Development of anti-diabetic living drugs via synthetic biology approach
Sentetik biyoloji yaklaşımı ile anti-diyabetik yaşayan ilaç geliştirimi
- Tez No: 961570
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Mikrobiyoloji, Bioengineering, Microbiology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Tip 2 Diyabet (T2DM), insülin direnci ve bozulmuş glikoz regülasyonu ile karakterize yaygın bir metabolik hastalıktır. GLP-1 ve analoğu Exendin-4 gibi peptit bazlı ilaçlar, insülin salgısını artırmaları ve glisemik kontrolü iyileştirmeleri nedeniyle klinik tedavide yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu peptitlerin kısa yarı ömürleri, sindirim sistemindeki enzimatik yıkıma uğramaları ve tekrarlayan enjeksiyon gereksinimi, tedavi etkinliğini ve hasta uyumunu sınırlamaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek amacıyla, bu çalışmada bağırsak ortamına duyarlı olarak anti-diyabetik peptit üretimi yapabilen mühendislik ürünü bir probiyotik sistem geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, fizyolojik olarak anlamlı uyarıcılara (yağ asitleri, safra tuzları ve aspirin) yanıt verebilen tam hücre biyosensörleri, sentetik düzenleyici elemanlar kullanılarak tasarlanmıştır. Bu biyosensörler, doz-tepki davranışlarını belirlemek amacıyla sfGFP floresan raporlayıcı geninin ekspresyonu ile karakterize edilmiştir. Başarılı karakterizasyondan sonra, raporlayıcı gen çıkarılarak yerine GLP-1 veya Exendin-4 kodlayan diziler, farklı salgı sinyal peptitleri (PhoA, MalE, TorA, DsbA, PelB) ile füzyonlanarak klonlanmıştır. Klonlama süreçlerinde Gibson Assembly ve klasik moleküler biyoloji teknikleri kullanılmıştır. Ortama salgılanan peptitlerin fonksiyonelliği, ELISA ile yapılan kantifikasyon ve MIN6 hücre hattı kullanılarak yapılan biyolojik fonksiyon testleri ile değerlendirilmiştir. Hücre canlılığı için MTT analizleri, biyolojik aktiviteyi belirlemek için ise glikozla uyarılmış insülin salınımı testleri gerçekleştirilmiştir. Denenen yapılar arasında, sinyal peptitleri ile füzyonlanmış GLP-1 ve Exendin-4 versiyonlarının hücre canlılığı ve insülin salınımı üzerinde anlamlı etkiler gösterdiği tespit edilmiştir. Bu durum, terapötik peptitlerin başarılı şekilde üretildiğini ve işlevsel olduğunu göstermektedir. Bu çalışma, metabolit yanıtlı gen devreleri ile mühendislik ürünü probiyotik bakterilerin bir araya getirilerek hedefe yönelik peptit salınımı yapılabileceğini göstermektedir. Geliştirilen bu platform, konak ortamına duyarlı ve kendi kendini düzenleyen tedavi sistemleriyle metabolik hastalıklar için yeni nesil yaşayan ilaçların geliştirilmesinde umut vadeden bir strateji sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) is a prevalent metabolic disorder characterized by insulin resistance and impaired glucose regulation. Peptide-based drugs such as GLP-1 and its analog Exendin-4 are widely used in clinical treatment due to their ability to enhance insulin secretion and improve glycemic control. However, frequent injections, enzymatic degradation in the gastrointestinal tract, and short half-life limit their therapeutic efficiency and patient compliance. To address these challenges, this study aims to develop a living therapeutic system that enables the dynamic, gut-responsive production of anti-diabetic peptides using engineered Escherichia coli Nissle 1917. In the first part of the study, whole-cell biosensors responsive to physiologically relevant stimuli such as fatty acids, bile salts, and aspirin were constructed using synthetic regulatory elements. These biosensors were initially characterized through the expression of a fluorescent reporter gene (sfGFP) to determine their dose-response behavior and functionality. Following successful characterization, the reporter gene was replaced with either GLP-1 or Exendin-4 coding sequences, fused to various signal peptides (PhoA, MalE, TorA, DsbA, PelB) to promote extracellular secretion. Gibson Assembly and classical cloning techniques were used throughout the construct designs. The functional activity of secreted peptides was evaluated through ELISA-based quantification and in vitro bioassays using MIN6 insulin-secreting cells. MTT assays were performed to assess cell viability, and glucose-stimulated insulin secretion assays were conducted to determine the biological activity of the secreted peptides. Among the tested constructs, signal peptide–fused versions of GLP-1 and Exendin-4 showed significant effects on cell viability and insulin secretion, indicating successful expression and functionality of the therapeutic peptides. This study demonstrates the feasibility of combining probiotic bacteria with metabolite-responsive gene circuits for targeted peptide delivery. The developed platform presents a promising strategy for designing next-generation living drugs capable of responding to the host environment and offering a self-regulated treatment for metabolic diseases like T2DM.
Benzer Tezler
- Karaciğer nakli sonrasında gelişen kronik böbrek hastalığının metabolik sendrom ve perirenal yağ dokusu ile ilişkisi
The relationship between chronic kidney disease developed after liver transplantation and metabolic syndrome and perirenal fat tissue
SEDA NUR BEYATLI
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
İç HastalıklarıAnkara Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE GÖKCAN
- Diyabetik ayağı olan ve olmayan hastaların anti-diyabetik ilaç uyumlarının karşılaştırılması
Comparison of anti-diabetic drug compliance between patients with and without diabetic foot
DİLARA ÖZTOPRAK
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
Aile HekimliğiSamsun ÜniversitesiAile Hekimliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONUR ÖZTÜRK
- Ratlarda tip 1 ve tip 2 diyabet modellerinde farklı tedavi yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of different treatment methods in type 1 and type 2 diabetes models in rats
ALPARSLAN ARSLAN
Doktora
Türkçe
2024
GenetikAfyon Kocatepe ÜniversitesiMedikal Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE AKBULUT
- Eugenol, timol ve karvakrol uzantılı yeni ranolazin türevlerinin sentezi
Synthesis of new ranolazine derivatives with eugenol, thymol and carvacrol extensions
BEGÜM OSMANOĞULLARI
- Translational drug discovery approaches targeting the PKD1 signaling in Parkinson's disease
Başlık çevirisi yok
MUHAMMET AY
