Eine spezielle Gruppe algenfressender Bakterien im menschlichen Darm birgt Potenzial für die Behandlung schwerer Erkrankungen wie Nierenerkrankungen.
Diese Bakterien, bekannt als Bacteroides, ermöglichen es dem Menschen, die einzigartigen Fasern in Algen zu verdauen – Fasern, die sich von denen in Obst, Gemüse, Getreide oder Nüssen unterscheiden. Nicht jeder Mensch trägt diese Bakterien im Darmmikrobiom. Ohne sie können Sie Algen in Speisen wie Sushi oder walisischem Laverbread nicht abbauen, spüren jedoch in der Regel keine negativen Auswirkungen.
Forscher hoffen, durch das Verständnis der Evolution dieser spezialisierten Bakterien, gentechnisch optimierte Darmbakterien zu entwickeln, die als Therapeutika dienen.
Um diese Bakterien genauer zu untersuchen, analysierten Wissenschaftler der University of Michigan Medical School 354 Stuhlproben von Studierenden. Diese Proben wurden mit vier Algenfasern inkubiert: Porphyran, Laminarin, Alginat und Carrageenan.
Laminarin ähnelt Beta-Glucanen, die häufig in Getreide wie Hafer, Gerste, Weizen und Roggen sowie in Pilzen und Hefen vorkommen. Dies erklärt wahrscheinlich, warum Bakterien zum Abbau von Laminarin in vielen Proben nachweisbar waren. Bakterien für die anderen drei Fasern waren jedoch selten, obwohl Carrageenan als Geliermittel in vielen verarbeiteten Lebensmitteln verwendet wird.
Die genetische Analyse ergab Überraschendes: Nicht nur Bacteroides-Arten bauen Seetangfasern ab. Auch das gängige Darmbakterium Firmicutes hatte die entsprechenden Gene übernommen.
„Bakterien, insbesondere im menschlichen Darm, tauschen Gene effizient aus“, erklärt Dr. Eric Martens, Hauptautor der Studie. „Sie teilen Fähigkeiten wie den Algenabbau oder Antibiotikaresistenzen – ein Grund für das globale Resistenzproblem.“
Frühere Arbeiten, darunter eine Studie von Co-Autor Dr. Jan Hendrik Hehemann aus 2010, deuten auf einen gemeinsamen Vorfahren mit meereslebenden Algenfressern hin. Wie diese Gene ins menschliche Mikrobiom gelangten, bleibt jedoch rätselhaft.
„Beim Sequenzieren der Genome sahen wir viel Genaustausch. Doch Häufigkeit und Ursprung dieser Ereignisse sind unklar“, so Martens.
Forscher wollen nun den Mechanismus des Genaustauschs entschlüsseln. Dies könnte Therapien ermöglichen, bei denen Bakterien gezielt Gene im Darm verteilen.
„Hier lauern spannende biotechnologische Chancen“, betont Martens. Er arbeitet mit dem Unternehmen Novome zusammen, das algenfressende Bakterien gentechnisch modifiziert.
Aktuelle klinische Studien testen diese gegen Hyperoxalurie, bei der Oxalsäure aus Blattgemüse nicht abgebaut wird – was zu Nierensteinen und chronischen Nierenerkrankungen führt.
Novome hat ein algenfressendes Bakterium um das Oxalsäure-Abbau-Gen erweitert.
Als Probiotikum verabreicht, müssen diese Bakterien jedoch im Darm kolonisieren und mit etablierten Mikroben konkurrieren.
„Viele OTC-Probiotika scheitern daran: Selbst Milliarden Bakterien pro Dosis überleben selten gegen die angepassten Darmbewohner“, warnt Martens.
Novome kombiniert die Bakterien daher mit Algen: „Seetang unterstützt die Kolonisierung und Oxalsäure-Verarbeitung.“