Joka vuosi ympäri maailmaa kerätään yli 112, 5 miljoonaa verenluovutusta, mutta suurin osa näistä vetoomuksista on käyttökelvoton joillekin eniten tarvitseville potilaille.
Asiaan liittyvä sisältö
- Robotti voi yhden päivän vetää verta
- Ensimmäinen veripankki avattiin tänään 80 vuotta sitten
Verensiirtojen on vastattava luovuttajan ja vastaanottajan verityyppiä; muuten vastaanottajan immuunijärjestelmä voi hyökätä vieraaseen vereen, aiheuttaen vakavaa sairautta. Nykyään American Chemical Society -järjestön 256. kansalliskokouksessa ja näyttelyssä tutkijat lupaavat uusia askeleita kohti tämän järjestelmän hakkerointia käyttämällä suolen mikrobiomista peräisin olevia bakteeri-entsyymejä muuntaakseen rajoittavia verityyppejä universaalisempaan vereen.
Verejä on neljä päätyyppiä: AB-, A-, B- ja O-verta, jolle erotetaan sokerit, jotka punaiset verisolut kantavat pinnallaan, kutsutaan antigeeneiksi.
AB on ryhmän itsekäs hoarder, jolla on sekä A- että B-antigeeni. Kaikella verenvuodollaan AB-veri voidaan siirtää muille vain AB-veriryhmällä - mutta ihmiset, joilla on AB-verta, ovat yleisiä vastaanottajia. A- ja B-veriryhmissä on vain yksi kahdesta antigeenistä, ja ihmiset, joilla on nämä verityypit, voivat saada vain verta, joka ei urheile muuta sokeria.
O veri, toisaalta, on alasti marttyyri, josta puuttuvat sokerit, jotka koristavat veljiään. Sen suhteellisen karu tila tekee siitä ystävällisen läsnäolon melkein kaikissa immuuniympäristöissä, ja O-tyypin verta - joukon yleisluovuttajaa - tarvitaan jatkuvasti.
Pankit ja luovutuskeskukset etsivät jatkuvasti näitä toivottavia luovuttajia tyydyttääkseen verottoman yleisen veren tarpeen. Mutta vaikka noin 40 prosenttia väestöstä on tyyppiä O, varastot näyttävät aina olevan riittämättömiä osittain siksi, että varastoidun veren säilyvyys on suhteellisen lyhyt. Viime vuosina tutkijat ovat alkaneet kokeilla tyypin O tuottamista laboratoriossa joko syntetisoimalla punasoluja tyhjästä tai katkaisemalla loukkaavat sokerit AB-, A- ja B-verestä.
Viime vuonna Jan Fraynen johtama tutkijaryhmä teki valtavia edistysaskeleita entiseen strategiaan tartuttamalla punasolujen esiasteiden riviä syöpägeeneillä provosoimaan heitä täydentämään itseään loputtomasti . Tämä tekniikka on kuitenkin kaukana klinikalle pääsystä - synteettiset solut on vielä tutkittu turvallisuuden vuoksi täysin, ja vain yhden veripussin täyttäminen näillä analogeilla on tähtitieteellisiä.
Toisaalta verityyppien muuntaminen on ollut työssä jo vuosikymmenien ajan. Tämä strategia on erityisen houkutteleva, koska se voisi sekä luoda enemmän universaalia verta että estää vaikeammin käytettävien luovutusten menetyksen.
Vuonna 1982 ryhmä tutkijoita otti ensimmäiset lupaavat askeleet verityyppien keinotekoisesta muuttamisesta. Paahtamattomista vihanneksistä kahvipapuista eristetyn entsyymin avulla ne katkaisivat B-antigeenit punasoluista, luomalla tehokkaasti tyypin O verta, joka voitaisiin siirtää ihmispotilaille. Mutta kahvinentsyymillä oli puutteita. Yhden kannalta se oli hieno, edellyttäen hyvin erityisten olosuhteiden toimivuutta - mikä tarkoitti veren viemistä soittajan läpi ennen kuin sitä voitiin käyttää. Jopa silloin, kun kokeellinen asennus oli juuri niin, entsyymi oli hidas ja tehoton, ja tutkijoiden piti käyttää sen päästöjä vaikutuksen havaitsemiseen.
Kahvientsyymin löytö merkitsi silti muulle maailmalle, että verenmuutos oli mahdollista - ja mikä tärkeintä, tarvittavat työkalut olivat jo olemassa luonnossa.
2000-luvun alkupuolelle oli alkanut alkaa arvioida entsyymien valtavaa monimuotoisuutta bakteerivaltakunnassa, ja tutkijat alkoivat kääntyä mikrobien puoleen sokerin leikkaustarpeidensa vuoksi. Vuonna 2007 tutkijat kertoivat löytäneensä kaksi bakteeri-entsyymiä, jotka yhdessä pystyivät hakkeroimaan sekä A- että B-sokerit verisoluista. Entsyymi, joka levitti B-antigeenejä verestä, oli tuhat kertaa tehokkaampi kuin kahvin entsyymi 35 vuotta aiemmin. Mutta A-antigeeniä kohdennut entsyymi tuotti hieman raitistavampia tuloksia, mikä vaatii liian korkean annoksen entsyymiä ollakseen käytännöllinen.
Useat tutkijaryhmät ovat sittemmin yrittäneet hyödyntää mikrobien voimaa “makeuttaa” verta. Mutta muutama vuosi sitten, Brittiläisen Kolumbian yliopiston biokemikaalit Peter Rahfeld ja Stephen Withers päättivät kääntyä vielä käyttämättömään resurssiin: suolen mikrobiotaan - ihmisten suolistossa elävien ahkeraan mikrobien muodostamaan yhteisöön.
Kuten käy ilmi, ”suolen mikrobit ovat ammattilaisia hajottaessa sokereita”, kertoo Katharine Ng, joka tutkii suoliston mikrobiomia Stanfordin yliopistossa, mutta ei osallistunut tähän työhön. Sokeripitoiset proteiinit linjaavat suolen seinää - ja jotkut näistä kehitellyistä sokereista muistuttavat samoja verisoluissa olevia A- ja B-antigeenejä. Lisäksi monet suolen mikrobit korjaavat nämä sokerit leikkaamalla ne pois suoliston vuolta.
"Olin innoissani, kun löysin tämän - [se tarkoitti, että voisimme] pystyä käyttämään mikrobeja uusien [työkalujen] löytämiseen", Rahfeld sanoo. ”He ovat kaikki jo sisäpuolellamme, odottavat vain pääsyä. Siellä on niin paljon potentiaalia. ”
Toistaiseksi suurimpaan osaan uusien verenmuuntamiskoneiden metsästyksestä on ollut huolellisesti tutkittu tunnettuja bakteeri-entsyymejä yksi kerrallaan. Monia suoliston mikrobiston jäseniä voidaan nyt kasvattaa laboratorioympäristössä - mutta ei kaikkia. Rahfeld ja Withers valitsivat suolistossa olevien bakteeri-entsyymien potentiaalin täysimääräisen hyödyntämisen nimeltä metagenomiikka.
Metagenomian avulla tutkijat voivat yhdistää mikrobien yhteisön - kuten ulostenäytteessä olevienkin - ja tutkia DNA: ta massiivisesti . Vaikka bakteerit eivät selviäisi hyvin ihmiskehon ulkopuolella, niiden DNA on paljon kovempi, ja voi silti antaa tutkijoille käsityksen siitä, mitkä entsyymit kukin mikrobit kykenevät rappumaan. ”[Metagenomiikka] on tapa saada tilannekuva kaikesta [ihmisen suoliston] DNA: sta yhdellä hetkellä”, Rahfeld selittää.
Eristettyään bakteerigenomit ihmisen ulosteista Rahfeld ja hänen kollegansa hajottivat DNA: n pieniksi paloiksi ja panivat ne E. coliin, yleiseen bakteerikantaan, jota voidaan helposti manipuloida vieraiden geenien ilmentämiseksi, kuten entsyymejä koodaavat. Tutkijat testasivat noin 20 000 erilaista geneettisen materiaalin fragmenttia yksinkertaisia sokerivälineitä vastaan, jotka jäljittelevät A- ja B-antigeenejä; Tämän seulontakierroksen läpäisseet ehdokkaat altistettiin sitten monimutkaisemmille analogeille, jotka muistuttivat paremmin ihmisen verta.
Loppujen lopuksi joukkueelle annettiin 11 mahdollista entsyymiä, jotka olivat aktiivisia A-antigeeniä vastaan ja yksi B-antigeeniä vastaan - mukaan lukien yksi poikkeuksellisen lupaava entsyymi, joka oli 30 kertaa tehokkaampi A-antigeeniä vastaan kuin se, joka löydettiin vuonna 2007. Kannustavasti uusi entsyymi oli vähän huoltoa vaativa työntekijä, joka kykeni suorittamaan monissa lämpötiloissa ja suolakonsentraatioissa - tarkoittaen, että verisolut voitiin muuttaa ilman, että lisäaineet vaarantuisi.
Kun tutkijat seuraavaksi testasivat voimakasta uutta entsyymiänsä todellista tyypin A ihmisen verta vastaan, tulokset olivat samat - ja vain minuutti proteiinimäärää tarvittiin veren puhdistamiseen rikollisista sokereista. Lisäksi tutkijat olivat innoissaan huomatessaan, että he voisivat yhdistää uuden entsyyminsä, joka on aktiivinen tyypin A verta vastaan, aikaisemmin löydettyjen entsyymien kanssa, jotka puristavat pois B-antigeenit. Yhdistämällä vuosikymmenien työtä, joukkueella oli nyt välineet muuntaa tehokkaasti AB-, A- ja B-veri yleisesti hyväksytyksi O.
"Se toimi kauniisti", sanoo Jay Kizhakkedathu, kemian professori British Columbian yliopiston veritutkimuskeskuksessa, joka tekee yhteistyötä Rahfeldin ja Withersin kanssa heidän opinnoistaan.
Tutkijat testaavat nyt entsyymejään laajemmassa mittakaavassa. Jatkossa Withers aikoo käyttää geenityökaluja siistimään uuden löytämänsä entsyymin kanssa lisätäkseen sen trimmausvoimaa entisestään. Lopulta ryhmä toivoo, että tällainen verenmuuntamistekniikka voisi olla tukipiste sairaaloissa, joissa O-tyypin veren tarve on aina kovaa.
Jopa niin lupaavilla tuloksilla, toistaiseksi löydetyt verenmuuntavat entsyymit ovat todennäköisesti vain jäävuoren huippua, kertoo Yalen yliopiston immunologi Zuri Sullivan, joka ei osallistunut tutkimukseen. Ottaen huomioon valtavan monimuotoisuuden, jota löytyy eri yksilöiden suolimikrobiomeista, useamman luovuttajan ja muiden bakteeriyhteisöjen seulonta voisi tuottaa entistä mielenkiintoisempia tuloksia.
"Lähtökohta täällä on todella voimakas", Sullivan sanoo. "Suolen mikrobiomin koodaamissa [geeneissä] on käyttämätöntä geneettistä resurssia."
Turvallisuus on tietysti edelleen tärkein huolenaihe eteenpäin. Ihmisen solujen modifiointi, jopa luonnollisilla entsyymeillä, on hankala liiketoiminta. Toistaiseksi, Rahfeld ja Withers ovat ilmoittaneet, on ollut melko triviaalia pestä entsyymit pois hoidon jälkeen - mutta tutkijoiden on oltava varmoja siitä, että kaikki entsyymin jäljet poistetaan ennen veren siirtämistä sairaalle potilaalle.
Tämä johtuu osittain siitä, että sokeriantigeenejä esiintyy lukemattomissa soluissa koko kehossa, selittää Massachusettsin teknillisen instituutin mikrobiologi Jemila Caplan Kester. Vaikka tämän tutkimuksen entsyymi näyttää olevan melko tarkka kohdistaessaan A-antigeenejä verisoluihin, on aina pieni mahdollisuus, että se voi tehdä joitain vaurioita, jos pieni määrä liukuu halkeamien läpi. Lisäksi vastaanottajan immuunijärjestelmä voisi myös reagoida näihin bakteeri-entsyymeihin tulkitsemalla niitä tarttuvan hyökkäyksen signaaleiksi. Kizhakkedathun mielestä tällainen skenaario on todennäköisesti epätodennäköinen, koska kehomme oletetaan jo olevan alttiina näille entsyymeille suolistossa.
"Kaikista näistä näkökohdista huolimatta on enemmän ongelmia, joita emme ehkä [voi ennakoida] - näemme ne, kun todella testaamme [verta oikeassa vartalossa]", Kester sanoo. "Ihmiskeho löytää usein tapoja saada [kokeilumme] toimimaan."
Lisäksi veren tyypityksen tiede ylittää paljon vain A- ja B-antigeenejä. Yksi toinen yleinen epäsuhta tapahtuu, kun Rh-antigeeniä harkitaan. Rh esiintyminen tai puuttuminen on mikä tekee jonkun veriryhmästä "positiivisen" tai "negatiivisen" - ja vain negatiivinen veri voi mennä sekä positiivisiin että negatiivisiin vastaanottajiin.
Tämä tarkoittaa, että huolimatta Rahfeldin ja Withersin järjestelmän voimasta, se ei voi tuottaa todella universaalia verta aina. Ja koska Rh-antigeeni on itse asiassa proteiini, ei sokeri, on tutkittava aivan erilainen entsyymisarja, jotta voidaan luoda laajimmin hyväksytty yleinen veriryhmä: O-negatiivinen.
Ryhmän tekniikalla on silti valtava potentiaali - ja ei vain klinikan kannalta. Ng: n mukaan näiden bakteeri-entsyymien parempi ymmärtäminen saattaisi myös valistaa ihmisen ja kehossamme elävien mikrobien monimutkaisesta suhteesta. Itse asiassa tutkijat eivät vieläkään täysin ymmärrä näiden antigeenien verisoluissa esiintymisen tarkoitusta - paljon vähemmän suolistomme limakalvossa. Mutta bakteerit ovat olleet tämän tiedon salaisuuksia vuosituhansien ajan - ja niitä on kehitetty hyödyntämään niitä, Ng sanoo. Oppimalla lisätietoja näistä mikrobista voisi vastata kysymyksiin, joita ihminen ei ole vielä ajatellut kysyä.
Sillä välin Withers on yksinkertaisesti ilo nähdä edistymisestä mihin tahansa suuntaan. ”On aina yllättävää, kun asiat toimivat hyvin”, hän pohtii nauraen. "Se antaa sinulle toivoa, että olet tehnyt todellisen harppauksen."
