Tento blogový příspěvek zkoumá, jak byla vyvinuta technologie výroby inzulínu s využitím E. coli a jaký má její přínos pro lidské zdraví.
Biologie je věda, která analyzuje všechny živé organismy a biologické jevy v přírodě a vědecky identifikuje jejich příčiny. Je to široká disciplína, jejímž cílem je porozumět struktuře, funkci a ekologickým interakcím všech forem života, včetně zvířat, rostlin a mikroorganismů, a tím zkoumat základní principy života. Primární zaměření biologie však spočívá v analýze toho, jak lze tyto výzkumné poznatky aplikovat na člověka. Mezi příklady patří výzkum složek specifických rostlin s protirakovinnými účinky nebo vývoj léčby lidských onemocnění s využitím genetických charakteristik určitých zvířat. Zlepšení lidského zdraví a kvality života prostřednictvím takových aplikací je jedním z konečných cílů biologie.
Biotechnologie je obor, který se vyvinul na základě těchto cílů a je propojen s biologií. Biotechnologie je obor, který staví na základních znalostech molekulární biologie a genetiky, aby uměle manipuloval s vlastnostmi živých organismů a dosáhl tak praktických výsledků. Přestože je biotechnologie stále ve fázi vývoje, získává si pozornost pro svůj potenciál odemknout odvěké sny lidstva, včetně věčného mládí, a to prostřednictvím rozmanitého výzkumu a technologického pokroku. Například techniky, jako je inhibice procesu stárnutí v buňkách nebo prevence nemocí pomocí genové terapie korekcí specifických genů, tento potenciál demonstrují.
Biotechnologie je nám ve skutečnosti již docela blízká a snadno se s ní setkáváme v každodenním životě. Principy biotechnologie se uplatňují i v tradičních fermentovaných potravinách, jako je výroba alkoholu pomocí kvasinek nebo fermentace kimči. Dnes se její rozsah dále rozšířil a zahrnuje doplňky stravy s využitím bakterií mléčného kvašení a využití mikroorganismů k čištění životního prostředí. To dokazuje, že biotechnologie se neomezuje pouze na laboratoře, ale přímo ovlivňuje různé aspekty našich životů.
Tentokrát si představíme metodu výroby inzulinu s využitím E. coli, často nazývané původcem, který posunul „biotechnologie“ vpřed jak v akademické, tak v průmyslové rovině. Tato technologie, objevená v raných fázích biotechnologického výzkumu, představuje klíčový příklad demonstrující praktičnost biotechnologie. Významně přispěla k lidskému zdraví, zejména tím, že umožnila hromadnou výrobu inzulinu, který je nezbytný pro diabetiky. Během svátků, kdy se scházejí rodiny, lze vidět diabetika, jak si aplikuje injekci inzulinu. Tento akt má význam nad rámec jednoduché péče o zdraví. Bez injekcí inzulinu může hladina cukru v krvi prudce vzrůst, což z inzulinu činí životně důležitý prvek pro udržení života diabetiků. Proč tedy diabetici potřebují injekce inzulinu a proč je výroba inzulinu založená na biotechnologiích tak důležitá?
Lidské tělo funguje prostřednictvím složité souhry hormonů. Hormony jsou fyziologické regulační látky, které podporují nebo inhibují specifické procesy. Pokud je živin nedostatek, vylučují stimulační hormony; pokud je živin nadbytek, vylučují inhibiční hormony, aby udržely homeostázu těla. Mezi nimi hraje inzulín klíčovou roli při snižování hladiny cukru v krvi. Naopak, když hladina cukru v krvi klesne příliš nízko, vylučuje se hormon glukagon, který zvyšuje hladinu cukru v krvi a obnovuje rovnováhu. Pokud se však objeví problémy s funkcí sekrece inzulínu a hladinu cukru v krvi nelze snížit, vzniká cukrovka. Diabetes je onemocnění, na které stále neexistuje lék; v současné době je jedinou dostupnou metodou injekční aplikace inzulínu ke kontrole hladiny cukru v krvi.
Stejně jako většina hormonů je i inzulín velmi složitá organická sloučenina. Jeho pouhá syntéza v chemické laboratoři je kvůli jeho složitosti a vysokým nákladům nepraktická.
V minulosti se inzulin pro použití extrahoval z prasečích slinivek. Množství inzulinu, které bylo možné získat z jednoho prasete, však bylo velmi omezené, což vedlo k vysokým výrobním nákladům. Při použití inzulinu extrahovaného ze zvířat navíc vznikaly problémy s imunitní odpovědí. Řešením těchto problémů byl vývoj technologie výroby inzulinu s využitím E. coli.
E. coli je v biologii nejvíce studovaný mikroorganismus. Pro člověka je neškodný a je velmi užitečný, protože jej lze rychle a snadno masově kultivovat. E. coli se rozmnožuje binárním štěpením, což je proces, při kterém se DNA a živiny v buňce zdvojnásobí a poté se buňka dělí na dvě identické dceřiné buňky. Protože je DNA dokonale identická, můžeme spolehlivě produkovat velké množství požadované látky.
Metoda produkce inzulínu je následující. Nejprve se do E. coli vloží gen pro inzulín, což bakterii umožní produkovat inzulín sama. E. coli má kruhový genetický materiál zvaný plasmid ve tvaru koblihy. Tento plasmid se extrahuje speciální metodou, nepotřebné části se odstraní a poté se s ním spojí gen pro inzulín. Opětovným vložením tohoto modifikovaného plasmidu do E. coli bakterie získají strukturu potřebnou k produkci inzulínu.
Produkce inzulinu pomocí E. coli nabízí řadu výhod. Zaprvé je mnohem jednodušší a poskytuje větší množství než extrakce z prasečí slinivky břišní, což ji činí ekonomicky výhodnou. Zadruhé, vyhýbá se etickým problémům, které mohou vzniknout při extrakci inzulinu z prasat. Zatřetí, produkce pomocí E. coli umožňuje hromadnou výrobu, což přispívá ke snížení finanční zátěže spojené s injekcemi inzulinu pro diabetiky. V tomto ohledu lze produkci inzulinu pomocí E. coli považovat za ukázkový příklad toho, jak biotechnologie hmatatelně přispívá k lidskému životu.
Biotechnologie je stále v plenkách, ale ve srovnání se strojírenstvím, chemickým inženýrstvím a stavebním inženýrstvím má obrovský potenciál a generuje značná očekávání. Je pozoruhodné, že rozsah továren potřebných pro biotechnologii je ve srovnání s jinými odvětvími relativně malý, což nabízí potenciál generovat vysoké zisky bez značných investic. Kromě tohoto ekonomického potenciálu se očekává, že biotechnologie zlepší kvalitu lidského života a otevře nové možnosti v různých oblastech, jako je medicína, životní prostředí a zemědělství. Těšíme se, že biotechnologie v budoucnu dosáhne významného pokroku a přispěje nejen k dlouhodobému snu lidstva o věčném mládí a dlouhověkosti, ale také k léčbě různých nemocí, které je v současnosti obtížné léčit.
