Wissenschaftler der Stanford University haben erfolgreich das erste menschliche Mikrobiom in einem Labor geschaffen, indem sie 119 im Körper vorkommende Bakterienarten kombiniert haben, von denen sie glauben, dass sie zu Behandlungen für lebensbedrohliche Darminfektionen führen könnten.
Darmmikrobiome bestehen aus Hunderten von Bakterienarten, die im menschlichen Verdauungssystem leben und eine wichtige Rolle für die menschliche Gesundheit spielen, indem sie das Immunsystem unterstützen und die Verdauung kontrollieren.
Das synthetische Mikrobiom wurde in Mäuse transplantiert, wo es sich vermehrte, das Tier vor E. coli schützte und die Entwicklung eines gesunden Immunsystems auslöste.
Forscher sagen, dass sie jetzt jede Mikrobe einzeln betrachten können, um ihre Rolle aufzudecken, was es Ärzten ermöglicht, Cocktails von Mikroben zu mischen, um maßgeschneiderte Behandlungen zu entwickeln.
Das Team mischte die 119 Bakterienarten und kultivierte sie dann dort, wo sie sich stabilisierten. Die Kolonie wurde in Mäuse transplantiert, wo festgestellt wurde, dass sie das Tier vor Infektionen schützt und ihm hilft, ein gesundes Immunsystem aufzubauen
Es gibt etwa 30 Billionen Zellen im menschlichen Körper, aber das menschliche Mikrobiom besteht aus etwa 39 Billionen mikrobiellen Zellen, darunter Bakterien, Viren und Pilze.
Das Darmmikrobiom kontrolliert die Speicherung von Fett und hilft bei der Aktivierung der Gene in menschlichen Zellen, die an der Aufnahme von Nährstoffen, dem Abbau von Toxinen und der Bildung von Blutgefäßen beteiligt sind.
Diese Mikroorganismen füllen auch die Auskleidung unseres Darms und unserer Haut auf, reparieren beschädigte Zellen und ersetzen abgestorbene Zellen durch neue.
Und sie wehren eindringende Mikroben ab, was das Stanford-Team in seiner Studie analysieren will.
Forscher sagen, dass sie jetzt jede Mikrobe einzeln betrachten können, um ihre Rolle aufzudecken, was es Ärzten ermöglicht, Cocktails von Mikroben zu mischen, um maßgeschneiderte Behandlungen zu entwickeln (Stockfoto)
“Viele wichtige Mikrobiomstudien wurden mit Stuhltransplantationen durchgeführt, die das gesamte, natürliche Mikrobiom von einem Organismus in einen anderen einführen”, teilte das Team in einer Erklärung mit.
“Während Wissenschaftler routinemäßig ein Gen ausschalten oder ein Protein aus einer bestimmten Zelle oder sogar einer ganzen Maus entfernen, gibt es kein solches Instrumentarium, um eine Spezies unter den Hunderten in einer bestimmten Stuhlprobe zu entfernen oder zu modifizieren.”
Die Forscher beschlossen, ihre Kolonie aus den am weitesten verbreiteten Bakterien aufzubauen, und wandten sich an das Human Microbiome Project (HMP), eine Initiative der National Institutes of Health, um die vollständigen mikrobiellen Genome von über 300 Erwachsenen zu sequenzieren.
Michael Fischbach, Institutswissenschaftler am Sarafan ChEM-H und korrespondierender Autor der Studie, sagte in einer Erklärung: „Wir haben nach der Arche Noah von Bakterienarten im menschlichen Darm gesucht und versucht, diejenigen zu finden, die fast immer in jedem vorhanden waren Individuell.’
Fischbach und sein Team wählten 166 Bakterienstämme aus, die bei der Mehrheit der Menschen gefunden wurden, konnten aber nur 104 erhalten, berichtet die New York Times.
Die 104 Arten wurden in einzelnen Beständen gezüchtet und dann zu einer einzigen Kultur gemischt, um eine Gemeinschaft von 119 Stämmen zu bilden, die das Team Human Community One oder hCom1 nennt.
Die Stämme konnten in der Laborkultur koexistieren, aber das Team benötigte dasselbe im Darm eines Lebewesens.
Sie führten hCom1 in Mäuse ein, die so konzipiert waren, dass keine Bakterien vorhanden waren, und hCom1 war bemerkenswert stabil, wobei 98 Prozent der konstituierenden Arten den Darm dieser keimfreien Mäuse besiedelten und die relative Häufigkeit jeder Art über zwei Monate konstant blieb.
Dann gab das Team den Mäusen eine neue Gemeinschaft von 119 Stämmen namens hCom2, die Mäuse noch widerstandsfähiger gegen fäkale Herausforderungen machte als die erste.
Die Gruppe mit der zweiten Iteration wurde E. coli ausgesetzt, aber ihre Eingeweide wehrten die Infektion ab.
Frühere Studien haben gezeigt, dass ein gesundes natürliches Mikrobiom zu Schutz führt, aber Fischbach und Kollegen könnten noch einen Schritt weiter gehen, indem sie bestimmte Stämme iterativ eliminieren oder modifizieren, um festzustellen, welche speziell Schutz verleihen.
Sie fanden mehrere Schlüsselbakterien und planen, weitere Studien durchzuführen, um die kritischsten Arten einzugrenzen.
Fischbach glaubt, dass hCom2 oder zukünftige Versionen davon ähnliche reduktionistische Studien ermöglichen werden, die die bakteriellen Wirkstoffe aufdecken, die in anderen Bereichen, wie Immuntherapiereaktionen, involviert sind.
„Wir haben dieses Konsortium für die breitere Forschungsgemeinschaft aufgebaut. Wir wollen das in möglichst viele Hände geben, um auf dem Feld Wirkung zu zeigen“, sagte Fischbach.