Na dôkladný dôkaz koncepcie vyvinul tím vedcov vedený Martinom Fusseneggerom zo švajčiarskej Vyššej technickej školy v Zürichu (ETH) systém na liečbu cukrovky 2. typu u myší pitím veľkého množstva kávy. V skutočnosti, keď zvieratá pijú kávu (alebo akýkoľvek iný kofeínový nápoj, napríklad čaj), v bunkách implantovaných myšiam do brušnej dutiny sa zapne umelý genetický systém. To vedie k produkcii hormónu, ktorý zvyšuje produkciu inzulínu, a tým k zníženiu hladiny cukru v krvi.
Vedci poznamenávajú, že biológovia zapojení do vývoja umelých genetických systémov už dlho hľadajú také induktory, ktoré by mohli spustiť umelú genetiku. Ale predchádzajúce verzie induktorov mali problémy. Patria sem antibiotiká, ktoré môžu stimulovať rezistenciu voči liekom v baktériách, a na potravinové prísady, ktoré môžu mať vedľajšie účinky. Kofeín je netoxický, lacný na výrobu a vyskytuje sa iba v niektorých nápojoch, ako je káva a čaj. Tieto nápoje sú veľmi obľúbené a každý deň sa po celom svete pije viac ako dve miliardy šálok kávy.
Kľúčovou súčasťou systému je proteín, ktorý dokáže reagovať na prítomnosť kofeínu v krvi. Vedci na tento účel použili protilátky produkované telom ťavia, ktoré dokážu zistiť kofeín. V prítomnosti kofeínu sa táto protilátka - aCaffVHH - viaže na kofeín a potom dimerizuje. Inými slovami, dve aCaffVHH sa spoja a zovrú molekulu kofeínu dohromady. Vedci kombinovali polovicu proteínu s jednou protilátkou a druhú polovicu s druhou protilátkou, potom protilátky môžu tvoriť kompletný funkčný proteín, keď dimerizujú. Vedci tak mohli tento proteín aktivovať iba dimerizáciou indukovanou kofeínom.
Najcitlivejším na kofeín bol systém, ktorý používal regulátor EpoR, ktorý sa stáva aktívnym, keď dimerizuje a indukuje transkripčný faktor nazývaný STAT3. Ako všetky transkripčné faktory, STAT3 funguje tak, že viaže špecifické kúsky DNA na kontrolu génovej expresie.
Vedci skonštruovali STAT3-viažuci segment v kmeňových bunkách, ktorý riadi gén kódujúci syntetický ľudský hormón nazývaný GLP-1 alebo glukagónu podobný peptid-1. Tento hormón spôsobuje, že telo produkuje vlastný inzulín, ktorý zase znižuje hladinu cukru v krvi. Syntetický GLP-1 sa považuje za potenciálnu liečbu cukrovky 2. typu, pri ktorej je vysoká hladina cukru v krvi a nedostatočná tvorba inzulínu. Toto ochorenie postihuje viac ako 400 miliónov ľudí na celom svete.
Vedci zabalili tieto kmeňové bunky produkujúce GLP-1 do priepustnej kapsuly a potom umiestnili kapsulu do telovej dutiny myší s diabetom typu 2. Po denných dávkach kávy u diabetických myší boli hladiny cukru v krvi podobné hladinám zdravých myší. Mali tiež oveľa vyššie hladiny inzulínu v krvi v porovnaní s diabetickými myšami bez implantátu produkujúceho GLP-1.
Je dôležité poznamenať, že denný príjem kofeínu nespôsoboval u myší problémy, ako je napríklad zvýšená srdcová frekvencia alebo nebezpečne nízka hladina cukru v krvi. Vedci tiež poznamenali, že bezkofeínové nápoje neaktivovali systém.
Vedci sú optimistickí a dokonca naznačujú, že s následným doladením môžu vytvoriť personalizované systémy, ktoré zodpovedajú preferenciám každého pacienta, pokiaľ ide o spotrebu kofeínu.
Propagačné video:
Výsledky výskumu boli uverejnené v publikácii Nature Communications.
Serg kite