Introduktion og teori

Velkommen til introduktionen! 
I det følgende tekstmateriale gives en introduktion til teorien bag de fire cases, der findes i Det Virtuelle Laboratorium 2.1!

Case: Enzymer til vaskemiddel
I mange år, foregik tøjvask med vand og sæbe ved høje temperaturer. I moderne tøjvask anvendes enzymer i vaskemidlet, hvilket medvirker til at den optimale vasketemperatur sænkes. Det er en stor fordel, da det kræver meget energi at varme vand op til de traditionelle vasketemperaturer. Dermed kan enzymerne hjælpe til at der spares energi, og sænke CO₂-udledningen.

Enzymer er biologiske katalysatorer, nemlig proteiner. De er en del af alle organismers metabolisme og er helt essentielle for alle livsvigtige biokemiske processer. Enzymerne er specifikke for enkelte kemiske reaktioner. F.eks. findes enzymer der kun nedbryder fedt. Da mange organismer lever med en lavere temperatur end de traditionelle vasketemperaturer, vil også deres enzymer være aktive ved den temperatur. Ved hjælp af moderne genteknologi, kan enzymer med nyttige egenskaber, f.eks. at nedbryde fedt, produceres i stor skala og anvendes i f.eks. vaskemiddel.

Opgaven i Det Virtuelle Laboratorium 2.2 er at producere et enzym, der for nylig er blevet identificeret i fordøjelsessystemet i myg, og derefter teste dets effekt på en fedtplettet trøje i en vaskemaskine. Da enzymet er et protein, kan det produceres i andre organismer end den myg, hvorfra det stammer. I Det Virtuelle Laboratorium 2.1 produceres vaskeenzymet i gærceller og oprenses derfra. Selvom der findes moderne teknikker til gensplejsning, proteinproduktion og oprensning kan meget stadig gå galt i laboratoriet – og det kan blive nødvendigt at starte forfra. Det er derfor vigtigt at have teorien på plads. Find det spændende teoretiske tekstmateriale her.

Case: Diabetes

Biotech Academy har fået udviklet tre øvelser, som alle relaterer sig til diabetes. Desuden er der efterfølgende skrevet et undervisningsprojekt samt et undervisningsforløb om diabetes.
Undervisningsprojekt om Diabetes
Projektforløb om Diabetes

Det skønnes, at 415 millioner mennesker på globalt plan lider af diabetes, og at antallet vil stige fortsat de næste mange år. Hvert år dør 3,8 millioner mennesker af sygdomme relateret til diabetes, hvilket svarer til at et menneske dør hvert 10. sekund. Behandling af diabetes og udvikling af nye behandlingsmetoder har derfor høj prioritet i forskning og udviklingsenheder i industrien og på universiteterne.

Diabetes skyldes, at blodsukkeret ikke reguleres korrekt. Det er altafgørende, at blodet indeholder en konstant koncentration af sukker på ca. 5 mM. Hormonet insulin er ansvarlig for reguleringen af blodsukkerkoncentrationen i mennesker.

Produktion af insulin

Hos Type 1 diabetespatienter sker denne regulering ikke pga. mangel på netop insulin. Patienter med Type 1 diabetes behandles derfor med daglige insulininjektioner for at holde blodsukkerniveauet konstant. Da kroppens normale regulering med insulin er meget sensitiv, er det dog svært at holde niveauet konstant med de nuværende insulinpræparater. Derfor er det nødvendigt at udvikle nye insulintyper, der kan regulere blodsukkerniveauet både hurtigt og langsomt, således at man har flere muligheder for regulering ved hjælp af injektioner.   

I Det Virtuelle Laboratorium 2.2 er det opgaven at udvikle hurtigvirkende insulin. Det gøres ved at designe gener, gensplejse gærceller og derefter producere store mængder insulin. Det er ikke let, og mange ting kan gå galt undervejs i laboratoriet. Derfor er det vigtigt, med en teoretisk viden inden for området. Der kan læses nærmere om det at anvende celler som fabrikker til produktion af f.eks. insulin her.

Insulin følsomhed

Hos Type 2 diabetespatienter sker denne regulering ikke pga. insulinresistens. Dette er typisk forårsaget af overvægt, mangel på motion og usund kost. Patienter med Type 2 diabetes behandles derfor med metmorfin for at holde blodsukkerniveauet konstant. Det er dog interessant og vigtigt at forstå, i hvor høj grad patienten er resistent overfor insulin.

I Det Virtuelle Laboratorium 2.2 er det opgaven at påvise, hvorvidt den ene af de to mus er diabetisk. Dette sker ved forskellige forsøg, hvor man blandt andet udtager blodprøver og udføre en glukose tolerancetest samt en insulinfølsomhedstest.

Genetisk test for forøget diabetesrisiko

Forskning har vist, at personer kan være genetisk disponeret for diabetes. Der er især en kendt mutation i et specifikt gen, HNF1A, som i de fleste tilfælde vil medføre den relativt sjældne diabetes type MODY. HNF1A-genet koder for en transskriptionsfaktor, som er involveret i reguleringen af mange lever- og pankreasspecifikke gener. Derfor vil et ikke-funktionelt HNF1A-gen resultere en lavere insulinkoncentration, med diabetes til følge.

I Det Virtuelle Laboratorium 2.2 er det opgaven at påvise, hvorvidt den ene af de to mus er disponeret for MODY. Dette sker ved et forsøg, hvor man blandt andet udtager blodprøver og udføre en PCR samt en gelelektroforese.

Case: Produktion af antistoffer
Sygdommen Ebola er en virussygdom og kan derfor ikke behandles med antibiotika. Der er endnu ingen effektiv kur mod virussen, men man forventer, at sygdommen bekæmpes bedst gennem forebyggelse ved vaccination og immunisering. Antistoffer mod virussen kunne potentielt anvendes for at gøre et sygdomsforløb mildere for en person, som har fået Ebola uden at være vaccineret i tide.

Antistoffer er en del af kroppens forsvar mod fremmede organismer. Antistoffer findes enten opløst i blodet eller på overfladen af B-celler. B-celler er en del af kroppens immunsystem og bekæmper infektioner ved brug af antistoffer. Antistoffer kan bekæmpe infektioner med fremmede organismer, da specifikke dele i antistoffet kan genkende peptidsekvenser som fremmede for kroppen. Herefter startes en hurtig og effektiv immunrespons ved, at antistoffer binder til den fremmede organisme, så andre immunceller kan nedbryde den eller blokere det bundne proteins funktion.

I øvelsen skal du vaccinere en rask mus med antigener fra Ebolavirus. Musens immunforsvar øger herefter produktionen af B-lymfocytter, som differentieres til plasmaceller - de antistofproducerende celler. Ved brug af ELISA er det herefter muligt at identificere de antistoffer, som binder til antigen fra Ebola. Antistoffet produceres derefter i en høj koncentration og bruges så til behandling af en mus med Ebola. Du kan læse mere om immunforsvaret i det teoretiske tekstmateriale her.

Case: Lægemiddeludvikling
Det er nok de færreste, der kan se sig fri for at have benyttet et lægemiddel på et tidspunkt i deres liv. Alt fra hovedpinepiller til antibiotika klassificeres som lægemidler. Definitionen på et lægemiddel er som følger: ”Et lægemiddel er et produkt, som er bestemt til at blive tilført mennesker eller dyr for at forebygge, lindre, behandle eller helbrede sygdom, sygdomssymptomer og smerter, eller for at påvirke legemsfunktioner”. Selvom denne definition er let forståelig, er udviklingen af lægemidler langt fra enkel.

Udviklingen af lægemidler er langt fra enkel. Det kræver interdisciplinær forståelse og kreativitet at udvikle nye lægemidler, og der vil undervejs i processen uden tvivl opstå problemer. Disse problemer kan være af forskellig art. Det kan dels være komplikationer ved optagelse af lægemiddel i kroppen, dels kan stoffet være toksisk, altså giftigt, og give bivirkninger, og dels kan det forekomme at det aktive stof i lægemidlet ikke binder tilstrækkeligt til sit target.

I øvelsen ”Lægemiddeludvikling” skal der udvikles et lægemiddel mod sygdommen psoriasis. Psoriasis er en hudsygdom hvor cellerne i huden begynder at dele sig mere end normalt. Herved dannes en tykkere hud, som skaller kraftigt. Lægemidlet skal virke ved at ramme et bestemt sted i kroppen og påvirke en bestemt proces, der er involveret i sygdomsudviklingen. Lægemidlet skal laves ud fra et platformsmolekyle. Ved at tilføje funktionelle grupper til molekylet kan det designes, så det kan binde til det udvalgte target. Hvis musens metabolisme tænkes ind i designet, og designet er korrekt, vil lægemidlet være effektivt og forsøgsmusen vil forhåbentlig få mindsket symptomerne på psoriasis. Læs mere om lægemiddeludvikling her.