Зачем ученые создали гибрид инсулина человека и конусной улитки?

Инсулин как яд

Когда конические улитки охотятся за добычей на коралловых рифах, то используют токсичный яда, который содержит уникальную форму инсулина. Она вызывает моментальное снижение уровня глюкозы в крови рыб, временно парализуя их и позволяя улитки спокойно проглотить неподвижную жертву целиком.

Этот ядовитый инсулин имеет много общих биохимических признаков с человеческим инсулином, но имеет и несколько ключевых отличий. Главным из них является скорость действия. Инсулин, полученный из яда конусной улитки, не имеет компонента, ответственного за агрегацию, которая заставляет инсулин собираться вместе для того, чтобы его можно было хранить в поджелудочной железе. Прежде чем гормон начнет действовать на уровень сахара в крови, его скопления должны распасться на отдельные молекулы, что может занять до 60 минут. А вот инсулин конусной улитки готов к работе практически сразу.

Быстрый, но слабый

Инсулин быстрого действия был бы очень полезным для людей, страдающих сахарным диабетом, поскольку уменьшил бы риск гипергликемии и других серьезных осложнений этого заболевания. Он также позволил бы улучшить работу инсулиновых насосов или устройств искусственной поджелудочной железы, которые автоматически высвобождают этот гормон в организм по мере необходимости.

Все это заставило исследователей заняться поиском способов объединения свойств оружия конусообразных улиток и человеческого инсулина. Теоретически сделать это было возможно, поскольку они имеют одинаковую «основу» и схожую структуру. Но возникала серьезная проблема: инсулин улитки гораздо менее эффективен, чем человеческий инсулин. Чтобы снизить уровень сахара в крови, людям бы потребовалось увеличить размер дозы в 20-30 раз.

Решение проблемы

Ученым из Университета здоровья Юты (США) удалось преодолеть эти трудности.^[1] При помощи методов структурной биологии и медицинской химии они выделили четыре аминокислоты, которые помогают инсулину улитки связываться с рецепторами. А затем создали усеченную версию молекулы человеческого инсулина без области, ответственной за агрегацию. В результате, ученые интегрировали полученные аминокислоты в усеченную молекулу инсулина и получили гибрид, который «не слипается» и связыватся с инсулиновыми рецепторами человека с высокой эффективностью.

В тестах на лабораторных крысах эта гибридная молекула, которую ученые называют «мини-инсулином», обладала такой же эффективностью, что и человеческий инсулин, но действовала быстрее. Успешные результаты эксперимента сделали «мини-инсулин» главным кандидатом на роль инсулиновой терапии нового поколения, способной улучшить жизнь людей с диабетом.

Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE

1. Jagat B. Budhathoki, Yibei Xiao, Gabriel Schuler, Chunyi Hu, Alexander Cheng, Fran Ding, Ailong Ke. Real-time observation of CRISPR spacer acquisition by Cas1–Cas2 integrase. Nature Structural & Molecular Biology, 2020; 27 (5): 489 DOI: 10.1038/s41594-020-0415-7