Генноинженерная бактерия лечит диабет

Существует множество лекарственных средств, регулирующих уровень глюкозы в крови больных диабетом. К их числу относятся и агонисты рецепторов глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1 или ГПП-1) в таких препаратах-блокбастерах, как Оземпик или Вегови. Однако все они действуют «извне» и не реагируют на колебание уровня сахара так непосредственно, как собственные бета-клетки поджелудочной железы человека. Есть терапевтические подходы, основанные на трансплантации островковых клеток (донорских или полученных из собственных иПСК пациента), но здесь остаются сложности, связанные с выживанием трансплантата в организме и безопасностью.

Исследователи из Восточно-китайского педагогического университета Шанхайской академии естественных наук разработали пробиотический препарат для контроля гликемии. Генномодифицированные бактерии реагируют на уровень глюкозы в крови, и когда он превышает порог, выделяют вещества для его снижения (принцип sense-and-respond — «чувствуй и реагируй»).

«Бактосенсоры» ранее уже использовались для обнаружения биомаркеров, ассоциированных с заболеваниями, в том числе глюкозы в крови или моче (система на основе бактериального промотора pCpxP). Параллельно разрабатываются «живые лекарства» — бактерии, которые поглощают и утилизируют токсичные метаболиты либо секретируют вещества с терапевтическим действием. Авторы новой работы объединили эти подходы.

Пробиотическую бактерию создали на основе бактериального штамма Escherichia coli Nissle 1917. В геноме бактерии присутствует HexR — чувствительный к глюкозе транскрипционный регулятор из другой бактерии, Pseudomonas putida. У этой бактерии он в отсутствии глюкозы (точнее, ее метаболита) связывается с промотором гена фермента, необходимого для получения энергии из глюкозы, и мешает его синтезу, а при появлении глюкозы отсоединяется от промотора, и фермент начинает синтезироваться.

В модифицированном штамме, который авторы назвали GIFT, HexR аналогичным образом регулирует продукцию самого модного активного вещества последнего десятилетия — GLP-1. В итоге бактерия при повышенном уровне глюкозы вырабатывает вещество, которое его снижает. После того как пациент примет пробиотик, бактерии попадут в кишечник и будут там производить GLP-1 строго в необходимых количествах.

Во время проектирования генномодифицированного организма уровни экспрессии и чувствительность к глюкозе в среде отрабатывали, используя в качестве репортера суперфлуоресцентный зеленый белок (sfGFP) вместо GLP-1.

Когда удалось получить бактерию с требуемыми параметрами, авторы проверили концепцию на мышах с диабетом 2 типа. Бактерии инкапсулировали в дубильной кислоте и полоксамере 188, чтобы продлить их пребывание в ЖКТ грызунов. Клетки GIFT обнаруживались в фекалиях мышей в течение суток-полутора, но через пять дней после приема последней порции их уже не было. Бактерии не присутствовали в других тканях организма и не вызывали неблагоприятных изменений биохимических показателей.

У мышей с диабетом через 12 часов после перорального введения пробиотика уровень глюкозы значительно снижался. У них также возрастал уровень инсулина по сравнению с контролем, а концентрация GLP-1 в крови воротной вены через два часа после введения были выше, чем периферической крови.

Тридцатидневный курс пробиотика улучшил у животных показатели толерантности к глюкозе и инсулину. Также улучшился липидный профиль, мыши не так быстро набирали вес.

Неконтролируемая гипергликемия может привести к таким осложнениям, как метаболический синдром, заболевания печени и почек, гормональные дисфункции. Пробиотический препарат снизил риски развития осложнений : в частности, у мышей уменьшилось накопление триглицеридов и общего холестерина, а также маркеров воспаления, снизились уровни маркеров повреждения почек.

Наконец, у мышей дикого типа, которым давали колу и шоколад, скачок уровня глюкозы в крови индуцировал экспрессию бактериального гена. Экспрессия GLP-1, в свою очередь, способствовала снижению уровня сахара.

Результаты подтвердились не только на мышиных моделях диабета и ожирения, но и на макаках-крабоедах с диабетом. У них тоже восстановилась толерантность к глюкозе и улучшился липидный профиль.

Таким образом, «живой» терапевтический препарат самостоятельно, в режиме реального времени дозирует действующее вещество в ответ на колебания уровня глюкозы. По мнению авторов, он может стать безопасной альтернативой инвазивным подходам, основанным на трансплантации бета-клеток. Любые побочные эффекты, если они возникнут, легко устранить с помощью курса антибиотиков или прекращения приема препарата.

Женщина с диабетом не нуждается в инсулине после трансплантации островков из ее собственных клеток

Оземпик и его аналоги, или Как ядовитая ящерица помогла диабетикам