2型糖尿病：「血糖コントロール」にコーヒーを使用する
ある日、2型糖尿病の人は、合成生物学のおかげで、お茶やコーヒーを飲むことで血糖値を調節できるようになるかもしれません。
スイスのETHチューリッヒの科学者たちは、カフェインの飲料濃度に反応する合成遺伝子回路を設計およびテストしました。
これは、2型糖尿病の治療に使用されるブドウ糖制御化合物を放出することによって達成されます。
研究者たちは回路を細胞に挿入し、糖尿病のマウスに移植しました。
彼らは、コーヒーの摂取がカフェインの異なる投与量に合わせて血糖値を下げることを示しました。
カフェインがマウスの血流に入ると、合成遺伝子回路が活性化され、化合物が放出されて血糖値が下がります。
研究者たちは、最近ジャーナルに発表された研究論文で彼らの発見を報告しています ネイチャーコミュニケーションズ.
糖尿病の負担は世界中で高まっています
糖尿病は、世界中の何億人もの人々に影響を与える、増大する公衆衛生問題です。
この流行は主に、細胞がインスリンを使用してブドウ糖または血糖をエネルギーに変換する能力を失ったときに発症する2型糖尿病の発生率の上昇によるものです。
米国では、約2,310万件の糖尿病が診断されており、その大部分は2型です。この負担の推定年間費用は2,450億ドルを超えています。
しかし、治療法はここ数年で大幅に進歩し、合併症のリスクを大幅に減らすことができますが、糖尿病は依然として米国で7番目に多い死因です。
より多くの個人が医師が推奨する治療目標を達成した場合、この負担は軽減される可能性があります。専門家は、問題に取り組むために、より良い「ケアのモデル」が必要であると示唆しています。
現在、患者は毎食後に血糖値を監視し、処方された治療で増加に迅速に対応する必要があります。
合成生物学と遺伝子回路
研究者たちは、合成生物学を「工学と生物学の融合」と表現しており、近年、科学者は生物医学的使用のための遺伝子回路を考案することができました。
合成遺伝子回路は、特定の方法で既存の機構を使用するように細胞を再プログラムします。
その一例が、がん治療をより安全かつ正確にするために免疫細胞を厳密に制御できる「分子スイッチ」の開発です。
科学者は、合成遺伝子回路を設計する際に多くの課題に直面します。これらの中には、回路が誤ってアクティブ化されないように適切なトリガーを選択し、応答が必要なものに制限され、副作用が発生しないようにすることがあります。
カフェインによって引き起こされるペプチド産生
この論文では、科学者たちは、典型的な一杯のコーヒーに存在するレベルと同等のレベルで「カフェインを感知する完全に合成された受容体」をどのように作成したかを説明しています。
受容体は、細胞の表面に位置し、特定の分子に遭遇したときにのみ反応するタンパク質です。たとえば、ロックに挿入された一意のキーのようになります。この結合作用は、細胞内で特定の反応を引き起こします。
ここでのトリガーはカフェインであり、反応は「合成ヒトグルカゴン様ペプチド1」の生成です。これは、血糖値を下げるために2型糖尿病の治療に使用される化合物です。
研究の著者は、遺伝子回路を「カフェイン刺激高度調節因子（C-STAR）」と呼んでいます。彼らは、C-STARを「デザイナーセル」に挿入してテストしました。
研究者らは、市販ブランドの飲料を含む、さまざまな供給源とカフェインの投与量に対するC-STAR細胞の反応を実験室でテストしました。彼らはまた、2型糖尿病を発症するために飼育されたマウスに細胞を移植しました。
「改善された血糖コントロール」
細胞試験とC-STAR細胞を移植したマウスの両方で、カフェインの存在が遺伝子発現の可逆的で用量依存的な変化を引き起こしました。
最初に、チームは、テストできるタンパク質をコードする「レポーター遺伝子」にトリガーをリンクすることにより、トリガーの効果をテストしました。
次に、研究チームはレポーター遺伝子を、合成ヒトグルカゴン様ペプチド1である2型糖尿病の治療のために「臨床的に認可された操作されたタンパク質」をコードする遺伝子に置き換えました。
トリガーされると、回路は細胞にグルカゴン様ペプチド1を生成させました。処理されたマウスは、未処理のコントロールと比較して「実質的に改善された」グルコースコントロールを示しました。
「ライフスタイルと統合された治療」
チームは、カフェインをトリガーとして使用することの利点の1つは、「毒性がなく、安価で、特定の飲料にのみ存在する」ことであると示唆しています。
新しい研究は、合成遺伝子回路に基づいた治療を「微調整」して、「追加の化学物質を追加することなく」お茶やコーヒーなどの日常の飲み物に反応することが可能であることを示しています。
さらに、「治療とライフスタイルを統合することにより」、研究者らは、次のように結論付けているように、このアプローチは患者が治療計画をより容易に順守できるようにする方法である可能性があることを示唆しています。
「日常の文化的習慣を利用して、そのようなシステムに基づく治療法は人々のライフスタイルにシームレスに統合されるべきであり、したがって、新世代の個別化医療を構築するための重要な柱となる可能性があります。」
