Genetycznie zmodyfikowane krowy, które produkują insulinę w mleku

Genetycznie zmodyfikowane krowy mogą wytwarzać w swoim mleku białka potrzebne do produkcji ludzkiej insuliny – wykazali naukowcy. Nowa metoda produkcji insuliny może pomóc w globalnej podaży leku.

Krowa - zdjęcie ilustracyjneKrowa - zdjęcie ilustracyjne
Źródło zdjęć: © Verum, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Insulinę odkrył w 1921 roku Frederick Bantinh, który kilka lat potem otrzymał za to Nagrodę Nobla. Odkrycie to było przełomem w leczeniu cukrzycy. Insulina to hormon regulujący poziom glukozy we krwi. Bez niej poziom glukozy we krwi staje się zbyt wysoki, co prowadzi do cukrzycy i jej licznych powikłań. W 1955 roku Frederick Sanger ustalił sekwencję aminokwasową insuliny, za co także został uhonorowany Nagrodą Nobla. Jego prace pozwoliły zsyntezować insulinę.

Obecnie insulinę produkuje się metodami inżynierii genetycznej i wykorzystuje się do tego pałeczki okrężnicy. Bakteriom tym wszczepia się gen odpowiadający za produkcję ludzkiej insuliny i są one głównym źródłem insuliny medycznej. Podobne rozwiązania wprowadzono także w przypadku drożdży. Zanim opracowano te techniki chorzy na cukrzycę przyjmowali insulinę bydlęcą.

Teraz naukowcy z Uniwersytetu Illinois i Universidade de São Paulo opracowali nowy sposób wytwarzania insuliny. Okazuje się, że mogą ją produkować genetycznie zmodyfikowane krowy w swoim mleku. Autorzy badań wskazują, że ich metoda może wyeliminować niedobory leków i wysokie ich koszty dla osób chorych na cukrzycę.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Zobacz także: SięKlika #27: Wielka Stopa i AI, Polacy nie chcą elektryków, E-mail z „Policji”, Bitcoin żyje!

Sposób na cukrzycę

Pomysł wykorzystania krów do produkcji insuliny nie jest nowy, ale dopiero w niedawnych badaniach potwierdzono, że da się to zrobić. Autorzy badań uważają, że stado tak zmodyfikowanego bydła mogłoby konkurować z obecnymi metodami produkcji insuliny, które opierają się na genetycznie zmodyfikowanych drożdżach i bakteriach.

Cukrzyca jest chorobą charakteryzującą się podwyższonym poziomem glukozy we krwi. Jest to spowodowane defektem pracy komórek beta trzustki, które wytwarzają insulinę, by ta obniżała poziom cukru we krwi. W cukrzycy typu 1 komórki beta są niszczone przez układ odpornościowy. W następstwie tego zanika zdolność wytwarzania insuliny.

W cukrzycy typu 2 zmniejszona jest wrażliwość tkanek na insulinę. Przez to organizm domaga się zwiększonej produkcji insuliny, co przekracza możliwości komórek beta. W rezultacie komórki beta nie działają poprawnie i poziom insuliny w organizmie maleje, choć nadal jest wytwarzana. Cukrzyca typu 2 jest najczęstszą postacią cukrzycy.

Naukowcy od lat głowią się, jak pomóc chorym na cukrzycę. W badaniach z 2020 roku z powodzeniem przetestowali na myszach nową technikę przekształcania ludzkich komórek macierzystych w komórki beta trzustki produkujące insulinę. Stan gryzoni z ostrą postacią cukrzycy, które zostały poddane terapii, szybko uległ poprawie. Poziom glukozy we krwi wrócił do normy i pozostał w tym stanie przez wiele miesięcy. Z kolei w badaniach sprzed roku uczeni przeprogramowali komórki macierzyste pozyskane z tkanki ludzkiego żołądka w komórki przypominające komórki trzustki wydzielające insulinę, znane jako komórki beta. Przeszczepy małych grup takich komórek odwracały objawy cukrzycy u myszy.

Genetycznie modyfikowane krowy

- Matka Natura zaprojektowała gruczoł sutkowy jako fabrykę do naprawdę wydajnej produkcji białka. Możemy wykorzystać ten system do produkcji białka, które może pomóc setkom milionów ludzi na całym świecie – powiedział Matt Wheeler z Uniwersytetu Illinois, główny autor publikacji.

W ramach nowych badań naukowcy wprowadzili odcinek ludzkiego DNA kodujący proinsulinę – białko przekształcające się w insulinę – do jąder komórkowych 10 zarodków krowy. Zarodki umieszczono następnie w łonie krów, które nie zostały poddane żadnym modyfikacjom. Z 10 krów tylko jedna zaszła w ciążę i urodziła transgenicznego cielaka.

Ludzkie DNA było celem ekspresji – procesu, w którym sekwencje genów są odczytywane i przekształcane w produkty białkowe – wyłącznie w tkance sutka. - W dawnych czasach po prostu wrzucaliśmy DNA i mieliśmy nadzieję, że zostanie wyrażone tam, gdzie tego chcemy. W dzisiejszych czasach możemy działać znacznie bardziej strategicznie i celowo. Używanie konstruktu DNA specyficznego dla tkanki sutka oznacza, że we krwi krowy ani w innych tkankach nie krąży insulina ludzka. Wykorzystuje się również zdolność gruczołu sutkowego do wytwarzania dużych ilości białka – powiedział Wheeler.

Po osiągnięciu dojrzałości płciowej transgenicznej krowy naukowcy podjęli próbę zapłodnienia jej przy użyciu standardowych technik sztucznego zapłodnienia. Próbowali zapłodnienia in vitro, sztucznego zapłodnienia, a nawet staromodnych metod. Jednak żadna z nich nie zakończyła się sukcesem. Ostatecznie wywołali laktację u krowy poprzez indukcję hormonalną.

Mleko dla diabetyków

Laktacja dała mleko, ale w mniejszej ilości niż po udanej ciąży. Mimo to w mleku wykryto ludzką proinsulinę i, co zaskakujące, insulinę. To pierwszy przypadek produkcji insuliny ludzkiej u bydła poddanego inżynierii genetycznej.

Spektrometria mas wykazała obecność peptydu C. W procesie tworzenia insuliny peptyd ten jest usuwany z proinsuliny. Sugeruje to, że mleko krowie przekształcało ludzką proinsulinę w insulinę. Wheeler przyznał, że ich celem było wyprodukowanie proinsuliny. Jednak okazało się, że krowa była w stanie przetworzyć ją samodzielnie na insulinę.

Insuliny i proinsuliny, które wymagałyby ekstrakcji i oczyszczenia przed użyciem, powstało około kilka gramów na litr mleka. Naukowcy nie są jednak w stanie dokładnie określić, ile insuliny zostanie wyprodukowane podczas typowej laktacji, ponieważ laktacja była indukowana hormonalnie, a objętość mleka była mniejsza niż oczekiwano.

Wheeler twierdzi, że jeśli krowa może wyprodukować 1 gram insuliny na litr, a krowa mleczna rasy holsztyno-fryzyjskiej może dawać 40-50 litrów mleka dziennie, to taka metoda produkcji dałaby duże ilości insuliny, zwłaszcza, że typowa jednostka insuliny wynosi 0,0347 miligrama.

Zespół badaczy planuje ponowne stworzyć zmodyfikowane genetycznie zarodki i zaimplementować je krowom z nadzieją, że uda mu się osiągnąć większy sukces w zakresie ciąży i pełnych cykli laktacji. Badacze mówią też o transgenicznych bykach, które mogłyby kojarzyć się z samicami, tworząc w ten sposób transgeniczne potomstwo, które będzie można wykorzystać do założenia specjalnego stada wytwarzającego insulinę.

Wheeler twierdzi, że nawet małe stado mogłoby szybko wyprzedzić istniejące metody produkcji insuliny — transgeniczne drożdże i bakterie. Co więcej, stado mogłoby tego dokonać bez konieczności tworzenia drogich obiektów i infrastruktury. - Widzę przyszłość, w której stado liczące 100 sztuk, odpowiadające małej mleczarni, będzie w stanie wyprodukować insulinę dla całego kraju. A większe stado? W ciągu roku moglibyśmy zaopatrzyć cały świat – powiedział Wheeler.

Źródło: University of Illinois College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences

Źródło artykułu:

Wybrane dla Ciebie

Niezwykle blisko. Asteroida 2025 TF przeleciała w pobliżu Ziemi
Niezwykle blisko. Asteroida 2025 TF przeleciała w pobliżu Ziemi
Nowoczesne haubice dla US Army. Pentagon próbuje modernizować artylerię
Nowoczesne haubice dla US Army. Pentagon próbuje modernizować artylerię
W mózgu uszkadza komórki. Może jednak wspierać walkę z rakiem
W mózgu uszkadza komórki. Może jednak wspierać walkę z rakiem
Nowe narzędzie AI. Wykrywa choroby zanim pojawią się objawy
Nowe narzędzie AI. Wykrywa choroby zanim pojawią się objawy
Okna solarne będą działać jak fotowoltaika? Wymyślili nową konstrukcję
Okna solarne będą działać jak fotowoltaika? Wymyślili nową konstrukcję
Zanieczyszczenie powietrza. Wpływa na rozwój poważnych chorób
Zanieczyszczenie powietrza. Wpływa na rozwój poważnych chorób
Odkryli bogate złoża litu w Niemczech. Jedne z największych na świecie
Odkryli bogate złoża litu w Niemczech. Jedne z największych na świecie
Już suną po torach. Rosyjskie haubice zmierzają w kierunku Ukrainy
Już suną po torach. Rosyjskie haubice zmierzają w kierunku Ukrainy
Chiny walczą ze złą reputacją swoich aut. Zmieniaja politykę eksportową
Chiny walczą ze złą reputacją swoich aut. Zmieniaja politykę eksportową
Nowa taktyka Rosji. Drony z funkcją minowania
Nowa taktyka Rosji. Drony z funkcją minowania
Chińska ekspedycja arktyczna. Nowy rozdział w badaniach polarnych
Chińska ekspedycja arktyczna. Nowy rozdział w badaniach polarnych
Natura przeciwko Rosji. Takiego wroga Putin nie przewidział
Natura przeciwko Rosji. Takiego wroga Putin nie przewidział