Synthetische Biologie: Neu programmierte Bakterien töten Tumorzellen

San Diego/Cambridge – Genetisch veränderte Salmonellen, die einen Anti-Krebs-Stoff produzieren, konnten diesen gezielt in Tumorgewebe freisetzen, während sie sich selbst auflösen. Das berichten Forscher von der University of California San Diego in La Jolla und vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, die die neuen Bakterienstämme entwickelt und in Mäusen getestet haben. Die Studie wurde in Nature (doi:10.1038/nature18930) publiziert.

In das Erbgut bestimmter Salmonellen setzte das Team um Jeff Hasty aus Kalifornien mehrere Gene ein, die eine Art Selbstzerstörungsmechanismus bewirken. Die Bakterien produzieren ein Protein namens AHL, das sich zwischen den Zellen einer Bakterien­kolonie in einem Tumor verbreitet. Es reguliert die Größe der Bakterienkolonie, in dem es die Expression bestimmter Gene an und ausschaltet. Diese Eigeneschaft wird auch als Quorum Sensing bezeichnet. Erreicht die AHL-Konzentration einen bestimmten Grenzwert, initiiert das Protein die Produktion eines Stoffes, der die Bakterienzelle auflöst. Einige der Salmonellen überleben die Selbsttötung und können im Tumor wieder eine Population aufbauen.

Ein weiteres eingeschleustes Gen codiert für einen Giftstoff, der ausschließlich Tumorzellen tötet: Haemolysin E. Dieser wird freigesetzt, wenn sich das Bakterium selbst zerstört. Siegfried Weiß vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig findet das Konzept der US-Forscher ausgesprochen innovativ. Es sei zwar nicht schwierig, Salmonellen dazu zu bringen, einen bestimmten Stoff zu produzieren, wohl aber, diesen Stoff auch freizusetzen.

„Dieses Problem haben die Forscher sehr elegant gelöst“, betont Weiß, der nicht an der Studie beteiligt war. Auch Mathias Heikenwälder vom Deutschen Krebsforschungs­zentrum in Heidelberg beurteilt das Konzept als absolut neu. „Das synchronisierte Auflösen einer Bakterienpopulation ist beeindruckend.“ Die Bakterien seien wie Drohnen, denen man ein Programm eingibt, dass sie dann ausführen.

Hasty und Kollegen testeten die genetisch veränderten Salmonellen zunächst in HeLa-Zellen. Hier konnten sie die Zyklen sichtbar machen, in denen die Kolonie wächst, sich größtenteils auflöst, das Ani-Tumor-Gift ausschüttet und wieder wächst. Sie stellten noch zwei weitere modifizierte Bakterienstämme her, in die sie ein Gen einschleußten, das die Immunantwort aktiviert und eines, das die Tumorzell-Apoptose initiiert. Die Kombination dieser drei Bakterienstämme hatte in der Zellkultur den größten Effekt und wurde daher auch bei den folgenden Tierversuchen eingesetzt.

Mäuse mit Darm- und Lebertumoren leben länger unter kombinierter Therapie
Das MIT-Team unter der Leitung von Sangeeta Bhatia setzte die Forschung an krebskranken Mäusen fort. Dabei zeigte sich, dass die genetisch modifizierten Salmonellen das Wachstum von Darm- und Lebertumoren zwar einschränkten, die Tumore aber nicht vollständig abtöten konnten. Die besten Ergebnisse brachte eine Kombination der drei veränderten Bakterienstämme mit einer Chemotherapie. Damit gelang es immerhin, die Lebenserwartung der Mäuse um 50 Prozent zu erhöhen.

In einem Nature-Kommentar weist Shibin Zhou von der Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore darauf hin, dass das Verfahren auch anderweitig angewendet werden könnte: „Eine zyklische Wirkstofffreisetzung könnte nützlicher sein für die Behandlung von Menschen mit Krankheiten, die wiederkehrende Dosierung erfordern, wie Diabetes und Bluthochdruck.“ © gie/dpa/aerzteblatt.de