根據一項新的研究，一頭基因改造乳牛生產出了含有人類胰島素的牛奶。這項概念驗證成果可以擴大規模，最終生產足夠的胰島素，以確保所有需要這種維持生命藥物的糖尿病患者都能獲得併降低成本。

由於胰臟細胞受損，無法依賴自身供應，1 型糖尿病患者需要注射胰島素來維持生命。一些2 型糖尿病患者也是如此。根據世界衛生組織估計，在全世界需要胰島素的1.5 億至2 億人中，只有約一半的人正在接受胰島素治療。在許多中低收入國家和一些高收入國家，胰島素的供應仍然不足，而胰島素的成本和不可用性已得到充分證實。

在伊利諾大學香檳分校農業、消費與環境科學學院動物科學系和聖保羅大學最新發表的一項研究中，研究人員稱，他們可能已經開發出一種利用乳牛消除胰島素匱乏並降低其成本的方法。沒錯，就是乳牛。

這項研究的通訊作者 Matt Wheeler說：「大自然把乳腺設計成了一個工廠，可以非常非常有效率地製造蛋白質。我們可以利用這個系統生產一種蛋白質，幫助全世界數億人。”

在人體內，胰島素最初是其蛋白質前驅物–原胰島素，然後才轉化為活性形式。如今糖尿病患者使用的注射用胰島素是透過將實驗室製造的人類胰島素基因植入細菌DNA 而產生的。細菌被放入大型發酵槽中，利用該基因生產人類胰島素，然後將其提取和純化，用作藥物。

能產生人類胰島素的基因改造乳牛

在目前的研究中，研究人員將一段編碼前胰島素的人類DNA 植入十個乳牛胚胎的細胞中，這些胚胎被植入巴西普通乳牛的子宮中。植入後，一頭基因改造牛犢誕生了。所謂”轉基因”，是指生物體中含有從非相關生物體中人工引入的DNA。這裡使用的人類DNA 只針對產乳組織，也就是乳腺組織的表達。當然，乳牛的乳房通常被稱為乳房。

惠勒說：「以前，我們只是把DNA 植入其中，希望它能表達你想要的意思。」如今，我們可以更具策略性和針對性。使用乳房組織專用的DNA構築體意味著乳牛的血液或其他組織中不會有人類胰島素循環。它也利用了乳腺生產大量蛋白質的能力”。

當小牛發育成熟後，給它注射荷爾蒙，刺激它第一次泌乳。雖然泌乳量比正常情況下要少，但研究人員發現其中含有人類胰島素和令人驚訝的胰島素。

“我們的目標是製造胰島素原，將其純化為胰島素，然後從那裡開始，」惠勒說。”但基本上是牛自己處理的。她生產的生物活性胰島素與胰島素原的比例約為三比一。乳腺是一個神奇的東西。”

胰島素和胰島素原的含量為每公升牛奶幾克。由於泌乳是由荷爾蒙誘導的，而且產奶量比預期要少，研究人員無法確切地說出乳牛在典型的泌乳期間會產生多少胰島素。但他們願意冒險進行（保守的）猜測； 如果被證明是正確的，這個數字將是驚人的。

如果一頭乳牛每公升牛奶能產生一克胰島素，而一頭典型的荷蘭乳牛（其產奶量超過任何其他品種的乳牛）每天能產40 至50 公升牛奶，那麼胰島素的用量就非常大。特別是考慮到一個國際單位（IU）的胰島素相當於0.0347 毫克純結晶胰島素。

惠勒說：”這意味著每克相當於28,818 個單位的胰島素。而這僅僅是一公升，荷斯坦牛每天可以生產50 公升。你可以算一算。”

根據Wheeler 的計算，以10 個單位的上限劑量計算，一公升基因改造牛奶提供的胰島素足夠糖尿病人吃2881 次午餐，差不多是八年的量。當然，午餐只是一天中的一餐，但胰島素的用量仍然很大。

在某種程度上，我們已經走過了一個完整的輪迴。1922 年1 月，在多倫多大學的臨床試驗中，14 歲的倫納德-湯普森接受了從動物胰腺中提取的牛肉（牛）胰島素注射，這標誌著胰島素首次被用於治療人類糖尿病。直到1998 年，美國才停止生產牛胰島素（2006 年停止生產豬胰島素）。

研究人員計劃重新複製這頭乳牛，並樂觀地認為，下一代乳牛的泌乳週期會更長。他們最終希望培育出基因改造公牛與母牛交配，從而培育出基因改造牛犢，用於建立專門生產胰島素的牛群。

惠勒說，即使是一小群能生產人胰島素的乳牛，也能很快超越現有的胰島素生產方法，而且不需要高技術設施或基礎設施。”要在牛奶中大量生產胰島素，你需要專門的、健康狀況良好的設施來飼養奶牛，但這對我們成熟的乳製品業來說並不是什麼太離譜的事，我們知道我們在奶牛身上做了什麼”。

在基因改造乳牛為全球糖尿病患者提供胰島素之前，除了要獲得美國食品及藥物管理局的批准之外，還需要一個高效的收穫和純化系統。但惠勒相信，我們不需要等太久。

惠勒說：「我可以預見，在未來，相當於伊利諾伊州或威斯康辛州一個小型奶牛場的100 頭牛群就能生產出該國所需的全部胰島素。更大的牛群呢？可以在一年內生產出全世界所需的全部胰島素。”

這項研究發表在《生物技術期刊》。