Cukrzyca typu 2: Używanie kawy do kontrolowania poziomu glukozy
Pewnego dnia osoby z cukrzycą typu 2 mogą być w stanie regulować poziom cukru we krwi, pijąc herbatę lub kawę, dzięki biologii syntetycznej.
Naukowcy z ETH Zurich w Szwajcarii zaprojektowali i przetestowali syntetyczny obwód genów, który reaguje na stężenie kofeiny w napoju.
Osiąga to poprzez uwalnianie związku kontrolującego poziom glukozy, stosowanego w leczeniu cukrzycy typu 2.
Naukowcy umieścili obwód w komórkach i wszczepili je myszom z cukrzycą.
Wykazali, że spożywanie kawy obniżyło poziom glukozy we krwi zgodnie z różnymi dawkami kofeiny.
Gdy kofeina dostała się do krwiobiegu myszy, aktywowała obwód syntetycznego genu, powodując uwolnienie związku i obniżenie poziomu glukozy.
Naukowcy opisują swoje odkrycia w artykule badawczym opublikowanym niedawno w czasopiśmie Nature Communications.
Obciążenie cukrzycą rośnie na całym świecie
Cukrzyca to narastający problem zdrowia publicznego, który dotyka setki milionów ludzi na całym świecie.
Epidemia jest spowodowana głównie wzrostem zachorowań na cukrzycę typu 2, stan, który rozwija się, gdy komórki tracą zdolność wykorzystywania insuliny do przekształcania glukozy lub cukru we krwi w energię.
W Stanach Zjednoczonych zdiagnozowano około 23,1 miliona przypadków cukrzycy - zdecydowana większość z nich to typ 2. Szacowany roczny koszt tego obciążenia przekracza 245 miliardów dolarów.
Ale chociaż leczenie znacznie się rozwinęło w ostatnich latach i może znacznie zmniejszyć ryzyko powikłań, cukrzyca nadal jest siódmą główną przyczyną zgonów w Stanach Zjednoczonych.
Obciążenie to mogłoby zostać zmniejszone, gdyby więcej osób osiągnęło cele leczenia zalecane przez ich lekarzy. Eksperci sugerują, że potrzebujemy lepszych „modeli opieki”, aby rozwiązać ten problem.
Obecnie pacjenci muszą monitorować poziom glukozy we krwi po każdym posiłku i szybko reagować na każdy wzrost zaleconym leczeniem.
Biologia syntetyczna i obwody genów
Naukowcy opisują biologię syntetyczną jako „połączenie inżynierii i biologii”, która w ostatnich latach umożliwiła naukowcom opracowanie obwodów genów do zastosowań biomedycznych.
Obwody genów syntetycznych przeprogramowują komórki, aby w określony sposób wykorzystywały istniejącą maszynerię.
Jednym z przykładów tego jest rozwój „przełączników molekularnych”, które mogą ściśle kontrolować komórki odpornościowe w celu uczynienia leczenia raka bezpieczniejszym i bardziej precyzyjnym.
Podczas projektowania syntetycznych obwodów genów naukowcy borykają się z wieloma wyzwaniami. Jednym z nich jest wybór odpowiedniego wyzwalacza, aby obwód nie był aktywowany przez pomyłkę i zapewnienie, że odpowiedź jest ograniczona do tego, co jest wymagane i nie powoduje skutków ubocznych.
Produkcja peptydów wyzwalana przez kofeinę
W artykule naukowcy opisują, w jaki sposób stworzyli „w pełni syntetyczne receptory, które wyczuwają kofeinę” na poziomach odpowiadających tym obecnym w typowej filiżance kawy.
Receptory to białka, które siedzą na powierzchni komórek i reagują tylko wtedy, gdy napotkają określoną cząsteczkę, jak unikalny klucz włożony do zamka. Ten akt wiązania wyzwala specyficzną reakcję wewnątrz komórki.
Tutaj wyzwalaczem jest kofeina, a reakcją jest wytwarzanie „syntetycznego ludzkiego peptydu podobnego do glukagonu 1”, który jest związkiem stosowanym w leczeniu cukrzycy typu 2 w celu obniżenia poziomu glukozy we krwi.
Autorzy badania nazywają obwód genetyczny „stymulowanym kofeiną zaawansowanym regulatorem (C-STAR)”. Przetestowali C-STAR, umieszczając go w „komórkach projektantów”.
Naukowcy przetestowali w laboratorium reakcję komórek C-STAR na różne źródła i dawki kofeiny, w tym komercyjne marki napojów. Wszczepili także komórki myszom wyhodowanym w celu rozwoju cukrzycy typu 2.
„Lepsza kontrola glukozy”
Zarówno w testach komórkowych, jak i myszach, którym wszczepiono komórki C-STAR, obecność kofeiny wyzwoliła odwracalną i zależną od dawki zmianę w ekspresji genów.
Na początku zespół po prostu przetestował efekt wyzwalacza, łącząc go z „genem reporterowym”, który koduje białko, które mogli przetestować.
Następnie zespół badawczy zastąpił gen reporterowy genem, który koduje „zmodyfikowane białko klinicznie licencjonowane” do leczenia cukrzycy typu 2, czyli syntetyczny ludzki peptyd podobny do glukagonu 1.
Po uruchomieniu obwód powodował, że komórki wytwarzały peptyd podobny do glukagonu 1. Myszy leczone wykazywały „znacznie lepszą” kontrolę glukozy w porównaniu z nietraktowanymi kontrolami.
„Terapia zintegrowana ze stylem życia”
Zespół sugeruje, że jedną z zalet stosowania kofeiny jako czynnika wyzwalającego jest to, że jest ona „nietoksyczna, niedroga i obecna tylko w określonych napojach”.
Nowe badanie pokazuje, że możliwe jest „dostrojenie” terapii opartych na obwodach genów syntetycznych, tak aby reagowały na codzienne napoje, „takie jak herbata i kawa, bez suplementacji jakichkolwiek dodatkowych chemikaliów” - zauważają autorzy.
Co więcej, „poprzez integrację terapii ze stylem życia”, naukowcy sugerują, że podejście to mogłoby być sposobem na skłonienie pacjentów do łatwiejszego przestrzegania schematów leczenia, ponieważ stwierdzili:
„Wykorzystując rutynowe nawyki kulturowe, terapie oparte na takich systemach powinny płynnie integrować się ze stylem życia ludzi, a zatem mogą stanowić kluczowy filar, na którym może budować nowa generacja medycyny spersonalizowanej”.
