Co Escherichia coli ma wspólnego z diabetykami?

Popyt i podaż
Populacja diabetyków wzrasta szybciej niż cała liczba ludzi na ziemi. Według globalnego raportu WHO z 2016 roku na przełomie lat 1980-2014 liczba osób z cukrzycą wzrosła prawie czterokrotnie (ze 108 mln do 422 mln osób). Głównymi źródłami insuliny do lat 80 ubiegłego wieku były trzustki świń i bydła pozyskiwane jako produkty uboczne przemysłu mięsnego, które stawały się niewystarczające i niepewne. Opracowanie alternatywy dla insuliny zwierzęcej było więc sprawą kluczową. Sukces osiągnięto dzięki postępom poczynionym w technologii rekombinacji DNA.

Inspiracja z natury
Każda żywa komórka potrafi na podstawie informacji genetycznej wyprodukować białka, które służą jej jako materiał budulcowy oraz aparat regulujący metabolizm.
Informacja genetyczna bakterii to genofor oraz plazmidy. Genofor to odpowiednik jądra komórkowego w komórkach eukariotycznych. Plazmidy to małe cząsteczki DNA fizycznie odseparowane od genoforu. Zawierają informacje o przynajmniej jednym genie, który warunkuje dodatkową cechę ułatwiającą przeżycie organizmowi w pewnych warunkach. Komórki bakterii mogą wymieniać się nimi między sobą, a powielanie ich liczby jest niezależne od powielania genoforu. W praktyce oznacza to, że w jednej komórce możemy mieć nawet tysiąc kopii jednego plazmidu.  W przeciwieństwie do genoforu nie są niezbędne komórce do jej prawidłowego funkcjonowania. Zainspirowani naukowcy poczynili dalsze badania i eksperymenty, co zaowocowało skonstruowaniem w warunkach laboratoryjnych sztucznych plazmidów oraz szczepów bakteryjnych.

Bio- fabryki mikro rozmiarów
Do sztucznego plazmidu wstawiono gen kodujący ludzką insulinę. Następnie taki plazmid wprowadzono do komórek E. coli. Bakterie trafiały do zbiorników fermentacyjnych, gdzie miały zapewnione warunki do namnażania i mogły produkować nie tylko własne białka, ale również insulinę. Po etapie oczyszczania z bakteryjnych białek insulina ta była identyczna do tej naturalnie produkowanej przez komórki trzustki. Oznaczało to, że mają taki sam skład aminokwasowy. Insulina wieprzowa różniła się od ludzkiej jednym aminokwasem, wołowa- trzema. Wysoki potencjał dzielenia się bakterii przekładał się na produkcję białka w ogromnych ilościach w krótkim czasie, czego nie można było osiągnąć metodą ekstrakcji hormonu z tkanek zwierzęcych. Projekt ten dopracowano i produkcja odbywa się na skalę przemysłową do dziś.

Źródła:

1. IOM (Institute of Medicine). 2014. Oversight and review of clinical gene transfer protocols: Assessing the role of the Recombinant DNA Advisory Committee. Washington, DC: The National Academies Press

2. Herbert W. Boyer and Stanley N. Cohen - historical biographies, Science History Institute

3. Global report on diabetes 2016 - WHO

4. Baeshen NA, Baeshen MN, Sheikh A, et al. Cell factories for insulin production. Microb Cell Fact. 2014;13:141. Published 2014 Oct 2. doi:10.1186/s12934-014-0141-0

5. IS Johnson, Human insulin from recombinant DNA technology, Science 11 Feb 1983: Vol. 219, Issue 4585, pp. 632-637 DOI: 10.1126/science.6337396

Słowa kluczowe: cukrzyca, insulina, Escherichia coli