První transgenní kravka s genem kódujícím lidský proinzulin Kredit: College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences, University of Illinois Urbana-Champaign

Skupina brazilských vědců a jejich kolegové z University of Illinois předpokládají, že jejich výzkum představuje začátek nové éry, jež povede k výraznému zvýšení i zlevnění produkce humánního inzulinu. Jejich první experimentální živou laboratoří se stala GMO příslušnice menšího skotu chovaného na jihu Brazílie.

"Matka příroda navrhla mléčnou žlázu jako velmi efektivní továrnu na výrobu bílkovin. Můžeme ji využít [myšleno samozřejmě u hospodářských zvířat -red.] k výrobě bílkovin, které mohou pomoci stovkám milionů lidí na celém světě," přibližuje základní myšlenku nové studie její hlavní autor Matt Wheeler, profesor na Katedře živočišných věd Illinoiské univerzity. Práci, která popisuje cílenou genetickou změnu, jež indukovala v sekrečních buňkách mléčných žláz zatím jediné kravičky tvorbu důležitého humánního hormonu, publikoval časopis Biotechnology Journal.

Na začátku vědci zakomponovali na předem zvolené místo v DNA v buněčných jádrech deseti kravských embryí kousek lidské DNA – gen kódující proinzulin, což je proteinový prekurzor hormonu inzulinu. Geneticky upravená embrya pak implantovali do děloh běžných krav jako náhradních matek. Na svět ale přišlo jenom jedno zdravé transgenní tele. Když dospělo v krávu, vědci se snažili u ní vyvolat laktaci přirozenou březostí po umělém oplodnění. I když je tato metoda u chovaných dojnic zcela běžná, tentokráte nevedla k úspěchu a experimentátoři produkci mléka museli vyvolat hormonálními přípravky. Za důsledek to však mělo  nižší dojivost, než zajišťuje přirozené mateřství. Nicméně z hlediska cílů výzkumu šlo o úspěch, protože lidský gen, který byl aktivován pouze v mléčných žlázách, byl buněčnými mechanizmy čten a překládán do kýženého proteinu stejně jako krávě vlastní geny pro dlouhou řadu různých bílkovin a peptidů, které mléko obsahuje.

„Kdysi jsme DNA jednoduše vpravili dovnitř [jádra buňky] a doufali, že se projeví tam [v těch orgánech], kde jsme chtěli," vysvětluje Wheeler. "V současnosti máme lepší strategii a přesnější cílení. Použití konstruktu DNA specifického pro mléčnou tkáň znamená, že lidský inzulin necirkuluje v krvi krávy ani v jiných tkáních. Využíváme také přirozenou schopnost mléčné žlázy produkovat velké množství bílkovin."

Hlavní autor studie, profesor Matt Wheeler z Illinoiské univerzity Kredit: College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences, University of Illinois Urbana-Champaign

K překvapení výzkumníků mléko pokusné krávy obsahovalo nejen očekávaný lidský proinzulin, ale také asi třikrát více již „hotového“ hormonu inzulinu. "Naším cílem bylo vyprodukovat proinzulin a pak ho přetvořit na inzulin. Ale kráva prekurzor v podstatě zpracovává sama“, upřesňuje Wheeler a připomíná, že "mléčná žláza je kouzelná věc".

Pro použití jako léčiva je nevyhnutné inzulin a proinzulin důsledně extrahovat. Protože mléko je tekutinou bohatou na tuk, sacharidy a různě dlouhé aminokyselinové řetězce – bílkoviny, peptidy a jejich fragmenty, bude to asi mnohem složitější proces než při současných metodách produkce inzulinu, který nám ve velkém vyrábějí zejména geneticky upravené kvasinky (obvykle Saccharomyces cerevisiae) nebo bakterie E. coli. Odbočme a jen pro zajímavost zmiňme, že v roce 2010 proběhla médii zajímavá zpráva (např. zde), že kanadským vědcům se podařilo geneticky upravit rostlinu světlici barvířskou tak, aby produkovala analog lidského inzulinu, který se extrahoval z oleje vylisovaného z rozemletých semen. Jenže od té doby se na dané téma neobjevilo nic nového a nelze ani dohledat informace o pěstování světlice k tomuto účelu.

Přitom spotřeba inzulinu výrazně stoupá. I jeho cena. V loňském článku na stránkách portálu Měníme cukrovku pohybem (zde) najdeme kromě jiného  informaci: „Průměrná cena jednoho balení s pěti injekčními stříkačkami se pohybuje kolem 500 – 700 Kč.“ Ano, pacientům je lék hrazen pojišťovnou, nicméně zaplatit se musí. Z celosvětového hlediska dosahovaly tržby z prodeje humánních inzulinových přípravků v roce 2021 asi 44 miliard dolarů. V tom samém roce jenom v ČR se vyšplhaly celkové roční náklady na léčbu diabetu 2. typu na 38 miliard Kč (zde). Připomeňme notoricky známý fakt, že v mnohých případech tohoto typu cukrovky lze rozvoj a průběh nemoci ovlivnit životosprávou. Přesto čísla z roku na rok rostou…

Mohla by produkce humánního inzulinu z kravského mléka tento problém vyřešit, snížit cenu, zlepšit dostupnost inzulinových přípravků také pro chudé v mnohých zemích i odlehčit pojišťovnám?

Inzulínová pera, jimiž si diabetik sám injekčně aplikuje inzulin do podkoží, kde se nachází více tukové tkáně. Modernější metodou u těžších forem cukrovky jsou pumpy, které hormon dávkují šetrněji. Kredit: Mr Hyde, Wikimedia Commons, volné dílo

Podle Wheelera je taková perspektiva reálná. Tvrdí, že z litru mléka můžeme extrahovat až 1 gram inzulinu a jeho prekurzoru. Když uvážíme denní produkci krav holštýnského skotu v objemu 40 až 50 litrů, v přepočtu na jednotky inzulinu (= 0,0347 miligramu) to v optimálním případě představuje 1 152 737 až 1 440 922 jednotek inzulinu na dojnici a den.

Jde zatím o čistě teoretické a asi i velmi optimistické výpočty opírající se o prvotní výsledky. Vědce však motivují k pokračování ve výzkumu. V plánu mají odchov další transgenní krávy, nové pokusy o umělé oplodnění, které by vedlo k plnohodnotné laktaci. Uvažují také o transgenním býku kvůli pokusům získat transgenní potomky přímo, bez nutnosti genetických úprav embryí a tím vytvořit základ budoucího stáda. Tak trochu utopická vize vzdálenější budoucnosti.  Problémem bude nejen technologie separace lidského hormonu od cizorodých proteinových složek z velkého množství nadojeného mléka. Další výzvu představují enzymy, které kravské mléko přirozeně obsahuje. Informace, jež se v mediální zprávě neuvádí, ale autoři ji zmiňují v abstraktu článku, naznačuje, že mléko obsahuje nejen proteázy, které proinzulin, který mléčné žlázy produkují podle včleněného lidského genu, mění na inzulin, ale také enzym, jenž inzulin degraduje a tím kýžený rekombinantní protein znehodnocuje („The mass spectrometry analysis showed the presence of human insulin more than proinsulin in the milk, and it identified proteases in the transgenic milk that could convert proinsulin into insulin and insulin-degrading enzyme that could degrade the recombinant protein.“)

Cesta inzulinu z kravského mléka k lidem s cukrovkou bude zřejmě delší a složitější. Pokud se neukáže být slepou, v jejím, doufejme že úspěšném finiši, musí lidský inzulin z kravského mléka projít schvalovacím procesem nejdříve amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (Food and Drug Administration, FDA), pak Evropské lékové agentury EMA a posléze jednotlivých národních institucí, jež léčiva posuzují.

Poznámka: Jednotka inzulinu samozřejmě neznamená jedna dávka léčiva. Zjednodušuje přepočet množství inzulinu pro individuální dávkování podle závažnosti onemocnění i aktuálního stavu konkrétního pacienta.

Video: Animované vysvětlení produkce lidského inzulinu pomocí bakterie Escherichia coli

Video: Historie objevu inzulinu

Literatura

College of Agricultural, Consumer & Environmental Sciences, University of Illinois; volně dostupný odborný článek: Human proinsulin production in the milk of transgenic cattle (Biotechnology Journal)