Für einen soliden Proof of Concept entwickelte ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Martin Fussenegger von der Schweizerischen Hochschule Zürich (ETH) ein System zur Behandlung von Typ-2-Diabetes bei Mäusen durch reichliches Trinken von Kaffee. Wenn Tiere Kaffee (oder ein anderes koffeinhaltiges Getränk wie Tee) trinken, wird in Zellen, die Mäusen in die Bauchhöhle implantiert wurden, ein künstliches genetisches System aktiviert. Dies führt zur Produktion eines Hormons, das die Insulinproduktion erhöht und dadurch den Blutzuckerspiegel senkt.
Wissenschaftler stellen fest, dass Biologen, die an der Entwicklung künstlicher genetischer Systeme beteiligt sind, seit langem nach solchen Induktoren suchen, die künstliche Genetik auslösen könnten. Die Vorgängerversionen der Induktoren hatten jedoch Probleme. Dazu gehören Antibiotika, die die Arzneimittelresistenz von Bakterien stimulieren können, sowie Lebensmittelzusatzstoffe, die Nebenwirkungen haben können. Koffein ist ungiftig, billig herzustellen und nur in bestimmten Getränken wie Kaffee und Tee enthalten. Diese Getränke sind sehr beliebt und täglich werden weltweit mehr als zwei Milliarden Tassen Kaffee getrunken.
Eine Schlüsselkomponente des Systems ist das Protein, das auf das Vorhandensein von Koffein im Blutkreislauf reagieren kann. Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher vom Körper des Kamels produzierte Antikörper, die Koffein nachweisen können. In Gegenwart von Koffein bindet dieser Antikörper - aCaffVHH - an Koffein und dimerisiert dann. Mit anderen Worten, zwei aCaffVHHs verbinden sich und drücken das Koffeinmolekül zusammen. Die Forscher kombinierten die Hälfte des Proteins mit einem Antikörper und die andere Hälfte mit einem zweiten Antikörper. Dann können die Antikörper bei der Dimerisierung ein vollständig funktionelles Protein bilden. Daher konnten Wissenschaftler dieses Protein nur durch koffeininduzierte Dimerisierung aktivieren.
Am empfindlichsten gegenüber Koffein war das System, das den EpoR-Regulator verwendete, der aktiv wird, wenn er dimerisiert und einen Transkriptionsfaktor namens STAT3 induziert. Wie alle Transkriptionsfaktoren funktioniert STAT3 durch Bindung spezifischer DNA-Teile zur Kontrolle der Genexpression.
Wissenschaftler konstruierten ein STAT3-bindendes Segment in Stammzellen, das ein Gen steuert, das ein synthetisches menschliches Hormon namens GLP-1 oder Glucagon-ähnliches Peptid-1 codiert. Dieses Hormon bewirkt, dass der Körper sein eigenes Insulin produziert, das wiederum den Blutzucker senkt. Synthetisches GLP-1 wird als potenzielle Behandlung für Typ-2-Diabetes angesehen, bei dem ein hoher Blutzucker und eine unzureichende Insulinproduktion vorliegen. Diese Krankheit betrifft weltweit mehr als 400 Millionen Menschen.
Die Forscher packten diese GLP-1-produzierenden Stammzellen in eine durchlässige Kapsel und platzierten die Kapsel dann in der Körperhöhle von Mäusen mit Typ-2-Diabetes. Nach täglichen Kaffeedosen bei diabetischen Mäusen war der Blutzuckerspiegel ähnlich wie bei gesunden Mäusen. Sie hatten auch viel höhere Blutinsulinspiegel im Vergleich zu diabetischen Mäusen ohne ein GLP-1-produzierendes Implantat.
Es ist wichtig zu beachten, dass die tägliche Koffeinaufnahme bei den Mäusen keine Probleme verursachte, wie z. B. eine erhöhte Herzfrequenz oder einen gefährlich niedrigen Blutzucker. Die Forscher stellten auch fest, dass entkoffeinierte Getränke das System nicht aktivierten.
Wissenschaftler sind optimistisch und schlagen sogar vor, dass sie mit anschließender Feinabstimmung personalisierte Systeme erstellen können, die den Präferenzen jedes Patienten für den Koffeinkonsum entsprechen.
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Die Forschungsergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Serg Drachen
