Igal aastal kogutakse maailmas üle 112, 5 miljoni vereloovutuse, kuid enamik neist annetustest on mõne abivajava patsiendi jaoks kasutamiskõlbmatu.
Seotud sisu
- Robot võib ühel päeval tõmmata verd
- Täna avati 80 aastat tagasi esimene verepank
Vereülekanne peab vastama doonori ja retsipiendi veregrupile; vastasel juhul võib retsipiendi immuunsussüsteem võõrast verd rünnata, põhjustades raskeid haigusi. Täna teatasid Ameerika Keemiaühingu 256. riikliku koosoleku ja ekspositsiooni teadlased, et lubatakse uusi samme selle süsteemi häkkimise suunas, kasutades soolestiku mikrobiomist saadud bakteensüüme, et muundada piiravad veregrupid universaalsemaks vereks.
Vere põhiliike on neli: AB-, A-, B- ja O-veri, mida eristavad suhkrud, mille pinnal punased verelibled kannavad, nimetatakse antigeenideks.
AB on grupi isekas hoitaja, kandes nii A- kui ka B-antigeeni. Kogu verejooksuga saab AB verd teistesse vereringesse viia ainult AB veregrupiga - kuid AB verega inimesed on universaalsed retsipiendid. A- ja B-veregrupp kannab vastavalt ühte neist kahest antigeenist ja nende veregruppidega inimesed saavad ainult verd, mis ei suhkrusta muud suhkrut.
Oi veri seevastu on alasti märter, kellel puuduvad vennad kaunistavad suhkrud. Selle suhteliselt viljatu oleku tõttu on see sõbralik kohalolek peaaegu kõigis immuunkeskkondades ning O-tüüpi veri - kobaras universaalne doonor - vajab pidevalt järele.
Et rahuldada ebaproportsionaalset vajadust universaalse vere järele, otsivad pangad ja annetuskeskused neid soovitavaid doonoreid pidevalt. Kuid kuigi umbes 40 protsenti elanikkonnast on O-tüüpi, näib varude alati olevat vähe, osaliselt seetõttu, et ladustatud vere säilivusaeg on suhteliselt lühike. Viimastel aastatel on teadlased hakanud katsetama laboris O-tüübi genereerimisega - kas sünteesides punaseid vereliblesid nullist või purustades AB-, A- ja B-verest solvavad suhkrud.
Eelmisel aastal tegi Jan Frayne'i juhitav teadlaste rühm varasema strateegiaga tohutuid samme, nakatades punaste vereliblede eellaste rida vähigeenidega, et provotseerida neid end lõpmatult täiendama. Kuid see tehnika on kliinikusse jõudmisest veel kaugel - sünteetilisi rakke ei ole veel ohutuse tagamiseks täielikult kontrollitud ja vaid ühe verikoti nende analoogidega täitmise kulud jäävad astronoomilisteks.
Teisest küljest on veregruppide teisendamine olnud aastakümneid pooleli olnud töö. See strateegia on eriti ahvatlev, kuna see võib luua nii universaalsemat verd kui ka takistada raskemini kasutatavate annetuste raiskamist.
1982. aastal astus grupp teadlasi esimesi paljutõotavaid samme vereliikide kunstlikuks muundamiseks. Kasutades röstimata rohelistest kohviubadest eraldatud ensüümi, lõikasid nad B-antigeenid punastest verelibledest välja, luues efektiivselt O-tüüpi vere, mida oli võimalik inimpatsientidele üle kanda. Kuid kohvi ensüümil oli oma puudusi. Ühe jaoks oli see keerukas, tööks oli vaja väga spetsiifilisi tingimusi - see tähendas, et veri viidi läbi sõrmuse enne selle kasutamist. Isegi siis, kui eksperimentaalne seadistamine oli just nii, oli ensüüm aeglane ja ebaefektiivne ning teadlased pidid selle efekti nägemiseks kasutama seda.
Sellegipoolest andis kohviensüümi avastamine kogu maailmale märku, et vere muundamine on võimalik - ja mis veelgi tähtsam - vajalikud vahendid olid juba looduses olemas.
2000. aastate alguseks oli hakanud ilmnema bakteririigi ensüümide tohutu mitmekesisuse hindamine ja teadlased hakkasid suhkru viilutamise vajaduste osas pöörduma mikroobide poole. 2007. aastal teatasid teadlased kahe bakteriaalse ensüümi leidmisest, mis koos olid võimelised hävitama vererakkudest nii A- kui ka B-suhkrut. Ensüüm, mis lõi verest välja B-antigeene, oli tuhat korda tõhusam kui kohvi ensüüm 35 aasta eest. Kuid antigeeni sihtinud ensüüm andis pisut kainestavamad tulemused, nõudes praktiliselt liiga suurt ensüümi annust.
Mitmed teadlaste meeskonnad on alates sellest ajast üritanud mikroobide jõudu vere magustamiseks kasutada. Kuid mõni aasta tagasi otsustasid Briti Columbia ülikooli biokeemikud Peter Rahfeld ja Stephen Withers pöörduda veel kasutamata ressursi poole: soolestiku mikrobiota - inimese soolestikus elavate töökate mikroobide kogukonda.
Nagu selgub, “soolestiku mikroobid on spetsialistid suhkrute lagundamisel”, ütles Katharine Ng, kes õppis Stanfordi ülikoolis soolestiku mikrobiome, kuid ei osalenud selles töös. Suhkruga paelutatud valgud joondavad soolestiku seina - ja mõned neist keerukatest suhkrutest meenutavad samu vererakkudes leiduvaid A- ja B-antigeene. Veelgi enam, paljud soolestiku mikroobid koristavad need suhkrud, lõigates need soolestikust välja.
"Olin põnevil, kui selle avastasin - see tähendas, et võime [uute] tööriistade leidmiseks kasutada mikroobid, " ütleb Rahfeld. “Nad kõik on juba meie sisikonnas, vaid ootavad juurdepääsu saamist. Seal on nii palju potentsiaali. ”
Siiani on suurem osa uute vere muundamise masinate jahtimisest hõlmanud teadaolevate bakteriaalsete ensüümide hoolikat katsetamist ükshaaval. Paljusid soolestiku mikrobiota liikmeid saab nüüd kasvatada laborikeskkonnas - kuid mitte kõiki. Bakteriaalsete ensüümide täieliku potentsiaali soolestikus valimiseks valisid Rahfeld ja Withers meetodi, mida nimetatakse metagenoomikaks.
Metagenoomika abil saavad teadlased ühendada mikroobide kogukonna - nagu fekaaliproovis olevad - ja uurida DNA-d massiliselt . Isegi kui bakterid ei ela inimkehast kaugel, on nende DNA palju raskem ja suudab teadlastel ikkagi mõista, milliseid ensüüme iga mikroob välja suudab kloppida. “[Metageneetika] on viis, kuidas saada hetk pilt kogu DNA-st [inimese soolestikus] ühel ajahetkel, ” selgitab Rahfeld.
Pärast bakteri genoomide eraldamist inimese väljaheidetest purustasid Rahfeld ja tema kolleegid DNA väikesteks tükkideks ja panid need E. coli - tavalisse bakteritüve, mida saab hõlpsasti manipuleerida võõraste geenide ekspresseerimiseks, näiteks ensüüme kodeerivad bakterid. Teadlased testisid A- ja B-antigeene jäljendavate lihtsate suhkruekspertide suhtes umbes 20 000 erinevat geneetilise materjali fragmenti; Selle esimese sõeluuringu läbinud kandidaadid eksponeeriti seejärel keerukamate analoogidega, mis meenutasid paremini inimverd.
Lõpuks jäi meeskonnale 11 võimalikku ensüümi, mis olid aktiivsed A antigeeni vastu ja üks B-antigeeni vastu - sealhulgas üks erakordselt paljutõotav ensüüm, mis oli A antigeeni vastu 30 korda tõhusam kui 2007. aastal avastatud ensüüm. Julgustavalt on uus ensüüm oli vähest hooldust vajav töötaja, kes oli võimeline töötama erinevatel temperatuuridel ja soola kontsentratsioonidel - see tähendas, et vererakke sai muuta ilma lisaaineid kahjustamata.
Kui teadlased proovisid järgmisel korral oma võimast uut ensüümi tõelise A-tüüpi inimese vere suhtes, olid tulemused samad - veri rikkuvate suhkrute puhtaks pühkimiseks kulus vaid minut valgu kogust. Lisaks olid teadlased elevil, et suutsid ühendada oma uue A-tüüpi vere vastu aktiivse ensüümi varem avastatud ensüümidega, mis eemaldavad B-antigeenid. Konsolideerides aastakümnete pikkust tööd, oli meeskonnal nüüd vahendid AB, A ja B vere efektiivseks muundamiseks üldiselt aktsepteeritavaks O-ks.
"See töötas ilusti, " ütleb Briti Columbia ülikooli vereuuringute keskuse keemiaprofessor Jay Kizhakkedathu, kes teeb nende uuringute käigus koostööd Rahfeldi ja Withersiga.
Teadlased katsetavad nüüd oma ensüüme laiemalt. Tulevikus kavatseb Withers kasutada geneetilisi vahendeid, et tutvuda oma uue ensüümiga, et selle kärpimisvõimet veelgi suurendada. Lõpuks loodab meeskond, et selline vere muundamise tehnoloogia võiks olla põhialuseks haiglates, kus O-tüüpi vere vajadus on alati hädavajalik.
Isegi selliste paljutõotavate tulemuste korral on seni avastatud verd muundavad ensüümid tõenäoliselt ainult jäämäe tipp, kinnitas Yale'i ülikooli immunoloog Zuri Sullivan, kes uuringutes ei osalenud. Arvestades tohutut mitmekesisust, mida leidub erinevate inimeste soolestiku mikrobiomides, võib rohkemate doonorite ja teiste bakterikommuunide sõelumine anda veelgi põnevamaid tulemusi.
"Siinne eeldus on tõesti võimas, " ütleb Sullivan. "Soole mikrobiomi poolt kodeeritud [geenides] on kasutamata geneetiline ressurss."
Muidugi on ohutus edaspidigi esmatähtis. Inimese rakkude muutmine, isegi looduslike ensüümide abil, on keeruline äri. Siiani on Rahfeld ja Withers teatanud, et ensüümide pesemine pärast ravi on üsna triviaalne, kuid teadlased peavad olema kindlad, et enne vereülekannet haigele patsiendile eemaldatakse kõik ensüümi jäljed.
Osaliselt seetõttu, et suhkruantigeenid ilmuvad lugematu arvule rakkudele kogu kehas, selgitas Massachusettsi tehnoloogiainstituudi mikrobioloog Jemila Caplan Kester. Ehkki selle uuringu ensüüm näib olevat üsna täpne A-antigeenide sihtimisel vererakkudele, on alati väike võimalus, et väike kogus peaks pragudest läbi libisema, kuid see võib siiski kahjustada. Lisaks sellele võib retsipiendi immuunsüsteem reageerida ka neile bakteriaalsetele ensüümidele, tõlgendades neid nakkusohu signaalidena. Kizhakkedathu arvates on selline stsenaarium tõenäoliselt ebatõenäoline, kuna väidetavalt puutuvad meie keha nende ensüümidega juba soolestikus kokku.
"Isegi kõigi nende kaalutluste korral on rohkem probleeme, mida me võib-olla [ei suuda ette näha] - näeme neid siis, kui me tegelikult proovime [vere keha], " ütleb Kester. "Inimkeha leiab sageli viise, kuidas [meie katsed] ei toimi."
Lisaks ulatub vere määramise teadus kaugele ainult A- ja B-antigeenidest. Rh antigeeni kaalumisel ilmneb veel üks tavaline erinevus. Rh olemasolu või puudumine muudab inimese veregrupi vastavalt positiivseks või negatiivseks - ning ainult negatiivne veri võib sattuda nii positiivsetesse kui ka negatiivsetesse retsipientidesse.
See tähendab, et hoolimata Rahfeldi ja Withersi süsteemi võimsusest, ei suuda see iga kord tõeliselt universaalset verd tekitada. Ja kuna Rh-antigeen on tegelikult valk, mitte suhkur, tuleb uurida täiesti erinevat ensüümide komplekti, et luua kõige laialdasemalt aktsepteeritud universaalne veregrupp: O-negatiivne.
Sellegipoolest on meeskonna tehnikal tohutu potentsiaal - ja mitte ainult kliiniku jaoks. Ngi sõnul võiks nende bakteriaalsete ensüümide parem mõistmine valgustada ka keerulisi suhteid inimeste ja meie kehas elavate mikroobide vahel. Tõsi, teadlased ei mõista endiselt täielikult nende antigeenide vererakkudes esinemise eesmärki - palju vähem meie soolte limaskestadel. Kuid bakterid on seda teadmist tundnud juba aastatuhandeid ja on arenenud nende ärakasutamiseks, väidab Ng, ja nende mikroobide kohta lisateave võiks vastata küsimustele, mida inimesed pole veel mõelnud küsida.
Vahepeal on Withersil lihtsalt hea meel näha edusamme igas suunas. "See on alati üllatav, kui asjad sobivad hästi, " kajastab ta naerdes. "See annab teile lootust, et olete teinud tõelise hüppe edasi."
