Peste 112, 5 milioane de donații de sânge sunt colectate în fiecare an în întreaga lume - dar majoritatea acestor contribuții sunt inutilizabile pentru unii dintre pacienții care au cel mai mare nevoie.
Continut Asemanator
- Un robot poate ca într-o zi să vă atragă sângele
- Prima bancă de sânge deschisă astăzi cu 80 de ani
Transfuziile de sânge trebuie să corespundă tipului de sânge al unui donator cu cel al destinatarului; în caz contrar, sistemul imunitar al destinatarului ar putea ataca sângele străin, provocând boli severe. Astăzi, oamenii de știință de la cea de-a 256-a întâlnire națională și expoziție a Societății Chimice Americane raportează promițând noi pași spre hackingul acestui sistem, folosind enzime bacteriene derivate din microbiomul intestinal pentru a converti tipurile restrictive de sânge în sânge mai universal.
Există patru tipuri principale de sânge: sângele AB, A, B și O, care se disting prin zaharuri celulele roșii din sânge transportă pe suprafața lor, numite antigene.
AB este protopopul egoist al grupului, care poartă atât antigenul A cât și antigenul B. Cu toată sângerarea sa, sângele AB nu poate fi transfuzat decât în alte persoane cu tipul de sânge AB - dar persoanele care au sânge AB sunt destinatari universali. Tipurile de sânge A și B poartă doar unul dintre cei doi antigeni, iar persoanele cu aceste tipuri de sânge pot primi doar sânge care nu face parte din celălalt zahăr.
Sângele, pe de altă parte, este mucenicul gol care îi lipsește zaharurile care îi împodobesc frații. Starea sa relativ stearpă o face o prezență prietenoasă în aproape toate mediile imune, iar sângele de tip O - donatorul universal al buchetului - este într-o cerere constantă.
Pentru a satisface nevoia disproporționată de sânge universal, băncile și centrele de donare sunt în permanență în căutarea acestor donatori dezirabili. Dar, chiar dacă în jur de 40 la sută din populație este de tip O, stocurile par întotdeauna scăzute, parțial din cauza faptului că sângele stocat are o durată de valabilitate relativ scurtă. În ultimii ani, oamenii de știință au început să experimenteze cu generarea tipului O în laborator - fie prin sintetizarea globulelor roșii de la zero, fie prin eliminarea zaharurilor ofensive ale sângelui AB, A și B.
Anul trecut, un grup de cercetători condus de Jan Frayne a făcut progrese enorme cu fosta strategie, infectând o linie de precursori ai globulelor roșii cu gene canceroase pentru a-i provoca să se reaprindă în infinitum . Cu toate acestea, această tehnică este departe de a intra în clinică - celulele sintetice nu au fost încă verificate în totalitate pentru siguranță, iar costul umplerii cu o singură pungă de sânge cu aceste analogi rămâne astronomic.
Pe de altă parte, convertirea tipurilor de sânge a fost o lucrare în curs de zeci de ani. Această strategie este deosebit de atrăgătoare, deoarece ambele ar putea crea mai mult sânge universal, prevenind în același timp donațiile mai greu de utilizat.
În 1982, un grup de cercetători au făcut primii pași promițători în convertirea artificială a tipurilor de sânge. Folosind o enzimă izolată de boabele de cafea verde neprăjite, au smuls antigenele B de globulele roșii, creând eficient sânge de tip O care ar putea fi transfuzat la pacienții umani. Dar enzima de cafea a avut dezavantajele sale. Pentru unul dintre ei, a fost un aspect fin, necesitând un set de condiții foarte specifice pentru a funcționa - ceea ce însemna să treacă sângele prin sonerie înainte de a putea fi folosit. Chiar și atunci când instalarea experimentală a fost doar așa, enzima a fost lentă și ineficientă, iar cercetătorii au fost nevoiți să folosească gob-uri ale acesteia pentru a vedea un efect.
Totuși, descoperirea enzimei de cafea a semnalat restului lumii că conversia sângelui a fost posibilă și, mai important, instrumentele necesare probabil că existau deja în natură.
Până la începutul anilor 2000, o apreciere pentru diversitatea imensă a enzimelor din regatul bacterian începuse să apară, iar cercetătorii au început să apeleze la microbi pentru nevoile lor de tăiere a zahărului. În 2007, cercetătorii au raportat descoperirea a două enzime bacteriene care, în combinație, au fost capabile de a smulge zaharurile A și B din celulele sanguine. Enzima care a tăiat antigenele B din sânge a fost de o mie de ori mai eficientă decât enzima de cafea din 35 de ani înainte. Dar enzima care a vizat un antigen a produs rezultate ceva mai scârboase, necesitând o doză prea mare de enzimă pentru a fi practic.
De atunci, mai multe echipe de cercetători au încercat să profite de puterea microbilor de a „îndulci” sângele. În urmă cu câțiva ani, Peter Rahfeld și Stephen Withers, biochimiști de la Universitatea din Columbia Britanică, au decis să apeleze la o resursă încă neexploatată: microbiota intestinală - comunitatea sclipitoare de microbi industriali care trăiesc în intestinul uman.
După cum se dovedește, „microbii intestinali sunt profesioniști în reducerea zaharurilor”, potrivit Katharine Ng, care studiază microbiomul intestinal la Universitatea Stanford, dar nu a participat la această lucrare. Proteinele dantelate de zahăr aliniază peretele intestinului - iar unele dintre aceste zaharuri elaborate seamănă cu aceleași antigene A și B găsite pe celulele sanguine. Ba mai mult, mulți microbi intestinali recoltează aceste zaharuri smulgându-le de mucoasa intestinală.
„Am fost încântat când am aflat acest lucru - [însemna că am putea fi] capabili să folosim microbi pentru a găsi instrumente noi”, spune Rahfeld. „Toți sunt deja în fața noastră, abia așteaptă să fie accesați. Există atât de mult potențial. ”
Până în prezent, cea mai mare parte a vânătorilor de noi mașini de transformare a sângelui a implicat testarea riguroasă a enzimelor bacteriene cunoscute una câte una. Mulți membri ai microbiotei intestinale pot fi acum cultivate în medii de laborator - dar nu toate. Pentru a capta întregul potențial al enzimelor bacteriene din intestin, Rahfeld și Withers au ales o tehnică numită metagenomică.
Cu metagenomica, oamenii de știință pot grupa o comunitate de microbi - ca cei dintr-o probă fecală - și pur și simplu studiază ADN-ul în masă . Chiar dacă bacteriile nu supraviețuiesc prea mult în afara corpului uman, ADN-ul lor este mult mai greu și poate totuși să le dea cercetătorilor un sentiment de ce enzime este capabil să se extirpe. „[Metagenomica] o modalitate de a obține o imagine a întregului ADN [din intestinul uman] la un moment dat”, explică Rahfeld.
După izolarea genomului bacterian de fecalele umane, Rahfeld și colegii săi au spart ADN-ul în bucăți mici și le-au pus în E. coli, o tulpină comună de bacterii care poate fi ușor manipulată pentru a exprima gene străine, precum cele care codifică enzimele. Cercetătorii au testat aproximativ 20.000 de fragmente diferite de material genetic împotriva proxenelor simple de zahăr care imită antigenele A și B; candidații care au trecut de această primă etapă de screening au fost apoi expuși la analogi mai complicate, care seamănă mai bine cu sângele uman.
La final, echipa a rămas cu 11 enzime posibile care erau active împotriva antigenului A și una împotriva antigenului B - incluzând o enzimă extraordinar de promițătoare de 30 de ori mai eficientă împotriva antigenului A decât cea descoperită în 2007. Încurajatoare, noua enzimă a fost un lucrător cu întreținere scăzută, capabil să funcționeze la o varietate de temperaturi și concentrații de sare - ceea ce înseamnă că celulele sanguine ar putea fi transformate fără aditivi compromiși.
Atunci când cercetătorii au testat ulterior puternica lor nouă enzimă împotriva sângelui real de tip A, rezultatele au fost aceleași - și a fost necesară doar o cantitate minută de proteină pentru a șterge sângele curat de zaharurile infractoare. În plus, cercetătorii au fost încântați să constate că își pot combina noua enzimă, activă cu sângele de tip A, cu enzime descoperite anterior, care elimină antigenele B. Prin consolidarea deceniilor de muncă, echipa a avut acum instrumentele pentru a converti eficient sângele AB, A și B în O universal acceptată.
„A funcționat frumos”, spune Jay Kizhakkedathu, profesor de chimie la Centrul de Cercetări în Sânge al Universității din Columbia Britanică, care colaborează cu Rahfeld și Withers la studiile lor.
Cercetătorii își testează acum enzimele la o scară mai mare. În viitor, Withers intenționează să utilizeze instrumente genetice pentru a face față cu noua lor enzimă pentru a crește și mai mult puterea de tuns. În cele din urmă, echipa speră că o astfel de tehnologie de conversie a sângelui ar putea fi un element principal în spitale, unde nevoia de sânge de tip O este întotdeauna gravă.
Chiar și cu rezultate atât de promițătoare, enzimele care transformă sângele descoperite până acum sunt probabil doar vârful aisbergului, spune Zuri Sullivan, un imunolog la Universitatea Yale care nu a participat la cercetare. Având în vedere diversitatea imensă găsită în microbiomii intestinali ai diferiților indivizi, testarea mai multor donatori și a altor comunități bacteriene ar putea da rezultate și mai interesante.
„Premisa aici este cu adevărat puternică”, spune Sullivan. „Există o resursă genetică neexploatată în [genele] codificate de microbiomul intestinal.”
Desigur, siguranța rămâne preocuparea principală înainte. Modificarea celulelor umane, chiar și cu enzime naturale, este o afacere complicată. Până în prezent, Rahfeld și Withers raportează, a fost destul de banal să spălați enzimele departe de tratament - dar cercetătorii vor trebui să fie siguri că toate urmele enzimei lor sunt eliminate înainte de a putea fi transfuzate de sânge la un pacient bolnav.
Asta în parte pentru că antigenele de zahăr apar pe nenumărate celule în întregul corp, explică Jemila Caplan Kester, microbiolog la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Deși enzima din acest studiu pare a fi destul de precisă în direcționarea unui antigen asupra celulelor sanguine, există întotdeauna o șansă mică de a putea face unele daune dacă o cantitate mică ar fi să alunece prin fisuri. În plus, sistemul imunitar al destinatarului ar putea reacționa, de asemenea, la aceste enzime bacteriene, interpretându-le ca semnale ale unui atac infecțios. Cu toate acestea, Kizhakkedathu consideră că un astfel de scenariu este probabil puțin probabil, deoarece se presupune că organismele noastre sunt deja expuse la aceste enzime din intestin.
„Chiar și cu toate aceste considerente, există mai multe probleme pe care nu le putem [anticipa] - le vom vedea când testăm [sângele într-un corp real]”, spune Kester. „Corpul uman găsește adesea modalități de a face ca [experimentele noastre] să nu funcționeze.”
În plus, știința scrierii sângelui depășește cu mult antigenele A și B. Un alt nepotrivire comună apare atunci când este considerat antigen Rh. Prezența sau absența Rh este ceea ce face ca tipul de sânge al cuiva să fie „pozitiv” sau, respectiv, „negativ” - și doar sângele negativ poate intra atât în receptori pozitivi, cât și în cei negativi.
Aceasta înseamnă că, în ciuda puterii sistemului Rahfeld și a lui Withers, nu poate genera de fiecare dată sânge cu adevărat universal. Și pentru că antigenul Rh este de fapt o proteină, nu un zahăr, un set complet diferit de enzime va trebui să fie explorat pentru a crea cel mai larg acceptat tip de sânge universal: O negativ.
Cu toate acestea, tehnica echipei are un potențial imens - și nu doar pentru clinică. Potrivit lui Ng, o mai bună înțelegere a acestor enzime bacteriene ar putea, de asemenea, să arunce lumină asupra relației complexe dintre oameni și microbii care trăiesc în corpul nostru. În adevăr, oamenii de știință încă nu înțeleg pe deplin scopul din spatele prezenței acestor antigene pe celulele sanguine - cu atât mai puțin pe mucoasa intestinelor noastre. Dar bacteriile au fost în siguranță de aceste cunoștințe de milenii și au evoluat pentru a profita de ele, spune Ng, iar învățarea mai mult despre acești microbi ar putea răspunde la întrebări pe care oamenii încă nu s-au gândit să le pună.
Între timp, Withers este pur și simplu încântat să observe progresul în orice direcție. „Este întotdeauna surprinzător când lucrurile funcționează bine”, reflectă el cu un râs. „Îți oferă speranța că ai făcut un adevărat salt înainte”.
