تسخير البكتيريا لصناعة الإنسولين

اكتشاف الإنسولين

اكتشف العالمَان فريدريك بانتينغ (بالإنجليزيّة: Frederick Bantin) وتشارلز بيست (بالإنجليزيّة: Charles Best) أنّ الإنسولين هو الهرمون الذي يفتقر إليه مرضى السكري، وقد اكتشفا طريقةً للحصول عليه من البنكرياس الحيوانيّ، وقد حاول العلماء طوال سنوات تصنيع الإنسولين بعد معرفة رسم التركيب الكيميائي للإنسولين البشري، لكنّ الكميات المُنتَجة عن طريق الكيمياء وحدها قليلة، ولم تكن كافيةً للمرضى في ذلك الوقت، إلى أن اكتشفوا كيفيّة الاستفادة من البكتيريا لإنتاج الإنسولين في السبعينات؛ وذلك عن طريق تغييرها على المستوى الجينيّ.

وقد بقي الإنسولين الحيوانيّ مُستخدَماً حتّى الثمانينات؛ حيث كان المرضى في جميع أنحاء العالم يعتمدون على الإنسولين المُستخرَج من الخنازير والأبقار لعلاج مرض السكري، إلا أنّه لم يكن مطابقاً في تركيبه للإنسولين البشري على الرغم من التشابه الكبير بينهما، ولذلك فقد عانى بعض المرضى من تفاعلات حساسية؛ نتيجةً لاختلاف التركيب بين نوعَي الإنسولين.

تسخير البكتيريا لصناعة الإنسولين

يتمّ تصنيع الإنسولين باستخدام تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف؛ حيث يدرج العلماء الجينات البشرية في المادة الوراثية للبكتيريا التي تُسمّى فيما بعد البكتيريا المؤتلفة (بالإنجليزيّة: Recombinant bacteria)، وهي بكتيريا يمكنها إنتاج البروتين المشفّر بواسطة الجين البشري، وفي هذه العملية يبني العلماء جين الإنسولين البشري في المختبر، ثمّ يُزيلون حلقةً من الحمض النووي للبكتيريا تُعرَف باسم البلازميد (بالإنجليزيّة: Plasmid)، ثمّ يدرجون الجين البشري داخلها، وبذلك يصبح الجين البشري جزءاً من المادة الوراثية للبكتيريا، بعد ذلك يُرجعون حلقة البلازميد إلى البكتيريا، ثمّ يضعون هذه البكتيريا المؤتلفة في خزانات كبيرة خاصّة بالتخمير، وهناك تبدأ البكتيريا المؤتلفة باستخدام جين الإنسولين البشري للبدء بإنتاجه، عندها يحصل العلماء على الإنسولين المُصنَّع لتتمّ تنقيته من الشوائب، واستخدامه في العلاج.

الكائنات المُستخدَمة لصناعة الإنسولين

هناك العديد من الأدوية البروتينية التي يتمّ تصنيعها باستخدام ما يُعرَف بتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف أو مُعاد التركيب (بالإنجليزيّة: Recombinant DNA)، ومن الكائنات الحية المُستخدَمة لتصنيع الأدوية المختلفة مثل الإنسولين: البكتيريا الإشريكية القولونية (بالإنجليزيّة: Escherichia coli)، التي تتمتّع بالعديد من المزايا بما في ذلك معدل النمو المرتفع، وبساطة متطلبات النمو، وسهولة التعامل معها في المختبر، وارتفاع إنتاجيتها، وانخفاض تكلفة استخدامها، ومن الكائنات الأخرى المُستخدَمة في ذلك أيضاً نوع من الخمائر تُسمّى فطريات الخميرة (بالإنجليزيّة: Saccharomyces cerevisiae)، والنباتات المُعدَّلة وراثياً (بالإنجليزيّة: Transgenic plants) كما هو الحال مع البذور الزيتيّة لنبات رشاد أذن الفأر (بالإنجليزيّة: Arabidopsis thaliana).

أنواع الإنسولين

هناك أنواع مختلفة من الإنسولين تُستخدَم لعلاج مرض السكري، منها ما يأتي:

• الإنسولين سريع المفعول: يبدأ عمل الإنسولين سريع المفعول (بالإنجليزيّة: Rapid-acting insulin) بعد 15 دقيقة تقريباً من حقنه، ويصل تركيزه إلى أعلى مستوى في الدم بعد حوالي ساعة، ويستمرّ مفعوله لمدة ساعتين إلى أربع ساعات، ومن الأمثلة على هذا النوع من الإنسولين: إنسولين ليسبرو (بالإنجليزيّة: Lispro)، وإنسولين أسبارت (بالإنجليزيّة: Aspart)، وإنسولين غلوليزين (بالإنجليزيّة: Glulisine).
• الإنسولين قصير المفعول: يبدأ الإنسولين قصير المفعول (بالإنجليزيّة: Short-acting insulin) بالعمل بعد حوالي 30 دقيقة من حقنه، ويصل تركيزه إلى أعلى مستوى في الدم بعد حوالي 2-3 ساعات، حيث يستمر مفعوله لمدة 3-6 ساعات، ومن الأمثلة على هذا النوع: الإنسولين العادي أو النظامي (بالإنجليزيّة: Regular insulin).
• الإنسولين متوسط ​​المفعول: يبدأ عمل الإنسولين متوسط ​​المفعول (بالإنجليزيّة: Intermediate-acting insulin) بعد ما يقارب 2-4 ساعات من حقنه، ويصل تركيزه إلى أعلى مستوى في الدم بعد ما يقارب من 4-12 ساعة، ويستمر مفعوله لمدة 12-18 ساعة، ومن الأمثلة على هذا النوع: إنسولين (NPH).
• الإنسولين طويل المفعول: يبدأ الإنسولين طويل المفعول (بالإنجليزيّة: Long-acting insulin) العمل بعد عدّة ساعات من حقنه، ويستمرّ مفعوله لمدة 24 ساعة تقريباً، ويمكن أن يُستخدَم مع كلٍّ من الإنسولين سريع الفعول أو قصير المفعول إذا لزم الأمر، ومن الأمثلة على هذا النوع: إنسولين غلارجين (بالإنجليزيّة: Glargine)، وديتيمير (بالإنجليزيّة: Detemir)، وديجلوديك (بالإنجليزيّة: Degludec).
• الإنسولين المُستنشَق سريع المفعول: يصل هذا النوع من الإنسولين إلى أعلى تركيز بعد حوالي 15-20 دقيقة، ويستمرّ في العمل لمدة 2-3 ساعات، ويُستخدَم عادةً مع الإنسولين طويل المفعول.

أدوية أخرى مُصنّعة بتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف

هناك العديد من الأدوية المُصنَّعة بتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف، منها ما يأتي:

• المضادات الحيوية: تُعدّ المضادات الحيوية (بالإنجليزيّة: Antibiotics) أكبر مجموعة من ناحية الأهميّة الاقتصاديّة بين المنتجات التي يتم الحصول عليها عن طريق التخمير، ومن الأمثلة على المضادات الحيوية المصنعة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة: البنسلين (بالإنجليزيّة: Penicillin)، والسيفالوسبورين (بالإنجليزيّة: Cephalosporin)، والكلورامفينيكول (بالإنجليزيّة: Chloramphenicol)، والستربتوميسين (بالإنجليزيّة: Streptomycin)، والكليندامايسين (بالإنجليزيّة: Clindamycin)، والفانكومايسين (بالإنجليزيّة: Vancomycin)، والتيكوبلانين (بالإنجليزيّة: Teicoplanin).
• عوامل تخثر الدم: من عوامل تخثر الدم (بالإنجليزيّة: Clotting factors) المُصنَّعة بتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف العامل الثامن والعامل التاسع؛ المُستخدَمان لعلاج مرض الهيموفيليا.
• الهرمونات: من الهرمونات (بالإنجليزيّة: Hormones) المُصنَّعة بتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف: هرمون النمو المعروف باسم سوماتروبين (بالإنجليزيّة: Somatropin)، وهرمون الإنسولين.
• عوامل النمو: تم تصنيع العديد من عوامل النمو (بالإنجليزيّة: Growth factors) التي تُستخدَم للوقاية من العدوى المرتبطة بنقص العدلات الناجم عن العلاج الكيميائي (بالإنجليزيّة: Chemotherapy induced neutropenia)، ونقص الصفيحات الناجم عن العلاج الكيميائي (بالإنجليزيّة: Chemotherapy induced thrombocytopenia)، وفقر الدم الناجم عن العلاج الكيميائي، وكذلك هرمون الإريثروبويتين (بالإنجليزيّة: Erythropoietin) وهو هرمون تُنتجه الكلى، يحفّز نخاع العظام لإنتاج خلايا الدم الحمراء.
• السيتوكينات: تُعرَّف السيتوكينات (بالإنجليزيّة: Cytokines) على أنّها الجزيئات التي تنشط الخلايا المناعية، وتنظم نموها وتمايزها، وتحفّز الاستجابة للالتهابات.
• الإنزيمات: مثل إنزيم دورناز ألفا (بالإنجليزيّة: Dornase alpha) المُستخدَم في علاج التليّف الكيسي (بالإنجليزيّة: Cystic Fibrosis)، وإنزيم ألتيبلاز (بالإنجليزيّة: Alteplase) المُستخدَم في إذابة تخثرات الدم، التي يمكن أن تُسبّب النوبات القلبية، والانصمام الرئوي، والسكتات الدماغية.
• المطاعيم: مثل مطعوم الإنفلونزا، ومطعوم الكبد الوبائي ب.