Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã tiến một bước gần hơn đến khả năng tạo ra heparin trong các tế bào nuôi cấy. Heparin là một chất chống đông máu mạnh và là loại thuốc được kê đơn nhiều nhất trong các bệnh viện nhưng việc sản xuất heparin dựa trên tế bào nuôi cấy hiện không thể thực hiện được. Heparin hiện được sản xuất bằng cách chiết xuất thuốc từ ruột lợn, đây là mối quan tâm vì lý do an toàn, bền vững và an ninh.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), các nhà nghiên cứu của Đại học California San Diego đã tiến một bước gần hơn đến khả năng tạo ra heparin trong các tế bào nuôi cấy. Heparin là một chất chống đông máu mạnh và là loại thuốc được kê đơn nhiều nhất trong các bệnh viện nhưng việc sản xuất heparin dựa trên tế bào nuôi cấy hiện không thể thực hiện được.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một gen quan trọng trong sinh tổng hợp heparin: ZNF263 (protein ngón tay kẽm). Các nhà nghiên cứu tin rằng bộ điều chỉnh gen này là một khám phá quan trọng trên con đường sản xuất heparin công nghiệp. Ý tưởng sẽ là kiểm soát bộ điều chỉnh này trong các dòng tế bào công nghiệp bằng kỹ thuật di truyền và mở đường cho việc sản xuất heparin an toàn trong công nghiệp trong nuôi cấy tế bào được kiểm soát tốt.
Heparin hiện được sản xuất bằng cách chiết xuất thuốc từ ruột lợn, đây là mối quan tâm vì lý do an toàn, bền vững và an ninh. Hàng triệu con lợn là cần thiết mỗi năm để đáp ứng nhu cầu của ngành, và hầu hết sản xuất được thực hiện bên ngoài Hoa Kỳ. Hơn nữa, mười năm trước, các chất gây ô nhiễm từ các chế phẩm của lợn đã dẫn đến hàng chục cái chết. Vì vậy, cần phải phát triển sản xuất tái tổ hợp bền vững. Công trình trong PNAS cung cấp những hiểu biết mới về cách chính xác các tế bào kiểm soát sự tổng hợp heparin.
Quy định heparin
Heparin là một phân nhóm đặc biệt của một loại carbohydrate tổng quát hơn được gọi là heparan sulfates được sản xuất bởi một loạt các tế bào cả trong cơ thể người cũng như trong nuôi cấy tế bào. Tuy nhiên, heparin được sản xuất độc quyền trong một loại tế bào máu đặc biệt gọi là tế bào mast. Cho đến ngày nay, heparin không thể được sản xuất thành công trong nuôi cấy tế bào.
Các nhà nghiên cứu tại UC San Diego cho rằng sự tổng hợp heparin phải chịu sự kiểm soát của một số bộ điều chỉnh gen (được gọi là yếu tố phiên mã) mà sự xuất hiện đặc hiệu của mô có thể mang lại cho tế bào mast khả năng duy nhất để sản xuất heparin.
Do các cơ quan quản lý về heparin không được biết đến, một nhóm nghiên cứu do các giáo sư của UC San Diego Jeffrey Esko và Nathan Lewis dẫn đầu đã sử dụng phần mềm tin sinh học để quét các enzyme mã hóa liên quan đến sản xuất heparin và đặc biệt tìm kiếm các yếu tố trình tự có thể đại diện cho các vị trí liên kết. Sự tồn tại của một vị trí gắn kết như vậy có thể chỉ ra rằng gen tương ứng được điều chỉnh bởi một protein điều hòa gen tương ứng, tức là một yếu tố phiên mã.
“Một trình tự DNA nổi bật nhất được ưa thích bởi một yếu tố phiên mã có tên là ZNF263 (protein ngón tay kẽm),” giáo sư của UC San Diego, ông Nathan E. Lewis, người giữ các cuộc hẹn trong Khoa Nhi của Trường Y khoa UC San Diego giải thích và trong Khoa Kỹ thuật Sinh học của Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.
“Trong khi một số nghiên cứu đã được thực hiện trên bộ điều chỉnh gen này, đây là bộ điều chỉnh chính đầu tiên liên quan đến tổng hợp heparin,” Lewis nói. Ông cũng là đồng Giám đốc của Trung tâm Sinh học CHO Systems tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.
Sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen, CRISPR / Cas9, các nhà nghiên cứu của UC San Diego đã biến đổi ZNF263 trong một dòng tế bào người thường không tạo ra heparin. Họ phát hiện ra rằng heparan sulfate mà dòng tế bào này thường sản xuất hiện đã bị biến đổi hóa học và cho thấy khả năng phản ứng gần với heparin hơn.
Các thí nghiệm tiếp tục cho thấy ZNF263 ức chế các gen quan trọng liên quan đến sản xuất heparin. Điều thú vị là phân tích dữ liệu biểu hiện gen từ các tế bào bạch cầu của người cho thấy sự ức chế ZNF263 trong các tế bào mast (sản xuất heparin in vivo) và basophils có liên quan đến tế bào mast. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng ZNF263 dường như là chất ức chế tích cực sinh tổng hợp heparin trong hầu hết các loại tế bào và các tế bào mast được kích hoạt để tạo ra heparin vì ZNF263 bị ức chế trong các tế bào này.
Phát hiện này có thể có liên quan quan trọng trong công nghệ sinh học. Các dòng tế bào được sử dụng trong công nghiệp (như tế bào CHO thường không thể sản xuất heparin) có thể được biến đổi gen để làm bất hoạt ZNF263 có thể cho phép chúng tạo ra heparin, giống như tế bào mast.
Philipp Spahn, một nhà khoa học dự án trong phòng thí nghiệm của Nathan Lewis thuộc Khoa Nhi và Kỹ thuật Sinh học tại UC San Diego, đã mô tả thêm các hướng mà nhóm đang theo đuổi: “Phân tích sinh học của chúng tôi cho thấy một số bộ điều chỉnh gen tiềm năng bổ sung cũng có thể góp phần vào việc sản xuất heparin và được bây giờ là đối tượng thú vị của nghiên cứu sâu hơn. “
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – San Diego . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :