Gentechnisch verändertes Mikrobiom: Modifizierende Bakterien für die Gesundheit

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  Quantumrun-Vorausschau
• 8. März 2023

Das Mikrobiom besteht aus Mikroorganismen in einer bestimmten Umgebung. Die genetische Veränderung des Mikrobioms könnte dazu beitragen, bestimmte Merkmale zu unterdrücken oder zu zeigen und Therapeutika bereitzustellen, wobei verschiedene praktische Anwendungen in den Bereichen Landwirtschaft, Gesundheit und Wohlbefinden gefunden werden.

Gentechnisch veränderter Mikrobiom-Kontext

Das Darmmikrobiom, die Gemeinschaft von Mikroorganismen im menschlichen Darm, spielt eine bedeutende Rolle für die Gesundheit. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass das Darmmikrobiom Autoimmunerkrankungen, Diabetes, Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Parkinson, Alzheimer, Multiple Sklerose und sogar Depressionen beeinflussen kann. Das Gleichgewicht dieses empfindlichen Ökosystems kann jedoch durch verschiedene Faktoren wie Ernährung und Antibiotika gestört werden, was eine Wiederherstellung erschwert. 

Mehrere Forscher untersuchen genetisch veränderte Mikrobiome, um ihre Überlebenschancen und Anpassungsfähigkeit zu erhöhen. Beispielsweise nutzten Wissenschaftler der Texas A&M University die symbiotische Beziehung eines Bakteriums, E. coli, und eines Spulwurms, um das Mikrobiom des Wurms im Jahr 2021 gentechnisch zu manipulieren. Sie stellten fest, dass, als fluoreszenzunterdrückende Gene in das Plasmid von E. coli eingefügt wurden, Die Würmer, die es verzehrten, würden aufhören, Fluoreszenz zu zeigen. Im selben Jahr beluden Wissenschaftler der University of California in San Francisco erfolgreich Bakterien jagende Viren mit dem CRISPR-Geneditierungssystem, um Chromosomen in E. coli zu löschen.

Bereits 2018 arbeiteten Forscher der Harvard Medical School daran, Bakterien dazu zu bringen, miteinander zu kommunizieren, um sie harmonisch zu koordinieren und zu kontrollieren. Sie führten Signaler- und Responder-Genschaltkreise ein, um ein zusammengesetztes Quorum in zwei Arten von Bakterien freizusetzen und nachzuweisen. Als Mäuse mit diesen Bakterien gefüttert wurden, zeigten die Eingeweide aller Mäuse Anzeichen einer Signalübertragung, was die erfolgreiche Kommunikation der Bakterien bestätigte. Das Ziel bleibt, ein synthetisches Mikrobiom mit künstlichen Bakterien im menschlichen Darm zu schaffen, die effizient untereinander kommunizieren und gleichzeitig ihre Funktionen erfüllen. 

Störende Wirkung 

Die Erforschung des Potenzials der Verwendung von Gen-Editing-Techniken zur Manipulation des Darmmikrobioms kann Ungleichgewichte beheben, die zu verschiedenen Gesundheitsproblemen beitragen. Beispielsweise kann mehr Forschung die Bereitstellung von Therapeutika entdecken, um bakterielle Ungleichgewichte im komplexen menschlichen Darm zu korrigieren. Durch gentechnisch veränderte Bakterien, von denen bekannt ist, dass sie der Darmgesundheit zuträglich sind, können Wissenschaftler neue Behandlungen für verschiedene Darmerkrankungen entwickeln, darunter entzündliche Darmerkrankungen, Reizdarmsyndrom und sogar Fettleibigkeit. Es ermöglicht auch neuere Behandlungsmethoden für Diabetes aufgrund von hormonellen Ungleichgewichten. 

Ein Grund, warum Bakterien leichter genetisch manipuliert werden können, liegt in ihrer DNA-Zusammensetzung. Diese winzigen Organismen haben zusätzlich zu den Hauptelementen der DNA, den Chromosomen, DNA-Stücke, die Plasmide genannt werden. Plasmide können Kopien von sich selbst erstellen und haben weniger Gene als Chromosomen, wodurch sie mit genetischen Werkzeugen leichter verändert werden können. Insbesondere können DNA-Stücke von anderen Organismen in Bakterienplasmide eingebracht werden.

Wenn Plasmide Kopien von sich selbst erstellen, erstellen sie auch Kopien der hinzugefügten Gene, die als Transgene bezeichnet werden. Wenn einem Plasmid beispielsweise ein menschliches Gen zur Herstellung von Insulin hinzugefügt wird, erstellt das Bakterium, da es Kopien des Plasmids herstellt, auch mehr Kopien des Insulin-Gens. Wenn diese Gene verwendet werden, produziert es mehr Insulin. Wissenschaftler sind sich jedoch einig, dass diese Möglichkeit aufgrund der hohen Komplexität von Mikrobiomen noch in weiter Ferne liegt. Nichtsdestotrotz können aktuelle Studien auch mehrere Anwendungen in der Schädlingsbekämpfung, der Verbesserung des Pflanzenwachstums und der Diagnose von Tierkrankheiten haben. 

Auswirkungen gentechnisch veränderter Mikrobiome

Die breiteren Auswirkungen einer erfolgreichen Gentechnik des Mikrobioms in mehreren Umgebungen können Folgendes umfassen:

• Verstärkte Forschung zu Gen-Editing-Tools wie CRISPR.
• Erschließung neuer Möglichkeiten zur Herstellung von Biokraftstoffen, Lebensmitteln und anderen Produkten durch die Schaffung neuer Bakterienstämme, die für bestimmte Aufgaben besser geeignet sind.
• Reduzierter Einsatz von Antibiotika, die wahllos auf Bakterien abzielen. 
• Steigendes Interesse an personalisierter Medizin und Diagnose, bei der Behandlungen auf der Grundlage des Darmmikrobioms einer Person individuell angepasst werden.
• Mögliche Risiken in der Vermehrung von Bakterien, die das Auftreten anderer Krankheiten verstärken können.

Fragen zu berücksichtigen

• Glauben Sie angesichts der Komplexität des Mikrobioms des menschlichen Darms, dass seine vollständige Gentechnik bald möglich ist?
• Wie kostspielig schätzen Sie die weit verbreitete Anwendung solcher Verfahren ein?