Diabetes tipe 2: Menggunakan kopi untuk 'kontrol glukosa'
Suatu hari, penderita diabetes tipe 2 mungkin bisa mengatur gula darahnya dengan minum teh atau kopi, berkat biologi sintetik.
Ilmuwan di ETH Zurich di Swiss telah merancang dan menguji sirkuit gen sintetis yang merespons konsentrasi minuman kafein.
Ini mencapai ini dengan melepaskan senyawa kontrol glukosa yang digunakan untuk mengobati diabetes tipe 2.
Para peneliti memasukkan sirkuit ke dalam sel dan menanamkannya ke tikus diabetes.
Mereka menunjukkan bahwa konsumsi kopi menurunkan kadar glukosa darah sejalan dengan dosis kafein yang berbeda.
Setelah kafein memasuki aliran darah tikus, ia mengaktifkan sirkuit gen sintetis, menyebabkannya melepaskan senyawa untuk menurunkan kadar glukosa.
Para peneliti melaporkan temuan mereka dalam makalah studi yang diterbitkan baru-baru ini di jurnal Komunikasi Alam.
Beban diabetes meningkat di seluruh dunia
Diabetes adalah masalah kesehatan masyarakat yang berkembang yang mempengaruhi ratusan juta orang di seluruh dunia.
Epidemi ini terutama disebabkan oleh meningkatnya angka diabetes tipe 2, suatu kondisi yang berkembang ketika sel kehilangan kemampuannya untuk menggunakan insulin untuk mengubah glukosa, atau gula darah, menjadi energi.
Di Amerika Serikat, sekitar 23,1 juta kasus diabetes telah didiagnosis - sebagian besar di antaranya adalah tipe 2. Perkiraan biaya tahunan untuk beban ini melebihi $ 245 miliar.
Tetapi meskipun pengobatan telah berkembang secara signifikan selama beberapa tahun terakhir dan dapat secara signifikan mengurangi risiko komplikasi, diabetes masih menjadi penyebab utama kematian ketujuh di AS.
Beban ini dapat dikurangi jika lebih banyak orang mencapai target pengobatan yang direkomendasikan oleh dokter mereka. Para ahli menyarankan bahwa kita membutuhkan “model perawatan” yang lebih baik untuk mengatasi masalah tersebut.
Saat ini, pasien harus memantau kadar glukosa darah setiap habis makan dan segera merespons setiap peningkatan dengan pengobatan yang diresepkan.
Biologi sintetik dan sirkuit gen
Para peneliti menggambarkan biologi sintetik sebagai "perpaduan antara teknik dan biologi" yang, dalam beberapa tahun terakhir, telah memungkinkan para ilmuwan merancang sirkuit gen untuk penggunaan biomedis.
Sirkuit gen sintetis memprogram ulang sel untuk menggunakan mesin yang ada dengan cara tertentu.
Salah satu contohnya adalah pengembangan “saklar molekuler” yang dapat mengontrol sel kekebalan secara ketat dalam upaya membuat pengobatan kanker lebih aman dan tepat.
Ilmuwan menghadapi sejumlah tantangan saat merancang sirkuit gen sintetis. Diantaranya adalah memilih pemicu yang tepat agar rangkaian tidak diaktifkan karena kesalahan dan memastikan bahwa responsnya terbatas pada yang diperlukan dan tidak menghasilkan efek samping.
Produksi peptida yang dipicu kafein
Dalam makalah tersebut, para ilmuwan menjelaskan bagaimana mereka menciptakan "reseptor sintetis penuh yang merasakan kafein" pada tingkat yang setara dengan yang ada dalam secangkir kopi pada umumnya.
Reseptor adalah protein yang berada di permukaan sel dan bereaksi hanya ketika mereka bertemu dengan molekul tertentu, seperti kunci unik yang dimasukkan ke dalam kunci. Tindakan mengikat ini memicu reaksi spesifik di dalam sel.
Di sini, pemicunya adalah kafein dan reaksinya adalah produksi "peptida 1 sintetik glukagon manusia", yang merupakan senyawa yang digunakan dalam pengobatan diabetes tipe 2 untuk menurunkan kadar glukosa darah.
Penulis penelitian menyebut sirkuit genetik sebagai "regulator lanjutan yang distimulasi kafein (C-STAR)." Mereka menguji C-STAR dengan memasukkannya ke dalam "sel desainer".
Para peneliti menguji respons sel C-STAR terhadap berbagai sumber dan dosis kafein di laboratorium, termasuk merek minuman komersial. Mereka juga menanamkan sel ke tikus yang dibiakkan untuk mengembangkan diabetes tipe 2.
'Kontrol glukosa yang ditingkatkan'
Baik dalam tes sel maupun tikus yang diimplantasikan dengan sel C-STAR, keberadaan kafein memicu perubahan ekspresi gen yang reversibel dan tergantung dosis.
Pada awalnya, tim hanya menguji efek pemicu dengan menghubungkannya ke "gen reporter" yang mengkodekan protein yang dapat mereka uji.
Kemudian tim peneliti mengganti gen reporter dengan gen yang mengkode "protein yang direkayasa secara klinis berlisensi" untuk pengobatan diabetes tipe 2, yang merupakan peptida 1 sintetik mirip glukagon manusia.
Setelah dipicu, sirkuit menyebabkan sel menghasilkan peptida seperti glukagon 1. Tikus yang diberi perlakuan menunjukkan kontrol glukosa yang "meningkat secara substansial" dibandingkan dengan kontrol yang tidak diberi perlakuan.
'Terapi terintegrasi dengan gaya hidup'
Tim menyarankan bahwa salah satu keuntungan menggunakan kafein sebagai pemicunya adalah "tidak beracun, murah, dan hanya ada dalam minuman tertentu".
Studi baru menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk "menyempurnakan" perawatan berdasarkan sirkuit gen sintetis untuk bereaksi terhadap minuman sehari-hari "seperti teh dan kopi tanpa suplementasi bahan kimia tambahan," catat para penulis.
Selain itu, “dengan mengintegrasikan terapi dengan gaya hidup,” para peneliti menyarankan bahwa pendekatan tersebut dapat menjadi cara untuk membuat pasien lebih siap mematuhi rejimen pengobatan, karena mereka menyimpulkan:
“Memanfaatkan kebiasaan budaya rutin, terapi yang didasarkan pada sistem seperti itu harus diintegrasikan dengan mulus ke dalam gaya hidup masyarakat, dan oleh karena itu dapat menjadi pilar utama yang dapat dibangun oleh generasi baru pengobatan yang dipersonalisasi.”
