Eine spezielle Art von algenfressenden Bakterien im menschlichen Darm könnte zur Behandlung schwerer Krankheiten wie Nierenerkrankungen eingesetzt werden.
Diese Bakterien – genannt Bacteroides – Menschen helfen, die in Algen enthaltenen Fasern zu verdauen, die sich von denen unterscheiden, die in Dingen wie Obst, Gemüse, Getreide und Nüssen enthalten sind. Allerdings hat nicht jeder diese Bakterien in seinem Darmmikrobiom – ohne sie sind Sie nicht in der Lage, Algen abzubauen, die in Lebensmitteln wie Sushi oder walisischem Laverbread enthalten sind. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Sie negative Nebenwirkungen ihrer Abwesenheit spüren werden.
Durch das Verständnis, wie sich diese spezialisierten Bakterien entwickelt haben, hoffen die Forscher, darmfreundliche Bakterien zu entwickeln, die gentechnisch verändert werden können, um als Behandlungen eingesetzt zu werden.
Um mehr über diese Bakterien zu erfahren, testeten Wissenschaftler der University of Michigan Medical School 354 Kotproben, die ihren Studenten im Grundstudium entnommen wurden. Diese wurden dann in vier Algenfasern eingebracht:Porphyran, Laminarin, Alginat und Carrageenan.
Laminarin ähnelt einer anderen Gruppe von Verbindungen, Beta-Glucanen, die häufiger in Getreide wie Hafer, Gerste, Weizen und Roggen sowie in Pilzen und Hefen vorkommen. Die Forscher glauben, dass dies der Grund dafür sein könnte, dass sie in vielen Proben die Bakterien gefunden haben, die zum Abbau von Laminarin benötigt werden. Die Bakterien, die zum Abbau der drei anderen Fasertypen benötigt werden, waren unter den Schülern selten, obwohl Carrageen in vielen verarbeiteten Lebensmitteln vorkommt, wo es wie Gelatine wirkt.
Anschließend untersuchte das Team die genetische Ausstattung der Bakterien. Überraschenderweise stellten sie fest, dass es nicht nur die Bacteroides waren Arten, die den Seetang abbauen. Ein weiteres häufiges Darmbakterium, Firmicutes , hatte irgendwie die Gene „aufgelesen“, die zum Abbau der Fasern benötigt werden.
„Bakterien im Allgemeinen und Bakterien im menschlichen Darm im Besonderen sind sehr geschickt darin, Gene auszutauschen“, sagte Dr. Eric Martens, einer der Hauptautoren der neuen Studie. „Sie können Fähigkeiten wie [den Abbau von Algen] austauschen, aber auch andere. Sie können Antibiotikaresistenzmerkmale austauschen, was einer der Gründe dafür ist, warum Antibiotikaresistenz ein solches Problem ist.“
Laut Martens zeigen frühere Studien, wie eine von Dr. Jan Hendrik Hehemann, Co-Autor aus dem Jahr 2010, dass die menschlichen Darmbakterien einen gemeinsamen Vorfahren mit einer Meeresbakterie haben, die im Ozean lebt und sich dort von Algen ernährt. Wie die Gene aus den Meeresbakterien in Bakterien des menschlichen Mikrobioms gelangten, „bleibt ein Rätsel“.
„Als wir die Genome dieser Organismen sequenzierten, bewegten sich viele Dinge zwischen Bakterien. Aber wir wissen nicht, wie häufig diese Austauschereignisse stattfinden, und wir wissen nicht, wie diese Gene in diese [Bakterien in erster Linie] gelangen.“
Nun wollen Wissenschaftler genau verstehen, wie dieser Genaustausch abläuft. Das Wissen könnte neue Behandlungsmöglichkeiten bieten, da Studien zeigen, dass Bakterien so manipuliert werden können, dass sie bestimmte Gene in den Darm einer Person tragen und sie mit den anderen Mitgliedern des Mikrobioms austauschen.
„Hier gibt es wirklich interessante biotechnologische Anwendungen“, sagt Martens. Ein Unternehmen, das die Technologie nutzt, heißt Novome, mit dem Martens derzeit zusammenarbeitet. Novome verwendet eine Variante der Algen-verdauenden Bakterien und verändert sie gentechnisch, um andere Funktionen zu erfüllen.
Aktuelle klinische Studien untersuchen, ob die Bakterien eine Erkrankung namens Hyperoxalurie behandeln könnten, bei der Menschen Oxalsäure, einen Nährstoff, der in Blattgemüse vorkommt, nicht richtig verarbeiten können. Menschen mit einem hohen Oxalsäurespiegel bekommen häufiger Nierensteine und können eine chronische Nierenerkrankung entwickeln.
Aber Novome hat ein algenfressendes Bakterium gentechnisch verändert, um auch das Gen für die Verarbeitung von Oxalsäure zu enthalten.
Während diese künstlich hergestellten Bakterien als Probiotikum verabreicht werden könnten, würde dies laut Martens davon abhängen, dass die Bakterien in der Lage sind, im Darm zu wachsen und mit all den anderen Bakterienkolonien zu konkurrieren, die sich über lange Zeit in Ihrem Mikrobiom etabliert haben.
„Die meisten rezeptfreien Probiotika besiedeln heutzutage Ihren Magen-Darm-Trakt (GI) nicht sehr gut, denn selbst wenn Sie eine wirklich große Kapsel für eine volle Menge Probiotika nehmen, bekommen Sie höchstens 10 bis 100 Milliarden Bakterien . Diese sind den Bakterien, die sich bereits in [Ihrem Darm] befinden und die dort besser angepasst sind, weit überlegen.“
Stattdessen ergänzt Novome seine gentechnisch veränderten Bakterien mit Algen, um ihnen die besten Chancen auf eine Besiedelung zu geben. „Der Seetang kann den Bakterien helfen, sich in ihren Magen-Darm-Trakt einzunisten, um die [überschüssige] Oxalsäure zu verarbeiten“, sagte Martens.