В 2018 году швейцарские учёные показали на мышах, как кофеин может включать искусственный ген, который помогает снижать уровень глюкозы в крови при диабете 2 типа.
Перевод статьи “Type 2 diabetes: Using coffee for ‘glucose control’“
Авторы исследования надеются, что в будущем люди с сахарным диабетом смогут управлять уровнем сахара в крови с помощью чашки чая или кофе. Пока это эксперимент синтетической биологии на животных.
Исследовательская группа Федеральной высшей технической школы Цюриха создала и разработала искусственный ген, который взаимодействует с кофеином. При контакте с кофеином ген запускает выработку особого соединения – вещества, которое снижает уровень глюкозы при сахарном диабете 2 типа.
Сахарный диабет 2-го типа (инсулиннезависимый диабет) — метаболическое заболевание, характеризующееся хронической гипергликемией, развивающейся в результате нарушения взаимодействия инсулина с клетками тканей.
Сахарный диабет проявляется повышением уровня глюкозы в крови, понижением способности тканей захватывать и утилизировать глюкозу и повышением мобилизации альтернативных источников энергии — аминокислот и свободных жирных кислот.
Ученые ввели ген в живые клетки и пересадили их мыши с диабетом. Затем удалось подтвердить, что употребление кофеина снижает уровень глюкозы: чем больше кофеина поступало в организм животного, тем больше снижался уровень глюкозы.
Как только кофеин попадал в кровоток мыши, он активировал работу искусственного гена. Это приводило к выбросу в организм вещества, ответственного за снижение уровня глюкозы.
Отчет о результатах исследования был недавно опубликован в журнале Nature Communications.
Растущая угроза диабета
Сахарный диабет – бич современности и ежедневная проблема для сотен миллионов человек по всему миру.
Чаще всего встречается диабет 2 типа. Это болезнь, связанная с потерей клетками способности взаимодействовать с инсулином – веществом, которое перерабатывает глюкозу (или просто сахар в крови) в энергию.
Инсули́н (от лат. insula «остров») — гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен веществ практически во всех тканях. Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови. Считается самым изученным гормоном
По данным на 2018 год, более 23,1 миллиона случаев диабета было диагностировано в одних только США – в большинстве своём речь идёт именно о диабете 2 типа. Ежегодно общие затраты больных на лекарства от диабета превышают 245 миллиардов долларов.
Даже несмотря на значительный прогресс медицины и возможность значительно снизить риск осложнений, диабет всё ещё остается 7-ой по значимости причиной смерти в США.
Проблему можно решить, если больше людей начнут в точности следовать советам врачей и достигать обозначенных результатов лечения. По мнению экспертов, этого можно достичь только с помощью более эффективных методов терапии, чем те, которые есть сейчас.
Ну а пока что каждый больной вынужден самостоятельно отслеживать уровень глюкозы после каждого приема пищи и своевременно реагировать на любые изменения в показателях приемом лекарства.
Синтетическая биология и гены
Синтетическую биологию часто описывают как «смесь технического проектирования и биологии». Последние наработки в этом направлении позволили ученым создавать искусственные гены для медико-биологических целей.
Искусственные гены перепрограммируют клетки. Как результат, те начинают использовать свои внутренние механизмы по-новому.
Одно из применений таких генов – создание «молекулярных переключателей». С их помощью можно контролировать иммунные клетки для более точечного и безопасного лечения рака.
При разработке таких генов ученые встречаются с массой сложностей. Среди них – необходимость выбрать такой механизм приведения в действие, чтобы ген нельзя было активировать случайно, а его реакция была ограниченной и не навредила человеку.
Кофеин и выработка пептидов
В отчете ученые рассказывают о «полностью искусственных рецепторах кофеина». Того самого вещества, которое в обилии содержится в обычной чашке кофе.
В роли рецепторов выступают специальные белки, расположенные на поверхности клеток. Они реагируют при контакте с молекулами кофеина – точно так же, как замок взаимодействует с подходящим ключом. Взаимодействие рецептора и молекулы запускает особый процесс внутри клетки.
В этот момент кофеин запускает в клетке выработку «синтетического человеческого глюкагоноподобного пептида 1» – соединения, которое используется для снижения уровня глюкозы при диабете 2 типа.
По словам авторов исследования, отвечающий за выработку вещества ген называется «кофеин-активизированный продвинутый регулятор» (или C-STAR в оригинале). C-STAR был протестирован путем введения в живые клетки. Затем ученые отследили уровень реакции клеток на разные источники и дозировки кофеина, получаемого из напитков и продуктов разных брендов. Также клетки были пересажены мыши с сахарным диабетом 2 типа.
Легкое управление уровнем глюкозы
И в случае имплантированных мышам клеток, и в случае клеток по отдельности, кофеин приводил к запуску реакции внутри них. Сила реакции зависела от дозы кофеина.
Сперва исследовательская группа проводила опыты с использованием тестового белка, поведение которого можно было проанализировать.
Затем тестовый вариант был заменен на «лицензированный и созданный в клинических условиях белок», он же синтетический человеческий глюкагоноподобный пептид 1 для лечения сахарного диабета второго типа.
После запуска, искусственный ген начинал выработку этого пептида в клетках. Как результат, уровень глюкозы в организме подопытных мышей «значительно улучшился» по сравнению с контрольными образцами, не проходившими лечение.
Терапия и привычка как одно целое
Согласно ученым, кофеин – один из наиболее удачных вариантов вещества, приводящего в действие механизм выработки пептида. Он нетоксичный, недорогой и присутствует только в определенных напитках.
Помимо прочего, в отчете отмечается, что лечение с применением синтетических генов, реагирующих на распространенные продукты без применения специальных химикатов, можно подстраивать под каждого пациента индивидуально.
Объединяя терапию с привычкой, исследователи указывают, что такой подход позволит пациентам более охотно следовать режиму лечения. В заключение они говорят:
«Делая упор на повседневные привычки, можно незаметно внедрить подобное лечение в образ жизни каждого человека. Это позволит положить начало новой эре персонализированной медицины».
Что это значит для любителей кофе
Речь идёт об экспериментальной генной терапии, которую проверяли на мышах. Обычный кофе таким действием не обладает и лечение диабета не заменяет. Если у вас диабет, посоветуйтесь с врачом, прежде чем менять питание или режим лечения.
