Lai pārliecinātos par koncepcijas pamatotu pierādījumu, zinātnieku komanda, kuru vadīja Martins Fusenēgers no Šveices augstākās tehniskās skolas Cīrihē (ETH), izstrādāja sistēmu 2. tipa diabēta ārstēšanai pelēm, dzerot lielu daudzumu kafijas. Faktiski, dzīvniekiem dzerot kafiju (vai jebkuru citu dzērienu ar kofeīnu, piemēram, tēju), šūnās, kas implantētas pelēm vēderā, tiek ieslēgta mākslīga ģenētiskā sistēma. Tas noved pie hormona ražošanas, kas palielina insulīna ražošanu, tādējādi pazeminot cukura līmeni asinīs.
Zinātnieki atzīmē, ka mākslīgās ģenētiskās sistēmas attīstībā iesaistītie biologi jau sen ir meklējuši induktorus, kas varētu izraisīt mākslīgo ģenētiku. Bet iepriekšējām induktoru versijām bija problēmas. Tajos ietilpst antibiotikas, kas baktērijās var izraisīt zāļu rezistenci, un pārtikas piedevas, kurām var būt blakusparādības. Kofeīns nav toksisks, to ir lēti ražot, un to var atrast tikai noteiktos dzērienos, piemēram, kafijā un tējā. Šie dzērieni ir ļoti populāri, un katru dienu visā pasaulē izdzer vairāk nekā divus miljardus kafijas tasīšu.
Sistēmas galvenā sastāvdaļa ir proteīns, kas var reaģēt uz kofeīna klātbūtni asinsritē. Lai to izdarītu, pētnieki izmantoja kamieļa ķermeņa ražotās antivielas, kas var noteikt kofeīnu. Kofeīna klātbūtnē šī antiviela - aCaffVHH - saistās ar kofeīnu un pēc tam dimerējas. Citiem vārdiem sakot, divi aCaffVHH savienojas kopā, saspiežot kofeīna molekulu. Pētnieki apvienoja pusi no olbaltumvielām ar vienu antivielu, bet otru pusi ar otru antivielu, pēc tam antivielas var veidot pilnīgu funkcionālu olbaltumvielu, kad tās dimmerizējas. Tādējādi zinātnieki šo olbaltumvielu varēja aktivizēt tikai ar kofeīna izraisītu dimerizāciju.
Visjutīgākā pret kofeīnu bija sistēma, kas izmantoja EpoR regulatoru, kas aktivizējas, kad tas dimmerizējas un inducē transkripcijas koeficientu, ko sauc par STAT3. Tāpat kā visi transkripcijas faktori, STAT3 darbojas, piesaistot specifiskus DNS bitus, lai kontrolētu gēna ekspresiju.
Zinātnieki cilmes šūnās konstruēja STAT3 saistošu segmentu, kas virza gēnu, kas kodē cilvēka sintētisko hormonu, ko sauc par GLP-1, vai glikagonam līdzīgo peptīdu-1. Šis hormons liek organismam ražot pats insulīnu, kas savukārt pazemina cukura līmeni asinīs. Sintētisko GLP-1 uzskata par iespējamu 2. tipa diabēta ārstēšanu, kurā ir augsts cukura līmenis asinīs un nepietiekama insulīna ražošana. Šī slimība skar vairāk nekā 400 miljonus cilvēku visā pasaulē.
Pētnieki iesaiņoja šīs GLP-1 ražojošās cilmes šūnas caurlaidīgā kapsulā un pēc tam ievietoja kapsulu pelēm ar 2. tipa cukura diabētu ķermeņa dobumā. Pēc ikdienas kafijas devām diabēta pelēm cukura līmenis asinīs bija līdzīgs veselīgu pelēm. Viņiem bija arī daudz augstāks insulīna līmenis asinīs, salīdzinot ar pelēm, kas slimo ar diabētu, bez GLP-1 ražojoša implanta.
Ir svarīgi atzīmēt, ka kofeīna ikdienas lietošana pelēm neradīja problēmas, piemēram, paaugstinātu sirdsdarbības ātrumu vai bīstami zemu cukura līmeni asinīs. Pētnieki arī atzīmēja, ka dzērieni bez kofeīna sistēmu neaktivizē.
Zinātnieki ir optimistiski noskaņoti un pat liek domāt, ka ar sekojošu precizēšanu viņi var izveidot personalizētas sistēmas, kas katra pacienta vēlmēm atbilstu kofeīna patēriņam.
Reklāmas video:
Pētījuma rezultāti tika publicēti žurnālā Nature Communications.
Serģa pūķis