有一天，由于合成生物学，2型糖尿病患者可以通过喝茶或咖啡来调节血糖。

瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们设计并测试了一种合成基因电路，该电路能对饮料中咖啡因的浓度做出反应。

它通过释放一种用于治疗2型糖尿病的葡萄糖控制化合物来达到这个目的。

研究人员将该电路植入细胞，并将其植入糖尿病小鼠体内。

他们发现，饮用咖啡可以降低血糖水平，这与饮用不同剂量的咖啡因是一致的。

一旦咖啡因进入老鼠的血液，它就会激活合成基因回路，使其释放化合物降低葡萄糖水平。

研究人员在最近发表在《自然通讯》杂志上的一篇研究论文中报告了他们的发现。

 

全世界的糖尿病负担正在增加

糖尿病是一个日益严重的公共健康问题，影响着全世界数亿人。

这种疾病的流行主要是由于2型糖尿病发病率的上升，当细胞失去利用胰岛素将葡萄糖或血糖转化为能量的能力时，就会出现这种情况。

但是，尽管近年来治疗手段有了显著进步，可以显著降低并发症的风险，糖尿病仍是第七大死亡原因

如果更多的个人达到医生推荐的治疗目标，这个负担就会减少。专家建议我们需要更好的“护理模式”来解决这个问题。

目前，患者必须在每顿饭后监测血糖水平，并及时对任何增加的情况作出反应。

 

合成生物学和基因电路

研究人员将合成生物学描述为“工程与生物学的融合”，近年来，这使得科学家能够设计出用于生物医学的基因电路。

合成基因电路对细胞重新编程，以一种特定的方式使用它们现有的机制。

这方面的一个例子是“分子开关”的发展，它可以严密控制免疫细胞，以使癌症治疗更安全、更精确。

科学家在设计合成基因电路时面临许多挑战。其中之一是选择正确的触发器，这样电路就不会因为错误而被激活，并确保响应仅限于需要的，不会产生副作用。

 

Caffeine-triggered肽生产

在这篇论文中，科学家们描述了他们如何创造出“能感知咖啡因的完全合成受体”，其水平相当于一杯典型咖啡中的咖啡因含量。

受体是位于细胞表面的蛋白质，只有当它们遇到特定的分子时才会做出反应，就像插入锁中的唯一钥匙。这种结合行为触发细胞内的特定反应。

这里的触发因素是咖啡因，反应是“合成人类葡萄糖样肽1”的产生，这是一种用于治疗2型糖尿病的化合物，可以降低血糖水平。

这项研究的作者称基因电路为“受咖啡因刺激的高级调节器(C-STAR)”。他们将C-STAR插入到“设计单元”中。

研究人员在实验室中测试了C-STAR细胞对各种来源和剂量的咖啡因的反应，包括商业品牌的饮料。他们还将这些细胞植入培育成2型糖尿病的小鼠体内。

 

改善血糖控制

在细胞测试和植入C-STAR细胞的小鼠中，咖啡因的存在触发了基因表达的可逆和剂量依赖性变化。

起初，研究小组只是通过将触发基因与一种可以检测到的蛋白质编码的“报告基因”联系起来，来测试触发基因的效果。

然后，研究小组用一种编码“一种经临床验证的转基因蛋白”的基因来代替报告基因，用于治疗2型糖尿病，这是一种合成的人类胰高血糖素样肽1。

一旦被触发，电路就会使细胞产生类似于葡萄糖的肽1。与未经处理的对照组相比，实验组小鼠的血糖控制明显改善。

 

“治疗结合生活方式”

研究小组认为，使用咖啡因作为诱因的好处之一是它“无毒、廉价，只存在于特定的饮料中”。

这项新的研究表明，基于合成基因回路的“微调”疗法有可能在不添加任何其他化学物质的情况下，对“如茶和咖啡”等日常饮料做出反应。

此外，“通过将治疗与生活方式结合起来”，研究人员认为，这种方法可以让患者更容易地遵守治疗方案，他们得出的结论是:

“利用常规的文化习惯，基于这些系统的治疗应该与人们的生活方式无缝结合，因此可以成为新一代个性化医疗的关键支柱。”