• 04.06.2015
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Früherkennung von Krebs und Diabetes dank umprogrammierten Bakterien

Bakterien werden oft als schädlich und feindlich angesehen, doch in unserem Körper tummeln sich Billionen von Mikroorganismen, die meistens nützlich oder zumindest gutartig sind. Die Liste der für uns Menschen hilfreichen Bakterien wird nun um zwei neue Formen erweitert: zwei unabhängige Forschungsteams im Bereich der Synthetischen Biologie berichten in der Fachzeitschrift Science Translational Medicine von Mikroorganismen, die dank spezifischen genetischen Veränderungen Krebs bei Mäusen und Diabetes bei Menschen erkennen können.

Ene Forschungsgruppe um Sangeeta Bhatia am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und Jeff Hasty an der University of California haben Bakterien so umprogrammiert, dass sie in der Gegenwart von Krebs ein Leuchtsignal produzieren. Dieses kann durch einen einfachen Urintest ausgewertet werden. Das Diagnoseverfahren basiert auf einem harmlosen Bakterienstamm (Escherichia coli Nissle 1917), welcher beispielsweise probiotischen Joghurts zugesetzt wird. Als erstes verfütterten die Forschenden die Bakterien an Mäuse und beobachteten, dass sie sich in Lebertumoren ansammelten, nicht aber in gesundem Gewebe. Dass Bakterien bevorzugt Tumore besiedeln, weil diese reich an Nährstoffen und gleichzeitig arm an Immunzellen sind, wurde bereits aufgrund früherer Studien vermutet. Die Bakterien wurden nun genetisch so verändert, dass sie das Enzym LacZ produzieren. Den Mäusen wurde zudem die Vorstufe eines Leuchtstoffes verabreicht, welcher erst in der Anwesenheit von LacZ zu leuchten beginnt. Weist nun eine Maus also an einem Lebertumor auf, siedeln sich die genetisch veränderten Bakterien darin an und vermehren sich. Dabei produzieren sie LacZ, welches die zuvor verabreichte Substanz in einen Leuchtstoff verwandelt. Dieser lässt sich ganz einfach im Urin der Mäuse feststellen, der sich von gelb nach rot verfärbt. Bhatia und ihre Kollegen konnten zeigen, dass der von ihnen entwickelte Test Lebertumoren von nur wenigen Quadratmillimeter Grösse entdecken kann. Mit konventionellen bildgebenden Verfahren hingegen ist bereits das Aufspüren eines Tumors unter einem Quadratzentimeter Grösse eine Herausforderung.

In einer separaten Studie berichten Forschende unter der Leitung von Jerome Bonnet der Universität Montpellier von einer ähnlichen Strategie, um erhöhte Glukosewerte im Urin von Patienten festzustellen. Zu viele Glukose im Urin ist ein wichtiges Anzeichen für Diabetes. Die Forschenden haben dazu Bakterien einen neuen genetischen Kreislauf zugefügt, der einen rot fluoreszierenden Farbstoff produziert, sobald das Glukoseniveau einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat. In diesem Fall brauchten die Wissenschaftler die E.coli Bakterien nur den Urinproben hinzuzufügen, um einen allfälligen Farbwechsel festzustellen. Zurzeit bringt dieses Verfahren noch keine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Methoden. Aber da die selbe Strategie im Prinzip auch für die Erkennung von anderen Stoffen angewendet werden kann, könnte sie als Grundlage für zahlreiche zukünftige Diagnoseverfahren dienen.

Text übersetzt und angepasst von "Science News, 28. Mai 2015"

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Die Synthetische Biologie zielt darauf ab, biologische Systeme zu entwerfen, nachzubauen oder zu verändern. Dabei nutzt und verbindet sie Ansätze aus verschiedenen Disziplinen, insbesondere der Molekularbiologie und den Ingenieurwissenschaften. Die Synthetische Biologie arbeitet an neuen Lösungen für verschiedenste gesellschaftliche Herausforderungen, etwa in der Medizin, der Energiegewinnung oder der Nahrungsmittelproduktion. Dabei stellen sich ethische Fragen und Fragen zu Risiken und Sicherheit der neuen Technologie.