瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家设计并测试了一种对咖啡因饮料浓度有反应的合成基因回路。

它通过释放用于治疗2型糖尿病的葡萄糖控制化合物来实现这一点。

研究人员将电路插入细胞并植入糖尿病小鼠体内。

他们表明，咖啡消费降低了血糖水平，与不同剂量的咖啡因一致。
 

一旦咖啡因进入小鼠的血液，它激活合成基因电路，使其释放化合物以降低葡萄糖水平。
 

研究人员在报告了他们的发现研究论文最近在杂志上发表自然传播。
 

全世界的糖尿病负担日益增加

糖尿病是一个日益增长的公共健康问题，影响全球数亿人。

这种流行主要是由于2型糖尿病发病率上升所致，当细胞失去使用胰岛素将葡萄糖或血糖转化为能量的能力时，这种情况就会发生。

 

在美国，约有2310万例糖尿病病例被诊断出来 - 其中绝大多数为2型。这种负担的估计年成本超过2450亿美元。
 

尽管近年来治疗已经显着提高，并且可以显着降低并发症风险，但糖尿病仍然是美国第七大死因。
 

如果更多的人达到医生建议的治疗目标，这种负担可能会减轻。专家建议我们需要更好的“护理模式”来解决问题。

目前，每餐后患者都必须监测血糖水平，并随着指定治疗的增加迅速做出反应。
 

合成生物学和基因电路

研究人员将合成生物学描述为“工程学与生物学之间的融合”，近年来，科学家们设计出用于生物医学用途的基因电路。
 

合成基因电路重编程细胞以特定方式使用其现有的机器。
 

其中一个例子就是可以严密控制免疫细胞的“分子开关”的开发，旨在使癌症治疗更安全，更精确。

在设计合成基因电路时，科学家面临许多挑战。其中之一就是选择正确的触发器，以免错误地激活电路，并确保响应仅限于所要求的响应并且不会产生副作用。
 

咖啡因引发的肽生产

在这篇论文中，科学家们描述了他们如何创造出“感受咖啡因的全合成感受器”，其水平与典型的一杯咖啡相当。

受体是位于细胞表面的蛋白质，只有在遇到特定分子时才会发生反应，如插入锁中的独特钥匙。这种绑定行为触发细胞内部的特定反应。
 

在这里，触发因子是咖啡因，反应是生成“合成人类胰高血糖素样肽1”，这是一种用于治疗2型糖尿病以降低血糖水平的化合物。
 

研究作者称基因电路为“咖啡因刺激先进的调节器（C-STAR）”。他们通过将其插入“设计师细胞”中来测试C-STAR。

研究人员在实验室测试了C-STAR细胞对各种来源和剂量咖啡因的反应，包括商业品牌的饮料。他们还将这些细胞植入到培育出2型糖尿病的小鼠体内。
 

'改进的葡萄糖控制'

在细胞测试和植入C-STAR细胞的小鼠中，咖啡因的存在触发基因表达的可逆和剂量依赖性变化。

起初，该团队通过将其与编码蛋白质的“报告基因”连接起来，测试了触发因子的作用。
 

然后，研究团队用编码“临床许可的工程蛋白质”的基因替换了报告基因，用于治疗2型糖尿病，这是合成的人胰高血糖素样肽1。
 

一旦被触发，电路导致细胞产生胰高血糖素样肽1.与未处理的对照相比，经处理的小鼠表现出“显着改善”的葡萄糖控制。
 

'与生活方式融合的治疗'

该小组认为，使用咖啡因作为触发因素的优势之一是它“无毒，价格低廉，只存在于特定饮料中”。

这项新的研究表明，基于合成基因电路的“微调”治疗可能对日常饮料产生反应，如茶和咖啡，而不补充任何其他化学物质，“作者指出。

此外，“通过整合治疗与生活方式”，研究人员认为，这种方法可以让患者更容易遵守治疗方案，因为他们得出结论：
 

“利用日常文化习惯，基于这种系统的治疗应该无缝地融入人们的生活方式，因此可能成为新一代个性化医疗可以建立的关键支柱。”