췌장 세포가 손상되어 자체 공급에 의존할 수 없는 제1형 당뇨병 환자는 살기 위해 주사형 인슐린이 필요하다. 일부 제2형 당뇨병 환자도 마찬가지이다. 세계 보건기구(WHO)는 인슐린이 필요한 사람 중 전 세계적으로 1억 5천만~2억 명 중 절반만이 인슐린 치료를 받고 있는 것으로 추산한다. 많은 저소득 및 중간소득 국가와 일부 고소득 국가에서는 인슐린 에 대한 접근이 여전히 불충분하며 비용과 가용성이 잘 문서화되어 있다.

일리노이 대학교 어바나-샴페인 대학교와 상파울루 대학교 농업, 소비자 및 환경 과학 대학 동물과학과가 주도한 새로 발표된 연구에서 연구자들은 인슐린 부족과 질병을 제거하는 방법을 개발했을 수도 있다고 말한다. 소를 사용하여 비용을 절감한다. 

“대자연은 단백질을 정말, 정말 효율적으로 만들기 위한 공장으로 유선을 설계했습니다.”라고 해당 연구의 교신 저자인 Matt Wheeler는 말했다. "우리는 그 시스템을 활용하여 전 세계 수억 명의 사람들에게 도움이 될 수 있는 단백질을 생산할 수 있다."

체내에서 인슐린은 활성 형태로 전환되기 전에 단백질 전구체인 프로인슐린으로 생활을 시작한다. 오늘날 당뇨병 환자가 사용하는 주사 가능한 인슐린은 실험실에서 만들어진 형태의 인간 인슐린 유전자를 박테리아 DNA에 삽입하여 생산된다. 대형 발효 탱크에 배치된 박테리아는 유전자를 사용하여 인간 인슐린을 생산하고, 이를 수확하고 정제하여 의약품으로 사용한다.

Wheeler는 “과거에는 DNA를 넣고 원하는 곳에 표현되기를 바랐습니다.”라고 말했다. “요즘에는 훨씬 더 전략적이고 목표를 정할 수 있다. 유방 조직에 특정한 DNA 구조를 사용한다는 것은 소의 혈액이나 다른 조직에 인간 인슐린이 순환하지 않는다는 것을 의미한다. 또한 대량의 단백질을 생산하는 유선의 능력을 활용한다.”

송아지가 성숙해지면 첫 수유를 자극하기 위해 호르몬을 투여받았다. 우유의 양은 일반적으로 생산되는 것보다 적었지만, 연구원들은 우유에 인간 프로인슐린과 놀랍게도 인슐린이 포함되어 있음을 발견했다.

Wheeler는 “우리의 목표는 프로인슐린을 만들고 이를 인슐린으로 정제하여 거기에서 나아가는 것이었습니다.”라고 말했다. “하지만 기본적으로 소는 그것을 스스로 처리했다. 그녀는 프로인슐린에 대해 약 3:1의 생물학적 활성 인슐린을 만듭니다. 유선은 마법 같은 존재입니다.”

인슐린과 프로인슐린은 우유 1리터당 몇 그램으로 표현되었다. 수유는 호르몬에 의해 유도되었고 우유의 양은 예상보다 적었기 때문에 연구원들은 젖소가 일반적인 수유 중에 얼마나 많은 인슐린을 생산하는지 정확히 말할 수 없다. 그러나 그들은 (보수적인) 추측을 기꺼이 시도한다. 만약 그것이 맞다고 입증된다면 그 숫자는 놀라울 것이다.

Wheeler는 젖소가 우유 1리터당 1g의 인슐린을 생산하고 다른 어떤 젖소보다 더 많은 우유를 생산하는 일반적인 홀스타인 젖소가 하루에 40~50리터를 생산한다면 이는 많은 인슐린을 생산하게 된다고 말했다. 인슐린의 1 국제 단위 (IU)가 순수 결정질 인슐린 0.0347mg과 생물학적으로 동등하다는 점을 고려하면 이는 특히 그렇다 .

Wheeler는 “이는 1그램이 28,818 단위의 인슐린에 해당한다는 것을 의미합니다.”라고 말했다. “그것은 단지 1리터에 불과합니다. 홀스타인은 하루에 50리터를 생산할 수 있습니다. 당신은 수학을 할 수 있습니다.”

이를 실제 상황에 적용해 보겠다. 제1형 당뇨병 환자로서 나는 점심과 함께 평균 8~10단위의 속효성 인슐린을 복용한다. Wheeler의 계산에 따르면 10단위의 상한 용량을 사용하면 형질전환 젖소 우유 1리터는 2,881번의 점심 식사를 감당할 수 있는 충분한 인슐린을 제공할 수 있다. 이는 거의 8년치의 가치이다. 물론, 점심은 하루에 한 끼에 불과하지만 그래도 인슐린이 많이 필요하다.

어떤 면에서 우리는 완전한 원을 이루었다. 1922년 1월, 토론토 대학교 에서 임상 시험을 하던 중 , 14세의 레너드 톰슨(Leonard Thompson)은 동물의 췌장에서 추출한 쇠고기(소) 인슐린을 주사받았는데, 이는 인간의 당뇨병 치료에 인슐린이 사용된 최초의 기록이다. . 1998년이 되어서야 미국에서 소 인슐린의 제조가 중단 되었다(돼지 또는 돼지 인슐린은 2006년에 중단되었다).

연구자들은 소를 다시 복제할 계획이며 다음 세대에서는 완전한 수유 주기를 통해 더욱 성공할 것이라고 낙관하고 있다. 그들은 결국 소와 교미할 형질전환 황소를 만들고, 목적에 맞게 만들어진 인슐린 생산 무리를 구축하는 데 사용할 수 있는 형질전환 송아지를 만들기를 희망한다.

Wheeler는 소수의 인간 인슐린 생산 젖소라도 기존의 인슐린 제조 방법을 빠르게 따라잡을 수 있으며 고도의 기술 시설이나 인프라 없이도 그렇게 할 수 있다고 말한다.

Wheeler는 “우유에서 인슐린을 대량 생산하려면 소를 위한 전문적이고 높은 건강 상태의 시설이 필요하지만 이는 잘 확립된 낙농 산업에서는 그다지 특이한 것이 아닙니다.”라고 Wheeler는 말했습니다. “우리는 소를 가지고 무엇을 하고 있는지 알고 있습니다.”

Wheeler는 “일리노이나 위스콘신의 소규모 낙농장에 해당하는 100마리의 젖소가 국가에 필요한 모든 인슐린을 생산할 수 있는 미래를 볼 수 있었습니다”라고 말했다. “그리고 더 큰 무리는요? 1년 안에 전 세계에 공급할 수 있습니다.”

이 연구는 생명공학 저널(Biotechnology Journal) 에 게재되었다. 출처: 일리노이 대학교 어바나-샴페인