בקר חום צנוע מדרום ברזיל עשה היסטוריה כפרה הטרנסגניה הראשונה שמסוגלת לייצר אינסולין אנושי בחלב שלה. ההתקדמות, בהובלת חוקרים מאוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין ומאוניברסיטת סאו פאולו, עשויה לבשר על עידן חדש בייצור אינסולין, ויום אחד יבטל מחסור בתרופות ועלויות גבוהות עבור אנשים החיים עם סוכרת.
אמא טבע עיצבה את בלוטת החלב כמפעל לייצור חלבון ממש ממש ביעילות. אנחנו יכולים לנצל את המערכת הזו כדי לייצר חלבון שיכול לעזור למאות מיליוני אנשים ברחבי העולם".
מאט וילר, פרופסור, המחלקה למדעי בעלי החיים, המכללה למדעי החקלאות, הצרכנות והסביבה (ACES) באוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין
הוא מזוהה גם עם המכללה לרפואה של קארל אילינוי, המכללה להנדסה של גריינג'ר, המכללה לרפואה וטרינרית, מכון בקמן ומכון קארל ר. ווס לביולוגיה גנומית.
וילר הוא הכותב הראשי של חדש יומן ביוטכנולוגיה מחקר המתאר את הפיתוח של הפרה המייצרת אינסולין, הישג של הוכחת מושג שניתן להגדיל אותו לאחר בדיקות נוספות ואישור ה-FDA.
עמיתיו של ווילר בברזיל הכניסו קטע של DNA אנושי המקודד לפרואינסולין -; מבשר החלבון של הצורה הפעילה של אינסולין -; לתוך גרעיני תאים של 10 עוברי פרה. אלה הושתלו ברחם של פרות רגילות בברזיל, ועגל מהונדס אחד נולד. הודות לטכנולוגיית הנדסה גנטית מעודכנת, ה-DNA האנושי היה ממוקד לביטוי -; התהליך שבו רצפי גנים נקראים ומתורגמים למוצרי חלבון -; ברקמת החלב בלבד.
"בימים עברו, היינו פשוט לטרוק DNA ומקווים שזה בא לידי ביטוי היכן שרצית שזה יבוא", אמר וילר. "אנחנו יכולים להיות הרבה יותר אסטרטגיים וממוקדים בימינו. שימוש במבנה DNA ספציפי לרקמת החלב אומר שאין אינסולין אנושי במחזור הדם של הפרה או רקמות אחרות. זה גם מנצל את היכולות של בלוטת החלב לייצור כמויות גדולות של חלבון. "
כשהפרה הגיעה לבגרות, הצוות ניסה ללא הצלחה להחדיר אותה באמצעות טכניקות הזרעה מלאכותיות סטנדרטיות. במקום זאת, הם עוררו את ההנקה הראשונה שלה באמצעות הורמונים. ההנקה הניבה חלב, אך כמות קטנה יותר מזו שתתרחש לאחר הריון מוצלח. ובכל זאת, פרואינסולין אנושי ובאופן מפתיע אינסולין היו ניתנים לזיהוי בחלב.
"המטרה שלנו הייתה לייצר פרואינסולין, לטהר אותו לאינסולין ולעבור משם. אבל הפרה בעצם עיבדה את זה בעצמה. היא מייצרת כשלושה עד אחד אינסולין פעיל ביולוגית לפרואינסולין", אמר וילר. "בלוטת החלב היא דבר קסום".
האינסולין והפרואינסולין, אשר יצטרכו להיות מיצוי וטיהור לשימוש, התבטאו בכמה גרמים לליטר בחלב. אבל מכיוון שההנקה נגרמה הורמונלית ונפח החלב היה קטן מהצפוי, הצוות לא יכול לומר בדיוק כמה אינסולין ייצרו בהנקה טיפוסית.
באופן שמרני, וילר אומר שאם פרה יכולה לייצר 1 גרם אינסולין לליטר והולשטיין טיפוסי מייצר 40 עד 50 ליטר ליום, זה הרבה אינסולין. במיוחד שהיחידה האופיינית לאינסולין שווה ל-0.0347 מיליגרם.
"זה אומר שכל גרם שווה ערך ל-28,818 יחידות אינסולין", אמר וילר. "וזה רק ליטר אחד; הולשטיין יכולים לייצר 50 ליטר ליום. אתה יכול לעשות את החשבון".
הצוות מתכנן לשכפל מחדש את הפרה, והוא אופטימי שהם ישיגו הצלחה גדולה יותר עם הריון ומחזורי הנקה מלאים בדור הבא. בסופו של דבר, הם מקווים ליצור שוורים מהונדסים כדי להזדווג עם הנקבות, וליצור צאצאים טרנסגניים שניתן להשתמש בהם כדי להקים עדר ייעודי. וילר אומר שאפילו עדר קטן יכול להתחרות במהירות על שיטות קיימות -; שמרים וחיידקים מהונדסים -; להפקת אינסולין, ויכול לעשות זאת מבלי ליצור מתקנים או תשתית טכנית ביותר.
"בקשר לייצור המוני של אינסולין בחלב, תזדקק למתקנים מיוחדים בעלי מצב בריאותי גבוה עבור הבקר, אבל זה לא משהו יוצא דופן עבור תעשיית החלב המבוססת שלנו", אמר וילר. "אנחנו יודעים מה אנחנו עושים עם פרות."
יהיה צורך במערכת יעילה לאיסוף וטיהור מוצרי אינסולין, כמו גם באישור ה-FDA, לפני שפרות מהונדסות יוכלו לספק אינסולין לחולי הסוכרת בעולם. אבל וילר בטוח שהיום מגיע.
"יכולתי לראות עתיד שבו עדר של 100 ראשים, שווה ערך למחלבה קטנה באילינוי או ויסקונסין, יוכל לייצר את כל האינסולין הדרוש למדינה", אמר. "ועדר גדול יותר? אתה יכול לעשות את כל האספקה של העולם בשנה.
המחקר, "ייצור פרואינסולין אנושי בחלב של בקר מהונדס", פורסם ב יומן ביוטכנולוגיה (DOI: 10.1002/biot.202300307). המחקר נתמך על ידי המועצה הלאומית לפיתוח מדעי וטכנולוגי, CNPq (מענק מס' 245886/2012-5); אוניברסיטת צפון פארנה, UNOPAR; וקרן המחקר הרב-מדינתית של המכון הלאומי למזון וחקלאות של USDA (פרויקט מס' W-4171).
