Proof-of-Concept-Studie zeigt, wie Humaninsulin in Kuhmilch hergestellt werden kann

Ein unscheinbares braunes Rind aus dem Süden Brasiliens hat als erste transgene Kuh, die in der Lage war, menschliches Insulin in ihrer Milch zu produzieren, Geschichte geschrieben. Der von Forschern der University of Illinois Urbana-Champaign und der Universidade de São Paulo geleitete Fortschritt könnte eine neue Ära in der Insulinproduktion einläuten und eines Tages Medikamentenknappheit und hohe Kosten für Menschen mit Diabetes beseitigen.

„Mutter Natur hat die Brustdrüse als Fabrik zur wirklich effizienten Proteinproduktion konzipiert. Wir können uns dieses System zunutze machen, um ein Protein zu produzieren, das Hunderten Millionen Menschen weltweit helfen kann“, sagte Matt Wheeler, Professor an der Abteilung für Tierwissenschaften Sciences, Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) der University of Illinois.

Wheeler ist der Hauptautor eines neuen Biotechnologie-Journal Studie Beschreibung der Entwicklung der Insulin produzierenden Kuh, einer Proof-of-Concept-Leistung, die nach zusätzlichen Tests und der FDA-Zulassung ausgeweitet werden könnte.

Wheelers Kollegen in Brasilien fügten einen Abschnitt menschlicher DNA, der für Proinsulin – den Proteinvorläufer der aktiven Form von Insulin – kodiert, in die Zellkerne von zehn Kuhembryonen ein. Diese wurden in die Gebärmutter normaler Kühe in Brasilien implantiert und ein transgenes Kalb wurde geboren. Dank modernster gentechnischer Technologien wurde die Expression menschlicher DNA – der Prozess, bei dem Gensequenzen abgelesen und in Proteinprodukte übersetzt werden – ausschließlich im Brustgewebe durchgeführt.

„Früher haben wir die DNA einfach hineingeschleudert und gehofft, dass sie dort zum Ausdruck kommt, wo wir sie haben wollten“, sagte Wheeler. „Heutzutage können wir viel strategischer und zielgerichteter vorgehen. Durch die Verwendung eines DNA-Konstrukts, das speziell für Brustgewebe gilt, zirkuliert kein menschliches Insulin im Blut der Kuh oder in anderen Geweben. Außerdem wird die Fähigkeit der Milchdrüse genutzt, große Mengen an Protein zu produzieren.“ „

Als die Kuh ausgewachsen war, versuchte das Team erfolglos, sie mit herkömmlichen Techniken der künstlichen Befruchtung zu schwängern. Stattdessen stimulierten sie ihre erste Laktation mit Hormonen. Die Laktation brachte Milch, allerdings in geringerer Menge als nach einer erfolgreichen Schwangerschaft. Dennoch waren in der Milch menschliches Proinsulin und überraschenderweise auch Insulin nachweisbar.

„Unser Ziel war es, Proinsulin herzustellen, es zu Insulin zu reinigen und von dort aus fortzufahren. Aber die Kuh hat es im Grunde selbst verarbeitet. Sie stellt etwa drei zu eins biologisch aktives Insulin zu Proinsulin her“, sagte Wheeler. „Die Brustdrüse ist eine magische Sache.“

Das Insulin und Proinsulin, das für die Verwendung extrahiert und gereinigt werden musste, lag in der Milch in einer Menge von einigen Gramm pro Liter vor. Allerdings kann das Team nicht genau sagen, wie viel Insulin in einer typischen Laktation produziert würde, da die Laktation hormonell induziert wurde und die Milchmenge geringer war als erwartet.

Konservativ sagt Wheeler, wenn eine Kuh 1 Gramm Insulin pro Liter produzieren könnte und ein typischer Holsteiner 40 bis 50 Liter pro Tag produziert, wäre das eine Menge Insulin. Zumal die typische Insulineinheit 0,0347 Milligramm beträgt.

„Das bedeutet, dass jedes Gramm 28.818 Einheiten Insulin entspricht“, sagte Wheeler. „Und das ist nur ein Liter; Holsteins können 50 Liter pro Tag produzieren. Das können Sie nachrechnen.“

Das Team plant, die Kuh erneut zu klonen und ist optimistisch, dass sie in der nächsten Generation größere Erfolge mit Trächtigkeit und vollständigen Laktationszyklen erzielen werden. Letztendlich hoffen sie, transgene Bullen zu züchten, die sich mit den Weibchen paaren, und so transgene Nachkommen zu schaffen, die zum Aufbau einer gezielten Herde genutzt werden können.

Wheeler sagt, selbst eine kleine Herde könnte bestehende Methoden – transgene Hefen und Bakterien – zur Insulinproduktion schnell übertreffen und dies tun, ohne hochtechnische Anlagen oder Infrastruktur schaffen zu müssen.

„Im Hinblick auf die Massenproduktion von Insulin in der Milch bräuchte man spezielle Einrichtungen mit einem hohen Gesundheitszustand für die Rinder, aber für unsere gut etablierte Milchindustrie ist das nichts Außergewöhnliches“, sagte Wheeler. „Wir wissen, was wir mit Kühen machen.“

Es bräuchte ein effizientes System zur Sammlung und Reinigung von Insulinprodukten sowie eine FDA-Zulassung, bevor transgene Kühe die Diabetiker auf der ganzen Welt mit Insulin versorgen könnten. Aber Wheeler ist zuversichtlich, dass dieser Tag kommen wird.

„Ich könnte mir eine Zukunft vorstellen, in der eine 100-köpfige Herde, was einer kleinen Molkerei in Illinois oder Wisconsin entspricht, den gesamten Insulinbedarf des Landes produzieren könnte“, sagte er. „Und eine größere Herde? Man könnte in einem Jahr den Bedarf für die ganze Welt decken.“