北京大學(xué)藥學(xué)院教授劉濤團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)葉海峰團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)出了一種新細(xì)胞，植入這種工程細(xì)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(jìn)而降低血糖。
吃塊餅干治糖尿病？這個(gè)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(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)葉海峰團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)出了一種新細(xì)胞。在他們的研究中，植入這種工程細(xì)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(jìn)而降低血糖。
“這是首次將基因密碼擴(kuò)展技術(shù)用于細(xì)胞治療。”論文通訊作者之一的劉濤告訴科技日報(bào)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(shí)間相當(dāng)。
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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(yùn)送系統(tǒng)。“原來負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的信使RNA都有自己的密碼子，就像京東物流負(fù)責(zé)運(yùn)送京東的貨物、順豐快遞負(fù)責(zé)運(yùn)送順豐的貨物、圓通快遞負(fù)責(zé)運(yùn)送圓通的貨物一樣，現(xiàn)在多出來一個(gè)非天然的‘快遞單’怎么辦呢？”劉濤打了一個(gè)很形象的比方，為了解決這個(gè)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(gè)‘專線快遞’。”劉濤說，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，即通過氨酰化反應(yīng)，把非天然氨基酸與特定的轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)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(gè)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(dá)釋放胰島素。”劉濤說，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(yàn)研究顯示，將改造過的工程細(xì)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(gè)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(shí)驗(yàn)也表明，服用一個(gè)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(biāo)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。”劉濤說。
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(rèn)為，通過合成生物學(xué)方法創(chuàng)建工程細(xì)胞進(jìn)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。（記者 張佳星）
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