Akne kann für Patienten schmerzhaft und psychisch belastend sein; Therapien haben oft Nebenwirkungen. Forscher haben ein Bakterium des Hautmikrobioms so verändert, dass es die Symptome verbessern kann – ohne zu schaden.
Forschern unter der Leitung des Labors für translationale synthetische Biologie des Fachbereichs Medizin und Biowissenschaften (MELIS) der Universität Pompeu Fabra in Spanien ist es gelungen, Cutibacterium acnes – ein Bakterium, dass auf der Haut lebt – so zu verändern, dass es ein therapeutisches Molekül gegen Aknesymptome absondert. Das gentechnisch veränderte Bakterium wurde in Hautzelllinien validiert und seine Anwendung wurde in Mäusen getestet. Die Entdeckung eröffnet die Möglichkeit, durch die Modifikation von Bakterien Hautveränderungen und andere Krankheiten zu behandeln.
Akne ist eine häufige Hauterkrankung, die durch Verstopfung oder Entzündung der Haarfollikel verursacht wird. Das Erscheinungsbild kann variieren und reicht von Mitessern bis hin zu Pusteln und Knötchen, hauptsächlich im Gesicht, auf der Stirn, der Brust, dem oberen Rücken und den Schultern. Obwohl Akne am häufigsten bei Jugendlichen auftritt, kann sie Menschen jeden Alters betreffen.
Die schwersten Fälle von Akne werden mit Antibiotika behandelt, um die in den Follikeln lebenden Bakterien abzutöten, oder mit Isotretinoin, einem Vitamin-A-Derivat, das das Absterben der Sebozyten, der epithelialen Hautzellen, die den Talg produzieren, bewirkt. Diese Behandlungen können jedoch schwerwiegende Nebenwirkungen haben, wie z. B. eine Störung der Homöostase des Hautmikrobioms – weil sie Bakterien nicht selektiv abtöten – oder Lichtempfindlichkeit im Falle von Antibiotika oder Geburtsfehler oder extreme Schuppung der Haut im Falle von Isotretinoin.
Die Ergebnisse der Studie, die in Nature Biotechnology veröffentlicht wurden, zeigen, wie es gelungen ist, das Genom von Cutibacterium acnes so zu verändern, dass es das NGAL-Protein sezerniert und produziert, das als Vermittler des Akne-Medikaments Isotretinoin bekannt ist. „Wir haben eine topische Therapie mit einem gezielten Ansatz entwickelt, bei dem wir das nutzen, was die Natur bereits hat. Wir haben ein Bakterium entwickelt, das in der Haut lebt und es dazu gebracht, das zu produzieren, was unsere Haut braucht. Dabei haben wir uns auf die Behandlung von Akne konzentriert, aber dieses System kann auf verschiedene andere Indikationen ausgeweitet werden“, sagt Nastassia Knödlseder, Erstautorin der Studie.
„Bis jetzt galt C. acnes als ein schwer zu bekämpfendes Bakterium. Es war unglaublich schwierig, DNA einzuschleusen und Proteine aus einem in sein Genom eingefügten Element zu produzieren oder zu sezernieren“, erklärt Knödlseder. Da C. acnes jedoch aufgrund seiner Nischenumgebung tief in den Haarfollikeln – praktisch dort, wo der Talg freigesetzt wird – seiner Bedeutung für die Homöostase der Haut, seines engen Kontakts zu relevanten therapeutischen Zielen sowie der Tatsache, dass es bei der Anwendung auf menschlicher Haut nachweislich erfolgreich transplantiert, ein attraktives synthetisch-biologisches Vehikel für die Behandlung von Hautkrankheiten zu sein scheint, legten die Forscher sich fest, das Genom des Bakteriums zu bearbeiten.
Um das Genom von C. acnes zu verändern, konzentrierte sich das Forscherteam unter der Leitung von Marc Güell auf die Verbesserung des DNA-Transports in die Zelle, der DNA-Stabilität in der Zelle und der Genexpression. Die Wissenschaftler haben regulatorische Maßnahmen miteinbezogen, indem sie eine Biokontaminationsstrategie entwickelt haben, um die Verwendung von Elementen zu vermeiden, die regulatorische Bedenken hervorrufen, wie z. B. mobile genetische Elemente, Plasmide oder Antibiotikaresistenz. Das so entstandene synthetische Bakterium verfügt über Sicherheitsmerkmale, die eine Anwendung im wirklichen Leben ermöglichen und es für künftige Humantherapien in Betracht ziehen.
Das synthetische C. acnes ist in der Lage, NGAL abzusondern und zu produzieren, um die Talgproduktion in Zelllinien zu modulieren. Wenn es auf die Haut von Mäusen aufgebracht wird – das einzige Tiermodell, an dem die synthetischen Bakterien bisher getestet wurden – wachsen sie, leben und produzieren das Protein. Die Haut der Mäuse ist jedoch nicht mit der des Menschen vergleichbar. Sie hat mehr Haare, ist lockerer, hat weniger Lipide und einen anderen Mechanismus zum Schwitzen. Daher wird ein alternatives Modell benötigt, das der menschlichen Haut besser entspricht, z. B. ein 3D-Hautmodell.
„Wir haben eine Technologieplattform entwickelt, die es ermöglicht, jedes beliebige Bakterium zu verändern, um verschiedene Krankheiten zu behandeln. Wir konzentrieren uns jetzt auf die Verwendung von C. acnes zur Behandlung von Akne, aber wir können auch genetische Schaltkreise bereitstellen, um intelligente Mikroben für Anwendungen im Zusammenhang mit der Hautsensorik oder der Immunmodulation zu schaffen“, betont Güell.
Nach derselben Strategie wird diese Forschungslinie im Rahmen des europäischen Projekts SkinDev fortgesetzt, in dem Wissenschaftler des Labors für Translationale Synthetische Biologie zusammen mit ihren Partnern C. acnes zur Behandlung von Neurodermitis entwickeln werden. Obwohl jede Strategie für lebende Therapeutika individuell validiert werden sollte, sind die Forscher optimistisch, diese intelligenten Mikroben am Menschen anwenden zu können, da nicht-technisch veränderte C. acnes bereits sicher und wirksam auf der Haut von Patienten getestet wurden.
Der Beitrag basiert auf einer Pressemitteilung der Universitat Pompeu Fabra – Barcelona. Die Originalpublikation findet ihr hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: Humphrey Muleba, unsplash
