糖尿病治疗的里程碑——转基因奶牛产“人胰岛素”奶

　　

来自巴西南部的一头不起眼的棕色牛创造了历史，成为第一头能够在牛奶中产生人类胰岛素的转基因奶牛。

由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和圣保罗大学圣保罗分校的研究人员领导的这一进展，可能预示着胰岛素生产的新时代，有一天，糖尿病患者的药物短缺和高成本将被消除。大自然母亲把乳腺设计成一个工厂，非常非常高效地制造蛋白质。我们可以利用这个系统生产一种可以帮助全世界数亿人的蛋白质，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校农业、消费者和环境科学学院动物科学系教授Matt Wheeler说。

Wheeler是《Biotechnology Journal》上一篇新研究的主要作者，该研究描述了生产胰岛素的奶牛的发展，这是一项概念验证成果，在经过额外的测试和FDA的批准后，可能会扩大规模。

Wheeler在巴西的同事插入了一段编码胰岛素原的人类DNA，这是一段胰岛素-活性形式的蛋白质前体，并注入10个牛胚胎的细胞核。在巴西，这些基因被植入正常奶牛的子宫，并诞生了一头转基因小牛。由于最新的基因工程技术，人类DNA被靶向表达，然后基因序列被读取并翻译成蛋白质产物，并且这些产物只存在于乳腺组织中。

Wheeler说:“过去，我们只是把DNA塞进去，希望它能在你想要的地方表达。现在我们可以更具战略性和针对性。使用乳腺组织特有的DNA结构意味着牛的血液或其他组织中没有人类胰岛素循环。它还利用了乳腺产生大量蛋白质的能力。”

当奶牛成熟后，研究小组试图使用标准的人工授精技术使其受孕，但没有成功。相反，他们用激素刺激她的第一次泌乳。泌乳产奶，但产奶量比成功怀孕后要少。然而，令人惊讶的是，在牛奶中可以检测到人类胰岛素原和胰岛素。

“我们的目标是制造胰岛素原，将其纯化成胰岛素，然后从那里开始。但这头牛基本上是自己加工的。她产生的生物活性胰岛素与原胰岛素的比例约为3:1，”Wheeler说。“乳腺是一个神奇的东西。”

胰岛素和胰岛素原需要提取和纯化才能使用，在牛奶中以每升几克的速度表达。但由于泌乳是由激素诱导的，泌乳量比预期的要小，研究小组不能确切地说一次典型的泌乳会产生多少胰岛素。

保守地说，如果一头牛每升能产生1克胰岛素，而一头典型的荷斯坦奶牛每天能产生40到50升胰岛素，那就有很多胰岛素了。尤其是考虑到胰岛素的典型治疗单位才0.0347毫克。

Wheeler说:“这意味着每克/L相当于28,818单位的胰岛素。而荷斯泰因每天可以生产50升。你可以自己算算。”

研究小组计划重新克隆这头奶牛，并乐观地认为，他们将在下一代的怀孕和完整的哺乳周期中取得更大的成功。最终，他们希望创造出转基因公牛与雌性交配，创造出转基因后代，可以用来建立一个特定的畜群。这意味着养一群牛就可以代替现在利用转基因酵母和细菌生产胰岛素的高科技的设施或基础设施。

Wheeler说:“要在牛奶中大量生产胰岛素，你需要专门的、健康状况良好的设施，但对于我们成熟的乳制品行业来说，这没什么特别的。我们知道我们在对奶牛做什么。”

在转基因奶牛能够为全世界的糖尿病患者提供胰岛素之前，需要一个有效的系统来收集和纯化胰岛素产品，并获得FDA的批准。但Wheeler相信这一天终将到来。他说:“我可以预见，在未来，一个100头的畜群，相当于伊利诺伊州或威斯康星州的一个小型奶牛场，就能生产出全国所需的所有胰岛素。还有更大的牛群?”

你可以在一年内制造出全世界的供应量。

 "Human proinsulin production in the milk of transgenic cattle," is published in Biotechnology Journal [DOI: 10.1002/biot.202300307]