باکتری تولیدکننده انسولین: باکتری‌ای که با ژن انسانی، انسولین می‌سازد.

باکتری تولیدکننده انسولین: کارخانه‌های زنده

انسولین چیست و چرا به آن نیاز داریم؟

تصور کنید قند (گلوکز) مانند سوخت خودرو برای سلول‌های بدن ما است. انسولین(Insulin) کلیدی است که درِ سلول‌ها را باز می‌کند تا قند بتواند وارد شود و انرژی تولید کند. این هورمون مهم توسط سلول‌های خاصی در لوزالمعده (پانکراس) ساخته می‌شود.

در بیماری دیابت نوع یک، سیستم ایمنی بدن به اشتباه به این سلول‌های سازنده انسولین حمله می‌کند و آنها را از بین می‌برد. در نتیجه، بدن قادر به تولید انسولین نیست. بدون این کلید، قند نمی‌تواند وارد سلول‌ها شود و در خون انباشته می‌گردد. این وضعیت مانند آن است که سوخت فراوانی پمپاژ شود، اما باک ماشین قفل باشد! بیماران مبتلا به دیابت نوع یک برای زنده ماندن، نیاز به تزریق روزانه انسولین دارند.

راه حل قدیم: انسولین حیوانی

سال‌ها پیش، تنها منبع انسولین، لوزالمعده حیواناتی مانند گاو و خوک بود. اما این روش چند مشکل بزرگ داشت:

گام‌به‌گام: چگونه یک باکتری به کارخانه انسولین تبدیل می‌شود؟

این فرآیند که مهندسی ژنتیک نام دارد، شبیه کپی‌کردن یک دستورالعمل مهم از یک کتاب (سلول انسان) و قرار دادن آن در یک چاپگر سریع و کارآمد (باکتری) است.

گام اول: پیدا کردن دستورالعمل (ژن)
دانشمندان ابتدا ژن مسئول ساخت انسولین انسانی را در سلول انسان شناسایی و کپی می‌کنند. ژن مانند یک دستورالعمل یا کد برای ساخت یک پروتئین خاص است. فرمول شیمیایی ساده یک بخش از پروتئین را می‌توان این‌گونه نشان داد: $NH_2-CHR-COOH$.

گام دوم: انتخاب وسیله نقلیه (پلاسمید)
باکتری‌ها قطعات کوچک و حلقوی DNA به نام پلاسمید³ دارند. دانشمندان یکی از این پلاسمیدها را برمی‌دارند و با استفاده از آنزیم‌های مخصوص (مانند قیچی و چسب مولکولی)، ژن انسولین انسانی را به داخل آن می‌چسبانند. حالا این پلاسمید، حامل دستورالعمل جدید است.

گام سوم: ارسال دستورالعمل به کارخانه (تبدیل باکتری)
پلاسمید تغییر یافته به داخل باکتری اشریشیا کلی وارد می‌شود. به این باکتری که حالا DNA جدید را در خود دارد، باکتری نوترکیب² می‌گویند.

گام چهارم: تولید انبوه
باکتری نوترکیب در مخزن‌های بزرگ و استریل به نام فرمانتور قرار می‌گیرد. در آنجا با غذای کافی (مانند مواد قندی و معدنی) و شرایط مناسب، با سرعت بسیار زیاد تقسیم شده و میلیاردها باکتری مشابه تولید می‌کند. هر کدام از این باکتری‌ها، با خواندن دستورالعمل ژن انسان، شروع به ساخت انسولین می‌کنند.

گام پنجم: جداسازی و خالص‌سازی
در نهایت، انسولین ساخته شده از داخل باکتری‌ها استخراج و با روش‌های شیمیایی مختلف، کاملاً خالص می‌شود. این انسولین خالص پس از آزمایش‌های کنترل کیفیت، در ویال‌ها (ظروف کوچک شیشه‌ای) برای تزریق به بیماران بسته‌بندی می‌شود.

یک مثال ملموس از زندگی روزمره

فرآیند تولید انسولین نوترکیب را می‌توان به کارخانه تولید ماست تشبیه کرد.

• استارتر (مایه): همان باکتری نوترکیب است که توانایی خاص (ساخت انسولین) را دارد.
• شیر: مانند محیط کشت در فرمانتور است که مواد غذایی لازم را فراهم می‌کند.
• دستگاه گرم‌کن و هم‌زن: مانند فرمانتور، شرایط دمایی و هم‌زدن مناسب را ایجاد می‌کند تا باکتری‌ها رشد کنند.
• سرمایه گذاری اولیه (خراستارتر و دستگاه): شبیه تحقیق و توسعه اولیه برای ساخت باکتری نوترکیب است.
• پرسود بودن در مقیاس بزرگ: همان طور که تولید ماست در خانه مقرون به صرفه نیست ولی در کارخانه بزرگ به صرفه است، تولید انسولین توسط باکتری نیز در مقیاس صنعتی بسیار کارآمد و ارزان‌تر از روش‌های قدیمی است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹اشریشیا کلی (Escherichia coli): یک نوع باکتری رایج که معمولاً بی‌ضرر است و در روده انسان و حیوانات زندگی می‌کند. برخی گونه‌های آن در مهندسی ژنتیک به‌طور گسترده استفاده می‌شوند.
²تولید نوترکیب (Recombinant Production): به فرآیند تولید یک ماده (مثل پروتئین) توسط یک سلول میزبان (مثل باکتری) که ژن مربوط به آن ماده از یک موجود دیگر به آن منتقل شده است.
³پلاسمید (Plasmid): یک قطعه کوچک، حلقوی و جدا از DNA کروموزومی در باکتری‌ها که می‌تواند به راحتی بین باکتری‌ها منتقل شود و اغلب حاوی ژن‌های مفیدی است. در مهندسی ژنتیک به عنوان وکتور (حامل) برای انتقال ژن‌های موردنظر استفاده می‌شود.
ژن (Gene): بخشی از DNA که حاوی دستورالعمل ساخت یک پروتئین خاص است.
دیابت نوع یک (Type 1 Diabetes): یک بیماری خودایمنی که در آن سلول‌های سازنده انسولین در لوزالمعده از بین می‌روند.
فرمانتور (Fermentor/Bioreactor): مخزن بزرگ و استریلی که شرایط بهینه (دما، pH، مواد مغذی) برای رشد انبوه میکروارگانیسم‌ها را فراهم می‌کند.