Page 1

20/03/2011

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology Areas of knowledge include •

Molecules of Life

Applications of Molecular  Biology

Last updated: 9 September 2010

Topic 4 ‐ Evidence of evolution

1

Last updated: 20 March, 2011

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology in genetics •

The study of the microscopic and nano world of  cells in living organisms Focuses on the structural and functional role  molecules play within cells Incorporates an overlap of science realms  including biology, chemistry, genetics and  biochemistry The focus of molecular biology includes: – Genetics – Evolutionary biology – Bioinformatics – Biotechnology – Genomics – Proteomics

Last updated: 20 March, 2011

2

Applications of molecular biology

What is molecular biology?

Topic 10 – Molecular biology in medicine

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology •

Applications of molecular biology in: – Genetics – Drug design – Vaccine design Manufacture of biological molecules

Topic 10 – Molecular biology in medicine

• •

• •

3

Testing for genetic metabolic disorders  e.g. Phenylketonuria (PKU) and cystic fibrosis Medical diagnosis through chorionic villus  sampling (CVS), amniocentesis, gel  electrophoresis to detect abnormalities in  foetal development Diagnosing diseases in adults such as cancers Predictive testing can be used to determine if  an embryo/foetus has inherited a disease  causing gene prior to displaying any symptoms  of the disease  e.g. breast cancer, Huntington’s disease  Gene therapy can be used to insert DNA into a  faulty cell to correct the abnormality The manufacturing of GMO’s (such as  soybeans, corn, cotton, tomatoes, oil seeds,  rice, sugar cane)

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

4

1


20/03/2011

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology

Applications of molecular biology

Applications of molecular biology drug design •

Applications of molecular biology drug  design

When a drug is designed to act against an infective  agent: 1. 2. 3.

The molecular structure of the active site of the infective agent is  established The drug has a structure that is complementary to the active site of  the infective agent The drug locks into the active site to prevent development of the  disease

• •

When a drug is designed to inhibit the action of a  chemical in the blood: 1. 2. 3.

The molecular structure of the body chemical is established The drug has a structure that locks into the active site of the chemical The body chemical is inactivated

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

5

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Topic 10 – Molecular biology in medicine

6

Applications of molecular biology in vaccines

Vaccines contain antigens (molecules that the  body wishes to become immune to) When a cell is exposed to an antigen, the  immune system is stimulated to produce  antibodies which fight the disease and then  memorise the disease if it ever returns Vaccines commonly given to infants include  mumps, chicken pox, measles German measles  and polio  Scientists must have knowledge of the  following in order to design vaccines: – The structure of the disease – The impact it has on the organism

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

Applications of molecular biology

Applications of molecular biology in vaccines

Last updated: 20 March, 2011

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology •

Relenza and Tamiflu are examples of drugs  used to target an important protein called  neuraminidase on the surface of the  influenza virus Neuraminidase is an enzyme that cuts the  virus free from the host cell Relenza and Tamiflu bind to the active site of  the virus stopping it from being released and  infecting other cells White blood cells then come and swallow up  the infected cell and virus

• •

The delivery of vaccines in plant material, as food, is  currently being investigated To develop such vaccines: 1. 2. 3.

7

The molecular structures of the proteins in the infective agent that  cause the immune response are determined DNA that codes for some of these proteins is introduced into the plant  genome The plants are grown and harvested

A Japanese research team has developed rice that can  deliver a cholera vaccine by genetically altering it to  include DNA that codes for part of the protein of a cholera  bacterium 

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

8

2


20/03/2011

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology

Applications of molecular biology

Manufacture of biological molecules • •

– – – –

Means of delivery through Nanoparticles

Some cells cause disease by not producing enough or any  of a specific protein Such disorders can be treated by genetically engineered  forms of the protein e.g. the manufacture of insulin,  growth hormone, Factor VIII (blood clotting protein for  haemophiliacs) There are many ethical issues attached with the  manufacturing of biological molecules: Are we tampering too much and should we stay away? Should we test unborn children for genetic disorders?  What happens if an unborn child has a genetic disorder? Fix it?  Terminate? Are GM foods going too far? Advantages/Disadvantages?

Nanoparticles are: – Manufactured – 1‐100 nanometres in diameter (1 nanometre is 1  billionth of a meter ‐ 1 x 10‐9) – Made of a double layer of phospholipids so that they  mimic the plasma membrane of cells

Nanoparticles made from liposomes, or phospholipids are  used to deliver toxic drugs directly to target cells (such as  tumour cells), reducing the chance of affecting healthy  cells

Eyes to view the situations include: – – –

The individual with the disease The carers of the individual Family, friends, doctors, researchers, pharmaceutical companies etc.

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

9

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

10

Unit: 3. Signatures of life Area of Study: 1. Molecules of life Topic: 10. Applications of molecular biology

Applications of molecular biology Case studies •

Although it is not necessary to investigate  individual case studies, you may be  interested in researching one or more of  the following If so, focus on the sequence of events  scientist use to develop the therapy and the  principles behind such applications – Rational drug design – Gene therapy in CF, PKU or other  similar disorders – Control of Anthrax through the  manipulation of enzyme action – The role of clinical trials to assess the  safety of drugs

Last updated: 20 March, 2011

Topic 10 – Molecular biology in medicine

11

3

molecular biology in medicine  

molecular biology in medicine