Cukrovka typu 2: Používanie kávy na „kontrolu glukózy“
Jedného dňa môžu ľudia s cukrovkou typu 2 vďaka syntetickej biológii regulovať hladinu cukru v krvi pitím čaju alebo kávy.
Vedci z ETH Zürich vo Švajčiarsku navrhli a otestovali syntetický génový obvod, ktorý reaguje na koncentrácie kofeínu v nápojoch.
Dosahuje to uvoľňovaním zlúčeniny na kontrolu glukózy používanej na liečbu cukrovky 2. typu.
Vedci vložili obvod do buniek a implantovali ich do diabetických myší.
Ukázali, že konzumácia kávy znížila hladinu glukózy v krvi v súlade s rôznymi dávkami kofeínu.
Akonáhle kofeín vstúpil do krvi myší, aktivoval syntetický génový obvod, čo spôsobilo, že uvoľňoval zlúčeninu, aby znižoval hladinu glukózy.
Vedci informujú o svojich zisteniach v štúdii publikovanej nedávno v časopise Komunikácia o prírode.
Zaťaženie cukrovkou rastie na celom svete
Cukrovka je rastúci problém verejného zdravia, ktorý postihuje stovky miliónov ľudí na celom svete.
Epidémia je spôsobená predovšetkým stúpajúcou mierou cukrovky typu 2, ktorá sa vyvíja, keď bunky stratia schopnosť využívať inzulín na premenu glukózy alebo krvného cukru na energiu.
V Spojených štátoch bolo diagnostikovaných približne 23,1 milióna prípadov cukrovky - veľká väčšina z nich typu 2. Odhadované ročné náklady na túto záťaž presahujú 245 miliárd dolárov.
Ale aj keď liečba v posledných rokoch významne pokročila a môže výrazne znížiť riziko komplikácií, cukrovka je v USA stále siedmou hlavnou príčinou smrti.
Táto záťaž sa dala znížiť, ak by viac jedincov dosiahlo liečebné ciele odporúčané lekármi. Odborníci naznačujú, že na riešenie problému potrebujeme lepšie „modely starostlivosti“.
V súčasnosti musia pacienti monitorovať hladinu glukózy v krvi po každom jedle a pohotovo reagovať na akékoľvek zvýšenie predpísanou liečbou.
Syntetická biológia a génové obvody
Vedci popisujú syntetickú biológiu ako „fúziu medzi inžinierstvom a biológiou“, ktorá v posledných rokoch umožnila vedcom navrhnúť génové obvody pre biomedicínske použitie.
Syntetické génové obvody preprogramujú bunky tak, aby konkrétnym spôsobom využívali svoje existujúce mechanizmy.
Jedným z príkladov je vývoj „molekulárnych prepínačov“, ktoré môžu prísne kontrolovať imunitné bunky v snahe zvýšiť bezpečnosť a presnosť liečby rakoviny.
Vedci čelia pri navrhovaní obvodov syntetických génov mnohým výzvam. Medzi nimi je výber správneho spúšťača tak, aby sa obvod neaktivoval omylom, a zabezpečenie toho, že odozva je obmedzená na tú, ktorá je požadovaná, a neprodukuje vedľajšie účinky.
Produkcia peptidu vyvolaná kofeínom
V článku vedci popisujú, ako vytvorili „plne syntetické receptory, ktoré snímajú kofeín“ na úrovniach ekvivalentných hladinám prítomným v typickej šálke kávy.
Receptory sú proteíny, ktoré sedia na povrchu buniek a reagujú iba vtedy, keď narazia na konkrétnu molekulu, ako napríklad jedinečný kľúč vložený do zámku. Táto väzba spúšťa špecifickú reakciu vo vnútri bunky.
Spúšťačom je tu kofeín a reakciou je produkcia „syntetického ľudského peptidu podobného glukagónu 1“, čo je zlúčenina používaná na liečbu cukrovky typu 2 na zníženie hladiny glukózy v krvi.
Autori štúdie nazývajú genetický obvod „kofeínom stimulovaným pokročilým regulátorom (C-STAR)“. Testovali C-STAR vložením do „dizajnérskych buniek“.
Vedci v laboratóriu testovali reakciu buniek C-STAR na rôzne zdroje a dávky kofeínu vrátane komerčných značiek nápojov. Bunky tiež implantovali do myší, ktoré boli chované na vývoj cukrovky 2. typu.
„Vylepšená kontrola glukózy“
V bunkových testoch aj v myšiach s implantovanými bunkami C-STAR spustila prítomnosť kofeínu reverzibilnú a od dávky závislú zmenu génovej expresie.
Tím najskôr testoval účinok spúšťača tak, že ho spojil s „reportérovým génom“, ktorý kódoval proteín, ktorý mohli testovať.
Potom výskumný tím nahradil reportérový gén génom, ktorý kóduje „geneticky upravený proteín s klinickou licenciou“ na liečbu cukrovky typu 2, čo je syntetický ľudský glukagón podobný peptid 1.
Po spustení okruh spôsobil, že bunky produkovali peptid podobný glukagónu 1. Ošetrené myši vykazovali „podstatne vylepšenú“ kontrolu glukózy v porovnaní s neošetrenými kontrolami.
„Terapia integrovaná do životného štýlu“
Tím naznačuje, že jednou z výhod použitia kofeínu ako spúšťača je to, že je „netoxický, lacný a je prítomný iba v špecifických nápojoch.“
Nová štúdia ukazuje, že je možné „doladiť“ liečbu založenú na syntetických génových okruhoch tak, aby reagovala na každodenné nápoje „ako čaj a káva“ bez prídavku akýchkoľvek ďalších chemikálií, “poznamenávajú autori.
Vedci navyše „integráciou terapie do životného štýlu“ naznačujú, že tento prístup by mohol byť spôsobom, ako dosiahnuť, aby pacienti ľahšie dodržiavali liečebné režimy, keď dospejú k záveru:
„Terapie založené na takýchto systémoch, ktoré využívajú bežné kultúrne návyky, by sa mali bezproblémovo integrovať do životného štýlu ľudí, a preto by mohli byť kľúčovým pilierom, na ktorom môže stavať nová generácia personalizovanej medicíny.“
