Скоро люди с сахарным диабетом смогут управлять уровнем сахара в крови с помощью одной чашки чая или кофе. Всё благодаря синтетической биологии.

Исследовательская группа Федеральной высшей технической школы Цюриха создала и разработала искусственный ген, который взаимодействует с кофеином. При контакте с кофеином ген запускает выработку особого соединения – вещества, которое снижает уровень глюкозы при сахарном диабете 2 типа.

Сахарный диабет 2-го типа (инсулиннезависимый диабет) — метаболическое заболевание, характеризующееся хронической гипергликемией, развивающейся в результате нарушения взаимодействия инсулина с клетками тканей.
Сахарный диабет проявляется повышением уровня глюкозы в крови, понижением способности тканей захватывать и утилизировать глюкозу и повышением мобилизации альтернативных источников энергии — аминокислот и свободных жирных кислот.

Ученые ввели ген в живые клетки и пересадили их мыши с диабетом. Затем удалось подтвердить, что употребление кофеина снижает уровень глюкозы: чем больше кофеина поступало в организм животного, тем больше снижался уровень глюкозы.

Как только кофеин попадал в кровоток мыши, он активировал работу искусственного гена. Это приводило к выбросу в организм вещества, ответственного за снижение уровня глюкозы.

Отчет о результатах исследования был недавно опубликован в журнале Nature Communications.

coffee

Растущая угроза диабета
Сахарный диабет – бич современности и ежедневная проблема для сотен миллионов человек по всему миру.

Чаще всего встречается диабет 2 типа. Это болезнь, связанная с потерей клетками способности взаимодействовать с инсулином – веществом, которое перерабатывает глюкозу (или просто сахар в крови) в энергию.

Инсули́н (от лат. insula «остров») — гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен веществ практически во всех тканях. Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови. Считается самым изученным гормоном

Более 23.1 миллионов случаев диабета было диагностировано в одних только США – в большинстве своём речь идёт именно о диабете 2 типа. Ежегодно общие затраты больных на лекарства от диабета превышают 245 миллиардов долларов.

Даже несмотря на значительный прогресс медицины и возможность значительно снизить риск осложнений, диабет всё ещё остается 7-ой по значимости причиной смерти в США.

Проблему можно решить, если больше людей начнут в точности следовать советам врачей и достигать обозначенных результатов лечения. По мнению экспертов, этого можно достичь только с помощью более эффективных методов терапии, чем те, которые есть сейчас.

Ну а пока что каждый больной вынужден самостоятельно отслеживать уровень глюкозы после каждого приема пищи и своевременно реагировать на любые изменения в показателях приемом лекарства.

Синтетическая биология и гены
Синтетическую биологию часто описывают как «смесь технического проектирования и биологии». Последние наработки в этом направлении позволили ученым создавать искусственные гены для медико-биологических целей.

Искусственные гены перепрограммируют клетки. Как результат, те начинают использовать свои внутренние механизмы по-новому.

Одно из применений таких генов – создание «молекулярных переключателей». С их помощью можно контролировать иммунные клетки для более точечного и безопасного лечения рака.

При разработке таких генов ученые встречаются с массой сложностей. Среди них – необходимость выбрать такой механизм приведения в действие, чтобы ген нельзя было активировать случайно, а его реакция была ограниченной и не навредила человеку.

Кофеин и выработка пептидов
В отчете ученые рассказывают о «полностью искусственных рецепторах кофеина». Того самого вещества, которое в обилии содержится в обычной чашке кофе.

В роли рецепторов выступают специальные белки, расположенные на поверхности клеток. Они реагируют при контакте с молекулами кофеина – точно так же, как замок взаимодействует с подходящим ключом. Взаимодействие рецептора и молекулы запускает особый процесс внутри клетки.

В этот момент кофеин запускает в клетке выработку «синтетического человеческого глюкагоноподобного пептида 1» – соединения, которое используется для снижения уровня глюкозы при диабете 2 типа.

По словам авторов исследования, отвечающий за выработку вещества ген называется «кофеин-активизированный продвинутый регулятор» (или C-STAR в оригинале). C-STAR был протестирован путем введения в живые клетки. Затем ученые отследили уровень реакции клеток на разные источники и дозировки кофеина, получаемого из напитков и продуктов разных брендов. Также клетки были пересажены мыши с сахарным диабетом 2 типа.

Легкое управление уровнем глюкозы
И в случае имплантированных мышам клеток, и в случае клеток по отдельности, кофеин приводил к запуску реакции внутри них. Сила реакции зависела от дозы кофеина.

Сперва исследовательская группа проводила опыты с использованием тестового белка, поведение которого можно было проанализировать.

Затем тестовый вариант был заменен на «лицензированный и созданный в клинических условиях белок», он же синтетический человеческий глюкагоноподобный пептид 1 для лечения сахарного диабета второго типа.

После запуска, искусственный ген начинал выработку этого пептида в клетках. Как результат, уровень глюкозы в организме подопытных мышей «значительно улучшился» по сравнению с контрольными образцами, не проходившими лечение.

Терапия и привычка как одно целое
Согласно ученым, кофеин – один из наиболее удачных вариантов вещества, приводящего в действие механизм выработки пептида. Он нетоксичный, недорогой и присутствует только в определенных напитках.

Помимо прочего, в отчете отмечается, что лечение с применением синтетических генов, реагирующих на распространенные продукты без применения специальных химикатов, можно подстраивать под каждого пациента индивидуально.

Объединяя терапию с привычкой, исследователи указывают, что такой подход позволит пациентам более охотно следовать режиму лечения. В заключение они говорят:

«Делая упор на повседневные привычки, можно незаметно внедрить подобное лечение в образ жизни каждого человека. Это позволит положить начало новой эре персонализированной медицины».