有一天，由于合成生物學(xué)，2型糖尿病患者可以通過(guò)喝茶或咖啡來(lái)調(diào)節(jié)血糖。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)并測(cè)試了一種合成基因電路，該電路能對(duì)飲料中咖啡因的濃度做出反應(yīng)。

它通過(guò)釋放一種用于治療2型糖尿病的葡萄糖控制化合物來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。

研究人員將該電路植入細(xì)胞，并將其植入糖尿病小鼠體內(nèi)。

他們發(fā)現(xiàn)，飲用咖啡可以降低血糖水平，這與飲用不同劑量的咖啡因是一致的。

一旦咖啡因進(jìn)入老鼠的血液，它就會(huì)激活合成基因回路，使其釋放化合物降低葡萄糖水平。

研究人員在最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇研究論文中報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)。

 

全世界的糖尿病負(fù)擔(dān)正在增加

糖尿病是一個(gè)日益嚴(yán)重的公共健康問(wèn)題，影響著全世界數(shù)億人。

這種疾病的流行主要是由于2型糖尿病發(fā)病率的上升，當(dāng)細(xì)胞失去利用胰島素將葡萄糖或血糖轉(zhuǎn)化為能量的能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。

但是，盡管近年來(lái)治療手段有了顯著進(jìn)步，可以顯著降低并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，糖尿病仍是第七大死亡原因

如果更多的個(gè)人達(dá)到醫(yī)生推薦的治療目標(biāo)，這個(gè)負(fù)擔(dān)就會(huì)減少。專家建議我們需要更好的“護(hù)理模式”來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

目前，患者必須在每頓飯后監(jiān)測(cè)血糖水平，并及時(shí)對(duì)任何增加的情況作出反應(yīng)。

 

合成生物學(xué)和基因電路

研究人員將合成生物學(xué)描述為“工程與生物學(xué)的融合”，近年來(lái)，這使得科學(xué)家能夠設(shè)計(jì)出用于生物醫(yī)學(xué)的基因電路。

合成基因電路對(duì)細(xì)胞重新編程，以一種特定的方式使用它們現(xiàn)有的機(jī)制。

這方面的一個(gè)例子是“分子開(kāi)關(guān)”的發(fā)展，它可以嚴(yán)密控制免疫細(xì)胞，以使癌癥治療更安全、更精確。

科學(xué)家在設(shè)計(jì)合成基因電路時(shí)面臨許多挑戰(zhàn)。其中之一是選擇正確的觸發(fā)器，這樣電路就不會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤而被激活，并確保響應(yīng)僅限于需要的，不會(huì)產(chǎn)生副作用。

 

Caffeine-triggered肽生產(chǎn)

在這篇論文中，科學(xué)家們描述了他們?nèi)绾蝿?chuàng)造出“能感知咖啡因的完全合成受體”，其水平相當(dāng)于一杯典型咖啡中的咖啡因含量。

受體是位于細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)，只有當(dāng)它們遇到特定的分子時(shí)才會(huì)做出反應(yīng)，就像插入鎖中的唯一鑰匙。這種結(jié)合行為觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的特定反應(yīng)。

這里的觸發(fā)因素是咖啡因，反應(yīng)是“合成人類葡萄糖樣肽1”的產(chǎn)生，這是一種用于治療2型糖尿病的化合物，可以降低血糖水平。

這項(xiàng)研究的作者稱基因電路為“受咖啡因刺激的高級(jí)調(diào)節(jié)器(C-STAR)”。他們將C-STAR插入到“設(shè)計(jì)單元”中。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試了C-STAR細(xì)胞對(duì)各種來(lái)源和劑量的咖啡因的反應(yīng)，包括商業(yè)品牌的飲料。他們還將這些細(xì)胞植入培育成2型糖尿病的小鼠體內(nèi)。

 

改善血糖控制

在細(xì)胞測(cè)試和植入C-STAR細(xì)胞的小鼠中，咖啡因的存在觸發(fā)了基因表達(dá)的可逆和劑量依賴性變化。

起初，研究小組只是通過(guò)將觸發(fā)基因與一種可以檢測(cè)到的蛋白質(zhì)編碼的“報(bào)告基因”聯(lián)系起來(lái)，來(lái)測(cè)試觸發(fā)基因的效果。

然后，研究小組用一種編碼“一種經(jīng)臨床驗(yàn)證的轉(zhuǎn)基因蛋白”的基因來(lái)代替報(bào)告基因，用于治療2型糖尿病，這是一種合成的人類胰高血糖素樣肽1。

一旦被觸發(fā)，電路就會(huì)使細(xì)胞產(chǎn)生類似于葡萄糖的肽1。與未經(jīng)處理的對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組小鼠的血糖控制明顯改善。

 

“治療結(jié)合生活方式”

研究小組認(rèn)為，使用咖啡因作為誘因的好處之一是它“無(wú)毒、廉價(jià)，只存在于特定的飲料中”。

這項(xiàng)新的研究表明，基于合成基因回路的“微調(diào)”療法有可能在不添加任何其他化學(xué)物質(zhì)的情況下，對(duì)“如茶和咖啡”等日常飲料做出反應(yīng)。

此外，“通過(guò)將治療與生活方式結(jié)合起來(lái)”，研究人員認(rèn)為，這種方法可以讓患者更容易地遵守治療方案，他們得出的結(jié)論是:

“利用常規(guī)的文化習(xí)慣，基于這些系統(tǒng)的治療應(yīng)該與人們的生活方式無(wú)縫結(jié)合，因此可以成為新一代個(gè)性化醫(yī)療的關(guān)鍵支柱�！�