Vsako leto po svetu zberejo več kot 112, 5 milijona darovanj krvi, vendar je večina teh prispevkov neuporabna za nekatere bolnike, ki jih najbolj potrebujejo.
Sorodne vsebine
- Robot lahko nekega dne nariše kri
- Prva krvna banka se je danes odprla 80 let
Transfuzija krvi mora ustrezati krvni skupini darovalca kot pri prejemniku; v nasprotnem primeru lahko prejemnikov imunski sistem napade tujo kri, kar povzroči hude bolezni. Danes znanstveniki na 256. nacionalnem srečanju in razstavi Ameriškega kemijskega društva poročajo, da obljubljajo nove korake za vdor tega sistema z uporabo bakterijskih encimov, pridobljenih iz črevesnega mikrobioma, za pretvorbo restriktivnih krvnih skupin v bolj univerzalno kri.
Obstajajo štiri glavne vrste krvi: kri AB, A, B in O, ki jih odlikujejo sladkorji, ki jih rdeče krvne celice nosijo na svoji površini, imenovane antigeni.
AB je sebičen zaščitnik skupine, ki nosi antigen A in B. Kri AB lahko preidejo v druge s krvno skupino AB le z drugimi, vendar so ljudje, ki imajo kri AB, univerzalni prejemniki. Krvne skupine A in B imajo samo enega od obeh antigenov, ljudje s temi krvnimi skupinami pa lahko prejemajo samo kri, ki ne vsebuje drugega sladkorja.
O krv je na drugi strani goli mučenec, ki mu primanjkuje sladkorjev, ki krasijo njegovo brato. Zaradi sorazmerno neplodnega stanja je to prijazna prisotnost v skoraj vseh imunskih okoljih, zato je kri tipa O - univerzalni darovalec skupine - nenehno povpraševanje.
Da bi zadovoljile nesorazmerne potrebe po univerzalni krvi, banke in darovalni centri nenehno iščejo te zaželene darovalce. Čeprav je približno 40 odstotkov populacije tip O, se zdi, da zaloge vedno primanjkujejo, deloma tudi zato, ker ima skladiščena kri razmeroma kratek rok trajanja. V zadnjih letih so znanstveniki začeli eksperimentirati z ustvarjanjem tipa O v laboratoriju - bodisi s sintezo rdečih krvnih celic iz nič, bodisi odganjanjem žaljivih sladkorjev iz krvi AB, A in B.
Lani je skupina raziskovalcev pod vodstvom Jana Frayneja naredila ogromne korake z nekdanjo strategijo in okužila linijo predhodnikov rdečih krvnih celic s rakavimi geni, da bi jih spodbudili, da se obnavljajo ad infinitum . Vendar ta tehnika še zdaleč ni vstopila v kliniko - sintetičnih celic je treba za varnost še preveriti, stroški polnjenja s samo eno analizo krvi pa ostajajo astronomski.
Po drugi strani pa je pretvorba krvnih skupin desetletja v teku. Ta strategija je še posebej privlačna, ker bi lahko ustvarila več univerzalne krvi, hkrati pa preprečila, da bi težje porabljene donacije odšle v odpad.
Leta 1982 je skupina raziskovalcev naredila prve obetavne korake pri umetni pretvorbi krvnih skupin. Z encimom, izoliranim iz nepraženih zelenih kavnih zrn, so odrezali B antigene rdečih krvnih celic, kar je učinkovito ustvarilo kri tipa O, ki bi jo lahko prelili v človeške bolnike. Toda encim za kavo je imel svoje pomanjkljivosti. Za enega je bilo finicno, saj je za delo potreboval zelo specifičen nabor pogojev - kar je pomenilo, da bi kri dali skozi zvonec, preden so jo lahko uporabili. Tudi ko je bila eksperimentalna namestitev ravno ta, je bil encim minljiv in neučinkovit, zato so morali raziskovalci uporabiti gobe, da bi videli učinek.
Kljub temu pa je odkritje encima iz kave drugemu svetu nakazalo, da je možna pretvorba krvi - in, kar je še pomembneje, v naravi že obstajala potrebna orodja.
Do začetka 2000-ih se je začelo vedeti ogromno raznolikost encimov v bakterijskem kraljestvu in raziskovalci so se začeli obračati na mikrobe za njihove potrebe po rezanju sladkorja. Leta 2007 so raziskovalci poročali o odkritju dveh bakterijskih encimov, ki sta v kombinaciji lahko prekinila tako A kot B sladkor iz krvnih celic. Encim, ki je odstranjeval antigene B iz krvi, je bil tisočkrat bolj učinkovit kot encim za kavo pred 35 leti. Toda encim, na katerega je bil usmerjen antigen, je povzročil nekoliko več treznosti, zaradi česar je bil potreben previsok odmerek encima, da bi bil praktičen.
Več ekip raziskovalcev je od takrat poskušalo izkoristiti moč mikrobov za "nesladkanje" krvi. Toda pred nekaj leti sta se biokemičarka z univerze v Britanski Kolumbiji Biokemi Peter Rahfeld in Stephen Withers odločila, da se bosta obrnila na še neizkoriščen vir: črevesno mikrobioto - na grobo skupnost delavnih mikrobov, ki živijo v človeškem črevesju.
Kot kaže, so "mikrobi s črevesjem profesionalni pri razgradnji sladkorja", pravi Katharine Ng, ki študira mikrobiom črevesja na univerzi Stanford, vendar pri tem delu ni sodelovala. Beljakovine, ki vsebujejo sladkor, poravnajo steno črevesa - in nekateri od teh sestavljenih sladkorjev spominjajo na iste antigene A in B, ki jih najdemo na krvnih celicah. Še več, mnogi mikrobi v črevesju pobirajo te sladkorje, tako da jih odtrgajo s črevesne sluznice.
"Bil sem navdušen, ko sem to ugotovil - [to je pomenilo, da bomo lahko uporabili mikrobe za iskanje novih [orodij], " pravi Rahfeld. "Vsi so že v našem črevesju, samo čakajo, da jih dostopamo. Toliko potenciala. "
Do zdaj je večina lova na nove stroje za pretvorbo krvi vključevala natančno testiranje znanih bakterijskih encimov, enega za drugim. Številni člani mikrobiote črevesja se zdaj lahko gojijo v laboratorijskih okoljih - vendar ne v vseh. Da bi zajeli ves potencial bakterijskih encimov v črevesju, sta Rahfeld in Withers izbrala tehniko, imenovano metagenomics.
Z metagenomiko lahko znanstveniki združijo skupnost mikrobov - kot tisti iz fekalnega vzorca - in preprosto množično preučijo DNK. Tudi če bakterije ne preživijo dobro zunaj človeškega telesa, je njihov DNK veliko težji in raziskovalcem še vedno daje občutek, kakšne encime lahko vsak mikroben odstrani. "[Metagenomics] način, da v enem trenutku dobimo posnetek celotne DNK [v človeškem črevesju], " razlaga Rahfeld.
Po izolaciji bakterijskih genomov iz človeškega izmeta so Rahfeld in njegovi sodelavci razbili DNK v majhne koščke in jih dali v E. coli, običajen sev bakterij, ki jih je mogoče enostavno manipulirati za izražanje tujih genov, kot so tisti, ki kodirajo encime. Raziskovalci so testirali približno 20.000 različnih fragmentov genskega materiala proti preprostim pooblaščencem za sladkor, ki posnemajo antigena A in B; Kandidati, ki so opravili ta prvi krog presejanja, so bili nato izpostavljeni bolj zapletenim analogom, ki so bolje spominjali na človeško kri.
Na koncu je ekipi ostalo 11 možnih encimov, ki so bili aktivni proti antigenu A in enemu proti B antigenu - vključno z enim izredno obetavnega encima, ki je bil 30-krat bolj učinkovit proti antigenu kot odkrit leta 2007. Spodbudno je nov encim je bil vzdrževalec, ki je bil sposoben izvajati različne temperature in koncentracije soli - kar pomeni, da se krvne celice lahko pretvorijo brez ogrožanja aditivov.
Ko so raziskovalci naslednjič preizkusili svoj močan nov encim na resnični človeški krvi tipa A, so bili rezultati enaki - in za minuto količino beljakovin je bilo potrebno za brisanje krvi s škodljivih sladkorjev. Poleg tega so raziskovalci navdušeni nad ugotovitvijo, da lahko kombinirajo svoj novi encim, aktiven proti krvi tipa A, s predhodno odkritimi encimi, ki odsedajo antigene B. Z utrditvijo desetletij dela je ekipa zdaj imela orodja za učinkovito pretvorbo krvi AB, A in B v splošno sprejeto O.
"Lepo se je obneslo, " pravi Jay Kizhakkedathu, profesor kemije na Centru za raziskovanje krvi Univerze Britanske Kolumbije, ki pri svojih študijah sodeluje z Rahfeldom in Withersom.
Raziskovalci zdaj svoje encime testirajo v večjem obsegu. V nadaljevanju Withers namerava uporabiti genetska orodja, s katerimi bi se lahko kosala s svojim novonavedenim encimom, da bi še povečala svojo sposobnost obrezovanja. Na koncu ekipa upa, da bi takšna tehnologija pretvorbe krvi lahko bila osnova v bolnišnicah, kjer so potrebe po krvi tipa O vedno velike.
Tudi s tako obetavnimi rezultati so do sedaj odkriti encimi za pretvorbo krvi verjetno le vrh ledene gore, pravi Zuri Sullivan, imunolog z univerze Yale, ki v raziskavi ni sodeloval. Glede na ogromno raznolikost, ki jo najdemo v mikrobiomih črevesja različnih posameznikov, bi lahko s presejanjem več darovalcev in drugih bakterijskih skupnosti dosegli še bolj vznemirljive rezultate.
"Predpostavka tukaj je res močna, " pravi Sullivan. "V [genih], ki jih kodira mikrobiom črevesja, je neporabljen genetski vir."
Seveda je varnost še vedno pomembna. Spreminjanje človeških celic, tudi z naravnimi encimi, je težaven posel. Doslej, poročata Rahfeld in Withers, je bilo dokaj nepomembno, da encime po zdravljenju izperemo - vendar bodo raziskovalci morali biti prepričani, da bodo vsi sledovi njihovega encima odstranjeni, preden bo kri prelila bolnemu bolniku.
To je delno zato, ker se sladkorni antigeni pojavljajo na neštetih celicah po telesu, razlaga Jemila Caplan Kester, mikrobiologinja s Massachusetts Institute of Technology. Čeprav se zdi, da je encim v tej raziskavi precej natančen pri usmerjanju antigenov A na krvne celice, vedno obstaja majhna možnost, da bi lahko naredil nekaj škode, če bi majhna količina zdrsnila skozi razpoke. Poleg tega bi prejemnikov imunski sistem lahko reagiral tudi na te bakterijske encime in jih razlagal kot signale infekcijskega napada. Vendar pa Kizhakkedathu verjame, da je takšen scenarij verjetno malo verjeten, saj naj bi bila naša telesa tem encimom v črevesju že izpostavljena.
"Tudi pri vseh teh pomislekih je več težav, ki jih morda (ne moremo predvideti] - videli jih bomo, ko bomo dejansko testirali [kri v resničnem telesu]), " pravi Kester. "Človeško telo pogosto najde načine, kako [naši poskusi] ne bodo delovali."
Poleg tega znanost o krvnem tipiranju presega le antigene A in B. Med obravnavanjem Rh antigena se pojavi še ena pogosta neusklajenost. Prisotnost ali odsotnost Rh je tisto, zaradi česar je krvna skupina nekoga "pozitivna" oziroma "negativna", in samo negativna kri lahko preide v pozitivne in negativne prejemnike.
To pomeni, da kljub moči sistema Rahfeld in Withers ne more vsakič ustvariti resnično univerzalne krvi. In ker je Rh antigen v resnici beljakovina in ne sladkor, bo treba raziskati popolnoma drugačen nabor encimov, da bomo ustvarili najbolj splošno sprejeto univerzalno krvno skupino: negativno.
Kljub temu ima tehnika ekipe ogromen potencial - in to ne samo za kliniko. Po Ng bi lahko boljše razumevanje teh bakterijskih encimov osvetlilo tudi zapleten odnos med človekom in mikrobi, ki živijo v našem telesu. V resnici znanstveniki še vedno popolnoma ne razumejo namena prisotnosti teh antigenov v krvnih celicah - še manj na sluznici črevesja. Toda bakterije to znanje že tisočletja skrivajo in se razvijajo, da bi jih izkoristile, pravi Ng, in če bi izvedeli več o teh mikrobih, bi lahko odgovorili na vprašanja, ki si jih ljudje še niso mislili postaviti.
Vmes je Withers enostavno zadovoljen, če vidi napredek v kateri koli smeri. "Vedno je presenetljivo, ko stvari delujejo dobro, " razmišlja v smehu. "To vam daje upanje, da ste naredili pravi korak naprej."
