Eine Kuh hat gerade Geschichte geschrieben, als sie als erste Kuh in der Lage war, menschliches Insulin in ihrer Milch zu produzieren. Dieser Durchbruch, das Ergebnis der Arbeit von Forschern der University of Illinois Urbana-Champaign und der University of Sao Paulo, könnte eine neue Ära in der Insulinproduktion einleiten und eines Tages Medikamentenengpässe und hohe Kosten für Menschen, die mit Insulin leben, beseitigen Diabetes.
Die Brust, eine Proteinfabrik
„Mutter Natur hat die Brustdrüse als Fabrik zur wirklich effizienten Herstellung von Proteinen konzipiert. Wir können dieses System nutzen, um ein Protein herzustellen, das Hunderten Millionen Menschen auf der ganzen Welt helfen kann“, sagt er Matt Wheeler, Professor am Department of Animal Sciences der University of Illinois und Hauptautor der in veröffentlichten Studie Biotechnologie-Journal (Ich verlinke es hier).
Wheeler und seine Kollegen in Brasilien fügten einen Abschnitt menschlicher DNA, der für Proinsulin (die Proteinvorstufe der aktiven Form von Insulin) kodiert, in die Zellkerne von zehn Kuhembryonen ein. Diese wurden in die Gebärmutter normaler Kühe implantiert und es entstand ein transgenes Exemplar. Dank modernster Gentechnik-Technologie wurde die Expression menschlicher DNA ins Visier genommen* von Proinsulin nur im Brustgewebe.
Insulin in Kuhmilch, eine unerwartete Überraschung
Als die Kuh ausgewachsen war, versuchte das Team erfolglos, sie mit Standardtechniken der künstlichen Befruchtung zu befruchten. Stattdessen stimulierten die Forscher seine erste Laktation mithilfe von Hormonen.
In der Stillzeit wurde weniger Milch produziert als nach einer erfolgreichen Schwangerschaft. Allerdings waren in der Kuhmilch sowohl menschliches Proinsulin als auch überraschenderweise Insulin nachweisbar.
„Unser Ziel war es, Proinsulin herzustellen, es zu Insulin zu reinigen und von dort aus weiterzumachen. Aber die Kuh hat es im Grunde selbst verarbeitet. Es produziert etwa drei Teile biologisch aktives Insulin zu einem Teil Proinsulin“, sagte Wheeler.
Die Brustdrüse ist eine magische Sache.
Matt Wheeler, Universität von Illinois
Enormes Produktionspotenzial
Insulin und Proinsulin, die für die Verwendung extrahiert und gereinigt werden müssten, kommen in der Milch in einer Menge von einigen Gramm pro Liter vor. Da die Laktation jedoch hormonell bedingt war und die Milchmenge geringer war als erwartet, kann das Team nicht genau sagen, wie viel Insulin in einer typischen Laktation produziert würde.
Konservativ sagt Wheeler, wenn eine Kuh 1 Gramm Insulin pro Liter produzieren könnte (ein typischer Holsteiner Kuh produziert 40-50 Liter pro Tag), wäre das eine Menge Insulin. Vor allem, wenn man bedenkt, dass die typische Insulineinheit 0,0347 Milligramm entspricht.
„Das bedeutet, dass jedes Gramm 28.818 Einheiten Insulin entspricht“, sagte Wheeler. „Und das ist nur ein Liter; Eine Holstein-Kuh kann 50 Liter pro Tag produzieren. Du machst die Mathematik."
Auf dem Weg zu einer engagierten Kuh (oder besser gesagt einem Bauernhof).
Das Forschungsteam plant, den Prozess bei einer anderen Kuh zu verfeinern und ist optimistisch, dass es in der nächsten Generation größere Erfolge bei Trächtigkeit und vollständigen Laktationszyklen erzielen wird. Letztendlich hoffen die Forscher, transgene Bullen zur Paarung mit Weibchen zu schaffen und so transgene Nachkommen zu schaffen, die zum Aufbau einer eigenen Herde verwendet werden können.
Wheeler sagt, dass selbst eine kleine Herde bestehende Methoden (transgene Hefen und Bakterien) zur Insulinproduktion schnell übertreffen könnte, und zwar ohne hochtechnische Anlagen oder Infrastruktur schaffen zu müssen.
„Für die Massenproduktion von Insulin in Milch“, sagt Wheeler, „benötigt man spezialisierte Tiergesundheitseinrichtungen auf hohem Niveau.“ Aber für unsere etablierte Milchindustrie gibt es nichts allzu Außergewöhnliches.“
Eine Zukunft ohne Insulinmangel
Bevor transgene Kühe Diabetiker auf der ganzen Welt mit Insulin versorgen könnten, wäre ein effizientes System zur Sammlung und Reinigung der Insulinprodukte sowie eine FDA-Zulassung erforderlich. Aber Wheeler ist zuversichtlich, dass dieser Tag kommen wird.
Ich kann mir eine Zukunft vorstellen, in der eine Herde von rund 100 Tieren, was einem kleinen Bauernhof entspricht, den gesamten Insulinbedarf einer ganzen Nation produziert. Und mit einer größeren Herde könnten wir in einem Jahr den weltweiten Bedarf produzieren.
Revolutionäre Kühe „auf der Weide“
Dieser Durchbruch ist eine potenzielle Lösung für Insulinmangel und hohe Kosten für Diabetespatienten. Es markiert einen Paradigmenwechsel in unserer Einstellung zur Arzneimittelherstellung.
Anstelle teurer High-Tech-Labore und Industrieanlagen könnte die Zukunft der Insulinproduktion … in Ställen liegen. Anstelle von Fermentern und Bioreaktoren könnten wir eine Kuh haben. Anstelle der sterilen Präzision der Biotechnologie könnten wir die Wärme eines Bauernhofs haben.
Natürlich wird noch viel Arbeit nötig sein, bis „made in cow“-Insulin auf den Markt kommt. Mittlerweile hat uns diese Pionierkuh jedoch einen Ausblick auf eine Zukunft gegeben, in der Natur und Technik zum Wohle der Menschheit zusammenarbeiten. Eine Zukunft, in der die wichtigsten Innovationen nicht aus weißen Kitteln im Labor, sondern aus karierten Hemden auf dem Bauernhof entstehen könnten.
* Der Prozess, durch den Gensequenzen gelesen und in Proteinprodukte übersetzt werden
