Die Bakterien, die im menschlichen Körper leben, sind unseren eigenen Zellen zahlenmäßig überlegen, und zwar im Verhältnis von nicht weniger als 10 zu 1. Forscher haben nun einzelne davon ‚umgebaut‘, um sie zu medizinischen Helfern zu machen. Ein breites Spektrum an Möglichkeiten tut sich auf.
Biologen am MIT (Massachussetts Institute of Technology) haben erfolgreich Bakterien aus dem menschlichen Darm entnommen und diese genetisch verändert. Damit haben sie ihnen nützliche Eigenschaften verpasst: Sie überwachen z.B. die Darmgesundheit und alarmieren uns, wenn dort etwas falsch läuft.
Genmanipulierte Mikroben? Gar nicht so neu, wie es klingt.
Das ist natürlich nicht das erste Mal, dass Mikroben gentechnisch verändert wurden, um neue Eigenschaften auszutesten: E. coli wurde schon in der Vergangenheit verändert, aber diese Mikrobe ist im Darm nur in relativ geringen Mengen vorhanden.
In jüngerer Zeit haben nun die Biologen vom MIT ein einfaches Darmbakterium unter die Lupe genommen, das im Darm reichlich vorhanden ist: Bacteroides thetaiotaomicron. Sie entwickelten erfolgreich ein genetisches „Toolkit“ zum Ein- und Ausschalten verschiedener Gene in diesem Bakterium.
Indem sie das Bakterium sozusagen neu entwickelten, übten die Mikroben neue Funktionen aus, als sie in verschiedenen Versuchsreihen in den Darm einer Maus eingeführt wurden.
Sensoren schalten das Bakterium ein und aus
Die Forscher bauten vier Sensoren, die in die DNA des Bakteriums eingeschrieben werden können. Die Sensoren sind so codiert, dass sie auf ein Signal reagieren, um die Gene im Inneren von B. thetaiotaomicron ein- und auszuschalten. So beschreibt es Christopher Vogt, Bioingeniur am MIT und einer der verantwortlichen Autoren. Bei Cell Systems sind genauere Infos zu diesem unglaublichen Toolkit zusammengefasst.
Diese Bakterienart besitzt Eigenschaften, die günstig für Langzeitbehandlungen von Darmkrankheiten sind: Zum einen bleibt sie im Darm stabil und wird nicht sofort durch das Immunsystem vernichtet. Außerdem kommunizieren die Organismen über einen längeren Zeitraum mit unseren Zellen, was wiederum ihre Stabilität begünstigt. Und sie haben im Darm ja auch eine ganze Menge zu tun.
Glühen heißt: Gefahr!
Den Forschern ist es offenbar gelungen, die Bakterien so zu manipulieren, dass sie unnormale Zustände wie Blutungen oder Entzündungen im Darm erfassen und melden. Wenn die Bakterien solche Alarmzustände registrieren, reagieren sie durch messbare Veränderungen wie z.B. Glühen.
Aber wie lässt sich das neue Designer-Bakterium steuern? Auch auf diese Frage haben die Forscher eine Antwort: Die Bakterien sind in der Lage, Lebensmittelzutaten wie z.B. Zucker zu erkennen. Bezogen auf die Maus bedeutet das: Abhängig davon, was sie frisst, sind unterschiedliche Gene in den Bakterien im Darm aktiv. Man kann also von außen kontrollieren, was das Bakterium an dem Ort, an dem es gebraucht wird, tut.
Noch ist das Designer-Bakterium Zukunftsmusik
Für uns könnte das bedeuten, dass wir uns nach einer bakteriellen Behandlung zwar in Selbstdisziplin üben müssten, aber immerhin durch bewusstes Essen das beste Ergebnis der Behandlung selbst in der Hand hätten. Aber lässt sich das so einfach auf den Menschen übertragen?
Die Behandlung von Darmkrankheiten mit Bakterien liegt für den Menschen noch in ferner Zukunft. Bis dahin haben die Forscher noch einige Hürden zu überwinden. So muss z.B. ein Weg gefunden werden, die vorhandene Darmflora des Patienten durch Antibiotika zu entfernen, bevor die Designer-Mikroben sich dort ansiedeln und ausbreiten können. Das aber erfordert ein Verfahren, das nicht ohne Risiko ist.
Timothy Lu, der andere leitende Autor des Forschungsprojekts, erklärt, dass die Bakterien, die in oder auf unserem Körper leben, unsere Gesundheit nachweislich positiv beeinflussen können. Doch die Techniken, mit denen sich die Mikroben verändern lassen – z.B. die Einnahme von Antibiotika oder die Ernährungsumstellung – sind bislang relativ begrenzt.
Bleibt zu hoffen, dass die Forscher einen praktikablen Weg finden, um mit Hilfe der programmierten Bakterien wichtige Gesundheitsprobleme in den Griff zu bekommen.
PS: Hier geht es zu einem spannenden Video zum Thema „Bakterien programmieren, um Krebs zu erkennen„
