编译：公子欣

胰岛素缺乏（1型）或胰岛素抵抗（2型）会导致糖尿病，糖尿病已成为增长最快的全球突发卫生事件之一。据估计，2021年有5.37亿人患有糖尿病，预计到2045年这一数字将达到7.83亿。全球对用于治疗糖尿病的人胰岛素的需求不断增长。

如今，一头来自巴西南部的不起眼的牛创造了历史，成为第一头能够在牛奶中产生人胰岛素的转基因奶牛。

由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和圣保罗大学的研究人员领导的这一研究，可能预示着胰岛素生产的新时代，有朝一日，可能帮助糖尿病患者解决所面临的药物短缺和成本高昂的问题。该研究在新一期国际学术期刊《生物技术杂志》上发表。

“大自然母亲将乳腺设计成一个非常有效地制造蛋白质的工厂。我们可以利用这个系统来生产一种可以帮助全世界数亿人的蛋白质。”加州大学动物科学系教授Matt Wheeler说。

研究人员将一段人类编码胰岛素原（胰岛素活性形式的蛋白质前体）的DNA片段插入10头牛胚胎的细胞核中，这些基因被植入正常奶牛的子宫，并诞生了一头转基因小牛。由于最新的基因工程技术，人类DNA仅在乳腺组织中被靶向表达——基因序列被读取并翻译成蛋白质产品的过程。

为乳腺特异性人胰岛素表达和限制性图谱分析构建的慢病毒载体示意图

Wheeler指出，使用乳腺组织特有的DNA结构意味着牛的血液或其他组织中没有人类胰岛素循环，它还利用了乳腺产生大量蛋白质的能力。

当奶牛成熟后，研究小组试图使用标准的人工授精技术使其受孕，但没有成功。他们用激素刺激奶牛的第一次泌乳，但产奶量比成功怀孕后要少。令人惊讶的是，在牛奶中可以检测到人类胰岛素原和胰岛素。

转基因分析

“我们的目标是制造胰岛素原，从将其纯化成胰岛素开始。但这头牛基本上是自己加工的，它产生的生物活性胰岛素与原胰岛素的比例约为3:1。乳腺真的很神奇。”

那么，一次典型的泌乳会产生多少胰岛素呢？保守地讲，如果一头牛每升能产生1克胰岛素，胰岛素典型单位等于0.0347毫克，就是说每克相当于28818单位的胰岛素。这只是1升，而一头典型的荷斯坦奶牛每天能产生40到50升胰岛素，可以算算是多少。

质谱分析

研究小组计划重新克隆这头奶牛，并乐观地认为将在下一代的怀孕和完整的哺乳周期中取得更大的成功，最终他们希望创造出转基因公牛与雌性交配，创造出转基因后代，可用来建立一个特定的牛群。Wheeler称，即使是一小群转基因酵母和转基因细菌，也能很快胜过现有的生产胰岛素的方法，而且不需要建立高科技的设施或基础设施。

Wheeler说：“要在牛奶中大规模生产胰岛素，需要专门的、健康状况良好的设施，但对于成熟的乳制品行业来说，这没什么特别的。”

在转基因奶牛能够为全世界的糖尿病患者提供胰岛素之前，需要一个有效的系统来收集和纯化胰岛素产品，并获得FDA的批准。Wheeler相信这一天终将到来。“我可以预见，在未来，一个拥有100头牛的牛群，相当于伊利诺伊州或威斯康星州的一个小型奶牛场，就能生产出全国所需的所有胰岛素。而更大的牛群，则可以在一年内制造出全世界的胰岛素供应量。”

来源: 上海市科学技术协会