İnsülin ne işe yarar ve insanlar suni olarak insülini nasıl üretirler? İnsülin üretimi aşamaları nelerdir, hakkında bilgi.
İnsülin Nasıl Üretilir?
İnsülin temel olarak kandaki glikoz miktarını düzenleyen ve vücudun normal çalışması için gerekli olan bir hormondur. Pankreasta Langerhans adacıkları olarak adlandırılan hücreler tarafından üretilir. Bu hücreler vücuda küçük miktarlarda salınır.
Bir kişi yiyecek ve içecek tükettiği zaman, kan şekeri yükselir. Bu durum, Langerhans adacıklarındaki hücreleri, glikozun kandan hücrelere taşınmasına yardımcı olması için gerekli miktarda insülini serbest bırakmak için tetikler. Hücrelerin zardan giren ve dışarı çıkanları kontrol eden membran denen bir dış duvarı vardır.
Araştırmacılar insülinin nasıl çalıştığını tam olarak bilmese de, hücrenin zarındaki reseptörlere bağlandığını biliyorlar. Bu, glikoz ve proteinlerin hücreye girmesine izin veren bir dizi taşıma molekülünü harekete geçirir. Hücreler bu glikozu bir enerji kaynağı olarak kullanabilir. Taşındıktan sonra, glikoz seviyesi saatler içinde normale döner.
İnsülin yokluğunda, glikoz kanda birikir ve hücreler enerji kaynağından yoksun kalırlar ve bu da çeşitli rahatsızlıklara neden olur. Vücudun yeterli miktarda insülin üretmemesi halinde, insanların bunu yapay olarak alması gerekir. Diyabetik hastalar, doğal olarak üretemedikleri için dışarıdan insülin alırlar.
İnsan vücudu dışında insülin üretme girişimleri, Kanadalı bilim adamları Frederick G. Banting ve Charles H. Best’in, bir köpeğin pankreasından insülini başarılı bir şekilde saflaştırdıkları, 1921 yılına kadar uzanmaktadır.
1936’da araştırmacılar, kanda insülinin daha yavaş bir şekilde serbest bırakılması için bir yol buldular. Vücudun yavaşça parçalayabildiği balık sperminde bulunan bir protein olan protamin eklediler. Bir enjeksiyon 36 saat etkiliydi.
1970’lerde araştırmacılar, vücudun doğal insülinine daha çok benzeyen bir insülin üretmeye başladılar. Bununla birlikte, 1980’lerde biyoteknoloji alanındaki devrimci icatlarla büyük bir atılım gerçekleşti. Araştırmacılar insan insülini üretmek için genetik mühendisliğinin prensiplerini kullandılar.
1982’de Eli Lilly ve Company Şirketi, ilk onaylı genetik olarak üretilmiş farmasötik ürünü başarıyla üretmiştir. Hayvanlara bağımlı kalmak zorunda kalmadan, daha bol miktarda üretilebilir oldu.
Ham maddesi
İnsan insülini laboratuvarda Escherichia coli, bakteriler içinde yetiştirilir. En yaygın olarak bu bakteri türü kullanılmasına rağmen, maya da kullanılabilir.
Üretilen insan proteini, DNA’yı sentezleyen bir amino asit sekanslama makinesi ile elde edilir. Üreticiler insülinin amino asitlerini (tam olarak üretici tarafından bilinir) girer ve sıralama makinesi amino asitleri birbirine bağlar. Bakteri yetiştirmek ve insülini sentezlemek için büyük tanklara ihtiyaç vardır.
Bunun dışında, bir santrifüj makinesi ve çeşitli kromatografi ve X-ışını kristalografisi aletleri gibi DNA’yı ayırmak ve saflaştırmak için birkaç araç gereklidir.
Üretim süreci
İnsülin geni, bağlarla bir arada tutulan iki ayrı (A ve B) amino asit zincirinden oluşan bir proteindir. Amino asitler, tüm proteinlerin yapı taşlarıdır. ‘A’ zinciri 21 amino asitten oluşurken, ‘B’ zinciri 30 amino asitten oluşur.
Aktif bir insülin proteini üretmeden önce, preproinsulin üretilir. Birlikte ‘A’ ve ‘B’ zincirleri olan tek bir uzun protein zinciridir. Ortadaki zincirleri birbirine bağlayan bir bölüm ve bir ucunda bir sinyal sekansı bulunur, bu da proteinin, hücrenin dışında salgılanmaya başlaması için uyarır.
Ardından Preproinsülin, yine tek bir zinciri olan ancak sinyalleme dizisi olmayan proinsüline dönüşür. Son olarak, aktif protein insülini, ‘A’ ve ‘B’ zincirlerini bağlayan bölümü olmayan protein, üretilir.
Her adımda, protein, bir sonraki insülin formunu üretmek için spesifik enzimler gerektirir. Bunu üretmek için aşağıdaki yöntemlerden herhangi biri benimsenebilir.
A ve B Zincirleri ile Başlamak
Bu üretim yöntemi, iki zinciri ayrı ayrı büyütmektir. Bu yöntem, her adımda ihtiyaç duyulan belirli enzimlerin her birini üretmeyi gerektirmez. Bu işlem için iki mini gen gereklidir; ‘A’ zinciri ve diğeri ‘B’ zinciri üreten.
Üreticiler her zincirin tam DNA dizisini bildiğinden, her mini genin DNA’sını bir amino asit dizileme makinesinde sentezlerler. İki DNA molekülü daha sonra konakçının DNA’sında daha kolay asimile edilen plazmidlere eklenir.
Üreticiler daha sonra plazmidleri zararlı olmayan bir bakteri olan E. coli içine sokarlar. Ekleme, insülinin çıkarılmasını sağlayan lacZ geninin yanında yapılır, böylece bakteri DNA’sında kaybolmaz. Bu gene bitişik olarak protein oluşumunu başlatan amino asit metionindir.
Plazmidler bakteriyel hücrelere bakteri hücrelerine karıştırılarak transfeksiyon adı verilen bir süreçte karıştırılır. İnsülini sentezleyen bakteriler daha sonra büyük tanklarda bir fermantasyon sürecine girerler ve hızla çoğalmaya başlarlar.
Çoğaltmadan sonra hücreler tanklardan çıkarılır ve DNA’nın elde edilmesi için parçalanır. Bakterinin DNA’sı daha sonra, zincirleri DNA’nın geri kalanından ayırmak için metiyonin tortusunda protein zincirlerini bölen bir reaktif olan, siyanojen bromür ile muamele edilir.
İki zincir daha sonra karıştırılır ve indirgeme-oksidasyon reaksiyonu yoluyla disülfid bağları ile birleştirilir. Daha sonra buna bir oksitleyici madde eklenir. Santrifüj, hücre bileşenlerini boyut ve yoğunluğa göre ayırmak için yapılır. Sonunda, DNA karışımı saflaştırılır, böylece sadece insülin zincirleri kalır.
Proinsülin Süreci
Bu, insan insülini sentezlemek için başka bir yöntemdir. Proinsülin, insülin genine direkt prekürsör ile başlar. Bu yöntemin haricinde, bir çok yöntem, önceki yöntemdeki ile aynıdır, amino asit makinesi, proinsülin genini sentezler.
Kodlayan dizi, patojenik olmayan E. coli bakterilerinin hücrelerine yerleştirilir. Bakteriler proinsülini üretmek için fermantasyon sürecinden geçer. Daha sonra ‘A’ ve ‘B’ zincirleri arasındaki bağlantı dizisi bir enzim ile kırılır ve sonuçta oluşan insülin saflaştırılır.
Analog insülin
Bu geliştirilmiş bir yöntemdir ve esas olarak amino asit dizisini değiştirerek ve bir başka maddeyi taklit eden bir kimyasal madde olan bir analog yaratarak hücrenin aptallaşmasını sağlar. Analog insülin kan içine daha kolay asimile olur ve bir enjeksiyondan birkaç dakika sonra vücutta çalışmaya başlar.
Humulin, diğer insülin ile güçlü bağlara sahip olmayan ve dolayısıyla hızla emilen bir analog insülin türüdür. Glargine adı verilen başka bir analog insülin, belirgin pikler olmaksızın, 24 saat boyunca nispeten sabit bir salınım yapmasını sağlamak için proteinin kimyasal bileşimini değiştirir.
Yıllar boyunca, araştırmacılar doğal formuna çok benzeyen insülin üretmek için daha gelişmiş prosedürler geliştirdiler. Dünyanın dört bir yanındaki insanlar, üretilen insülinin yararlarından haberdar olmuş ve çok sayıda tüketmeye başlamışlardır.