Biotech-Bakterien könnten Diabetikern helfen

Freundliche Darmmikroben, die so konstruiert wurden, dass sie ein bestimmtes Protein herstellen, können bei der Regulierung des Blutzuckers bei diabetischen Mäusen helfen, so eine vorläufige Studie, die letzte Woche auf der Amerikanische Chemische Gesellschaft Konferenz in Washington, D.C. Während sich die Forschung noch in einem sehr frühen Stadium befindet, könnten die Mikroben, die in Joghurt angebaut werden könnten, eines Tages eine alternative Behandlung für Menschen mit Diabetes darstellen.

Essbare Bakterien manipulieren: Die Forscher entwickelten freundliche Bakterien (Punkte in der unteren Hälfte des Bildes), um ein Protein zu produzieren, das Darmepithelzellen (oben, blau hervorgehoben) dazu anregt, Insulin zu produzieren.

Die Forschung stellt eine neue Sichtweise auf Probiotika dar: uralte Nahrungsergänzungsmittel, die aus ungefährlichen Bakterien bestehen, wie sie in Joghurt enthalten sind, um die Gesundheit zu fördern. Dank des wachsenden Verständnisses dieser Mikroben versuchen eine Handvoll Wissenschaftler, sie zu entwickeln, um bestimmte Krankheiten zu lindern. Das Konzept, Bakterien zu verwenden, um menschliche Störungen zu beheben (oder zu beheben), ist äußerst kreativ und interessant, schrieb Kelvin Lee , einem Chemieingenieur an der University of Delaware in Maryland, in einer E-Mail. Auch wenn es nicht direkt zu einer Lösung der Diabetesfrage führe, eröffne es doch ganz allgemein neue Denkansätze, sagt Lee, der nicht an der Forschung beteiligt war.



Menschen mit Typ-1-Diabetes haben nicht die Fähigkeit, Insulin zu produzieren, ein Hormon, das Muskel- und Leberzellen anregt, Glukose aufzunehmen und für Energie zu speichern. Johannes März , ein Biochemie-Ingenieur an der Cornell University in Ithaca, NY, und seine Mitarbeiter beschlossen, diesen essentiellen Kreislauf unter Verwendung des bestehenden Signalsystems zwischen den Epithelzellen, die den Darm auskleiden, und den Millionen gesunder Bakterien, die normalerweise im Darm leben, nachzubauen. Diese Epithelzellen nehmen Nährstoffe aus der Nahrung auf, schützen das Gewebe vor schädlichen Bakterien und hören auf molekulare Signale von hilfreichen Bakterien. Wenn sie sich bereits gegenseitig signalisieren, warum signalisieren sie dann nicht etwas, was wir wollen? fragt März.

Die Forscher schufen einen Stamm von nicht-pathogenen E coli Bakterien, die ein Protein namens GLP-1 produzieren. Bei gesunden Menschen regt dieses Protein Zellen in der Bauchspeicheldrüse an, Insulin zu produzieren. Im vergangenen Jahr zeigten March und seine Mitarbeiter, dass manipulierte Bakterienzellen, die das Protein absondern, menschliche Darmzellen in einer Schale dazu bringen könnten, Insulin als Reaktion auf Glukose zu produzieren. (Es ist noch nicht klar, warum das Protein diesen Effekt hat.)

In der neuen Forschung verfütterten die Forscher die Bakterien an diabetische Mäuse. Nach 80 Tagen [gingen] die Mäuse von Diabetes auf normale Glukose-Blutspiegel, sagt March. Diabetische Mäuse, die nicht mit den gentechnisch veränderten Bakterien gefüttert wurden, hatten immer noch einen hohen Blutzuckerspiegel. Das Versprechen, kurz gesagt, ist, dass ein Diabetiker Joghurt essen oder einen Smoothie als glukose-responsive Insulintherapie trinken könnte, anstatt sich auf Insulininjektionen zu verlassen, sagt Kristala Jones Prather, eine Biochemie-Ingenieurin am MIT, die nicht an der Forschung beteiligt war.

Die Herstellung von Bakterien, die das Protein produzieren, hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Verwendung des Proteins selbst als Behandlung. Die Bakterien können als Reaktion auf die Bedingungen im Wirt genau die richtige Menge des Proteins absondern, sagt March. Das könnte letztendlich die Notwendigkeit einer Selbstkontrolle minimieren und den patienteneigenen Zellen (oder den Zellen der Kommensale) ermöglichen, E coli ), um bei Bedarf die richtige Menge Insulin bereitzustellen, sagt Cynthia Collins , einem Bioingenieur am Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, NY, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Darüber hinaus überwindet die Produktion des Proteins dort, wo es benötigt wird, einige der Probleme mit proteinbasierten Medikamenten, deren Herstellung teuer sein kann und während der Verdauung oft abgebaut wird. Das Protein zu reinigen und dann durch den Darm zu gelangen ist sehr teuer, sagt March. Probiotika sind billig – weniger als ein Dollar pro Dosis. In benachteiligten Umgebungen könnten sie in Joghurt kultiviert und in einem Dorf verteilt werden.

Die Eingeweide der Tiere haben die Forscher noch nicht untersucht, daher wissen sie nicht genau, wie oder wo die diabetischen Mäuse Insulin produzieren. Auch ist noch nicht klar, ob die Behandlung, die vermutlich Darmzellen zur Insulinproduktion anregt, schädliche Auswirkungen hat, etwa eine Überproduktion des Hormons oder vielleicht eine Hemmung der normalen Funktion der Epithelzellen. Die Mäuse scheinen zu diesem Zeitpunkt einen normalen Blutzuckerspiegel zu haben und ihr Gewicht ist normal, sagt March. Wenn sie aufhören würden zu essen, würden wir uns Sorgen machen.

Die Mikroben von March sind eine von mehreren neuen Stämmen, die zur Behandlung von Krankheiten entwickelt werden, darunter Bakterien, die zur Bekämpfung von Karies, zur Produktion von Vitaminen und zur Behandlung von Laktoseintoleranz entwickelt wurden. Die Gruppe von March entwickelt auch einen Stamm von E coli entwickelt, um Cholera zu verhindern. Cholera-Prävention muss billig und einfach sein und leicht von Dorf zu Dorf weitergegeben werden. Warum also nicht etwas verwenden, das mit Lebensmitteln vermischt und kostenlos angebaut werden kann? sagt März.

Die Arbeiten befinden sich jedoch noch in den Anfängen; Die Verwendung lebender Organismen als Therapien stellt wahrscheinlich einzigartige Herausforderungen. Weitere Forschungen sind erforderlich, um festzustellen, wie lange diese Bakterien im Darm verbleiben können und ob eine Veränderung der Darmflora schädliche Auswirkungen hat, sagt Prather vom MIT.

Darüber hinaus zeigen neuere Untersuchungen, dass verschiedene Menschen unterschiedliche Arten von Darmbakterienkolonien haben, und es ist unklar, wie sich diese Variationen auf die bakterielle Behandlung auswirken könnten. Dies kann besonders schwierig sein, wenn es darum geht, die geeignete Dosis der therapeutischen Mikrobe zu bestimmen, sagt Collins von Rensselaer. Die Größe der Population therapeutischer Bakterien und ihre Dauer hängen wahrscheinlich von den Mikroben im Darm eines Individuums ab.

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