自巴西南部的普通褐色奶牛创造了历史，成为首例能够在乳汁中产出人类胰岛素的转基因奶牛。这项由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和圣保罗大学的研究人员领导的突破性成果，可能会开启胰岛素生产的新时代，最终消除糖尿病患者的药物短缺和高成本问题。
“大自然将乳腺设计成一个高效的蛋白质工厂。我们可以利用这个系统来生产一种能够帮助全球数亿人的蛋白质，”伊利诺伊大学农业、消费者和环境科学学院 (ACES) 动物科学系教授 Matt Wheeler 说道。他还隶属于卡尔伊利诺伊医学院、格雷厄姆工程学院、兽医学院、贝克曼研究所和卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所。
Wheeler 是《生物技术杂志》上发表的一项新研究的首席作者，该研究描述了胰岛素生产奶牛的开发过程。这项概念验证成果经过进一步测试和 FDA 批准后，可以进行规模化应用。
Wheeler 在巴西的同事将编码人类前胰岛素(活性胰岛素的前体蛋白)的人类 DNA 片段插入了 10 个牛胚胎的细胞核中。这些胚胎被植入巴西普通奶牛的子宫中，最终诞生了一头转基因小牛。得益于更新的基因工程技术，人类 DNA 被特异性地表达(基因序列被读取并翻译成蛋白质产物)在乳腺组织中。
“过去，我们只是将 DNA 导入细胞，并希望它在我们需要的地方表达，”Wheeler 说。“现在，我们可以更具策略性和针对性。使用特异性表达于乳腺组织的 DNA 构建体意味着没有人类胰岛素在牛的血液或其他组织中循环。它还利用了乳腺产生大量蛋白质的能力。”
当这只奶牛成年后，研究团队尝试使用标准的人工授精技术对其进行授孕，但没有成功。最终，他们使用激素刺激了她的第一次泌乳。这次泌乳产生了乳汁，但数量比成功怀孕后要少。尽管如此，在乳汁中仍检测到了人类前胰岛素和胰岛素，这令人惊讶。
“我们的目标是制造前胰岛素，将其纯化成胰岛素，然后再进行下一步。但这只奶牛基本上自己完成了这个过程。她产生的生物活性胰岛素与前胰岛素的比例约为 3:1，”Wheeler 说。“乳腺真是个神奇的东西。”
胰岛素和前胰岛素需要提取和纯化才能使用，在乳汁中的表达量为每升几克。但由于泌乳是激素诱导的，乳汁量比预期少，因此研究团队无法确切地说在典型泌乳过程中会产生多少胰岛素。
保守估计，如果一头奶牛每升能产出 1 克胰岛素，而一头典型的荷斯坦奶牛每天能产出 40 到 50 升，那么这将是大量的胰岛素。尤其是考虑到典型的胰岛素单位等于 0.0347 毫克。
“这意味着每克胰岛素相当于 28,818 单位的胰岛素，”Wheeler 说。“而这只是一升；荷斯坦奶牛每天可以产出 50 升。你自己算算吧。”
研究团队计划再次克隆这只奶牛，并乐观地认为他们将在下一代奶牛中取得更大的成功，实现怀孕和完整的泌乳周期。最终，他们希望培育出转基因公牛与雌性奶牛交配，产生可用于建立专用牛群的转基因后代。Wheeler 表示，即使是小规模的牛群也能很快超越现有的胰岛素生产方法(转基因酵母和细菌)，而且无需创建高度技术化的设施或基础设施。
“对于在大规模生产牛奶中的胰岛素，你需要为奶牛提供专门的高健康状况的设施，但这对于我们成熟的乳业来说并不算什么，”Wheeler 说。“我们知道如何养牛。”
在转基因奶牛能够为全球糖尿病患者提供胰岛素之前，还需要建立一个高效的胰岛素产品收集和纯化系统，并获得 FDA 批准。但 Wheeler 相信这一天终将到来。
“我可以预见未来，一个拥有 100 头奶牛的牛群，相当于一个小型的伊利诺伊州或威斯康星州的奶牛场，可以生产出该国所需的所有胰岛素，”他说。“而更大的牛群呢？你可以在一年内生产出全世界一年的供应量。”
本文译自 ScienceDaily，由 BALI 编辑发布。
“大自然将乳腺设计成一个高效的蛋白质工厂。我们可以利用这个系统来生产一种能够帮助全球数亿人的蛋白质，”伊利诺伊大学农业、消费者和环境科学学院 (ACES) 动物科学系教授 Matt Wheeler 说道。他还隶属于卡尔伊利诺伊医学院、格雷厄姆工程学院、兽医学院、贝克曼研究所和卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所。
Wheeler 是《生物技术杂志》上发表的一项新研究的首席作者，该研究描述了胰岛素生产奶牛的开发过程。这项概念验证成果经过进一步测试和 FDA 批准后，可以进行规模化应用。
Wheeler 在巴西的同事将编码人类前胰岛素(活性胰岛素的前体蛋白)的人类 DNA 片段插入了 10 个牛胚胎的细胞核中。这些胚胎被植入巴西普通奶牛的子宫中，最终诞生了一头转基因小牛。得益于更新的基因工程技术，人类 DNA 被特异性地表达(基因序列被读取并翻译成蛋白质产物)在乳腺组织中。
“过去，我们只是将 DNA 导入细胞，并希望它在我们需要的地方表达，”Wheeler 说。“现在，我们可以更具策略性和针对性。使用特异性表达于乳腺组织的 DNA 构建体意味着没有人类胰岛素在牛的血液或其他组织中循环。它还利用了乳腺产生大量蛋白质的能力。”
当这只奶牛成年后，研究团队尝试使用标准的人工授精技术对其进行授孕，但没有成功。最终，他们使用激素刺激了她的第一次泌乳。这次泌乳产生了乳汁，但数量比成功怀孕后要少。尽管如此，在乳汁中仍检测到了人类前胰岛素和胰岛素，这令人惊讶。
“我们的目标是制造前胰岛素，将其纯化成胰岛素，然后再进行下一步。但这只奶牛基本上自己完成了这个过程。她产生的生物活性胰岛素与前胰岛素的比例约为 3:1，”Wheeler 说。“乳腺真是个神奇的东西。”
胰岛素和前胰岛素需要提取和纯化才能使用，在乳汁中的表达量为每升几克。但由于泌乳是激素诱导的，乳汁量比预期少，因此研究团队无法确切地说在典型泌乳过程中会产生多少胰岛素。
保守估计，如果一头奶牛每升能产出 1 克胰岛素，而一头典型的荷斯坦奶牛每天能产出 40 到 50 升，那么这将是大量的胰岛素。尤其是考虑到典型的胰岛素单位等于 0.0347 毫克。
“这意味着每克胰岛素相当于 28,818 单位的胰岛素，”Wheeler 说。“而这只是一升；荷斯坦奶牛每天可以产出 50 升。你自己算算吧。”
研究团队计划再次克隆这只奶牛，并乐观地认为他们将在下一代奶牛中取得更大的成功，实现怀孕和完整的泌乳周期。最终，他们希望培育出转基因公牛与雌性奶牛交配，产生可用于建立专用牛群的转基因后代。Wheeler 表示，即使是小规模的牛群也能很快超越现有的胰岛素生产方法(转基因酵母和细菌)，而且无需创建高度技术化的设施或基础设施。
“对于在大规模生产牛奶中的胰岛素，你需要为奶牛提供专门的高健康状况的设施，但这对于我们成熟的乳业来说并不算什么，”Wheeler 说。“我们知道如何养牛。”
在转基因奶牛能够为全球糖尿病患者提供胰岛素之前，还需要建立一个高效的胰岛素产品收集和纯化系统，并获得 FDA 批准。但 Wheeler 相信这一天终将到来。
“我可以预见未来，一个拥有 100 头奶牛的牛群，相当于一个小型的伊利诺伊州或威斯康星州的奶牛场，可以生产出该国所需的所有胰岛素，”他说。“而更大的牛群呢？你可以在一年内生产出全世界一年的供应量。”
本文译自 ScienceDaily，由 BALI 编辑发布。
