Rekombinantes Humaninsulin ist ein im Handel erhältliches Hormon zur Behandlung von Diabetespatienten. Insulin, das normalerweise in der Bauchspeicheldrüse produziert wird, dient der Regulierung des Blutzuckers. Es funktioniert, indem es Zucker im Blut in die Zellen des Körpers überlässt, damit die Zellen ihn zur Energiegewinnung verwenden können. Wenn ein Patient Diabetiker ist und kein Insulin produzieren kann, erhöht sich der Blutzuckerspiegel, was zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen kann. Anschließend muss täglich Insulin gespritzt werden, um einen konstanten Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten.
Insulin kann aus Schweinen oder Kühen extrahiert und zur Verwendung beim Menschen gereinigt werden. Rinderinsulin von Kühen unterscheidet sich von Humaninsulin durch drei Aminosäuren, während sich Schweineinsulin von Schweinen nur durch eine Aminosäure von Humaninsulin unterscheidet. Einige Diabetiker können eine allergische Reaktion auf Insulin von Tieren entwickeln, wenn der Körper es als fremd erkennt. Im Labor hergestelltes rekombinantes Humaninsulin ist identisch mit dem natürlich produzierten Hormon und verursacht typischerweise keine allergische Reaktion.
Die rekombinante Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Technologie hat es Forschern ermöglicht, sich vom aus Tieren extrahierten Insulin zu entfernen und eine Technik zur Herstellung von rekombinantem Humaninsulin zu entwickeln. Insulin besteht aus zwei Aminosäureketten, die zu einem kleinen Proteinmolekül verbunden sind. Rekombinantes Humaninsulin wird synthetisiert, indem die DNA jeder Insulinkette separat in die DNA von geschwächten, nicht infektiösen Stämmen des Bakteriums Escherichia coli – besser bekannt als E. coli – eingefügt wird.
Die Bakterien durchlaufen dann viele Zyklen der Zellteilung und können viele Kopien jeder der Insulinketten produzieren. Einzelne Ketten des Insulinmoleküls werden aus den Bakterien extrahiert und gereinigt. Die beiden Ketten, aus denen das vollständige Insulinmolekül besteht, werden dann gemischt und können aneinander binden.
Rekombinantes Humaninsulin kann auch in Hefezellen kultiviert werden. Hefezellen können das komplette Insulinmolekül absondern, das beide Ketten bereits miteinander verbunden enthält. Dies ist eine Verbesserung gegenüber der E.coli-Produktion, da der zusätzliche Schritt des Zusammenmischens zweier Ketten entfällt.
Sobald das vollständige rekombinante Humaninsulinmolekül gereinigt wurde, können andere strukturelle Veränderungen vorgenommen werden, um die Funktion des Moleküls zu verbessern. Das Ersetzen einer Aminosäure an einer bestimmten Position innerhalb des Moleküls kann zu einem entweder schnell wirkenden oder lang wirkenden Insulinpräparat führen. Diese werden als Insulinanaloga bezeichnet und können unterschiedlich lange im Körper aktiv bleiben. Dies gibt dem Arzt und dem Patienten Flexibilität bei der Gestaltung eines Insulinbehandlungsprotokolls basierend auf dem Lebensstil.