Pro spolehlivý důkaz konceptu vyvinul tým vědců vedený Martinem Fusseneggerem ze švýcarské Vyšší technické školy v Curychu (ETH) systém pro léčbu diabetu 2. typu u myší pitím hojného množství kávy. Ve skutečnosti, když zvířata pijí kávu (nebo jakýkoli jiný kofeinovaný nápoj, například čaj), je v buňkách implantovaných myším do břišní dutiny zapnut umělý genetický systém. To vede k produkci hormonu, který zvyšuje produkci inzulínu, čímž se snižuje hladina cukru v krvi.
Vědci poznamenávají, že biologové podílející se na vývoji umělých genetických systémů dlouho hledali takové induktory, které by mohly spustit umělou genetiku. Předchozí verze induktorů však měla problémy. Patří sem antibiotika, která mohou stimulovat rezistenci vůči lékům u bakterií, a na potravinářské přídatné látky, které mohou mít vedlejší účinky. Kofein je netoxický, levný na výrobu a nachází se pouze u některých nápojů, jako je káva a čaj. Tyto nápoje jsou velmi oblíbené a denně se po celém světě pije více než dvě miliardy šálků kávy.
Klíčovou součástí systému je protein, který dokáže reagovat na přítomnost kofeinu v krevním řečišti. K tomu vědci použili protilátky produkované tělem velblouda, které mohou detekovat kofein. V přítomnosti kofeinu se tato protilátka - aCaffVHH - váže na kofein a poté dimerizuje. Jinými slovy, dva aCaffVHH se spojí a sevřou molekulu kofeinu dohromady. Vědci kombinovali polovinu proteinu s jednou protilátkou a druhou polovinu s druhou protilátkou, pak protilátky mohou tvořit kompletní funkční protein, když dimerizují. Vědci tak mohli tento protein aktivovat pouze dimerizací indukovanou kofeinem.
Nejcitlivější na kofein byl systém, který používal regulátor EpoR, který se aktivuje, když dimerizuje a indukuje transkripční faktor nazývaný STAT3. Stejně jako všechny transkripční faktory funguje STAT3 vazbou specifických bitů DNA k regulaci genové exprese.
Vědci vytvořili STAT3-vázající segment v kmenových buňkách, který řídí gen, který kóduje syntetický lidský hormon zvaný GLP-1 nebo glukagonu podobný peptid-1. Tento hormon způsobuje, že tělo produkuje vlastní inzulín, což zase snižuje hladinu cukru v krvi. Syntetický GLP-1 je považován za potenciální léčbu diabetu 2. typu, při kterém je vysoká hladina cukru v krvi a nedostatečná produkce inzulínu. Toto onemocnění postihuje více než 400 milionů lidí na celém světě.
Vědci zabalili tyto kmenové buňky produkující GLP-1 do propustné tobolky a poté umístili tobolku do tělní dutiny myší s diabetem typu 2. Po denních dávkách kávy u diabetických myší byly hladiny cukru v krvi podobné hladinám zdravých myší. Měli také mnohem vyšší hladiny inzulínu v krvi ve srovnání s diabetickými myšmi bez implantátu produkujícího GLP-1.
Je důležité si uvědomit, že denní příjem kofeinu u myší nezpůsobil problémy, jako je zvýšená srdeční frekvence nebo nebezpečně nízká hladina cukru v krvi. Vědci také poznamenali, že bezkofeinové nápoje neaktivovali systém.
Vědci jsou optimističtí a dokonce naznačují, že s následným doladěním mohou vytvořit personalizované systémy, aby vyhovovaly preferencím každého pacienta na spotřebu kofeinu.
Propagační video:
Výsledky výzkumu byly publikovány v Nature Communications.
Serg draka