АВТОР: Лорен Куинн

Newswise — УРБАНА, Иллинойс — Скромная коричневая корова с юга Бразилии вошла в историю как первая трансгенная корова, способная производить человеческий инсулин в своем молоке. Это достижение, возглавляемое исследователями из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн и Университета Сан-Паулу, может ознаменовать новую эру в производстве инсулина, однажды устранив дефицит лекарств и высокие затраты для людей, живущих с диабетом.

«Мать-природа создала молочную железу как фабрику по очень эффективному производству белка. Мы можем воспользоваться этой системой для производства белка, который может помочь сотням миллионов людей во всем мире», — сказал Мэтт Уилер, профессор кафедры зоотехники Колледжа сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук (ACES) при Университете США. Он также связан с Медицинским колледжем Карла Иллинойса, Инженерным колледжем Грейнджера, Колледжем ветеринарной медицины, Институтом Бекмана и Институтом геномной биологии Карла Р. Везе.

Уилер — ведущий автор нового Биотехнологический журнал исследование, описывающее разработку коровы, производящей инсулин, — достижение, подтверждающее концепцию, которое можно будет масштабировать после дополнительных испытаний и одобрения FDA.

Коллеги Уиллера из Бразилии вставили сегмент человеческой ДНК, кодирующий проинсулин — белок-предшественник активной формы инсулина — в ядра клеток 10 коровьих эмбрионов. Их имплантировали в матку нормальных коров в Бразилии, и родился один трансгенный теленок. Благодаря обновленным технологиям генной инженерии человеческая ДНК стала объектом экспрессии — процесса, при котором последовательности генов считываются и транслируются в белковые продукты — только в тканях молочной железы.

«Раньше мы просто вводили ДНК и надеялись, что она выражена там, где вы хотели», — сказал Уилер. «Сегодня мы можем быть гораздо более стратегическими и целенаправленными. Использование конструкции ДНК, специфичной для ткани молочной железы, означает, что человеческий инсулин не циркулирует в крови коровы или других тканях. Он также использует возможности молочной железы по выработке большого количества белка».

Когда корова достигла зрелости, команда безуспешно попыталась оплодотворить ее, используя стандартные методы искусственного осеменения. Вместо этого они стимулировали ее первую лактацию с помощью гормонов. В период лактации молоко давало, но в меньшем количестве, чем после успешной беременности. Тем не менее, в молоке были обнаружены человеческий проинсулин и, что удивительно, инсулин.

«Наша цель состояла в том, чтобы произвести проинсулин, очистить его до инсулина и двигаться дальше. Но корова, по сути, переработала это сама. Она превращает примерно три биологически активных инсулина в проинсулин», — сказал Уиллер. «Молочная железа – волшебная штука».

Инсулин и проинсулин, которые необходимо было экстрагировать и очистить для использования, содержались в молоке в концентрации несколько граммов на литр. Но поскольку лактация была вызвана гормонально, а объем молока был меньше, чем ожидалось, команда не может точно сказать, сколько инсулина будет вырабатываться при типичной лактации.

С консервативной точки зрения, Уиллер говорит, что если корова может производить 1 грамм инсулина на литр, а типичная голштинская порода производит от 40 до 50 литров инсулина в день, то это очень много инсулина. Тем более, что типичная единица инсулина равна 0,0347 миллиграмма.

«Это означает, что каждый грамм эквивалентен 28 818 единицам инсулина», — сказал Уиллер. «И это всего лишь один литр; Гольштины могут производить 50 литров в день. Ты можешь сделать математику.»

Команда планирует повторно клонировать корову и надеется, что они добьются большего успеха при беременности и полных циклах лактации в следующем поколении. В конце концов они надеются создать трансгенных быков для спаривания с самками и создания трансгенного потомства, которое можно будет использовать для создания специально созданного стада. Уилер говорит, что даже небольшое стадо может быстро превзойти существующие методы производства инсулина — трансгенные дрожжи и бактерии — и сделать это без необходимости создания высокотехнологичного оборудования или инфраструктуры.

«Что касается массового производства инсулина в молоке, вам потребуются специализированные предприятия с высоким статусом здоровья для крупного рогатого скота, но в этом нет ничего необычного для нашей устоявшейся молочной промышленности», — сказал Уилер. «Мы знаем, что делаем с коровами».

Прежде чем трансгенные коровы смогут поставлять инсулин для диабетиков во всем мире, потребуется эффективная система сбора и очистки продуктов инсулина, а также одобрение FDA. Но Уиллер уверен, что этот день наступит.

«Я мог бы представить себе будущее, в котором стадо в 100 голов, эквивалентное небольшой молочной ферме в Иллинойсе или Висконсине, сможет производить весь инсулин, необходимый стране», — сказал он. «А стадо побольше? За год вы могли бы обеспечить весь мир.

Исследование «Продуцирование человеческого проинсулина в молоке трансгенного крупного рогатого скота» опубликовано в журнале Биотехнологический журнал [DOI: 10.1002/biot.202300307]. Исследование было поддержано Национальным советом по научному и технологическому развитию, CNPq. [grant no. 245886/2012-5]; Университет Северной Параны, ЮНОПАР; и Многогосударственный исследовательский фонд Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США. [project no. W-4171].