来自巴西南部的一头不起眼的棕色牛创造了历史，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进展 可能预示着胰岛素生产的新时代，有一天将消除糖尿病患者的药物短缺和高昂费用。
“大自然将乳腺设计成一座工厂，能够非常非常高效地制造蛋白质。我们可以利用该系统生产一种可以帮助全世界数亿人的蛋白质，” 美国农业、消费者和环境科学学院( ACES)动物科学系教授 马特·惠勒 ( Matt Wheeler)说。他还隶属于伊利诺伊 州卡尔医学院、 格兰杰工程学院、 兽医学院、 贝克曼研究所和 卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所。
惠勒是《生物技术杂志》一项新 研究的主要作者，该研究描述了产生胰岛素的牛的发育，这是一项概念验证成果，在额外测试和 FDA 批准后可以扩大规模。
Wheeler 在巴西的同事将编码胰岛素原(胰岛素活性形式的蛋白质前体)的人类 DNA 片段插入 10 个牛胚胎的细胞核中。这些被植入巴西正常奶牛的子宫中，一头转基因小牛诞生了。得益于最新的基因工程技术，人类 DNA 只在乳腺组织中进行表达(基因序列被读取并翻译成蛋白质产品的过程)。
“过去，我们只是将 DNA 注入其中，希望它能在你想要的地方表达，”惠勒说。 “如今，我们可以更具战略性和针对性。使用乳腺组织特异的 DNA 构建体意味着奶牛的血液或其他组织中没有人胰岛素循环。它还利用乳腺产生大量蛋白质的能力。”
当牛成熟后，研究小组尝试使用标准人工授精技术使她怀孕，但没有成功。相反，他们使用激素刺激她的第一次哺乳。哺乳期产生了乳汁，但数量比成功怀孕后的量要少。尽管如此，在牛奶中仍可检测到人胰岛素原和令人惊讶的胰岛素。
“我们的目标是制造胰岛素原，将其纯化为胰岛素，然后从那里开始。但基本上是牛自己处理的。她产生的生物活性胰岛素与胰岛素原的比例约为三比一，”惠勒说。 “乳腺是一个神奇的东西。”
需要提取和纯化才能使用的胰岛素和胰岛素原在牛奶中以每升几克表示。但由于泌乳是由激素诱导的，并且乳汁量比预期要少，因此研究小组无法确切地说出在典型的泌乳过程中会产生多少胰岛素。
惠勒保守地说，如果一头奶牛每升可以产生 1 克胰岛素，而典型的荷斯坦牛每天可以产生 40 到 50 升胰岛素，那么这就是大量的胰岛素。特别是因为胰岛素的典型单位等于 0.0347 毫克。
“这意味着每克相当于 28,818 单位的胰岛素，”惠勒说。 “那只是一升;荷斯坦牛每天可生产 50 升。你可以算一下。”
该团队计划重新克隆这头奶牛，并乐观地认为它们将在下一代的怀孕和完整哺乳周期中取得更大的成功。最终，他们希望培育出转基因公牛与雌性交配，产生可用于建立专门牛群的转基因后代。惠勒说，即使是一小群人也能很快超越现有的生产胰岛素的方法(转基因酵母和细菌)，并且无需创建高科技设施或基础设施即可做到这一点。
“对于在牛奶中大规模生产胰岛素，你需要为牛提供专门的、高健康状况的设施，但这对于我们成熟的乳制品行业来说并没有什么特别之处，”惠勒说。 “我们知道我们正在对奶牛做什么。”
在转基因奶牛为世界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。但惠勒坚信这一天即将到来。
“我可以预见，在未来，一个 100 头牛群，相当于伊利诺伊州或威斯康星州的一个小型乳制品厂，就可以生产该国所需的所有胰岛素，”他说。 “还有更大的牛群?你可以在一年内供应全世界。
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