糖尿病治療的里程碑——轉基因奶牛產“人胰島素”奶
摘要：第一頭能夠在牛奶中產生人類胰島素的轉基因奶牛
來自巴西南部的一頭不起眼的棕色牛創造了歷史，成為第一頭能夠在牛奶中產生人類胰島素的轉基因奶牛。
由伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校和圣保羅大學圣保羅分校的研究人員領導的這一進展，可能預示著胰島素生產的新時代，有一天，糖尿病患者的藥物短缺和高成本將被消除。大自然母親把乳腺設計成一個工廠，非常非常高效地制造蛋白質。我們可以利用這個系統生產一種可以幫助全世界數億人的蛋白質，”伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校農業、消費者和環境科學學院動物科學系教授Matt Wheeler說。
Wheeler是《Biotechnology Journal》上一篇新研究的主要作者，該研究描述了生產胰島素的奶牛的發展，這是一項概念驗證成果，在經過額外的測試和FDA的批準后，可能會擴大規模。
圖1 轉基因牛乳生產人胰島素原
Wheeler在巴西的同事插入了一段編碼胰島素原的人類DNA，這是一段胰島素-活性形式的蛋白質前體，并注入10個牛胚胎的細胞核。在巴西，這些基因被植入正常奶牛的子宮，并誕生了一頭轉基因小牛。由于最新的基因工程技術，人類DNA被靶向表達，然后基因序列被讀取并翻譯成蛋白質產物，并且這些產物只存在于乳腺組織中。
Wheeler說:“過去，我們只是把DNA塞進去，希望它能在你想要的地方表達。現在我們可以更具戰略性和針對性。使用乳腺組織特有的DNA結構意味著牛的血液或其他組織中沒有人類胰島素循環。它還利用了乳腺產生大量蛋白質的能力。”
當奶牛成熟后，研究小組試圖使用標準的人工授精技術使其受孕，但沒有成功。相反，他們用激素刺激她的第一次泌乳。泌乳產奶，但產奶量比成功懷孕后要少。然而，令人驚訝的是，在牛奶中可以檢測到人類胰島素原和胰島素。
“我們的目標是制造胰島素原，將其純化成胰島素，然后從那里開始。但這頭牛基本上是自己加工的。她產生的生物活性胰島素與原胰島素的比例約為3:1，”Wheeler說。“乳腺是一個神奇的東西。”
胰島素和胰島素原需要提取和純化才能使用，在牛奶中以每升幾克的速度表達。但由于泌乳是由激素誘導的，泌乳量比預期的要小，研究小組不能確切地說一次典型的泌乳會產生多少胰島素。
圖2 構建用于乳腺特異性人胰島素表達和限制性圖譜分析的慢病毒載體示意圖
保守地說，如果一頭牛每升能產生1克胰島素，而一頭典型的荷斯坦奶牛每天能產生40到50升胰島素，那就有很多胰島素了。尤其是考慮到胰島素的典型治療單位才0.0347毫克。
Wheeler說:“這意味著每克/L相當于28,818單位的胰島素。而荷斯泰因每天可以生產50升。你可以自己算算。”
研究小組計劃重新克隆這頭奶牛，并樂觀地認為，他們將在下一代的懷孕和完整的哺乳周期中取得更大的成功。最終，他們希望創造出轉基因公牛與雌性交配，創造出轉基因后代，可以用來建立一個特定的畜群。這意味著養一群牛就可以代替現在利用轉基因酵母和細菌生產胰島素的高科技的設施或基礎設施。
Wheeler說:“要在牛奶中大量生產胰島素，你需要專門的、健康狀況良好的設施，但對于我們成熟的乳制品行業來說，這沒什么特別的。我們知道我們在對奶牛做什么。”
在轉基因奶牛能夠為全世界的糖尿病患者提供胰島素之前，需要一個有效的系統來收集和純化胰島素產品，并獲得FDA的批準。但Wheeler相信這一天終將到來。他說:“我可以預見，在未來，一個100頭的畜群，相當于伊利諾伊州或威斯康星州的一個小型奶牛場，就能生產出全國所需的所有胰島素。還有更大的牛群?”
你可以在一年內制造出全世界的供應量。
參考資料
[1] Human proinsulin production in the milk of transgenic cattle
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