Dijabetes tipa 2: upotreba kave za 'kontrolu glukoze'
Jednoga dana, ljudi s dijabetesom tipa 2 mogli bi regulirati šećer u krvi pijući čaj ili kavu, zahvaljujući sintetskoj biologiji.
Znanstvenici iz švicarske ETH u Zürichu osmislili su i testirali sintetski genski krug koji reagira na koncentracije kofeina u pićima.
To postiže oslobađanjem spoja za kontrolu glukoze koji se koristi za liječenje dijabetesa tipa 2.
Istraživači su krug umetnuli u stanice i ugradili ih u dijabetičke miševe.
Pokazali su da konzumacija kave snižava razinu glukoze u krvi u skladu s različitim dozama kofeina.
Nakon što je kofein ušao u krvotok miševa, aktivirao je sintetski genski krug, zbog čega je oslobodio spoj kako bi smanjio razinu glukoze.
Istraživači izvještavaju o svojim nalazima u studijskom radu objavljenom nedavno u časopisu Prirodne komunikacije.
Teret dijabetesa raste širom svijeta
Dijabetes je rastući javnozdravstveni problem koji pogađa stotine milijuna ljudi širom svijeta.
Epidemija je prvenstveno posljedica porasta stope dijabetesa tipa 2, stanja koje se razvija kada stanice izgube sposobnost primjene inzulina za pretvaranje glukoze ili šećera u krvi u energiju.
U Sjedinjenim Državama dijagnosticirano je približno 23,1 milijuna slučajeva dijabetesa - velika većina ih je tipa 2. Procijenjeni godišnji trošak ovog tereta prelazi 245 milijardi dolara.
No, iako su tretmani posljednjih godina značajno napredovali i mogu značajno smanjiti rizik od komplikacija, dijabetes je i dalje sedmi uzrok smrti u SAD-u
Taj bi se teret mogao smanjiti ako više osoba postigne ciljeve liječenja koje preporučuju njihovi liječnici. Stručnjaci sugeriraju da su nam potrebni bolji „modeli skrbi“ za rješavanje problema.
Trenutno pacijenti moraju pratiti razinu glukoze u krvi nakon svakog obroka i odmah reagirati na svako povišenje propisanim liječenjem.
Sintetska biologija i genski krugovi
Istraživači opisuju sintetsku biologiju kao "spoj između inženjerstva i biologije" koji je posljednjih godina omogućio znanstvenicima da osmisle genske krugove za biomedicinsku uporabu.
Sintetski genski krugovi reprogramiraju stanice kako bi se na postojeći način koristili postojećim strojevima.
Jedan od primjera za to je razvoj "molekularnih prekidača" koji mogu čvrsto kontrolirati imunološke stanice nastojeći učiniti liječenje karcinoma sigurnijim i preciznijim.
Znanstvenici se suočavaju s brojnim izazovima prilikom dizajniranja sintetičkih genskih krugova. Među njima je odabir pravog okidača kako se krug ne bi aktivirao pogreškom i osiguravanje da odgovor bude ograničen na onaj koji je potreban i ne proizvodi nuspojave.
Proizvodnja peptida izazvana kofeinom
U radu znanstvenici opisuju kako su stvorili "potpuno sintetičke receptore koji osjećaju kofein" u razinama jednakim onima prisutnim u tipičnoj šalici kave.
Receptori su proteini koji sjede na površini stanica i reagiraju samo kad naiđu na određenu molekulu, poput jedinstvenog ključa umetnutog u bravu. Ovaj čin vezanja pokreće specifičnu reakciju unutar stanice.
Ovdje je okidač kofein, a reakcija je stvaranje "sintetskog humanog glukagona sličnog peptida 1", koji je spoj koji se koristi u liječenju dijabetesa tipa 2 za snižavanje razine glukoze u krvi.
Autori studije genetski sklop nazivaju "naprednim regulatorom stimuliranim kofeinom (C-STAR)". Testirali su C-STAR umetanjem u "dizajnerske stanice".
Istraživači su u laboratoriju testirali odgovor stanica C-STAR na različite izvore i doze kofeina, uključujući komercijalne marke pića. Također su ugradili stanice miševima koji su uzgajani da bi razvili dijabetes tipa 2.
‘Poboljšana kontrola glukoze’
I u staničnim testovima i u miševima kojima su ugrađeni C-STAR stanice, prisutnost kofeina pokrenula je reverzibilnu i o dozi ovisnu promjenu u ekspresiji gena.
Isprva je tim samo testirao učinak okidača povezujući ga s "reporter-genom" koji je kodirao protein koji bi mogli testirati.
Tada je istraživački tim zamijenio reporterski gen s genom koji kodira "konstruirani protein s kliničkom dozvolom" za liječenje dijabetesa tipa 2, a to je sintetički humani glukagon-sličan peptid 1.
Jednom pokrenut, krug je uzrokovao da stanice proizvode glukagonu sličan peptid 1. Tretirani miševi pokazali su "znatno poboljšanu" kontrolu glukoze u usporedbi s netretiranim kontrolama.
‘Terapija integrirana sa životnim stilom’
Tim sugerira da je jedna od prednosti upotrebe kofeina kao okidača u tome što je „netoksičan, jeftin i prisutan samo u određenim pićima“.
Nova studija pokazuje da je moguće tretmane na osnovi sintetičkih genskih krugova "fino podesiti" kako bi se reagiralo na svakodnevna pića "poput čaja i kave bez dodavanja dodatnih kemikalija", napominju autori.
Štoviše, "integriranjem terapije s načinom života", istraživači sugeriraju da bi pristup mogao biti način da se pacijenti lakše prilagode režimima liječenja, kako zaključuju:
"Koristeći rutinske kulturne navike, terapije temeljene na takvim sustavima trebale bi se neprimjetno integrirati u životni stil ljudi i stoga bi mogle biti ključni stup na kojem se može graditi nova generacija personalizirane medicine."
