Диабет 2 типа: употребление кофе для контроля уровня глюкозы
Когда-нибудь люди с диабетом 2 типа смогут регулировать уровень сахара в крови с помощью чая или кофе благодаря синтетической биологии.
Ученые из ETH Zurich в Швейцарии разработали и протестировали цепь синтетических генов, которая реагирует на концентрацию кофеина в напитках.
Это достигается за счет высвобождения контрольного соединения глюкозы, используемого для лечения диабета 2 типа.
Исследователи вставили схему в клетки и имплантировали их мышам, страдающим диабетом.
Они показали, что потребление кофе снижает уровень глюкозы в крови в соответствии с различными дозами кофеина.
Как только кофеин попал в кровоток мышей, он активировал цепь синтетического гена, заставив его высвободить соединение, чтобы снизить уровень глюкозы.
Исследователи сообщают о своих выводах в исследовательской статье, недавно опубликованной в журнале. Nature Communications.
Бремя диабета растет во всем мире
Диабет - растущая проблема общественного здравоохранения, от которой страдают сотни миллионов людей во всем мире.
Эпидемия в первую очередь связана с ростом заболеваемости диабетом 2 типа - состоянием, которое развивается, когда клетки теряют способность использовать инсулин для преобразования глюкозы или сахара в крови в энергию.
В Соединенных Штатах было диагностировано около 23,1 миллиона случаев диабета, подавляющее большинство из которых - 2 типа. Предполагаемая годовая стоимость этого бремени превышает 245 миллиардов долларов.
Но даже несмотря на то, что методы лечения значительно продвинулись за последние годы и могут значительно снизить риск осложнений, диабет по-прежнему является седьмой ведущей причиной смерти в США.
Это бремя можно было бы уменьшить, если бы большее количество людей достигло целей лечения, рекомендованных их врачами. Эксперты предполагают, что для решения этой проблемы нам нужны более совершенные «модели оказания помощи».
В настоящее время пациенты должны контролировать уровень глюкозы в крови после каждого приема пищи и незамедлительно реагировать на любое повышение с помощью назначенного лечения.
Синтетическая биология и генные схемы
Исследователи описывают синтетическую биологию как «сплав инженерии и биологии», который в последние годы позволил ученым разрабатывать генные цепи для биомедицинского использования.
Цепи синтетических генов перепрограммируют клетки, чтобы использовать их существующие механизмы определенным образом.
Одним из примеров этого является разработка «молекулярных переключателей», которые могут жестко контролировать иммунные клетки, чтобы сделать лечение рака более безопасным и точным.
При разработке синтетических генных цепей ученые сталкиваются с рядом проблем. Среди них - выбор правильного триггера, чтобы цепь не сработала по ошибке, и обеспечение того, чтобы реакция была ограничена требуемой и не вызывала побочных эффектов.
Производство пептидов, вызванное кофеином
В статье ученые описывают, как они создали «полностью синтетические рецепторы, воспринимающие кофеин» на уровнях, эквивалентных тем, которые присутствуют в типичной чашке кофе.
Рецепторы - это белки, которые находятся на поверхности клеток и реагируют только тогда, когда сталкиваются с определенной молекулой, например с уникальным ключом, вставленным в замок. Этот акт связывания вызывает особую реакцию внутри клетки.
Здесь триггером является кофеин, а реакцией является производство «синтетического человеческого глюкагоноподобного пептида 1», который представляет собой соединение, используемое при лечении диабета 2 типа для снижения уровня глюкозы в крови.
Авторы исследования называют генетический контур «стимулируемым кофеином усовершенствованным регулятором (C-STAR)». Они протестировали C-STAR, вставив его в «дизайнерские ячейки».
Исследователи проверили реакцию клеток C-STAR на различные источники и дозы кофеина в лаборатории, включая коммерческие марки напитков. Они также имплантировали клетки мышам, у которых развился диабет 2 типа.
«Улучшенный контроль глюкозы»
Как в клеточных тестах, так и в мышах, которым имплантировали клетки C-STAR, присутствие кофеина вызывало обратимое и дозозависимое изменение экспрессии генов.
Сначала команда просто проверила действие триггера, связав его с «репортерным геном», кодирующим белок, который они могли проверить.
Затем исследовательская группа заменила репортерный ген геном, который кодирует «инженерный белок, клинически лицензированный» для лечения диабета 2 типа, который представляет собой синтетический человеческий глюкагоноподобный пептид 1.
После срабатывания схема заставляла клетки продуцировать глюкагоноподобный пептид 1. У обработанных мышей наблюдался «существенно улучшенный» контроль глюкозы по сравнению с необработанными контролями.
«Терапия, интегрированная с образом жизни»
Команда предполагает, что одним из преимуществ использования кофеина в качестве триггера является то, что он «нетоксичен, недорог и присутствует только в определенных напитках».
Новое исследование показывает, что можно «настроить» лечение на основе синтетических генных цепей, чтобы оно реагировало на повседневные напитки, «такие как чай и кофе, без добавления каких-либо дополнительных химикатов», - отмечают авторы.
Более того, «интегрируя терапию с образом жизни», исследователи предполагают, что этот подход может стать способом заставить пациентов более охотно соблюдать режимы лечения, как они заключают:
«Основываясь на рутинных культурных привычках, методы лечения, основанные на таких системах, должны легко интегрироваться в образ жизни людей и, следовательно, могут стать ключевой опорой, на которой может строиться новое поколение персонализированной медицины».
