Человеческий организм вырабатывает гормон инсулин с помощью особых групп клеток — островков Лангерганса. Когда организм вырабатывает недостаточно гормона, возникает диабет. Инсулин можно выделять и искусственно. К этому наука шла не один десяток лет. 

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №6(34). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Инсулин состоит из 51 аминокислоты. Если просто их смешать и ждать, пока белок соберётся в правильном порядке, получится всё что угодно, кроме инсулина: аминокислоты хаотично соединятся в произвольную конструкцию.

Первоначально учёные использовали специальные защитные группы, прикреплённые к активным концам аминокислот, в результате чего они реагировали только с определённой аминокислотой. Шаг за шагом в реакционной среде собирали по отдельности две цепочки инсулина, а потом «сшивали» их дисульфидными связями.

Первый искусственный инсулин был получен в 1963 году в лаборатории Рейнско-Вестфальского технического университета в Германии. Но выход реакции был ничтожно мал — 0,05%! Из нескольких килограмм аминокислот за два года кропотливого труда удалось синтезировать всего несколько грамм гормона — это было очень дорого и не годилось для массового производства. А сахарный диабет тем временем поднялся на третье место в рейтинге причин смертности, уступая лишь онкологическим и сердечно-сосудистым заболеваниям. 

Мир спас американский химик Роберт Меррифилд, прикрепив к модифицированному полистиролу аминокислоту, с которой начинается синтез инсулина. Каждая аминокислота имеет в составе карбоксильную и аминогруппу, расположенные на противоположных концах молекулы. Меррифилд присоединил к полистиролу карбоксильную часть аминокислоты, а оставшуюся свободной аминогруппу оснастил защитной группой Boc (butyloxycarbonyl (CH3)3C–O–CO–). Для реакции с «правильной» аминокислотой группу Boc удаляют и прикрепляют новую аминокислоту. Цикл повторяется 51 раз.

При этом гранулы полистирола служат своеобразными «якорями» для растущих цепочек молекул инсулина — защитные группы можно удалять, не переживая за целостность аминокислотной конструкции. Но главное, процесс легко автоматизируется. Полистирол помещают в стеклянную трубочку, и робот в течение трёх недель собирает из аминокислотных «кирпичиков» инсулин. Остаётся убрать полистирол-якорь — и инсулин готов!

За этот способ, применимый, как оказалось, не только для синтеза инсулина, Меррифилд в 1984 году получил Нобелевскую премию по химии.

Несколько позже генные инженеры «научили» производить инсулин дрожжи и бактерии. В их геном внедрили участок ДНК, ответственный за синтез этого гормона. В 1978 году в США таким образом была генетически модифицирована кишечная палочка Escherichia coli. В настоящее время она является одним из самых эффективных производителей инсулина в промышленных масштабах. 

Несколько лет назад учёные сконструировали штамм E. coli, способный синтезировать белок GLP-1 (глюкагоноподобный пептид). Этот белок необходим, чтобы островки Лангерганса вырабатывали инсулин. Штамм кишечной палочки абсолютно безопасен для человека. Попадая в кишечник с пищей, E. coli начинает синтезировать GLP и активирует железы поджелудка. В будущем, возможно, больные сахарным диабетом смогут просто съедать за завтраком стаканчик йогурта с E. coli, и уровень глюкозы в крови будет самостоятельно приходить в норму. Болезненные инъекции наконец-то уйдут в прошлое.

Сегодня больные сахарным диабетом, которые строго соблюдают медицинские предписания, живут столько же, а то и больше, чем их среднестатистические соотечественники. Более того, есть надежда на полное избавление от диабета. Искусственная поджелудочная железа, выращенная из собственных клеток больного, может раз и навсегда решить проблему. Сахарный диабет появился в результате развития цивилизации с её обильным питанием и канет в Лету также благодаря достижениям цивилизации.