Aby uzyskać solidny dowód słuszności koncepcji, zespół naukowców pod kierownictwem Martina Fusseneggera ze Szwajcarskiej Wyższej Szkoły Technicznej w Zurychu (ETH) opracował system leczenia cukrzycy typu 2 u myszy poprzez picie dużej ilości kawy. W rzeczywistości, kiedy zwierzęta piją kawę (lub jakikolwiek inny napój zawierający kofeinę, taki jak herbata), w komórkach wszczepionych myszom do jamy brzusznej włącza się sztuczny system genetyczny. Prowadzi to do produkcji hormonu, który zwiększa produkcję insuliny, obniżając w ten sposób poziom cukru we krwi.
Naukowcy zauważają, że biolodzy zaangażowani w rozwój sztucznych systemów genetycznych od dawna szukają takich induktorów, które mogłyby wywołać sztuczną genetykę. Ale poprzednie wersje cewek miały problemy. Należą do nich antybiotyki, które mogą stymulować lekooporność bakterii, oraz dodatki do żywności, które mogą powodować skutki uboczne. Kofeina jest nietoksyczna, tania w produkcji i występuje tylko w niektórych napojach, takich jak kawa i herbata. Napoje te są bardzo popularne i każdego dnia na całym świecie pije się ponad dwa miliardy filiżanek kawy.
Kluczowym składnikiem systemu jest białko, które może reagować na obecność kofeiny we krwi. Aby to zrobić, naukowcy wykorzystali przeciwciała wytwarzane przez organizm wielbłąda, które mogą wykrywać kofeinę. W obecności kofeiny to przeciwciało - aCaffVHH - wiąże się z kofeiną, a następnie dimeryzuje. Innymi słowy, dwa aCaffVHH łączą się ze sobą, ściskając razem cząsteczkę kofeiny. Naukowcy połączyli połowę białka z jednym przeciwciałem, a drugą połowę z drugim przeciwciałem, a następnie przeciwciała mogą tworzyć kompletne funkcjonalne białko, gdy ulegną dimeryzacji. Zatem naukowcy mogli aktywować to białko jedynie poprzez dimeryzację wywołaną kofeiną.
Najbardziej wrażliwy na kofeinę był system wykorzystujący regulator EpoR, który uaktywnia się, gdy dimeryzuje i indukuje czynnik transkrypcyjny zwany STAT3. Podobnie jak wszystkie czynniki transkrypcyjne, STAT3 działa poprzez wiązanie określonych bitów DNA w celu kontrolowania ekspresji genów.
Naukowcy skonstruowali segment wiążący STAT3 w komórkach macierzystych, który kieruje genem kodującym syntetyczny ludzki hormon zwany GLP-1 lub peptydem glukagonopodobnym-1. Hormon ten powoduje, że organizm wytwarza własną insulinę, co z kolei obniża poziom cukru we krwi. Syntetyczny GLP-1 uważany jest za potencjalne leczenie cukrzycy typu 2, w której występuje wysoki poziom cukru we krwi i niewystarczająca produkcja insuliny. Choroba ta dotyka ponad 400 milionów ludzi na całym świecie.
Naukowcy umieścili komórki macierzyste wytwarzające GLP-1 w przepuszczalnej kapsułce, a następnie umieścili kapsułkę w jamie ciała myszy z cukrzycą typu 2. Po codziennych dawkach kawy myszom z cukrzycą poziom cukru we krwi był podobny do tego u zdrowych myszy. Mieli również znacznie wyższy poziom insuliny we krwi w porównaniu z myszami z cukrzycą bez implantu wytwarzającego GLP-1.
Należy pamiętać, że codzienne spożycie kofeiny nie powodowało u myszy problemów, takich jak przyspieszenie akcji serca czy niebezpiecznie niski poziom cukru we krwi. Naukowcy zauważyli również, że napoje bezkofeinowe nie aktywowały systemu.
Naukowcy są optymistami, a nawet sugerują, że po późniejszym dopracowaniu mogą stworzyć spersonalizowane systemy, aby dopasować je do preferencji każdego pacjenta w zakresie spożycia kofeiny.
Film promocyjny:
Wyniki badań zostały opublikowane w Nature Communications.
Latawiec Serg