Gute Nachrichten für Diabetiker! Kann Milch mit menschlichem Insulin hergestellt werden? Diese Kuh ist wirklich nicht einfach →

Zusammengestellt von: Gong Zixin

Insulinmangel (Typ 1) oder Insulinresistenz (Typ 2) führen zu Diabetes, einer der am schnellsten wachsenden globalen Gesundheitskrisen. Im Jahr 2021 leben schätzungsweise 537 Millionen Menschen mit Diabetes. Bis 2045 wird diese Zahl voraussichtlich auf 783 Millionen ansteigen. Die weltweite Nachfrage nach Humaninsulin zur Behandlung von Diabetes wächst.

Nun hat eine einfache Kuh aus Südbrasilien Geschichte geschrieben: Sie ist die erste genetisch veränderte Kuh, die in der Lage ist, menschliches Insulin in ihrer Milch zu produzieren.

Die von Forschern der University of Illinois at Urbana-Champaign und der Universität von São Paulo geleitete Forschung könnte eine neue Ära in der Insulinproduktion einläuten, die Diabetikern eines Tages helfen könnte, Medikamentenknappheit und hohe Kosten zu überwinden. Die Forschungsergebnisse wurden in der neuesten Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift Journal of Biotechnology veröffentlicht.

„Mutter Natur hat die Brustdrüse als eine sehr effiziente Fabrik zur Herstellung von Proteinen konzipiert. Wir können dieses System nutzen, um ein Protein zu produzieren, das Hunderten Millionen Menschen auf der ganzen Welt helfen könnte“, sagte Matt Wheeler, Professor am Department of Animal Sciences der UC.

Die Forscher fügten ein menschliches DNA-Fragment, das Proinsulin (einen Proteinvorläufer der aktiven Form von Insulin) kodiert, in die Zellkerne von zehn Kuhembryonen ein. Diese Gene wurden in die Gebärmutter normaler Kühe implantiert und ein transgenes Kalb wurde geboren. Dank der neuesten Techniken der Gentechnik wird die Expression menschlicher DNA – also der Prozess, bei dem die Gensequenz gelesen und in ein Proteinprodukt übersetzt wird – ausschließlich im Brustgewebe durchgeführt.

Schematische Darstellung des lentiviralen Vektors, der für die milchdrüsenspezifische Expression von Humaninsulin und die Restriktionsmapping-Analyse konstruiert wurde

Wheeler wies darauf hin, dass die Verwendung von DNA-Strukturen, die nur im Brustgewebe vorkommen, bedeutet, dass im Blut oder anderen Geweben der Kuh kein menschliches Insulin zirkuliert. Zudem wird die Fähigkeit der Brustdrüse ausgenutzt, große Mengen an Protein zu produzieren.

Als die Kühe die Reife erreichten, versuchte das Team, sie mit herkömmlichen Methoden der künstlichen Befruchtung zu schwängern, allerdings ohne Erfolg. Sie verwenden Hormone, um die erste Laktation der Kühe anzuregen, die Milchproduktion ist jedoch geringer als nach einer erfolgreichen Schwangerschaft. Überraschenderweise können menschliches Proinsulin und Insulin in der Milch nachgewiesen werden.

Transgene Analyse

Unser Ziel ist die Herstellung von Proinsulin. Zunächst wird es zu Insulin aufbereitet. Die Kuh verarbeitet es jedoch im Wesentlichen selbst und produziert ein Verhältnis von etwa 3:1 zwischen bioaktivem Insulin und Proinsulin. Die Milchdrüse ist wirklich erstaunlich.

Wie viel Insulin wird also bei einer typischen Laktation produziert? Konservativ berechnet: Wenn eine Kuh 1 Gramm Insulin pro Liter produziert und die typische Insulineinheit 0,0347 mg beträgt, bedeutet das, dass es 28.818 Einheiten Insulin pro Gramm gibt. Das ist nur ein Liter, und eine typische Holsteinkuh produziert 40 bis 50 Liter Insulin pro Tag, das bringt das in einen Kontext.

Massenspektrometrieanalyse

Das Team plant, die Kuh erneut zu klonen und ist optimistisch, dass es ihnen mehr Erfolg dabei haben wird, die nächste Generation trächtig zu machen und die Laktationszyklen abzuschließen. Letztendlich hoffen sie, gentechnisch veränderte Bullen zu züchten, die sich mit weiblichen Tieren paaren, um so gentechnisch veränderten Nachwuchs zu erzeugen, der zum Aufbau einer spezifischen Herde verwendet werden kann. Wheeler meint, dass sogar eine kleine Population genetisch veränderter Hefen und Bakterien die bestehenden Methoden zur Insulinproduktion schnell übertreffen könnte, ohne dass dafür hochtechnologische Anlagen oder Infrastrukturen gebaut werden müssten.

„Um Insulin in Milch im großen Maßstab herzustellen, wären spezialisierte, gut ausgebaute Anlagen erforderlich, aber das ist für die etablierte Milchindustrie nichts Besonderes“, sagte Wheeler.

Bevor genetisch veränderte Kühe Diabetiker auf der ganzen Welt mit Insulin versorgen können, muss ein effizientes System zur Gewinnung und Reinigung des Insulinprodukts von der FDA zugelassen werden. Wheeler glaubt, dass dieser Tag kommen wird. Ich sehe eine Zukunft, in der eine Herde von 100 Kühen – so groß wie ein kleiner Milchviehbetrieb in Illinois oder Wisconsin – den gesamten Insulinbedarf des Landes produzieren könnte. Und eine viel größere Herde könnte den weltweiten Insulinbedarf innerhalb eines Jahres decken.