Lebih 112.5 juta derma darah dikumpulkan setiap tahun di seluruh dunia-tetapi kebanyakan sumbangan ini tidak dapat digunakan untuk sesetengah pesakit yang paling memerlukan.
Kandungan Terkait
- A Robot May One Day Draw Your Blood
- Bank Darah Pertama Pernah Dibuka 80 Tahun Ago Hari Ini
Transfusi darah mesti sepadan dengan jenis darah penderma kepada penerima; jika tidak, sistem imun penerima boleh menyerang darah asing, menyebabkan penyakit yang teruk. Hari ini, saintis pada Mesyuarat Nasional 256 & Eksposisi laporan American Chemical Society menjanjikan langkah-langkah baru untuk menggodam sistem ini, menggunakan enzim bakteria yang berasal dari mikrobiotik usus untuk menukar jenis darah yang ketat ke dalam darah yang lebih universal.
Terdapat empat jenis utama darah: darah AB, A, B dan O, yang dibezakan oleh gula dalam sel darah merah membawa permukaan mereka, yang disebut antigen.
AB adalah penimbun yang mementingkan diri sendiri dari kumpulan itu, yang membawa antigen A dan B antigen. Dengan semua blingnya, darah AB hanya boleh ditransfusikan ke orang lain dengan jenis darah AB-tetapi orang yang mempunyai darah AB adalah penerima sejagat. Jenis darah A dan B membawa hanya satu daripada dua antigen, masing-masing, dan orang dengan jenis darah ini hanya boleh menerima darah yang tidak memasarkan gula lain.
O darah, sebaliknya, adalah martir telanjang yang tidak mempunyai gula yang menghiasi saudara-saudaranya. Keadaannya yang mandul menjadikannya kehadiran mesra di hampir semua persekitaran imun, dan jenis darah O - penderma sejagat dari sekumpulan - adalah dalam permintaan yang berterusan.
Untuk memenuhi keperluan yang tidak bersesuaian untuk darah sejagat, bank-bank dan pusat-pusat sumbangan sentiasa mencari penderma-pendampingan yang sesuai. Tetapi walaupun kira-kira 40 peratus daripada penduduk adalah jenis O, stok selalu kelihatan kurang pendek, sebahagiannya kerana darah yang disimpan mempunyai jangka hayat yang relatif pendek. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, saintis telah mula bereksperimen dengan menghasilkan jenis O di dalam makmal-sama ada dengan mensintesis sel-sel darah merah dari awal, atau merobek gula-gula dari AB, A dan B darah.
Tahun lepas, sekumpulan penyelidik yang diketuai oleh Jan Frayne membuat langkah besar dengan strategi bekas itu, menjangkiti garis prekursor sel darah merah dengan gen kanser untuk memprovokasi mereka untuk menambah diri mereka infinitum iklan . Walau bagaimanapun, teknik ini jauh dari memasuki klinik-sel-sel sintetik masih belum diselaraskan sepenuhnya untuk keselamatan, dan kos mengisi hanya satu beg darah dengan analog ini kekal astronomi.
Sebaliknya, menukar jenis darah telah menjadi kerja yang sedang berlangsung selama beberapa dekad. Strategi ini amat menarik kerana ia boleh menghasilkan lebih banyak darah sejagat dan menghalang sumbangan yang lebih sukar daripada membazir.
Pada tahun 1982, sekumpulan penyelidik mengambil langkah-langkah menjanjikan yang pertama dalam mengubah jenis darah buatan. Menggunakan enzim yang terisolasi dari biji kopi hijau yang tidak rosak, mereka menyambar B antigen dari sel darah merah, dengan berkesan mewujudkan darah O jenis yang boleh ditransfusikan ke dalam pesakit manusia. Tetapi enzim kopi mempunyai kekurangannya. Untuk satu, ia adalah halus, memerlukan satu set syarat yang sangat spesifik untuk bekerja-yang bermaksud meletakkan darah melalui dering sebelum ia boleh digunakan. Walaupun persediaan percubaan hanya begitu, enzim itu lembab dan tidak cekap, dan para penyelidik terpaksa menggunakan gobs untuk melihat kesannya.
Namun, penemuan enzim kopi memberi isyarat kepada seluruh dunia bahawa penukaran darah adalah mungkin-dan, lebih penting lagi, alat-alat yang diperlukan mungkin sudah ada dalam alam semula jadi.
Pada awal tahun 2000an, penghargaan terhadap kepelbagaian enzim yang besar dalam kerajaan bakteria telah mula muncul, dan penyelidik mula beralih kepada mikroba untuk keperluan pengisihan gula mereka. Pada tahun 2007, penyelidik melaporkan penemuan dua enzim bakteria yang, dalam kombinasi, mampu meretas kedua-dua gula A dan B dari sel-sel darah. Enzim yang mengalir darah B adalah seribu kali lebih berkesan daripada enzim kopi dari 35 tahun sebelumnya. Tetapi enzim yang disasarkan antigen menghasilkan sedikit lebih banyak keputusan, memerlukan terlalu tinggi dos enzim untuk menjadi praktikal.
Beberapa pasukan penyelidik sejak itu cuba memanfaatkan kuasa mikrob untuk "darah tanpa gula". Tetapi beberapa tahun yang lalu, Peter Rahfeld dan Stephen Withers, ahli biokimia di Universiti British Columbia, memutuskan untuk beralih kepada sumber yang belum diterokai: mikrobiotik usus-komuniti yang penuh dengan mikrob yang bekerja dalam usus manusia.
Kerana ternyata, "mikroba usus adalah profesional untuk memecahkan gula, " menurut Katharine Ng, yang mempelajari mikrobiotik usus di Stanford University, tetapi tidak terlibat dalam kerja ini. Protein berlapis gula merangkumi dinding usus-dan beberapa gula rumahan ini menyerupai antigen A dan B yang sama yang terdapat pada sel-sel darah. Lebih-lebih lagi, banyak usus mikro menuai gula-gula ini dengan memotong mereka dari lapisan usus.
"Saya teruja apabila saya mendapati ini - ini bermakna kita boleh menggunakan mikrob untuk mencari alat baru, " kata Rahfeld. "Mereka semua sudah berada dalam keberanian kami, hanya menunggu untuk diakses. Ada begitu banyak potensi. "
Setakat ini, kebanyakan memburu mesin penukaran darah baru telah terlibat dengan susah payah menguji enzim bakteria yang diketahui satu demi satu. Banyak anggota mikrobiota usus kini boleh ditanam di dalam persekitaran makmal-tetapi tidak semua. Untuk menangkap potensi penuh enzim bakteria dalam usus, Rahfeld dan Withers memilih satu teknik yang dipanggil metagenomik.
Dengan metagenomik, para saintis dapat menyamai komuniti mikrob-seperti yang ada dalam sampel cecair-dan sememangnya mempelajari DNA secara beramai-ramai . Walaupun bakteria tidak dapat bertahan dengan baik di luar tubuh manusia, DNA mereka jauh lebih keras, dan masih dapat memberi gambaran kepada para penyelidik tentang apa enzim yang setiap mikrob mampu melahirkan. "[Metagenomics] cara untuk mendapatkan gambaran semua DNA [dalam usus manusia] pada satu ketika, " jelas Rahfeld.
Setelah mengasingkan genom bakteria dari kotoran manusia, Rahfeld dan rakan-rakannya memecahkan DNA ke dalam potongan-potongan kecil dan memasukkannya ke E. coli, bakteria bakteria biasa yang dapat dimanipulasi dengan mudah untuk mengekspresikan gen asing seperti kod-kod untuk enzim. Para penyelidik menguji kira-kira 20, 000 serpihan bahan genetik yang berbeza terhadap proksi gula yang mudah meniru antigen A dan B; calon yang melepasi pusingan pertama pemeriksaan ini kemudiannya terdedah kepada analog yang lebih rumit yang lebih baik menyerupai darah manusia.
Akhirnya, pasukan itu ditinggalkan dengan 11 enzim yang mungkin aktif terhadap antigen A dan satu antigen B-termasuk enzim yang menjanjikan 30 kali lebih berkesan berbanding antigen A daripada yang ditemui pada tahun 2007. Enzim enzim baru adalah pekerja penyelenggaraan yang rendah, mampu melakukan pelbagai suhu dan kepekatan garam - yang bermaksud bahawa sel-sel darah dapat ditukar tanpa mengorbankan aditif.
Apabila penyelidik seterusnya menguji enzim baru mereka yang kuat terhadap jenis darah manusia yang sebenar, hasilnya adalah sama-dan hanya satu minit jumlah protein diperlukan untuk menghapus darah yang bersih daripada gula yang menyinggung. Selain itu, para penyelidik teruja untuk mengetahui bahawa mereka boleh menggabungkan enzim baru mereka, aktif terhadap darah jenis A, dengan enzim yang ditemui sebelum ini yang mengetepikan antigen B. Dengan menyatukan dekad kerja, pasukan kini mempunyai alat untuk menukar darah AB, A dan B secara efisien ke O.
"Ia berfungsi dengan baik, " kata Jay Kizhakkedathu, seorang profesor kimia di Pusat Penyelidikan Darah Pusat British Columbia yang bekerjasama dengan Rahfeld dan Withers dalam kajian mereka.
Para penyelidik kini sedang menguji enzim mereka pada skala yang lebih besar. Pada masa akan datang, Withers merancang untuk menggunakan alat-alat genetik untuk mengembang dengan enzim yang baru mereka untuk meningkatkan lagi kuasa pemangkasannya. Akhirnya, pasukan berharap teknologi penukaran darah sedemikian boleh menjadi pusat utama di hospital, di mana keperluan untuk darah O-jenis selalu mengerikan.
Walaupun dengan keputusan yang menjanjikan, enzim penukaran darah yang ditemui setakat ini mungkin hanya hujung gunung ais, kata Zuri Sullivan, seorang imunologi di Universiti Yale yang tidak terlibat dalam penyelidikan. Memandangkan kepelbagaian yang besar yang terdapat dalam mikrobiom usus individu yang berbeza, penyaringan lebih banyak penderma dan komuniti bakteria lain dapat menghasilkan hasil yang lebih menarik.
"Premis di sini sangat kuat, " kata Sullivan. "Terdapat sumber genetik yang belum diterokai dalam [gen] yang disandi oleh mikrobiotik usus."
Sudah tentu, keselamatan kekal perhatian utama ke hadapan. Mengubah sel manusia, walaupun dengan enzim semulajadi, adalah perniagaan yang rumit. Setakat ini, Rahfeld dan Withers melaporkan, ia agak tidak mencukupi untuk membasuh enzimnya selepas rawatan-tetapi penyelidik perlu memastikan bahawa semua jejak enzim mereka dikeluarkan sebelum darah dapat ditransfusikan ke dalam pesakit yang sakit.
Itu sebahagiannya kerana antigen gula muncul di sel-sel yang tidak banyak di seluruh badan, jelas Jemila Caplan Kester, ahli mikrobiologi di Massachusetts Institute of Technology. Walaupun enzim dalam kajian ini nampaknya cukup tepat dalam menargetkan antigen pada sel darah, selalu ada peluang kecil yang dapat melakukan beberapa kerosakan jika jumlah yang sedikit adalah untuk meleleh melalui retakan. Selain itu, sistem imun penerima juga boleh bertindak balas terhadap enzim bakteria ini, menafsirkannya sebagai isyarat serangan yang berjangkit. Walau bagaimanapun, Kizhakkedathu percaya senario seperti itu mungkin tidak mungkin, kerana badan kita sepatutnya sudah terdedah kepada enzim ini dalam usus.
"Walaupun dengan semua pertimbangan ini, terdapat lebih banyak masalah yang mungkin kita tidak dapat menjangka-kita akan melihatnya apabila kita menguji [darah dalam tubuh sebenar], " kata Kester. "Tubuh manusia sering mencari cara untuk membuat [eksperimen kita] tidak berfungsi."
Di samping itu, sains mengetik darah jauh melebihi hanya antigen A dan B. Satu ketidakpadanan umum yang sama berlaku apabila antigen Rh dipertimbangkan. Kehadiran atau ketiadaan Rh adalah apa yang membuat jenis darah orang "positif" atau "negatif" masing-masing dan hanya darah negatif boleh masuk ke penerima positif dan negatif.
Ini bermakna, walaupun kuasa sistem Rahfeld dan Withers, ia tidak boleh menghasilkan darah sejagat yang sejati setiap kali. Dan kerana antigen Rh sebenarnya protein, bukan gula, satu set enzim yang sangat berbeza perlu dijelajahi untuk mencipta jenis darah sejagat yang paling banyak diterima: O negatif.
Namun, teknik pasukan mempunyai potensi besar-dan bukan hanya untuk klinik. Menurut Ng, pemahaman yang lebih baik mengenai enzim bakteria ini juga dapat memberi gambaran tentang hubungan kompleks antara manusia dan mikroba yang hidup di dalam tubuh kita. Sebenarnya, para saintis masih tidak memahami sepenuhnya maksud di sebalik kehadiran antigen ini pada sel darah-lebih kurang pada lapisan usus kita. Tetapi bakteria telah memahami pengetahuan ini selama ribuan tahun-dan telah berkembang untuk mengambil kesempatan daripada mereka, kata Ng, dan mempelajari lebih lanjut tentang mikroba ini boleh menjawab soalan yang belum dipikirkan oleh manusia.
Sementara itu, Withers sememangnya gembira melihat kemajuan dalam sebarang arah. "Ia selalu mengejutkan apabila keadaan berjalan dengan lancar, " katanya dengan ketawa. "Ia memberi anda harapan bahawa anda telah membuat lonjakan sebenar ke hadapan."
