Forscher lüften den Schleier über hartnäckige Probiotika

Die Forschung der New North Carolina State University zeigt Fortschritte bei der Sammlung von Informationen über ein wichtiges – aber schwer zu charakterisierendes – menschliches Darmbakterium namens Bifidobacterium, das in vielen Probiotika verwendet wird, die zur Aufrechterhaltung gesunder Mikrobiome beitragen. Die Erkenntnisse versprechen, sogenannte „gute Bakterien“ noch besser zu machen.

„Während unser Labor die Arten von guten Bakterien, mit denen wir arbeiten, erweitert und diversifiziert, wenden wir uns anspruchsvolleren Bakterien wie Bifidobacterium zu“, sagte Rodolphe Barrangou, Todd R. Klaenhammer Distinguished Professor of Food, Bioprocessing and Nutrition Sciences am NC State and korrespondierender Autor eines Artikels, der die Forschung beschreibt, die heute in veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences. „Dieses Bakterium ist schwieriger zu züchten und schwieriger zu handhaben als andere, aber wir konnten einige wichtige Entdeckungen machen und mehr über die genetische Grundlage des Bakteriums für seine gesundheitsfördernden Funktionen verstehen.“

„Bifidobacterium ist zusammen mit Lactobacillus einer der beiden Hauptakteure in der probiotischen Industrie und ist besonders dominant im Dickdarm von Säuglingen“, sagte Meichen (Echo) Pan, Ph.D. Studentin und Erstautorin der Arbeit. „Aber es ist viel schwieriger zu manipulieren als Lactobacillus.“

Forscher des NC State verwendeten sowohl das interne CRISPR-Cas-System des Bakteriums als auch einen tragbaren, konstruierten CRISPR-Effektor, um ihre Ergebnisse zu erzielen. CRISPR-Cas-Systeme sind adaptive Immunsysteme, die es Bakterien ermöglichen, Angriffen von Feinden wie Viren zu widerstehen. Diese Systeme wurden von Wissenschaftlern angepasst, um bestimmte genetische Codesequenzen zu entfernen oder zu schneiden und zu ersetzen.

Es stellt sich heraus, dass Bifidobacterium über eine Fülle nativer CRISPR-Cas-Systeme verfügt, und eines davon ist ein relativ wenig untersuchtes IG-System.

In separaten Experimenten verwendeten die Forscher dieses interne System und einen tragbaren Cas-Effektor namens Cytosin-Basen-Editor, um einen Bifidobacterium-Stamm erneut gegen ein gängiges Antibiotikum – Tetracyclin – zu sensibilisieren. Viele Bakterien tragen eine natürliche Resistenz gegen Antibiotika.

„Die Wiederherstellung der Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika ist konzeptionell und praktisch wichtig, da Bakterien potenziell antibakterielle Resistenz auf andere Bakterien im Darm übertragen können“, sagte Pan.

Die Forscher fanden auch winzige Veränderungen in verschiedenen Stämmen des Bakteriums, sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms oder SNPs, die große Unterschiede in den Phänotypen oder Eigenschaften der Stämme widerzuspiegeln schienen.

„Dies war eine überraschende Lektion: Ein Buchstabe Unterschied in Stämmen mit genetischen Codes, die zu über 99 % ähnlich sind, kann große Unterschiede machen“, sagte Barrangou. „Was Gene einschalten und wie sie sich aufgrund ihrer Umgebung verhalten, kann einen großen Unterschied machen und erfordert, dass die Forscher das CRISPR-Tool anpassen, um die Bearbeitungsstrategie entsprechend anzupassen.“