במחקר שפורסם לאחרונה ב- יומן ביוטכנולוגיהצוות חוקרים מברזיל בנה וקטור lentivirus עם ביטוי ספציפי לבלוטות החלב ונושא את הגן לאינסולין אנושי.
הם גם העריכו האם הפרה הטרנסגניה שנוצרה באמצעות העברה גרעינית של תאים סומטיים של פיברובלסטים של בקר שעברו שינוי באמצעות וקטור lentivirus, הביאה פרואינסולין בחלב שלה.
לימוד: ייצור פרואינסולין אנושי בחלב של בקר מהונדס. קרדיט תמונה: Zacchio/Shutterstock.com
רקע כללי
סוכרת היא אחת המחלות המטבוליות הנפוצות ביותר בעולם, כאשר הערכות משנת 2021 מצביעות על כך שלמעלה מ-500 מיליון אנשים בעולם יש סוכרת מסוג 1 או מסוג 2, והמספרים צפויים לעלות משמעותית בשני העשורים הבאים.
סוכרת מסוג 1 נובעת ממחסור באינסולין, שהוא לרוב אוטואימוני באופיו ונגרם מהרס של תאי ה-β באיים של לנגרהנס בלבלב. סוכרת מסוג 2 נובעת מתנגודת לאינסולין והשפעתה לאחר מכן על הפרשת אינסולין על ידי תאי β של הלבלב.
אינסולין לטיפול בבני אדם הופק באמצעות מודלים של אורגניזמים כגון אי קולי, שמרים ועכברים מהונדסים. ייצור אינסולין ב אי – קולי כולל יצירה נפרדת של שרשראות פפטידים A ו-B ושילוב מחדש של השניים ליצירת אינסולין פעיל ביולוגית.
בשמרים ו אי – קוליאינסולין מיוצר גם בצורה של מיני פרואינסולין, בעוד שבעכברים ושמרים מהונדסים, הוא מיוצר כפרואינסולין.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים פיתחו פרה מהונדסת הנושאת גנים של אינסולין שהוכנסו באמצעות וקטורים לנטי-ויראליים עם ביטוי ספציפי לבלוטת החלב כדי לייצר פרואינסולין בחלב.
לאחר מכן הם השתמשו בספקטרומטריית המונים ובטכניקות סופג מערביות כדי להעריך את ייצור הפרה-אינסולין האנושי על ידי פרה מהונדסת זו.
בעלי חיים מהונדסים מספקים אפשרות קיימא לייצור בקנה מידה גדול של חלבונים רקומביננטיים, והשימוש במקדמים ספציפיים לבלוטות החלב יכול לעזור לתמרן את הביטוי של חלבונים רקומביננטיים אלה בחלב.
יתר על כן, מכיוון שלפרות יש תקופת הנקה ארוכה ומייצרות כמויות גדולות של חלב, שינוי טרנסגני של פרות לבטא חלבונים רקומביננטיים הוא יתרון.
תהליך העברת הגרעין הסומטי של תאים כרוך בהחדרת הגרעין משורות תאים שעברו שינויים ספציפיים לתוך עוברים כדי לייצר בעלי חיים מהונדסים, במיוחד בעלי חיים.
א בַּמַבחֵנָה תהליך ההקרנה מבטיח שרק התאים שהועברו בהצלחה על ידי הווקטור משמשים להעברת הגרעין.
כאן, החוקרים בנו וקטור לנטי-ויראלי עם ביטוי ספציפי לבלוטת החלב ונשאו את האזור המקודד לאינסולין אנושי יחד עם מקדם של הגן β-קזאין של בקר.
וקטור זה הועבר לתאי אפיתל חלב מונצחים ופיברובלסטים של בקר, ולאחר מכן בַּמַבחֵנָה הערכה של תאי אפיתל החלב המונצחים הבטיחה ביטוי גנים מוצלח מווקטור זה.
לאחר מכן הוכנסו הגרעינים מהפיברובלסטים של הבקר שהועברו לגרעין של עוברי פרה כדי לייצר פרה מהונדסת.
כדי להעריך את ביטוי הפרואינסולין בחלב המיוצר על ידי פרה מהונדסת זו, הוא הושרה הורמונלית ללקטט, והחלב שנאסף נותח באמצעות אנליזת סופג ווסטרן וספקטרומטריית מסה.
תוצאות
המחקר מצא שהחלב שיצרה הפרה המהונדסת הכיל יותר אינסולין אנושי מאשר פרואינסולין ונוכחות של אנזימי פרוטאז, שיכולים להמיר את הפרואינסולין לאינסולין.
יתרה מכך, בחלב נמצאו גם אנזימים מפרקי אינסולין אחרים שעלולים לפרק את החלבון הרקומביננטי.
ניתוח ה-Western blotting חשף שתי פסים, כאשר מסות מולקולריות של הפסים תואמות לאינסולין ולפרואינסולין.
הממצאים הצביעו על כך שהביטוי של החלבון הרקומביננטי היה נמוך מזה של חלבוני חלב אחרים. עם זאת, המחקר גם ביסס את היעילות של ספקטרומטריית מסה כשיטה לזיהוי ביטויים ברמה נמוכה של חלבון רקומביננטי בחלב.
החוקרים מצאו שפע של פפטידים אנזים מפרקי אינסולין בקר, שלדעתם יכול היה למלא תפקיד בריכוזים הנמוכים של פרואינסולין בחלב שמייצרת הפרה הטרנסגנית.
החוקרים מאמינים שבעוד שאנזימי הפרואינסולין בחלב יכולים להמיר את חלבון הפרואינסולין הרקומביננטי לאינסולין פונקציונלי, הם יכולים גם לפרק את חלבון הפרואינסולין.
מסקנות
בסך הכל, הממצאים העלו כי למרות שספקטרומטריית מסה ו-Western blotting אכן מצאו פרואינסולין ואינסולין בחלב שהופק מהפרה המהונדסת, הריכוז שלהם בחלב היה נמוך מזה של חלבוני חלב אחרים.
האמינו שנוכחותם של אנזימי פרואינסולין היא סיבה אפשרית לריכוזי הפרואינסולין הנמוכים שכן אנזימים אלו יכלו לפרק את חלבון הפרואינסולין הרקומביננטי או להפוך אותו לאינסולין.
עם זאת, ממצאים אלה מדגישים את השימוש הפוטנציאלי של פרות מהונדסות כדי להגביר את ייצור האינסולין האנושי לטיפול בדאגה הבריאותית העולמית הגוברת במהירות של סוכרת.
