ГМО корова: вымя как фабрика лекарств 

из тг-канала Голый Землекоп, отсюда

Трансгенные коровы превращают сено в человеческий инсулин, и выделяют его в гигантских количествах в молоко — итог работы группы из Университета Урбана-Шампейн (США). Одного литра такого молока хватит для изготовления инъекций, покрывающих суточную потребность 700 человек. Это означает падение цены препарата во много раз: очень вовремя, потому что в ближайшие 20 лет количество людей с диабетом в мире увеличится в 1.5 раза, и достигнет 783 млн человек — это болезнь цивилизации.

Сто лет назад на заводах выращивали собак, убивали, и из их поджелудочной железы получали инсулин. Это был собачий инсулин и он плохо работал. Сегодня мы получаем инсулин так: человеческий ген вшит в геном бактерии, кишечной палочки. Палочек размножают в реакторах, убивают, очищают — и так получают препарат. Это лучше, чем с собаками, но есть такой минус: человек — крупное животное, так что нужно очень много кишечных палочек, и производство дорогое. 

Тело крупного ГМО млекопитающего как фабрика лекарства — заманчивая идея: если придумать как очеловечить например корову, добавить ей ген человека, и наладить в ее теле производство человеческого инсулина — это могло бы быть очень эффективно. Но непонятно, как можно было бы производить в теле коровы чужой для нее белок. Инсулин — это гормон, а поджелудочная железа — это железа внутренней секреции, то есть она выделяет свой продукт, инсулин, в кровь. Если такое случится с коровой, она взорвется от реакции своей иммунной системы. Как быть?

На фото - очеловеченная ГМО корова, которая теперь живет в Бразилии. Во всех клетках ее тела есть ген человеческого инсулина, но работает этот ген только в вымени.

Вот идея, которая может радикально поменять вообще все производство биопрепаратов. У коровы есть вымя — а это железа внешней секреции, то есть продукт не попадает в кровь, а выходит наружу. 

Ключевая заслуга авторов нового эксперимента: теперь мы научились делать так, чтобы продукт выделялся только в вымя — а значит, сможем производить в коровах что угодно. Останется только очищать и превращать в препарат для инъекций: пить такое молоко бессмысленно — все белки будут уничтожены в желудке.

По идее теперь в вымени можно заставить работать любой ген: хоть от дрожжей, хоть от пшеницы, хоть от неандертальца, хоть от пчелы — так что мне хочется вас спросить, какие еще белки вы бы хотели производить почти бесплатно и в гигантских количествах?

Тут много занятных деталей, вот инструкция по шагам, если вы захотите попробовать на досуге:

Шаг первый: неизвестный человек, донор сдает кровь, из этого образца ученые выделяют ДНК, находят и вырезают ген, который отвечает за производство проинсулина: это белок-предшественник инсулина, ниже объясню.

Шаг второй: берем кровь у коровы, выделяем ДНК, находим и вырезаем ген, который отвечает за производство белка бета-казеина. Этот белок входит в состав молока (и, что очень важно для нашей истории: бета-казеин не встречается больше нигде в теле коровы, только в молоке). Нюанс: ген этого белка содержит в самом начале участок, который называется промотор — и в норме на этот участок садится специальный фермент и запускает чтение этого гена. То есть в норме производство бета-казеина в вымени начинается с того, что в результате действия гормонов, вымя получает сигнал что теленку скоро будет нужно молоко, промотор активирует чтение гена, и только тогда возможно само производство.

Шаг третий: создаем вирус, вектор. Для этого отрезаем от коровьего гена лишь промоторную часть, и сшиваем с человеческим геном проинсулина. Всё это заправляем в специальный вирус — это вектор, доставщик генов. Заражаем этим вирусом столовые клетки, которые были получены 50 лет назад в Голландии из почки человеческого выкидыша; эта клеточная линия живет во всех лабораториях, покупается онлайн. Вирус размножается в этих клетках. Убиваем клетки, получаем много вирусных частиц для следующих шагов.

Шаг четвертый: от обычной тёлки берем кусок кожи, получаем оттуда ее клетки, делаем их стволовыми. Заражаем их вирусом, и убеждаемся, что вирус доставил и вшил наш новый ген в ядро, в ДНК.

Шаг пятый: едем с этими клетками в Бразилию, в Сан-Паоло, потому что там подходящие законы. Берем у коров десять яйцеклеток, выкидываем из них ядра со всеми генами, заменяем на ядра от нашего четвертого шага. Внимание: это момент клонирования той телки, от которой брали кожу. Там остались всё те же тысячи генов, что были у нее — но только теперь добавился один новый, отредактированный. Так устроено создание ГМО организмов: из этих яйцеклеток начинают развиваться коровки в пробирке — и все они самочки, т.к. это клоны той самки, от которой брали кожу. Клетки эмбриона делятся, и во всех клетках всего будущего тела новых коров есть дополнительный новый ген.

Шаг шестой: подсаживаем эти эмбрионы в десять коров. Ничего не получается в девяти случаях, а десятая подсадка приводит к успешной беременности.

Шаг седьмой: рождается ГМО-телочка. Растим ее несколько лет. Дальше главный затык: нам нужно наконец увидеть молоко от этой коровы, на которую ушло несколько миллионов долларов и годы работы десятков людей, но она наотрез отказывается беременеть — а без этого нет лактации. Не помогает естественное осеменение, искусственное осеменение, попытки подсадить ей ЭКО — ничего. Впрочем, эта же проблема отмечена и у тех клонов, которые не были подвергнуты редактуре: ученые специально создали, подсадили и вырастили таких телочек для контроля, чтобы сравнить с ГМО-телочкой. Видимо, проблема не новом гене, а скорее в процедуре клонирования — что-то портится по пути и у клонов есть проблема с беременностью. Тогда этой ГМО-телочке вкатывают большую дозу гормонов, которые имитируют беременность — и вот тут наступает лактация. Удои совсем плохие, и всё же ученые получают 1 литр молока, и начинают его анализировать.

Итоги

Главный итог: в молоке был найден человеческий инсулин. Его удалось очистить и подвергнуть анализу. В основном это были годные для инъекции молекулы, но также некоторое количество обломков инсулина — которые скорее всего не сработали бы в теле человека. Что тут происходит?

Поиски ответа заставили авторов провести дополнительные исследования, с очень интересным результатом. Напомню: человеческий ген в этой истории — это ген производства белка, который называется проинсулин. Проинсулин — это предшественник, прекурсор инсулина. В клетках поджелудочной железы идет синтез проинсулина, а следующая технологическая стадия — особые ферменты-ножницы, протеазы, обрезают от проинсулина лишние кусочки, и так получается инсулин. 

План авторов состоял в том, что в вымени будет производиться проинсулин, а нарезку сделаем уже мы сами на заводе. Так это устроено и сейчас: кишечные палочки производят проинсулин, который потом еще надо доводить до готового продукта. Но вот случае с коровой сыграл роль еще один фактор, о котором забыли: в вымени работают свои протеазы, которые участвуют в нарезке белков молока — они так лучше усваиваются теленком (и так - у всех млекопитающих, от мыши до человека). Оказалось, что они отлично нарезают проинсулин, так что продукт получается уже совсем готовым. Иногда - слишком мелко нарезают, и портят. Надо будет научиться это подкручивать — это очень поможет при выработке разных белков, потому что такая до-нарезка на последней стадии — частая история в реальном организме.