13 مارس 2024 - یک گاو قهوه‌ای بی ادعا از جنوب برزیل به عنوان اولین گاو تراریخته که قادر به تولید انسولین انسانی در شیر خود است، تاریخ ساز شد. این پیشرفت که توسط محققان دانشگاه ایلینویزUrbana-Champaign  و دانشگاه São Paulo هدایت گردید، می تواند نوید دهنده عصر جدیدی در تولید انسولین باشد و روزی کمبود دارو و هزینه های بالای دارو را برای افراد مبتلا به دیابت از بین ببرد.

پروفسور Matt Wheeler، از دپارتمان علوم حیوانات، بخشی از کالج علوم کشاورزی، مصرف کننده و محیط زیست (ACES) در دانشگاه ایلینویز، گفت: مادر طبیعت غده پستانی را به عنوان کارخانه ای طراحی کرده است تا پروتئین هایی واقعاً کارآمد بسازد. ما می توانیم از این سیستم برای تولید پروتئینی استفاده کنیم که می تواند به صدها میلیون نفر در سراسر جهان کمک کند.

پرفسور ویلر نویسنده اصلی این مقاله که در مجله بیوتکنولوژی منتشر شده است، نحوه ی توسعه ی این گاو تولید کننده ی انسولین را شرح داده است، یک دستاورد اثبات مفهومی که می تواند پس از آزمایش های اضافی و تایید FDA در مقیاس بالا مورد بهره برداری قرار گیرد.

همکاران پرفسور ویلر در برزیل بخشی از DNA انسانی که پروانسولین را کد می کند – پیش ساز شکل فعال پروتئین انسولین – وارد هسته سلولی 10 جنین گاو کردند. سپس این جنین ها در رحم گاوهای عادی در برزیل کاشته شدند و یک گوساله تراریخته متولد شد. به لطف فناوری به روز شده ی مهندسی ژنتیک،DNA  انسان فقط در بافت پستانی برای بیان هدف قرار گرفته شد- فرآیندی که طی آن توالی های ژن خوانده می شوند و به محصولات پروتئینی ترجمه می شوند.

پرفسور ویلر گفت: پیش از این، ما فقط از طریق یک برنامه یافتن و همترازی ژن به نام SLAM، ساختارهای کامل اگزون و اینترون ژن‌ها را در دو توالی مرتبط در دو گونه بدون توصیف ساختار و عملکرد اجزای یک ژنوم، شناسایی و جایگزین می کردیمو امیدوار بودیم در جایی که می‌خواهیم بیان شود. اما این روزها ما می‌توانیم بسیار استراتژیک‌تر و هدفمندتر عمل کنیم. استفاده از یک ساختارDNA  خاص در یک بافت خاص، در اینجا "بافت پستانی" به این معنی است که انسولین انسانی در خون گاو یا سایر بافت‌ها در گردش نیست. همچنین می توانیم از قابلیت‌های غده پستانی برای تولید مقادیر زیادی از پروتئین مورد نظر (اینجا انسولین انسانی) بهره ببریم.

هنگامی که گاو به بلوغ رسید، محققان با استفاده از تکنیک‌های استاندارد لقاح مصنوعی سعی در باردار کردن او داشتند، که ناموفق بود. در عوض، آنها اولین شیردهی او را با استفاده از هورمون تحریک کردند تا شیر تولید کند، اما مقدار تولید شیر او نسبت به بارداری موفق، کمتر بود. با این حال، پروانسولین انسانی و به طور شگفت انگیزی، انسولین در شیر این گاو قابل تشخیص بود.

پرفسور ویلر گفت: "هدف ما این بود که پروانسولین بسازیم، و آن را به انسولین خالص تبدیل کنیم، اما گاو اساساً خودش آن را پردازش کرد. او در حدود نسبت سه به یک انسولین فعال بیولوژیکی به پروانسولین ساخت. غده پستانی یک چیز جادویی است."

چند گرم در لیتر انسولین و پروانسولینی که برای استفاده باید استخراج و خالص شوند، در شیر گاو تولید شد. اما از آنجایی که شیردهی به صورت هورمونی القا شد، حجم شیر کمتر از حد انتظار بود، با این حال تیم تحقیقاتی نمی‌تواند دقیقاً بگوید چه مقدار انسولین در یک شیردهی معمولی ساخته می‌شود.

پرفسور ویلر گفت: اگر یک گاو بتواند 1 گرم انسولین در یک لیتر شیر تولید کند، یک گاو هلشتاین معمولی که 40 تا 50 لیتر در روز شیر تولید می کند، انسولین زیادی را می تواند تولید کند. به خصوص که یک واحد انسولین برابر با 0.0347 میلی گرم است.

او افزود: این بدان معناست که هر گرم معادل 28818 واحد انسولین است و این فقط در یک لیتر شیر موجود است؛ بنابراین گاو هلشتاین با تولید 50 لیتر شیر در روز، می تواند 1440900 واحد انسولین برای تخلیص به ما تحویل دهد.

این تیم قصد دارد گاو را دوباره شبیه سازی کند و خوشبین است که با بارداری و چرخه های کامل شیردهی در نسل بعدی به موفقیت بیشتری دست یابد. در نهایت، آنها امیدوارند که گاوهای نر تراریخته را برای جفت گیری با ماده ها ایجاد کنند و فرزندان تراریخته ای ایجاد کنند که می توانند برای ایجاد یک گله هدفمند استفاده شوند.

پرفسور ویلر گفت: حتی یک گله ی کوچک می‌تواند با روش‌های موجود - مخمرها و باکتری‌های تراریخته - برای تولید انسولین رقابت کند و می‌تواند این کار را بدون نیاز به ایجاد امکانات یا زیرساخت‌های فنی بسیار بالا انجام دهد.

پرفسور ویلر افزود: با توجه به تولید انبوه انسولین در شیر، شما به امکانات تخصصی و با وضعیت بهداشتی بالا برای گاو نیاز دارید، اما برای صنعت لبنی ما که به خوبی تثبیت شده است، چیزی غیرعادی نیست. ما می دانیم که با گاوها چه می کنیم.

قبل از اینکه گاوهای تراریخته بتوانند انسولین برای بیماران دیابتی جهان را تامین کنند، به یک سیستم کارآمد برای جمع‌آوری و خالص‌سازی محصولات انسولین و همچنین تأیید FDA نیاز است. اما پرفسور ویلر مطمئن است که آن روز فرا می رسد.

او گفت: "من می توانم آینده ای را ببینم که در آن یک گله 100 راسی، معادل یک شرکت کوچک تولید کننده ی لبنیات در ایلینوی یا ویسکانسین، بتواند تمام انسولین مورد نیاز کشور را تولید کند، و اکنون در نظر بگیرید که یک گله بزرگتر می تواند چه مقدار از انسولین مورد نیاز جهان را تولید کند."

منبع:

https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240313135347.htm