Для надёжного доказательства концепции команда ученых во главе с Мартином Фуссенеггером из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH) разработала систему лечения диабета 2-го типа у мышей, обильно поя их кофе. По сути дела, когда животные пьют кофе (или любой другой напиток с кофеином, например, чай), включается искусственная генетическая система в клетках, имплантированных мышам в брюшную полость. Это приводит к производству гормона, который увеличивает производство инсулина, тем самым снижая уровень сахара в крови.

Учёные отмечают, что биологи, занимающиеся разработкой искусственных генетических систем, уже давно разыскивают такие индукторы, которые могли запустить искусственную генетику. Но у предыдущих вариантов индукторов были проблемы. К ним относятся антибиотики, которые могут стимулировать резистентность как к лекарственным средствам у бактерий, так и к пищевым добавкам, которые могут иметь побочные эффекты. Кофеин же нетоксичен, дешёв в производстве и присутствует только в определенных напитках, таких как кофе и чай. Эти напитки весьма популярны, и каждый день по всему миру выпивается более двух миллиардов чашек кофе.

Ключевым компонентом системы является тот белок, который может реагировать на присутствие кофеина в кровотоке. Для этого исследователи использовали антитела, вырабатываемые организмом верблюда, которые могут обнаруживать кофеин. В присутствии кофеина это антитело — aCaffVHH — связывается с кофеином, а затем димеризуется. Другими словами, два aCaffVHH объединяются вместе, зажимая между собой молекулу кофеина. Исследователи соединяли половину белка с одним антителом, а вторую половину со вторым антителом, тогда антитела могут образовывать цельный функциональный белок при их димеризации. Таким образом учёные могли активировать этот белок только с индуцированной кофеином димеризацией.

Наиболее чувствительной к кофеинe оказалась система, в которой использовался регулятор EpoR, который становится активным, когда он димеризуется и вызывает фактор транскрипции, называемый STAT3. Как и все факторы транскрипции, STAT3 функционирует путём связывания определенных бит ДНК для контроля экспрессии генов.

Учёные сконструировали STAT3-связывающий сегмент в стволовых клетках, который управлял геном, кодирующим синтетический человеческий гормон, называемый GLP-1 или глюкагоноподобный пептид-1. Этот гормон вызывает производство организмом собственного инсулина, который, в свою очередь, снижает уровень сахара в крови. Синтетический GLP-1 считается потенциальным лечением диабета 2-го типа, при котором имеется высокий уровень сахара в крови и недостаточное количество вырабатываемого инсулина. Этой болезнью страдает более 400 миллионов человек во всем мире.

Исследователи упаковали эти GLP-1-продуцирующие стволовые клетки в проницаемую капсулу, а затем поместили капсулу в полость тела мышей, больных диабетом 2-го типа. После ежедневных доз кофе у мышей-диабетиков уровень сахара в крови был аналогичен уровню здоровых мышей. Они также имели гораздо более высокий уровень инсулина в крови по сравнению с мышами-диабетиками без имплантата, производящего GLP-1.

Важно отметить, что ежедневный приём кофеина не вызывал проблем у мышей, таких как увеличение частоты сердечных сокращений или опасно низкий уровень сахара в крови. Исследователи также отметили, что напитки без кофеина не активировали систему.

Учёные настроены оптимистично и даже предполагают, что с последующей тонкой настройкой они могут создавать персонализированные системы, чтобы соответствовать предпочтениям каждого пациента при потреблении кофеина.

Результаты исследования были опубликованы в издании Nature Communications.

Serg Kite