合成生物學(xué)讓“吃餅干治糖尿病”成為可能
北京大學(xué)藥學(xué)院教授劉濤團隊與華東師范大學(xué)葉海峰團隊利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)出了一種新細胞,植入這種工程細胞的糖尿病小鼠,只要吃下特定的氨基酸餅干,就能提高胰島素水平,進而降低血糖。
吃塊餅干治糖尿???這個很多“糖友”夢寐以求的情景出現(xiàn)在近日的國際頂級期刊《自然·化學(xué)生物學(xué)》上——北京大學(xué)藥學(xué)院教授劉濤團隊與華東師范大學(xué)葉海峰團隊利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)出了一種新細胞。在他們的研究中,植入這種工程細胞的糖尿病小鼠,只要吃下特定的氨基酸餅干,就能提高胰島素水平,進而降低血糖。
“這是首次將基因密碼擴展技術(shù)用于細胞治療。”論文通訊作者之一的劉濤告訴科技日報記者,吃下餅干的小鼠只需要90分鐘就能降糖,和注射胰島素起效時間相當。
吃餅干吹響胰島素生產(chǎn)開工號
在“糖友”體內(nèi)產(chǎn)生胰島素,光靠吃“餅干”就可以嗎?其實不是,餅干只是一把鑰匙。
論文通訊作者之一、華東師范大學(xué)生命學(xué)院研究員葉海峰解釋,生物體內(nèi)有3個不編碼氨基酸的密碼子(也叫終止子,其功能是終止蛋白質(zhì)翻譯),通過人為改造可以讓其中一個只聽“餅干”的命令。
于是,改造過的密碼子就有了雙重身份——餅干里特殊的人工氨基酸一來,密碼子配對,開啟胰島素的翻譯過程,特殊的人工氨基酸一走,密碼子還是“終止子”,整個流水線關(guān)閉。這才有了吃餅干合成胰島素的完整治療過程。
給人工氨基酸開條“專線快遞”
但是問題又來了,餅干里的氨基酸在自然界里找不到,那自然也找不到匹配的運送系統(tǒng)?!霸瓉碡撠熮D(zhuǎn)運氨基酸的信使RNA都有自己的密碼子,就像京東物流負責運送京東的貨物、順豐快遞負責運送順豐的貨物、圓通快遞負責運送圓通的貨物一樣,現(xiàn)在多出來一個非天然的‘快遞單’怎么辦呢?”劉濤打了一個很形象的比方,為了解決這個問題,合成生物學(xué)又出手了。
“我們給人工氨基酸開通了一個‘專線快遞’?!眲f,一種人工的合成酶能夠把非天然的氨基酸送到“快遞員”手上,即通過氨?;磻?yīng),把非天然氨基酸與特定的轉(zhuǎn)運RNA連接起來,將它直送到胰島素的“裝配生產(chǎn)線”上。
經(jīng)過一系列“神操作”,餅干里的非天然氨基酸有如神助地直接成為生物體內(nèi)胰島素的重要組成部分。
這種“專線快遞”的正規(guī)名稱叫“生物正交”,是指人造反應(yīng)不會被機體內(nèi)源的“元件”識別,也不干擾內(nèi)源的生物化學(xué)過程。也就是說,胰島素的整個制造過程不會干擾到其他生命活動。
未來控制血糖或變得輕松簡單
“利用我們的技術(shù),只需要濃度為每升納摩爾級別的非天然氨基酸,給藥1分鐘就足以激活系統(tǒng),表達釋放胰島素?!眲f,這種非天然氨基酸與很多功能飲料中添加的成分類似,對人體非常友好。
動物試驗研究顯示,將改造過的工程細胞經(jīng)材料包裹后植入小鼠皮下,給小鼠喂食含有非天然氨基酸的餅干,可以在一個月內(nèi)穩(wěn)定且有效地降低小鼠血糖。一系列動物安全性實驗也表明,服用一個月有效劑量的非天然氨基酸后,小鼠并未出現(xiàn)明顯的體重減低或其他生化指標的改變。
“或許某一天,只需要每天飯前服用一粒非天然氨基酸藥物,或食用含有非天然氨基酸成分、適合糖尿病患者的食物,就可以控制血糖了?!眲f。
浙江大學(xué)藥學(xué)院院長顧臻教授在論文同期刊發(fā)的評論中認為,通過合成生物學(xué)方法創(chuàng)建工程細胞進而產(chǎn)生治療性蛋白質(zhì),是解決包括胰島素在內(nèi)的蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定性差、生物半衰期短及其不受控釋放等挑戰(zhàn)的、極具吸引力的替代方法。
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