成功研發基因改造牛奶  助永續製造人類胰島素

最新刊於《生物技術期刊》的研究指,有團隊基因改造了一隻牛,使其能夠在牛奶中產生人類胰島素 (Insulin) ;研究有望為永續胰島素生產打開大門,幫助解決世界胰島素供應問題。

目前,研究只是概念驗證,但透過額外的測試和食品和藥物管理局 (FDA) 的批准,將可擴大胰島素生產規模,至目前的生產方法相水平,後者則涉及基因改造酵母和細菌。

胰島素能促進細胞攝取葡萄糖及控制血液中葡萄糖的含量,因此能幫助體內不能製造胰島素或製造功能不全的糖尿病患者,控制其血糖水平。

有參與研究的聯絡作者、伊利諾大學厄巴納-香檳分校動物科學系教授 Matthew Wheeler 在大學聲明中指出,大自然將乳腺設計成一個非常有效地製造蛋白質的工廠,人類可以利用這個系統來生產一種可以幫助全世界數億人的蛋白質。

團隊首先將一段編碼胰島素蛋白質前體胰島素原 (proinsulin) 的人類 DNA 片段,插入 10 個牛隻胚胎的細胞核中,以培育出了一頭基因改造牛。然後,團隊將這些經改造的胚胎植入正常牛隻的子宮中,最終其中一頭牛誕下了基因改造小牛。

雖然在乳牛成熟後很難讓其懷孕,但該團隊仍能使用荷爾蒙誘導其泌乳。與懷孕後相比,這種方法產生的乳汁量較少,但用這種方法催奶的乳牛所產生的乳汁中,含有人類胰島素原,更令研究小組驚訝的是,當中也有胰島素。

Wheeler 補充,團隊原本的目標是製造胰島素原,再將其純化為胰島素,但乳牛基本上自己「加工」,而生物活性胰島素與胰島素原的比例約為三比一。

值得注意的是,團隊使用的基因工程技術可令人類胰島素僅在乳房組織中表達,而不存在於乳牛身體的其他任何地方。

由於要實際使用胰島素和胰島素原,需要先提取和將之純化。假設這個目標能夠實現,Wheeler 提出,如果 1 隻乳牛每公升牛奶能夠產生 1 克胰島素,就可以產生大量胰島素足夠絕大部分人的需求,因為每隻乳牛每日可分泌 50 公升奶,而典型的胰島素單位是 0.0347 毫克,即每 1 克胰島素相當於有 28,818 單位。更重要的是,每個糖尿病患者每日最多需要使用 50 個單位的胰島素。

團隊現時計劃重新複製這頭牛,並希望建立一組基因改造牛群,足以為全球數百萬糖尿病患者提供胰島素。

來源:

IFL Science, Genetically Modified Cow Produces Human Insulin In Milk In World First

報告:

Monzani, P.S., Sangalli, J.R., Sampaio, R.V. & et al. (2024). Human proinsulin production in the milk of transgenic cattle. Biotechnology Journal Volume19, Issue3, March 2024 2300307. doi: 10.1002/biot.202300307

文/AC

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