Діабет 2 типу: Використання кави для контролю глюкози
Одного разу люди з діабетом 2 типу можуть регулювати рівень цукру в крові, вживаючи чай або каву, завдяки синтетичній біології.
Вчені зі швейцарського ETH розробили та протестували синтетичний генний контур, який реагує на концентрацію кофеїну в напоях.
Це досягається за рахунок вивільнення сполуки для контролю глюкози, яка використовується для лікування діабету 2 типу.
Дослідники вставили ланцюг у клітини та імплантували їх діабетським мишам.
Вони показали, що споживання кави знижує рівень глюкози в крові відповідно до різних доз кофеїну.
Після того, як кофеїн потрапив у кров мишей, він активував ланцюг синтетичного гена, змушуючи його виділяти сполуку, щоб знизити рівень глюкози.
Дослідники повідомляють про свої висновки в дослідницькій роботі, опублікованій нещодавно в журналі Природні комунікації.
Навантаження на діабет зростає у всьому світі
Діабет - це зростаюча проблема охорони здоров'я, яка страждає від сотень мільйонів людей у всьому світі.
Епідемія в першу чергу пов’язана із зростанням рівня цукрового діабету 2 типу - стану, який розвивається, коли клітини втрачають здатність використовувати інсулін для перетворення глюкози або цукру в крові в енергію.
У США діагностували приблизно 23,1 мільйона випадків діабету - переважна більшість із них типу 2. Орієнтовна щорічна вартість цього тягаря перевищує 245 мільярдів доларів.
Але незважаючи на те, що за останні роки лікування значно просунулось і може значно зменшити ризик ускладнень, діабет все ще є сьомою причиною смерті в США
Це навантаження можна було б зменшити, якби більше людей досягли цілей лікування, рекомендованих їх лікарями. Експерти припускають, що для вирішення проблеми нам потрібні кращі “моделі догляду”.
В даний час пацієнти повинні контролювати рівень глюкози в крові після кожного прийому їжі та негайно реагувати на будь-яке збільшення за допомогою призначеного лікування.
Синтетична біологія та генні схеми
Дослідники описують синтетичну біологію як "злиття між технікою та біологією", яке в останні роки дозволило вченим розробити генні схеми для біомедичного використання.
Синтетичні генні схеми перепрограмують клітини, щоб використовувати їх існуючі механізми певним чином.
Одним з прикладів цього є розробка "молекулярних перемикачів", які можуть жорстко контролювати імунні клітини, намагаючись зробити лікування раку більш безпечним і точним.
Вчені стикаються з низкою проблем при проектуванні синтетичних генних ланцюгів. Серед них - вибір правильного тригера, щоб ланцюг не активувався помилково, і гарантування, що реакція обмежується необхідною і не викликає побічних ефектів.
Виробництво пептиду, спричинене кофеїном
У статті вчені описують, як вони створили "повністю синтетичні рецептори, які відчувають кофеїн" на рівнях, еквівалентних тим, які присутні в типовій чашці кави.
Рецептори - це білки, які сидять на поверхні клітин і реагують лише тоді, коли стикаються з певною молекулою, як унікальний ключ, вставлений у замок. Цей акт зв’язування викликає специфічну реакцію всередині клітини.
Тут пусковим механізмом є кофеїн, а реакцією є вироблення «синтетичного людського глюкагоноподібного пептиду 1», який є сполукою, що використовується при лікуванні діабету 2 типу для зниження рівня глюкози в крові.
Автори дослідження називають генетичну ланцюг "вдосконаленим кофеїном вдосконаленим регулятором (C-STAR)". Вони протестували C-STAR, вставивши його в "дизайнерські комірки".
Дослідники перевірили реакцію клітин C-STAR на різні джерела та дози кофеїну в лабораторії, включаючи комерційні марки напоїв. Вони також імплантували клітини мишам, які були виведені для розвитку діабету 2 типу.
«Покращений контроль глюкози»
І в клітинних тестах, і в мишах, імплантованих клітинами C-STAR, присутність кофеїну викликало оборотну та залежну від дози зміну експресії генів.
Спочатку команда просто перевірила вплив тригера, зв’язавши його з «репортерським геном», який кодував білок, який вони могли перевірити.
Потім дослідницька група замінила репортерний ген на ген, який кодує "сконструйований білок, що має клінічну ліцензію" для лікування діабету 2 типу, який є синтетичним людським глюкагоноподібним пептидом 1.
Одного разу спрацьовуючи, ланцюг змушував клітини виробляти глюкагоноподібний пептид 1. Оброблені миші демонстрували «суттєво покращений» контроль глюкози порівняно з необробленими контролями.
«Терапія, поєднана зі способом життя»
Команда припускає, що однією з переваг використання кофеїну як пускового механізму є те, що він "нетоксичний, недорогий і присутній лише в конкретних напоях".
Нове дослідження показує, що можна "тонко налаштувати" процедури, засновані на синтетичних генних ланцюгах, щоб реагувати на повсякденні напої, "такі як чай і кава, без додавання будь-яких додаткових хімічних речовин", зазначають автори.
Більше того, "інтегруючи терапію із способом життя", дослідники припускають, що такий підхід може стати способом змусити пацієнтів легше дотримуватися схем лікування, оскільки вони роблять висновок:
"Користуючись рутинними культурними звичками, терапія, що базується на таких системах, повинна безперешкодно інтегруватися у спосіб життя людей, а отже, може стати ключовою опорою, на якій може будуватися нове покоління персоналізованої медицини".
