Každý rok se na celém světě shromažďuje více než 112, 5 milionu darů krve - většina z těchto příspěvků je však u některých pacientů, kteří to nejvíce potřebují, nepoužitelná.
Související obsah
- Jeden robot může jednoho dne nakreslit krev
- První krevní banka dnes otevřela 80 let
Krevní transfuze musí odpovídat krevnímu typu dárce s krevním typem příjemce; jinak by imunitní systém příjemce mohl zaútočit na cizí krev a způsobit vážné onemocnění. Vědci dnes na 256. národním setkání a výstavě Americké chemické společnosti informují o slibných nových krocích k hackování tohoto systému pomocí bakteriálních enzymů odvozených ze střevního mikrobiomu k převedení restriktivních krevních typů na univerzálnější krev.
Existují čtyři hlavní typy krve: AB, A, B a O krev, která se vyznačuje cukry, které na jejich povrchu nesou červené krvinky, které se nazývají antigeny.
AB je sobecký hromaditel skupiny, nesoucí antigen A i antigen B. Se všemi jeho bling může být krev AB přenesena do ostatních pouze s krevním typem AB - ale lidé, kteří mají krev AB, jsou univerzální příjemci. Krevní typy A a B nesou pouze jeden ze dvou antigenů, a lidé s těmito krevními typy mohou přijímat pouze krev, která nemá jiný cukr.
Krev, na druhé straně, je nahý mučedník, který postrádá cukry, které zdobí jeho bratry. Jeho poměrně neúrodný stav z něj dělá přátelskou přítomnost téměř ve všech imunitních prostředích a krev typu O - univerzální dárce parta - je neustále žádána.
Aby se vyhovělo nepřiměřené potřebě univerzální krve, banky a dárcovská centra neustále hledají tyto žádoucí dárce. Ale i když kolem 40 procent populace je typu O, zdá se, že zásoby vždy klesají, částečně proto, že uchovávaná krev má relativně krátkou životnost. V posledních letech začali vědci experimentovat s vytvářením typu O v laboratoři - buď syntézou červených krvinek od nuly, nebo odstřelováním útočných cukrů z AB, A a B krve.
V loňském roce skupina vědců vedená Janem Fraynem učinila s předchozí strategií obrovský pokrok a infikovala řadu prekurzorů červených krvinek rakovinnými geny, aby je provokovala k doplnění ad nekonečna . Tato technika však ani zdaleka není na klinice - syntetické buňky musí být z hlediska bezpečnosti ještě plně zkontrolovány a náklady na plnění pouze jednoho krevního vaku těmito analogy zůstávají astronomické.
Na druhé straně, konverze krevních typů je již po celá desetiletí. Tato strategie je obzvláště přitažlivá, protože by mohla vytvořit více univerzální krev a současně zabránit těžším použitelným darům v plýtvání.
V roce 1982 podnikla skupina vědců první slibné kroky v uměle převáděných krevních typech. Pomocí enzymu izolovaného z nepražených zelených kávových zrn odřízli antigeny B z červených krvinek a účinně vytvořili krev typu O, která by mohla být transfuzována do lidských pacientů. Kávový enzym však měl své nedostatky. Za prvé, bylo to vybíravé, vyžadující velmi specifickou sadu podmínek - což znamenalo, že krev byla vyzvánací kroužek dříve, než mohl být použit. I když experimentální nastavení bylo právě tak, enzym byl pomalý a neefektivní a vědci museli použít jeho kapky, aby viděli efekt.
Objev kávového enzymu přesto signalizoval zbytku světa, že je možná konverze krve - a co je důležitější, nezbytné nástroje pravděpodobně již v přírodě existovaly.
Začátkem dvacátých let se začalo objevovat ocenění nesmírné rozmanitosti enzymů v bakteriálním království a vědci se začali obracet na mikroby pro potřeby krájení cukru. V roce 2007 vědci informovali o objevu dvou bakteriálních enzymů, které byly v kombinaci schopny hacknout cukry A i B z krvinek. Enzym, který střihl antigeny B z krve, byl tisícekrát účinnější než enzym z kávy před 35 lety. Enzym, který zacílil na antigen A, však produkoval o něco vytrvalejší výsledky, které vyžadují příliš vysokou dávku enzymu, aby byly praktické.
Několik týmů vědců se od té doby pokusilo využít sílu mikrobů k „neslazené“ krvi. Ale před několika lety se Peter Rahfeld a Stephen Withers, biochemici z University of British Columbia, rozhodli obrátit se na dosud nevyužitý zdroj: střevní mikrobiota - hemžící se komunita pracných mikrobů, které žijí v lidském střevě.
Jak se ukazuje, „střevní mikroby jsou odborníky na rozklad cukrů, “ říká Katharine Ng, která studuje střevní mikrobiom na Stanfordské univerzitě, ale na této práci se nezúčastnila. Proteiny lemované cukrem lemují stěnu střeva - a některé z těchto propracovaných cukrů připomínají stejné antigeny A a B na krevních buňkách. A co víc, mnoho střevních mikrobů tyto cukry sklízí tím, že je vytrhne z intestinální výstelky.
"Byl jsem nadšený, když jsem to zjistil - [to znamená, že bychom mohli být schopni použít mikroby k nalezení nových [nástrojů], " říká Rahfeld. "Všichni už jsou v našich vnitřnostech, čekají na přístup." Je tu tolik potenciálu. “
Doposud většina lovu nových strojů na přeměnu krve pečlivě testovala známé bakteriální enzymy jeden po druhém. Mnoho členů střevní mikrobioty lze nyní pěstovat v laboratorních prostředích - ale ne ve všech. Rahfeld a Withers si vybrali techniku zvanou metagenomika, aby zachytili plný potenciál bakteriálních enzymů ve střevě.
S metagenomikou mohou vědci sdružovat komunitu mikrobů - jako jsou ty ve fekálním vzorku - a jednoduše hromadně studovat DNA. I když bakterie nepřežijí dobře mimo lidské tělo, jejich DNA je mnohem těžší a stále může vědcům dávat představu o tom, jaké enzymy je každý mikrob schopen chrlit. "[Metagenomika] způsob, jak získat snímek celé DNA [v lidském střevu] v jednom okamžiku, " vysvětluje Rahfeld.
Po izolaci bakteriálních genomů od lidských výkalů rozbil Rahfeld a jeho kolegové DNA na malé kousky a vložili je do E. coli, což je běžný kmen bakterií, který lze snadno manipulovat, aby exprimoval cizí geny, jako jsou například ty, které kódují enzymy. Vědci testovali asi 20 000 různých fragmentů genetického materiálu na jednoduché cukrové proxy napodobující antigeny A a B; kandidáti, kteří absolvovali toto první kolo screeningu, byli poté vystaveni komplikovanějším analogům, které lépe připomínaly lidskou krev.
Nakonec byl týmu ponechán 11 možných enzymů, které byly aktivní proti antigenu A a jeden proti antigenu B - včetně jednoho mimořádně slibného enzymu, který byl 30krát účinnější proti antigenu A, než který byl objeven v roce 2007. Nový enzym je povzbuzující. byl pracovník s nízkou údržbou, schopný provádět při různých teplotách a koncentracích solí - což znamená, že krevní buňky mohly být přeměněny bez kompromitujících přísad.
Když vědci příští testovali svůj výkonný nový enzym proti skutečné lidské krvi typu A, výsledky byly stejné - a bylo potřeba jen nepatrné množství proteinu k otření krve od škodlivých cukrů. Kromě toho byli vědci nadšeni, když zjistili, že by mohli kombinovat svůj nový enzym, aktivní proti krvi typu A, s dříve objevenými enzymy, které odstřihávají antigeny B. Sjednocením desetiletí práce měl tým nyní nástroje k efektivní přeměně AB, A a B krve na všeobecně přijímanou O.
"Fungovalo to krásně, " říká Jay Kizhakkedathu, profesor chemie na Centru pro výzkum krve na University of British Columbia, který na jejich studiích spolupracuje s Rahfeldem a Withersem.
Vědci nyní testují své enzymy ve větším měřítku. V budoucnu Withers plánuje používat genetické nástroje k pohrávání se svým nově objeveným enzymem pro další zvýšení své ořezové síly. Nakonec tým doufá, že taková technologie přeměny krve by mohla být základem v nemocnicích, kde je potřeba krve typu O vždy strašná.
I s tak slibnými výsledky jsou dosud objevené enzymy přeměňující krev pravděpodobně jen špičkou ledovce, říká Zuri Sullivan, imunolog z Yale University, který se výzkumu nezúčastnil. Vzhledem k obrovské diverzitě nalezené ve střevních mikrobiomech jednotlivců by screening více dárců a dalších bakteriálních komunit mohl přinést ještě více vzrušujících výsledků.
"Předpoklad je zde opravdu silný, " říká Sullivan. "V genech kódovaných střevním mikrobiomem je nevyužitý genetický zdroj."
Samozřejmě, bezpečnost zůstává prvořadým zájmem do budoucna. Úprava lidských buněk, a to i přírodních enzymů, je složitá záležitost. Dosud, Rahfeld a Withers hlásí, to bylo docela triviální smýt enzymy pryč po léčbě - ale vědci budou muset být jisti, že všechny stopy jejich enzymu jsou odstraněny dříve, než může být krev transfuze nemocnému pacientovi.
Důvodem je částečně to, že cukrové antigeny se objevují na nesčetných buňkách v celém těle, vysvětluje Jemila Caplan Kesterová, mikrobiologka z Massachusetts Institute of Technology. Ačkoli se enzym v této studii jeví jako docela přesný při cílení antigenů A na krvinky, vždy existuje malá šance, že by mohlo dojít k poškození, pokud by malé množství proklouzlo trhlinami. Kromě toho by imunitní systém příjemce mohl také reagovat na tyto bakteriální enzymy a interpretovat je jako signály infekčního útoku. Kizhakkedathu však věří, že takový scénář je pravděpodobně nepravděpodobný, protože naše těla jsou již pravděpodobně vystavena těmto enzymům ve střevě.
"I přes všechny tyto úvahy existuje více problémů, které možná [nemůžeme předvídat] - uvidíme je, až budeme skutečně testovat [krev v reálném těle], " říká Kester. "Lidské tělo často najde způsoby, jak [experimenty] nefungovat."
Kromě toho věda o typizaci krve jde daleko za pouhé antigeny A a B. Když se uvažuje o Rh antigenu, dochází k dalšímu nesouladu. Přítomnost nebo nepřítomnost Rh je tím, co dělá něčí krevní skupinu „pozitivní“ nebo „negativní“, a pouze negativní krev může vstoupit do pozitivních i negativních příjemců.
To znamená, že navzdory síle Rahfeldova a Withersova systému nemůže pokaždé vytvořit skutečně univerzální krev. A protože Rh antigen je ve skutečnosti protein, ne cukr, bude třeba prozkoumat úplně jinou sadu enzymů, aby se vytvořil nejběžněji přijímaný univerzální krevní typ: negativní.
Technika týmu má stále obrovský potenciál - nejen pro kliniku. Podle Ng by lepší pochopení těchto bakteriálních enzymů mohlo také osvětlit složitý vztah mezi lidmi a mikroby, které žijí v našem těle. Ve skutečnosti vědci stále ještě plně nerozumí účelu přítomnosti těchto antigenů na krevních buňkách - mnohem méně na výstelce našich střev. Ale bakterie byly po tisíce let zasvěceny těmto znalostem - a vyvíjí se, aby je využily, říká Ng, a dozvědět se více o těchto mikrobech by mohlo odpovědět na otázky, které lidé dosud nenapadlo zeptat.
Mezitím je Withers jednoduše potěšen, že vidí pokrok jakýmkoli směrem. "Je vždy překvapivé, když věci fungují dobře, " přemýšlí se smíchem. "To vám dává naději, že jste udělali skutečný skok vpřed."
