Sladkorna bolezen tipa 2: uporaba kave za "nadzor glukoze"
Nekega dne lahko ljudje s sladkorno boleznijo tipa 2 uravnavajo krvni sladkor s pitjem čaja ali kave, zahvaljujoč sintetični biologiji.
Znanstveniki iz švicarskega ETH v Zürichu so zasnovali in preizkusili sintetično gensko vezje, ki se odziva na koncentracije kofeina v pijači.
To doseže z sproščanjem spojine za nadzor glukoze, ki se uporablja za zdravljenje diabetesa tipa 2.
Raziskovalci so vezje vstavili v celice in jih vsadili v diabetične miši.
Pokazali so, da uživanje kave znižuje raven glukoze v krvi v skladu z različnimi odmerki kofeina.
Ko je kofein vstopil v krvni obtok miši, je aktiviral sintetični genski krog, zaradi česar je spojina sprostila in znižala raven glukoze.
Raziskovalci poročajo o svojih ugotovitvah v študijskem članku, ki je bil nedavno objavljen v reviji Nature Communications.
Breme sladkorne bolezni narašča po vsem svetu
Sladkorna bolezen je naraščajoč javnozdravstveni problem, ki prizadene stotine milijonov ljudi po vsem svetu.
Epidemija je predvsem posledica naraščajoče stopnje diabetesa tipa 2, stanja, ki se razvije, ko celice izgubijo sposobnost uporabe insulina za pretvorbo glukoze ali krvnega sladkorja v energijo.
V ZDA so diagnosticirali približno 23,1 milijona primerov diabetesa - velika večina jih je tipa 2. Ocenjeni letni stroški tega bremena presegajo 245 milijard USD.
A čeprav je zdravljenje v zadnjih letih močno napredovalo in lahko znatno zmanjša tveganje za zaplete, je diabetes še vedno sedmi vzrok smrti v ZDA.
To breme bi lahko zmanjšali, če bi več posameznikov doseglo cilje zdravljenja, ki jih priporočajo zdravniki. Strokovnjaki predlagajo, da za reševanje problema potrebujemo boljše "modele oskrbe".
Trenutno morajo bolniki spremljati koncentracijo glukoze v krvi po vsakem obroku in se takoj odzvati na vsako povečanje s predpisanim zdravljenjem.
Sintetična biologija in genska vezja
Raziskovalci sintetično biologijo opisujejo kot "fuzijo med inženirstvom in biologijo", ki v zadnjih letih znanstvenikom omogoča, da oblikujejo genska vezja za biomedicinsko uporabo.
Sintetična genska vezja reprogramirajo celice, da na poseben način uporabijo svoje obstoječe stroje.
Eden od primerov tega je razvoj "molekularnih stikal", ki lahko tesno nadzirajo imunske celice, da bi zdravljenje raka postalo varnejše in natančnejše.
Znanstveniki se pri oblikovanju sintetičnih genskih vezij soočajo s številnimi izzivi. Med njimi je izbira pravega sprožilca, da se vezje ne aktivira pomotoma, in zagotovitev, da je odziv omejen na tisti, ki je potreben, in ne povzroči stranskih učinkov.
Proizvodnja kofeina, ki jo sproži peptid
V prispevku znanstveniki opisujejo, kako so ustvarili "popolnoma sintetične receptorje, ki zaznavajo kofein" na nivojih, enakovrednih tistim v tipični skodelici kave.
Receptorji so beljakovine, ki sedijo na površini celic in reagirajo le, ko naletijo na določeno molekulo, kot je edinstven ključ, vstavljen v ključavnico. Ta akt vezave sproži določeno reakcijo znotraj celice.
Tu je sprožilec kofein, reakcija pa je tvorba "sintetičnega človeškega glukagonu podobnega peptida 1", ki je spojina, ki se uporablja za zdravljenje diabetesa tipa 2 za zniževanje ravni glukoze v krvi.
Avtorji študije gensko vezje imenujejo "napredni regulator, ki ga stimulira kofein (C-STAR)." C-STAR so preizkusili tako, da so ga vstavili v "oblikovalske celice".
Raziskovalci so v laboratoriju preizkusili odziv celic C-STAR na različne vire in odmerke kofeina, vključno s komercialnimi blagovnimi znamkami pijač. Prav tako so celice vsadili miši, ki so bile vzrejene za razvoj diabetesa tipa 2.
„Izboljšana kontrola glukoze“
Tako pri celičnih testih kot pri miših, ki so jim bile implantirane celice C-STAR, je prisotnost kofeina sprožila reverzibilno in od odmerka odvisno spremembo izražanja genov.
Skupina je najprej preizkusila učinek sprožilca, tako da ga je povezala z "reporter-genom", ki je kodiral beljakovine, ki bi jih lahko testirali.
Nato je raziskovalna skupina poročevalni gen zamenjala z genom, ki kodira "inženirski protein, ki ima klinično dovoljenje" za zdravljenje diabetesa tipa 2, ki je sintetični človeški glukagonu podoben peptid 1.
Po sprožitvi je vezje povzročilo, da celice proizvajajo glukagonu podoben peptid 1. Pri zdravljenih miših je bil v primerjavi z neobdelanimi kontrolami "bistveno izboljšana" kontrola glukoze.
"Terapija, integrirana z življenjskim slogom"
Skupina predlaga, da je ena od prednosti uporabe kofeina kot sprožilca ta, da je "nestrupen, poceni in prisoten samo v določenih pijačah."
Nova študija kaže, da je mogoče zdravljenje na podlagi sintetičnih genskih vezij "natančno prilagoditi", da se odzove na vsakdanje pijače, "kot sta čaj in kava, brez dodajanja dodatnih kemikalij", ugotavljajo avtorji.
Poleg tega raziskovalci "z vključevanjem terapije v življenjski slog" nakazujejo, da bi lahko pristop bil način, s katerim bi bolniki lažje upoštevali sheme zdravljenja, kot ugotavljajo:
"Z izkoriščanjem rutinskih kulturnih navad bi se terapije, ki temeljijo na takšnih sistemih, morale brez težav vključiti v življenjski slog ljudi in bi zato lahko bile ključni steber, na katerem lahko gradi nova generacija prilagojene medicine."
