Svake godine se prikuplja više od 112, 5 milijuna davanja krvi, no većina tih priloga neupotrebljiva je za neke pacijente kojima je najpotrebnija.
Povezani sadržaj
- Robot jednog dana može crpiti vašu krv
- Banka prve krvi otvorena je danas prije 80 godina
Transfuzija krvi mora odgovarati krvnoj grupi darivatelja krvi primatelja; u suprotnom, imunološki sustav primatelja mogao bi napasti stranu krv, uzrokujući tešku bolest. Danas su znanstvenici na 256. nacionalnom sastanku i izložbi Američkog kemijskog društva izvijestili da obećavaju nove korake prema hakiranju ovog sustava, koristeći bakterijske enzime dobivene iz crijevnog mikrobioma za pretvorbu restriktivnih krvnih grupa u više univerzalne krvi.
Postoje četiri glavne vrste krvi: krv AB, A, B i O, odlikovane šećerima koje crvene krvne stanice nose na svojoj površini, a koje se nazivaju antigenima.
AB je sebični čuvar skupine, koji nosi i antigen A i B antigen. Uz svu krv, AB krv može se preliti u druge s AB krvnom grupom, ali ljudi koji imaju AB krv univerzalni su primatelji. Krvne grupe A i B nose samo jedan od dva antigena, i ljudi s tim krvnim grupama mogu primiti samo krv koja ne sadrži drugu šećer.
O krv je, s druge strane, goli mučenik koji nedostaje šećera koji ukrašavaju njegovu braću. Njegovo relativno neplodno stanje čini ga prijateljskom prisutnošću u gotovo svim imunološkim okruženjima, a krv tipa O - univerzalni davatelj grupe - je u stalnoj potrazi.
Kako bi udovoljile nerazmjernoj potrebi za univerzalnom krvlju, banke i centri za davanje stalno traže ove poželjne davatelje. No iako je oko 40 posto populacije tip O, čini se da zalihe uvijek nedostaju, dijelom i zbog toga što skladištena krv ima relativno kratak rok trajanja. Posljednjih godina znanstvenici su počeli eksperimentirati s generiranjem tipa O u laboratoriju - bilo sintetiziranjem crvenih krvnih zrnaca ispočetka, bilo šmrcanjem uvredljivih šećera iz krvi AB, A i B.
Prošle godine, skupina istraživača na čelu s Janom Frayneom učinila je ogromne korake s bivšom strategijom, zarazivši liniju prekursora crvenih krvnih stanica karcinskim genima kako bi ih provocirala da se nadopune ad infinitum . Međutim, ova tehnika nije daleko od ulaska u kliniku - sintetičke ćelije još uvijek nisu u potpunosti provjerene radi sigurnosti, a troškovi punjenja samo jedne vrećice krvi s tim analogima ostaju astronomski.
S druge strane, pretvaranje krvnih grupa već je desetljećima u tijeku. Ova je strategija posebno privlačna jer bi mogla stvoriti više univerzalne krvi uz istovremeno sprječavanje trošenja donacija težeg korištenja.
Godine 1982. skupina istraživača poduzela je prve obećavajuće korake u umjetnom pretvaranju krvnih grupa. Koristeći enzim izoliran iz nepečene zrnca zelene kave, izbacili su B antigene iz crvenih krvnih stanica, čime su učinkovito stvorili krv tipa O koja bi se mogla preliti u ljudske pacijente. No, enzim za kavu imao je svoje nedostatke. Za jednu je to bio prevrtljiv, zahtijevao je vrlo specifičan skup uvjeta za rad - što je značilo probijanje krvi kroz zvonik prije nego što se mogao koristiti. Čak i kada je postavljanje eksperimenta bilo upravo tako, enzim je bio spor i neučinkovit, a istraživači su morali koristiti gljive da bi vidjeli učinak.
Ipak, otkriće enzima kave signaliziralo je ostatku svijeta da je moguća pretvorba krvi - i što je još važnije, potrebni alati koji su vjerojatno već postojali u prirodi.
U ranim 2000-im počelo se pojavljivati uvažavanje ogromne raznolikosti enzima u bakterijskom kraljevstvu, a istraživači su se počeli okretati mikrobovima za potrebe smanjenja šećera. U 2007. godini, istraživači su izvijestili o otkriću dvaju bakterijskih enzima koji su u kombinaciji mogli usitniti i A i B šećer iz krvnih stanica. Enzim koji je otklonio B antigene iz krvi bio je tisuću puta učinkovitiji od enzima kave od prije 35 godina. Ali enzim koji je ciljao antigen proizveo je nešto više otrežnjujuće rezultate, što zahtijeva previsoku dozu enzima da bi bilo praktično.
Od tada je nekoliko timova istraživača pokušalo iskoristiti moć mikroba da „zaslade“ krv. Ali prije nekoliko godina, Peter Rahfeld i Stephen Withers, biokemičari sa Sveučilišta u Britanskoj Kolumbiji, odlučili su se okrenuti još uvijek neiskorištenom resursu: mikrobioti crijeva - gnojnoj zajednici marljivih mikroba koji žive u ljudskom crijevu.
Kako se ispostavilo, "mikrobi crijeva su profesionalci u razgradnji šećera", kaže Katharine Ng, koja proučava mikrobiom crijeva na Sveučilištu Stanford, ali nije sudjelovala u ovom radu. Proteini prekriveni šećerom liniju crijeva crijeva - a neki od tih razrađenih šećera nalikuju istim antigenima A i B koji se nalaze u krvnim stanicama. Štoviše, mnogi mikrobi iz crijeva skupljaju ove šećere istiskivanjem sa crijevne sluznice.
"Bio sam uzbuđen kad sam to otkrio - [to je značilo da ćemo možda moći] pomoću mikroba pronaći nove [alate]", kaže Rahfeld. "Svi su već u našim crijevima, samo čekaju da im se pristupi. Ima toliko potencijala. "
Do sada je većina potrage za novim strojevima za pretvaranje krvi bila mukotrpno testiranje poznatih bakterijskih enzima jedan po jedan. Mnogi se članovi mikrobiote crijeva sada mogu uzgajati u laboratorijskim okruženjima - ali ne u svim. Kako bi uhvatili puni potencijal bakterijskih enzima u crijevima, Rahfeld i Withers odabrali su tehniku nazvanu metagenomics.
Pomoću metagenomije, znanstvenici mogu objediniti zajednicu mikroba - poput one u uzorku fekalnog tkiva - i jednostavno masovno proučiti DNK. Čak i ako bakterije ne prežive dobro izvan ljudskog tijela, njihov je DNK daleko tvrđi i još uvijek može dati istraživačima kakav je enzim svaki mikrob sposoban izbaciti. "[Metagenomics] način da se u jednom trenutku dobije snimka čitave DNK [u ljudskom crijevu], " objašnjava Rahfeld.
Nakon izoliranja bakterijskih genoma iz ljudskog izmeta, Rahfeld i njegovi kolege razbili su DNK u male komade i stavili ih u E. coli, uobičajeni soj bakterija kojima se lako može manipulirati za ekspresiju stranih gena, poput onih koji kodiraju enzime. Istraživači su testirali oko 20 000 različitih fragmenata genetskog materijala protiv jednostavnih šećera sa šećerom koji oponašaju antigene A i B; Kandidati koji su prošli ovaj prvi krug probira bili su izloženi složenijim analogima koji bolje nalikuju ljudskoj krvi.
Na kraju je timu ostalo 11 mogućih enzima koji su bili aktivni protiv A antigena i jedan protiv B antigena - uključujući jedan izuzetno obećavajući enzim koji je bio 30 puta učinkovitiji protiv A antigena nego onaj otkriven 2007. godine. Ohrabrujući, novi enzim bio je djelatnik koji je održavao malo održavanje, bio je sposoban da radi na različitim temperaturama i koncentracijama soli - što znači da se krvne stanice mogu pretvoriti bez ugrožavanja dodataka.
Kada su istraživači sljedeći puta testirali svoj moćan novi enzim protiv stvarne ljudske krvi tipa A, rezultati su bili isti - i samo je minutna količina proteina bila potrebna da se očisti krv čistim šećerom. Uz to, istraživači su bili oduševljeni otkrićem da mogu kombinirati svoj novi enzim, aktivan protiv krvi tipa A, s ranije otkrivenim enzimima koji im otjeraju B antigene. Konsolidirajući desetljeće rada, tim je sada imao alate za učinkovitu pretvorbu krvi AB, A i B u univerzalno prihvaćenu O.
„Odlično je funkcioniralo“, kaže Jay Kizhakkedathu, profesor kemije na Centru za istraživanje krvi Sveučilišta British Columbia koji na svojim studijama surađuje s Rahfeldom i Withersom.
Istraživači sada testiraju svoje enzime u većem obimu. U budućnosti, Withers planira koristiti genetske alate kako bi se poigrao svojim novonađenim enzimom kako bi još više povećao svoju snagu rezanja. Na kraju se tim nada da bi takva tehnologija pretvorbe krvi mogla biti oslonac u bolnicama, gdje je potreba za krvlju tipa O uvijek velika.
Čak i uz tako obećavajuće rezultate, otkriveni enzimi za pretvaranje krvi vjerojatno su samo vrh ledenog brijega, kaže Zuri Sullivan, imunolog sa sveučilišta Yale, koji nije sudjelovao u istraživanju. S obzirom na ogromnu raznolikost koja se nalazi u mikrobiomima crijeva različitih pojedinaca, probir više davatelja i drugih bakterijskih zajednica mogao bi dati još uzbudljive rezultate.
"Ovdje je pretpostavka zaista moćna", kaže Sullivan. "Postoji neiskorišteni genetski resurs u [genima] kodiranim mikrobiomom crijeva."
Naravno, sigurnost ostaje najvažnija naprijed. Mijenjati ljudske stanice, čak i prirodnim enzimima, lukav je posao. Do sada, izvješće Rahfeld i Withers, prilično je trivijalno pranje enzima nakon liječenja - ali istraživači će morati biti sigurni da su svi tragovi njihovog enzima uklonjeni prije nego što krv može biti prelivena u bolesnog pacijenta.
To je dijelom i zbog toga što se šećerni antigeni pojavljuju na bezbroj stanica u cijelom tijelu, objašnjava Jemila Caplan Kester, mikrobiologinja s Massachusetts Institute of Technology. Iako se čini da je enzim u ovoj studiji prilično precizan u ciljanju antigena na krvne stanice, uvijek postoji mala vjerojatnost da bi mogao napraviti neku štetu ako mala količina prođe kroz pukotinu. Uz to, imunološki sustav primatelja također bi mogao reagirati na ove bakterijske enzime, interpretirajući ih kao signale infektivnog napada. Međutim, Kizhakkedathu vjeruje da je takav scenarij vjerojatno malo vjerojatan, jer su naša tijela navodno već izložena tim enzimima u crijevu.
"Čak i uz sva ta razmatranja, imamo još problema koje možda [ne možemo predvidjeti] - vidjet ćemo ih kada stvarno testiramo [krv u stvarnom tijelu]", kaže Kester. "Ljudsko tijelo često pronalazi načine kako da [naši eksperimenti] ne djeluju."
Uz to, znanost o krvnom tipiranju nadilazi samo antigene A i B. Jedna druga uobičajena neusklađenost javlja se kada se razmatra Rh antigen. Prisutnost ili odsutnost Rh je ono što nečiju krvnu skupinu čini „pozitivnim“ ili „negativnim“, a samo negativna krv može ući i u pozitivne i u negativne primatelje.
To znači da, unatoč snazi Rahfeldovog i Withersovog sustava, on ne može stvoriti istinski univerzalnu krv svaki put. A budući da je Rh antigen zapravo protein, a ne šećer, morat ćemo istražiti potpuno različit skup enzima kako bi se stvorila najšire prihvaćena univerzalna krvna grupa: O negativna.
Ipak, timska tehnika ima ogroman potencijal - i to ne samo za kliniku. Prema Ng, bolje razumijevanje ovih bakterijskih enzima moglo bi također rasvijetliti složen odnos između ljudi i mikroba koji žive u našim tijelima. Istina, znanstvenici još uvijek ne razumiju u potpunosti svrhu koja stoji iza krvnih stanica - mnogo manje na sluznici crijeva. Ali bakterije su tisućama godina prividne tom znanju - i razvijale su se kako bi ih iskoristile, kaže Ng, a učenje više o tim mikrobima moglo bi odgovoriti na pitanja koja ljudi još nisu razmišljali da postave.
U međuvremenu, Withers je jednostavno zadovoljan što vidi napredak u bilo kojem smjeru. "Uvijek je iznenađujuće kad stvari funkcioniraju dobro", kroz smijeh razmišlja. "To vam daje nadu da ste napravili pravi skok naprijed."
