populacji 58
IV.3.3. Struktura genetyczna gatunku 58
IV.3.4. Rozmieszczenie różnorodności w populacjach kontynentalnych 59
IV.3.5. Wiek macierzystej populacji i datowanie ekspansji demograficznej H. sapiens 59
IV.3.6. Model asymilacji 60
IV.3.7. Procesy migracji i kolonizacja świata 61
IV.3.8. Prehistoryczne migracje w Europie 62
IV.3.9. Efekty założyciela w populacjach ludzkich 63
IV.3.10. Problemy związane z interpretacją różnorodności genetycznej w badaniu historii ewolucyjnej człowieka 63
IV.4. Zastosowania praktyczne 64
IV.4.1. Populacyjne różnice częstości alleli w praktyce medycznej 64
IV.4.2. Genetyczny profil populacji a mapowanie asocjacyjne w chorobach złożonych 65
IV.5. Kierunki dalszych badań 66
V. Prawo a dylematy współczesnej genetyki Marek Safian, Leszek Bosek 68
V.1. Standardy europejskie 69
V.1.1. Kilka uwag prawnoporównawczych 69
V.1.2. Unia Europejska 72
V.1.3. Stanowisko Rady Europy 75
V.1.4. Regulacje zawarte w Konwencji o Ochronie Praw Człowieka i Godności Istoty Ludzkiej wobec Zastosowań Biologii i Medycyny 75
V.1.5. Postanowienia protokołu dodatkowego o zakazie klonowania 79
V.1.6. Postanowienia protokołu dodatkowego o testach genetycznych 79
V.2. Standardy powszechne 82
V.3. Założenia do dalszej ewolucji regulacji prawnych 83
V.4. Stan obecny według prawa polskiego 84
VI. Metody analizy genomu 89
VI.1. Metody badania kwasów nukleinowych Jerzy Bal, Joanna Wiszniewska, Wojciech Wiszniewski 89
VI.1.1. Techniki analizy DNA 89
VI.1.2. Identyfikacja mutacji 98
VI.1.3. Mapowanie i identyfikacja genów 103
VI.2. Metody analizy cytogenetycznej i cytogenetyki molekularnej Ewa Bocian, Janusz Limon 105
VI.2.1. Oznaczanie kariotypu 105
VI.2.2. Metody analizy chromosomów 108
VI.2.3. Analiza cytometryczna 123
VI.2.4. Identyfikacja chromatyny płciowej 123
VI.3. Bioinformatyka Paweł Siedlecki 124
VI.3.1. Bazy danych 124
VI.3.2. Struktura i wizualizacja makromolekuł 131
VI.3.3. Interaktomy białkowe 133
VI.3.4. Bazy literatury naukowej 134
VI.3.5. Przegląd wybranych narzędzi bioinformatycznych 136
VII. Aspekty kliniczne aberracji chromosomowych Ewa Bocian, Tadeusz Mazurczak 141
VII.1. Wskazanie do analizy kariotypu 143
VII.2. Zespoły niestabilności chromosomów 146
VII.3. Interpretacja kariotypu 146
VII.4. Kontrola jakości badań diagnostycznych w cytogenetyce klinicznej 148
VIII. Diagnostka molekularna 150
VIII.1. Sposób postępowania Jerzy Bal, Wojciech Wiszniewski, Joanna Wiszniewska 150
VIII.1.1. Badanie sposobu dziedziczenia się genu 151
VIII.1.2. Analiza mutacji 154
VIII.2. Nieinwazyjna prenatalna diagnostyka molekularna Ewa Brojer, Katarzyna Guz 164
VIII.2.1. Izolowanie i analiza cff-NA 165
VIII.2.2. Strategie kontroli obecności cff-DNA i zapobiegania zanieczyszczeniom 167
VIII.2.3. Aplikacje kliniczne nieinwazyjnych badań molekularnych 167
VIII.2.4. Perspektywy stosowania nieinwazyjnej diagnostyki molekularnej 170
VIII.2.5. Zagadnienia etyczne, społeczne i patentowe 170
VIII.3. Problemy diagnostyczne Jerzy Bal, Wojciech Wiszniewski, Joanna Wiszniewska 171
VIII.4. Testy genetyczne Jerzy Bal 171
IX. Choroby genetycznie uwarunkowane 174
IX.1. Choroby monogenowe – immunogenetyka 175
IX.1.1. Główny układ zgodności tkankowej i inne układy antygenowe komórek krwi Ewa Brojer, Katarzyna Guz 175
IX.1.2. Dziedziczne choroby układu odpornościowego Barbara Lisowska-Grospierre, Alain Fischer 198
IX.2. Choroby kompleksowe Jacek J. Pietrzyk 208
IX.2.1. Klasyfikacja 209
IX.2.2. Znaczenie populacyjne 209
IX.2.3. Genetyka populacyjna – metodyka 210
IX.2.4. Oszacowanie udziału czynników genetycznych i środowiskowych w etiologii chorób kompleksowych 214
IX.2.5. Identyfikacja genów głównych 216
IX.2.6. Wybrane przykłady chorób kompleksowych 218
IX.2.7. Specyfika poradnictwa genetycznego w chorobach kompleksowych 222
IX.2.8. Aktualny stan badań w chorobach kompleksowych 223
IX.2.9. Przyszłe kierunki badań – oczekiwania i ograniczenia 224
IX.3. Choroby nowotworowe 225 Janusz A. Siedlecki
IX.3.1. Podłoże molekularne 226
IX.3.2. Diagnostyka molekularna 257
IX.3.3. Znaczenie badań genetycznych w klinice Janusz Limon 267
IX.3.4. Swoiste aberracje chromosomowe 269
IX.3.5. Badanie predyspozycji genetycznych 276
IX.3.6. Poradnictwo genetyczne w zespołach dziedzicznej predyspozycji do nowotworów 277
IX.3.7. Wskazania do badań molekularnych 281
IX.4. Choroby mitochondrialne Ewa Bartnik, Katarzyna Tońska 282
IX.4.1. Genom mitochondrialny 282
IX.4.2. Mutacje mtDNA 283
IX.4.3. Korelacje genotyp/fenotyp 284
IX.4.4. Współzależność mtDNA – DNA jądrowy 285
IX.4.5. Diagnostyka chorób mitochondrialnych 286
IX.4.6. Leczenie chorób mitochondrialnych 287
IX.4.7. Polimorfizm mtDNA 287
IX.4.8. Mitochondria a starzenie się 288
X. Genetycznie uwarunkowana zmienność osobnicza a współczesne problemy zdrowotne 290
X.1. Farmakogenetyka Władysława A. Daniel 290
X.1.1. Farmakogenetyka jako nowa dziedzina nauki 290
X.1.2. Polimorfizm reakcji utleniania z udziałem cytochromu P450 292
X.1.3. Polimorfizm reakcji sprzęgania 297
X.1.4. Fenotypowanie 299
X.1.5. Kliniczne znaczenie farmakogenetyki 301
X.1.6. Czy farmakogenetyka dotyczy jedynie enzymów metabolizujących leki? 303
X.1.7. Farmakogenetyka i farmakogenomika a indywidualizacja farmakoterapii 305
X.2. Nutrigenetyka Małgorzata Schlegel-Zawadzka 307
X.2.1. Produkty żywnościowe, składniki pokarmowe, zwyczaje i nawyki żywieniowe 307
X.2.2. Metodyka badań 308
X.2.3. Interakcja składników diety i genów 308
X.2.4. Fenotyp żywieniowy 311
X.2.5. Indywidualizacja diety, zapobieganie chorobom dietozależnym 313
X.2.6. Etyczne problemy a żywieniowe badania genetyczne 315
XI. Leczenie – praktyka i nadzieje 317
XI.1. Znaczenie terapii Jerzy Bal, Tadeusz Mazurczak 317
XI.2. Genetyczne choroby metaboliczne – możliwości leczenia Anna Tylki-Szymańska, Barbara Czartoryska 318
XI.2.1. Definicja choroby metabolicznej 318
XI.2.2. Przyczyny zaburzeń przemian metabolicznych 319
XI.2.3. Diagnostyka 320
XI.2.4. Możliwości lecznicze 320
XI.2.5. Skuteczność leczenia – „choroby rzadkie” 327
XI.3. Terapia genowa Jerzy Bal 328
XI.3.1. Modele zwierzęce chorób dziedzicznych 329
XI.3.2. Przywrócenie utraconej funkcji – transfer genu 329
XI.3.3. Zablokowanie ekspresji 331
XI.4. Terapia genowa chorób nowotworowych Janusz A. Siedlecki 331
XI.4.1. Supresja fenotypu nowotworowego 332
XI.4.2. Odpowiedź gospodarz–nowotwór 332
XI.4.3. Niszczenie komórek nowotworowych 333
XI.4.4. Ochrona komórek macierzystych 333
XI.4.5. Antyangiogenna forma terapii nowotworów 333
XI.5. Terapia – wzmocnienie genetyczne – predyspozycje Jerzy Bal 334
XII. Poradnictwo genetyczne i profilaktyka chorób Tadeusz Mazurczak 336
XII.1. Poradnictwo genetyczne 336
XII.1.1. Definicja i cele poradnictwa genetycznego 337
XII.1.2. Metodyka poradnictwa genetycznego 338
XII.1.3. Aspekty psychologiczne poradnictwa genetycznego 341
XII.2. Profilaktyka chorób genetycznych 345
XIII. Zakres zastosowań biologii molekularnej 349
XIII.1. Analiza DNA w medycynie sądowej Piotr Kozioł 349
XIII.1.1. Badania genetyczne w ustalaniu ojcostwa 349
XIII.1.2. Badanie śladów biologicznych w kryminalistyce 365
XIII.1.3. Polimorfizm DNA mitochondrialnego 368
XIII.1.4. Badania predykcyjne 371
XIII.1.5. Banki profili genetycznych 373
XIII.2. Diagnostyka chorób infekcyjnych i inwazyjnych 375
XIII.2.1. Podstawy diagnostyki molekularnej Norman J. Pieniążek 375
XIII.2.2. Analiza genetyczna w bakteriologii i epidemiologii zakażeń bakteryjnych Janusz Fiett, Marek Gniadkowski 381
XIII.2.3. Diagnostyka wirusów przenoszonych przez krew Ewa Brojer, Piotr Grabarczyk 397
XIII.3. Biotechnologia Józef Kapusta, Tomasz Pniewski 403
XIII.3.1. Szczepionki 405
XIII.3.2. Wytwarzanie przeciwciał monoklonalnych 414
XIII.3.3. Biotechnologia w pozyskiwaniu naturalnych farmaceutyków roślinnych 417
XIII.3.4. Produkcja w roślinach związków biologicznie aktywnych, terapeutyków i nutraceutyków 417
XIII.3.5. Zwierzęta transgeniczne w produkcji biofarmaceutyków 418
XIII.3.6. Komórki macierzyste, medycyna regeneracyjna, klonowanie i terapia transplantacyjna 419
XIII.3.7. Biotechnologia medyczna z perspektywy lat – nowe wyzwania 426
XIV. Uzupełnienia i załączniki Jerzy Bal, Ewa Bocian 430
XIV.1. Kod genetyczny 430
XIV.2. Przygotowanie materiału do badania 431
XIV.2.1. Pobranie krwi na izolację DNA 431
XIV.2.2. Pobranie krwi do badania cytogenetycznego 431
XIV.3. Nazewnictwo genów i mutacji 431
XIV.4. Ważniejsze osiągnięcia w genetyce i biologii molekularnej w latach 1953–2010 432
XIV.5. Słownik terminów 435
XIV.6. Przykłady wyników diagnostyki molekularnej 438
XIV.7. Deklaracja świadomej zgody 445
XIV.8. Konwencja o Ochronie Praw Człowieka i Godności Istoty Ludzkiej wobec Zastosowań Biologii i Medycyny 446
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 453
XIV.10. Projekt komentarza do projektu Protokołu Dodatkowego w sprawie zakazu klonowania istot ludzkich 454
XIV.11. Protokół Dodatkowy do Konwencji o Prawach Człowieka i Biomedycynie o testach genetycznych dla celów zdrowotnych 456
Indeks 463
