Designer-Mikroben: Wie dieses unwahrscheinliche Werkzeug gegen seltene Krankheiten kämpfen kann

Eine Pille, die Millionen von Bakterien enthält, die bereit sind, Ihren Darm zu besiedeln, könnte für viele ein Alptraum sein. Es kann jedoch zu einem wirksamen neuen Instrument zur Bekämpfung von Krankheiten werden.

In vielen Erbkrankheiten bedeutet ein mutiertes Gen, dass ein Individuum keine lebensnotwendige Substanz bilden kann, die der Körper braucht, um zu wachsen, sich zu entwickeln oder zu funktionieren. Manchmal kann dies mit einem synthetischen Ersatz - einer Pille - behoben werden, den sie täglich nehmen können, um das zu ersetzen, was ihr Körper natürlich hätte machen sollen. Menschen mit einer seltenen genetischen Erkrankung, der Phenylketonurie (PKU), fehlt ein Enzym, das für den Proteinabbau unerlässlich ist. Andernfalls bauen sich giftige Chemikalien im Blut auf und können dauerhafte Hirnschäden verursachen.

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Zum Glück ist der Fix einfach. Ärzte behandeln die Krankheit, indem sie ihre Patienten für den Rest ihres Lebens auf eine extrem proteinarme Diät setzen. Aufgrund der einfachen Lösung war PKU die erste Erkrankung, bei der Neugeborene ab 1961 routinemäßig untersucht wurden, indem ein Blutstropfen analysiert wurde, der aus einem Stich an der Ferse des Babys entnommen wurde.

Aber stellen Sie sich vor, wie schwierig es sein kann, alles zu messen, was Sie während Ihres gesamten Lebens essen. Um die PKU zu heilen, erforschen die Forscher derzeit neue Behandlungsstrategien. Zum einen werden Gen-Editier-Tools verwendet, um genetische Mutationen zu korrigieren. Die derzeitige Technologie ist jedoch immer noch riskant. Es besteht die Möglichkeit, dass andere Gene gestört werden und der Patient Kollateralschäden verursacht.

Was wäre, wenn man das gebrochene Gen ersetzen könnte, ohne das Genom des Patienten zu beeinträchtigen? Genau das haben Forscher des Biotech-Unternehmens Synlogic aus Cambridge, Massachusetts, getan. Sie entschieden, dass sie sich nicht direkt in das menschliche Genom einmischen, sondern die therapeutischen Gene direkt in die natürlich vorkommenden Bakterien einführen würden, die sich im menschlichen Darm befinden. Diese gentechnisch veränderten Bakterien würden dann die Enzyme produzieren, die den PKU-Patienten fehlten, und die Proteine ​​in ungiftige Produkte abbauen.

Ich bin Postdoktorand am UCSD und studiere die Gemeinschaft der Mikroben, die in unserem Körper leben, und wie sie sich auf unsere Gesundheit auswirken. Jetzt beginnen wir zu verstehen, welche Rolle sie spielen, um uns gesund zu erhalten. Der nächste Schritt ist herauszufinden, wie wir sie verändern können, um unsere Gesundheit zu verbessern. Und die Studie von Synlogic bringt diesen Traum einen Schritt näher.

In unserem Darm lebende technische Bakterien

Sie werden überrascht sein zu erfahren, dass unser Darm von Billionen von Bakterien bewohnt wird, die uns helfen, Nahrung zu verdauen, Vitamine herzustellen und unser Immunsystem zu erziehen. Diese Gemeinschaft von Mikroben ist unser Mikrobiom. Zusammen beherbergen sie Millionen verschiedener Gene in ihren Genomen. Sie überwiegen unsere menschlichen Gene um 150 zu 1, und wir können sie zu unserem eigenen Vorteil einsetzen.

Escherichia coli Nissle 1917 ist einer der Mikroben, die in den meisten von uns leben und wird seit über einem Jahrhundert als probiotisches Mittel verwendet, um seine Sicherheit zu beweisen.

Dies ist das Bakterium, das Synlogic ausgewählt hat, um ein neues therapeutisches "Superbakterium" namens SYNB1618 für PKU-Patienten zu entwickeln.

Die Forscher führten drei Gene ein, mit denen SYNB1618 einen der Proteinbausteine, eine Phenylalanin-Aminosäure, in die sichere Verbindung Phenylpyruvat umwandeln kann. Solange die Phenylalaninspiegel niedrig gehalten werden, zeigen PKU-Patienten keine Symptome und leben normal.

Sind gentechnisch veränderte Bakterien sicher?

Gegner von gentechnisch veränderten Organismen könnten dagegen protestieren, dass ihnen Designermikroben in den Bauch gedrückt werden. Aber genau wie bei gentechnisch veränderten Lebensmitteln gibt es strenge FDA-Bestimmungen, die dafür sorgen, dass diese Mikroben sicher sind.

Im Fall von SYNB1618 löschten die Forscher ein Gen, das für die Bildung eines wesentlichen Bestandteils für den Bakterienaufbau verantwortlich ist. Wenn die Forscher den fehlenden Bestandteil nicht für die technischen Bakterien zur Verfügung stellen, können sie sich nicht replizieren und sterben. Es ist eine Möglichkeit für Forscher, den SYNB1618 im Körper eines Patienten zu kontrollieren.

Als sie die Mikroben in Mäusen testeten, stellten sie fest, dass der SYNB1618 nach 48 Stunden ohne die entscheidende Zutat aus ihrem Innern verschwunden war.

Die Forscher von Synlogic haben auch andere Vorsichtsmaßnahmen getroffen, als sie SYNB1618 entwickelten und welche Mikroben zur Therapie verwendet werden sollten. Abgesehen von den zur Verarbeitung von Phenylalanin hinzugefügten Genen enthalten die veränderten Bakterien genau die gleichen Gene wie das Original E coli Nissle 1917, der im Darm beheimatet ist und für seine Sicherheit sorgt.

Funktioniert es wirklich?

Nachdem die Forscher bewiesen hatten, dass die Bakterien das Phenylalanin im Labor umwandeln können, beschlossen sie, die Bakterien mit PKU an Mäuse zu verabreichen. Die Ergebnisse zeigten, dass SYNB1618 Phenylalanin abgebaut hat, das im Darm der Tiere zirkuliert, was die Blutspiegel der behandelten Mäuse senkt.

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Anschließend bereiteten die Forscher den SYNB1618 auf Affen vor, um die Sicherheit und Wirksamkeit beim Menschen zu gewährleisten. Gesunde Affen ohne PKU erhielten Phenylalanin und erhielten danach eine Dosis der Mikroben. Die SYNB1618-Bakterien reduzierten erfolgreich die Phenylalanin-Blutspiegel - genau wie bei der Maus.

Synlogic testet SYNB1618 derzeit in einer klinischen Studie der Phase 1 am Menschen.

Dies ist ein Schritt in Richtung eines neuen therapeutischen Ansatzes, der ein großes Potenzial für die Behandlung von Erkrankungen des Menschen wie Diabetes und Krebs sowie für die Überwachung des Entzündungsgrades bei entzündlichen Darmerkrankungen bietet.

Wenn wir die Rolle aller Mikroben, die in unserem Körper leben, entdecken und verstehen, erwarte ich, dass wir Mikroben identifizieren werden, die die idealen Träger für die Durchführung verschiedener Gentherapien sind, die noch mehr Krankheiten behandeln, einschließlich solcher, die den Stoffwechsel und das zentrale Nervensystem betreffen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Pedro Belda Ferre veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.