För ett tydligt bevis på konceptet utvecklade ett team av forskare under ledning av Martin Fussenegger från Swiss Higher Technical School of Zurich (ETH) ett system för behandling av typ 2-diabetes hos möss genom att dricka stora mängder kaffe. I själva verket, när djur dricker kaffe (eller någon annan koffeinhaltig dryck, t.ex. te), slås ett konstgjordt genetiskt system på i celler implanterade i möss i bukhålan. Detta resulterar i produktionen av ett hormon som ökar insulinproduktionen och därmed sänker blodsockernivån.
Forskare konstaterar att biologer som är involverade i utvecklingen av konstgjorda genetiska system länge har letat efter sådana induktorer som kan utlösa konstgjord genetik. Men de tidigare versionerna av induktorerna hade problem. Dessa inkluderar antibiotika, som kan stimulera läkemedelsresistens i bakterier, och till livsmedelstillsatser som kan ha biverkningar. Koffein är giftfritt, billigt att tillverka och finns bara i vissa drycker som kaffe och te. Dessa drycker är mycket populära och mer än två miljarder koppar kaffe dricker varje dag runt om i världen.
En viktig komponent i systemet är det protein som kan svara på närvaron av koffein i blodomloppet. För att göra detta använde forskarna antikroppar producerade av kamelens kropp som kan upptäcka koffein. I närvaro av koffein binder denna antikropp - aCaffVHH - till koffein och dimeriseras sedan. Med andra ord, två aCaffVHH: er sammanfogar varandra och knyter koffeinmolekylen ihop. Forskarna kombinerade hälften av proteinet med en antikropp, och den andra hälften med en andra antikropp, sedan kan antikropparna bilda ett komplett funktionellt protein när de dimeriseras. Således kunde forskare bara aktivera detta protein med koffeininducerad dimerisering.
Det mest känsliga för koffein var systemet som använde EpoR-regulatorn, som blir aktivt när den dimeriserar och inducerar en transkriptionsfaktor som heter STAT3. Liksom alla transkriptionsfaktorer fungerar STAT3 genom att binda specifika bitar av DNA för att kontrollera genuttryck.
Forskare konstruerade ett STAT3-bindande segment i stamceller som driver en gen som kodar för ett syntetiskt humant hormon som kallas GLP-1, eller glukagonliknande peptid-1. Detta hormon får kroppen att producera sitt eget insulin, vilket i sin tur sänker blodsockret. Syntetisk GLP-1 anses vara en potentiell behandling för typ 2-diabetes, där det finns högt blodsocker och otillräcklig insulinproduktion. Denna sjukdom drabbar mer än 400 miljoner människor över hela världen.
Forskarna packade dessa GLP-1-producerande stamceller i en permeabel kapsel och placerade sedan kapseln i kroppshåligheten hos möss med typ 2-diabetes. Efter dagliga doser kaffe hos diabetiska möss var blodsockernivåerna liknande de hos friska möss. De hade också mycket högre blodinsulinnivåer jämfört med diabetiska möss utan ett GLP-1-producerande implantat.
Det är viktigt att notera att dagligt koffeinintag inte orsakade problem hos mössen, t.ex. en ökad hjärtfrekvens eller farligt lågt blodsocker. Forskarna noterade också att koffeinhaltiga drycker inte aktiverade systemet.
Forskare är optimistiska och till och med föreslår att de med efterföljande finjustering kan skapa personliga system som matchar varje patients preferenser för koffeinförbrukning.
Kampanjvideo:
Forskningsresultaten publicerades i Nature Communications.
Serg drake