Konseptin todisteeksi tiedemiestiimi, jota johti Martin Fussenegger Sveitsin Zürichin korkeakoulusta (ETH), kehitti järjestelmän tyypin 2 diabeteksen hoitamiseksi hiirillä juomalla runsaasti määriä kahvia. Itse asiassa kun eläimet juovat kahvia (tai mitä tahansa muuta kofeiinitonta juomaa, kuten teetä), keinotekoinen geneettinen järjestelmä kytkeytyy päälle hiiriin implantoiduissa soluissa vatsaontelossa. Tämä johtaa hormonin tuotantoon, joka lisää insuliinin tuotantoa ja alentaa siten verensokeritasoa.
Tutkijat huomauttavat, että keinotekoisten geenijärjestelmien kehittämiseen osallistuvat biologit ovat pitkään etsineet sellaisia induktoreita, jotka voisivat laukaista keinotekoisen genetiikan. Mutta induktorien aiemmissa versioissa oli ongelmia. Näihin kuuluvat antibiootit, jotka voivat stimuloida lääkkeiden vastustuskykyä bakteereissa, ja elintarvikelisäaineisiin, joilla voi olla sivuvaikutuksia. Kofeiini ei ole myrkyllistä, halpaa valmistaa, ja sitä löytyy vain tietyistä juomista, kuten kahvista ja teestä. Nämä juomat ovat erittäin suosittuja, ja yli kaksi miljardia kuppia kahvia juodaan joka päivä ympäri maailmaa.
Järjestelmän avainkomponentti on proteiini, joka voi reagoida kofeiinin läsnäoloon veressä. Tätä varten tutkijat käyttivät kamelin kehon tuottamaa vasta-ainetta, joka pystyy havaitsemaan kofeiinin. Kofeiinin läsnä ollessa tämä vasta-aine - aCaffVHH - sitoutuu kofeiiniin ja dimeroi sitten. Toisin sanoen, kaksi aCaffVHH: ta yhdistyvät, puristaen kofeiinimolekyylin yhteen. Tutkijat yhdistivät puolet proteiinista yhteen vasta-aineeseen ja toisen puolen toiseen vasta-aineeseen, jolloin vasta-aineet voivat muodostaa täydellisen toiminnallisen proteiinin dimeroituneen. Siksi tutkijat pystyivät aktivoimaan tämän proteiinin vain kofeiinin aiheuttamalla dimeroinnilla.
Kofeiinille herkein oli järjestelmä, joka käytti EpoR-säätäjää, joka aktivoituu, kun se dimeroituu ja indusoi STAT3-nimisen transkriptiotekijän. Kuten kaikki transkriptiotekijät, STAT3 toimii sitoutumalla spesifisiä DNA-bittejä geeniekspression säätelemiseksi.
Tutkijat rakensivat kantasoluihin STAT3: ta sitovan segmentin, joka ajaa geeniä, joka koodaa synteettistä ihmisen hormonia, nimeltään GLP-1 tai glukagonin kaltaista peptidi-1. Tämä hormoni saa kehon tuottamaan oman insuliinin, joka puolestaan alentaa verensokeria. Synteettistä GLP-1: tä pidetään potentiaalisena hoitona tyypin 2 diabetekseen, jossa verensokeri on korkea ja insuliinintuotanto riittämätön. Tämä tauti vaikuttaa yli 400 miljoonaan ihmiseen maailmanlaajuisesti.
Tutkijat pakastivat nämä GLP-1: tä tuottavat kantasolut läpäisevään kapseliin ja sijoittivat sitten kapselin tyypin 2 diabeteksen saaneiden hiirten ruumiinonteloon. Päivittäisten kahviannoksien jälkeen diabeettisilla hiirillä verensokeritasot olivat samanlaiset kuin terveillä hiirillä. Heillä oli myös paljon korkeampi veren insuliinitaso verrattuna diabeettisiin hiiriin, joilla ei ollut GLP-1: tä tuottavaa implanttia.
On tärkeää huomata, että päivittäinen kofeiinin saanti ei aiheuttanut hiirissä ongelmia, kuten kohonnut syke tai vaarallisesti matala verensokeri. Tutkijat huomauttivat myös, että kofeiinittomat juomat eivät aktivoineet järjestelmää.
Tutkijat ovat optimistisia ja jopa ehdottavat, että myöhemmällä hienosäädöllä he voivat luoda henkilökohtaisia järjestelmiä vastaamaan kunkin potilaan mieltymyksiä kofeiinin kulutukseen.
Mainosvideo:
Tutkimustulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
Sergin leija