Forscher entwickeln Hautbakterien, die in der Lage sind, Moleküle zur Behandlung von Akne abzusondern und zu produzieren

Durch internationale Forschung unter der Leitung des Translational Synthetic Biology Laboratory der Abteilung für Medizin und Biowissenschaften (MELIS) ​​der Universität Pompeu Fabra ist es gelungen, Cutibacterium Aknes, eine Art Hautbakterium, effizient zu manipulieren, um ein therapeutisches Molekül zu produzieren und abzusondern, das zur Behandlung von Aknesymptomen geeignet ist .

Das manipulierte Bakterium wurde in Hautzelllinien und seine Abgabe an Mäusen validiert. Diese Erkenntnis eröffnet die Möglichkeit, die Möglichkeiten für die Entwicklung nicht behandelbarer Bakterien zu erweitern, um Hautveränderungen und andere Krankheiten mithilfe lebender Therapeutika zu bekämpfen.

Die ergebnisse von die Studieveröffentlicht in Naturbiotechnologiezeigen, dass Forscher das Genom von Cutibacterium Aknes erfolgreich bearbeitet haben, um das NGAL-Protein abzusondern und zu produzieren, das als Vermittler des Aknemedikaments Isotretinoin bekannt ist, das nachweislich die Talgproduktion reduziert, indem es den Tod von Sebozyten induziert.

Zum Forschungsteam gehören Wissenschaftler des Bellvitge Biomedical Research Institute (Idibell), der Universität Barcelona, ​​der Protein Technologies Facility des Center for Genomic Regulation, Phenocell SAS, der Medizinischen Hochschule Brandenburg Theodor Fontane, der Universität Lund und der Universität Aarhus.

Akne ist eine häufige Hauterkrankung, die durch eine Verstopfung oder Entzündung der Talgdrüsenfollikel verursacht wird. Das Erscheinungsbild kann unterschiedlich sein und von Whiteheads und Mitessern bis hin zu Pusteln und Knötchen reichen, hauptsächlich im Gesicht, auf der Stirn, auf der Brust, im oberen Rücken und an 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 in den Follikeln lebende Bakterien abzutöten, oder mit Isotretinoin (bekannt als Accutane), einem Vitamin-A-Derivat, das den Tod von Sebozyten, den Talg produzierenden Epithelzellen der Haut, induziert. Diese Behandlungen können jedoch schwerwiegende Nebenwirkungen haben, wie z. B. eine Störung der Homöostase des Hautmikrobioms – da sie Bakterien nicht selektiv abtöten – oder Lichtempfindlichkeit im Fall von Antibiotika; Geburtsfehler; oder extreme Hautschuppung im Fall von Isotretinoin.

„Wir haben eine topische Therapie mit einem gezielten Ansatz entwickelt und dabei das genutzt, was die Natur bereits bietet. Wir haben ein Bakterium entwickelt, das in der Haut lebt und dafür sorgt, dass es produziert, was unsere Haut braucht. Hier haben wir uns auf die Behandlung von Akne konzentriert, aber diese Plattform kann erweitert werden.“ zu mehreren anderen Indikationen“, sagt Nastassia Knödlseder, Erstautorin der Studie.

Erweiterung der Möglichkeiten der Bakterienzüchtung

„Bisher galt C. Aknes als ein hartnäckiges Bakterium. Es war unglaublich schwierig, DNA einzuführen und Proteine ​​zu produzieren oder von einem Element abzusondern, das in sein Genom eingefügt wurde“, erklärt Knödlseder, der Postdoktorand im UPF-Labor für translationale synthetische Biologie ist.

Da C. Aknes jedoch aufgrund seiner Nischenumgebung tief im Inneren der Haarfollikel – praktisch dort, wo Talg freigesetzt wird – ein attraktives Chassis für die synthetische Biologie zur Behandlung von Hautkrankheiten zu sein scheint, sind seine Bedeutung für die Homöostase der Haut, sein enger Kontakt zu relevanten therapeutischen Zielen und die Tatsache, dass … Da sich gezeigt hat, dass es sich bei der Anwendung auf menschliche Haut erfolgreich einpflanzt, bestand das Team darauf, das Genom dieses nicht manipulierbaren Bakteriums zu bearbeiten.

Um das Genom von C. Aknes zu bearbeiten, konzentrierte sich das von Marc Güell geleitete Forschungsteam auf die Verbesserung der DNA-Lieferung an die Zelle, der DNA-Stabilität innerhalb der Zelle und der Genexpression. Die Wissenschaftler haben regulatorische Maßnahmen in Betracht gezogen, indem sie eine Biocontainment-Strategie entwickelt haben, um die Verwendung von Elementen zu vermeiden, die regulatorische Bedenken hervorrufen, wie z. B. mobile genetische Elemente, Plasmide oder Antibiotikaresistenzen. Daher verfügt das resultierende synthetische Bakterium über Sicherheitsmerkmale, die eine praktische Anwendung ermöglichen und es für zukünftige Humantherapeutika in Betracht ziehen.

Synthetisches C. Akne ist in der Lage, NGAL abzusondern und zu produzieren, um die Talgproduktion in Zelllinien zu modulieren. Wenn sie auf die Haut von Mäusen aufgetragen werden – dem einzigen Tiermodell, das bislang gentechnisch veränderte Bakterien testen konnte –, verpflanzen sie sich, leben und produzieren das Protein. Allerdings ist die Haut einer Maus nicht mit der des Menschen vergleichbar. Es hat mehr Haare, ist lockerer, hat weniger Lipide und einen anderen Schweißmechanismus. Daher besteht der Bedarf an einem alternativen Modell, das die menschliche Haut besser darstellt, beispielsweise 3D-Hautmodellen.

Der Weg zur Therapie

„Wir haben eine Technologieplattform entwickelt, die die Tür für die Bearbeitung beliebiger Bakterien zur Behandlung mehrerer Krankheiten öffnet. Wir konzentrieren uns jetzt auf die Verwendung von C. Aknes zur Behandlung von Akne, aber wir können genetische Schaltkreise liefern, um intelligente Mikroben für Anwendungen im Zusammenhang mit der Hauterkennung zu schaffen.“ Immunmodulation“, betont Güell.

Der gleichen Strategie folgend wird diese Forschungslinie im Rahmen des europäischen Projekts „SkinDev“ weitergeführt, in dem Wissenschaftler des Labors für Translationale Synthetische Biologie zusammen mit seinen Partnern C. Aknes entwickeln werden, um atopische Dermatitis zu bekämpfen, eine chronisch entzündliche Erkrankung der Haut, die durch trockene Haut gekennzeichnet ist. Ekzeme und starke Reizungen, besonders häufig bei kleinen Kindern.

Obwohl jede Strategie für lebende Therapeutika individuell validiert werden sollte, zeigen die Forscher ihren Optimismus bei der Anwendung dieser intelligenten Mikroben beim Menschen, da nicht manipuliertes C. Aknes bereits sicher und effektiv auf der Haut von Patienten getestet wurde.