Die Phagentherapie, bei der bakterielle Infektionen mit Viren, den so genannten Bakteriophagen, behandelt werden, ist ein altbewährtes medizinisches Verfahren, dessen Wirkmechanismen noch wenig verstanden sind. Wissenschaftler des Institut Pasteur und des CNRS haben in vivo in einem Mausmodell gezeigt, dass Bakterien in der Lage sind, ihre Genexpression zu regulieren, um den zahlreichen Bakteriophagen im Darmmilieu auszuweichen. Diese Forschung erklärt den Unterschied in der Wirksamkeit von Bakteriophagen zwischen In-vitro- und In-vivo-Bedingungen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Zellwirt & Mikrobe am 13. April 2022.
Die Phagentherapie ist ein medizinischer Ansatz, bei dem bakterielle Infektionskrankheiten behandelt werden, indem die natürliche Fähigkeit bestimmter Viren, sogenannter Bakteriophagen, genutzt wird, Bakterien abzutöten, die sie spezifisch erkennen. Nach der Entwicklung von Antibiotika war im Westen ein deutlicher Rückgang der Anwendung dieser vor über 100 Jahren entdeckten therapeutischen Strategie zu beobachten. Angesichts einer alarmierenden Zunahme von Infektionen durch antibiotikaresistente Bakterien und der besorgniserregenden Aussicht, keine Behandlungsmöglichkeiten mehr zu haben, versuchen Wissenschaftler, den Wirkmechanismus von Bakteriophagen aufzuklären.
Bakterien und Bakteriophagen sind die am häufigsten vorkommenden Einheiten in der menschlichen Darmmikrobiota. Obwohl Bakteriophagen Bakterien abtöten, koexistieren die beiden Antagonistenpopulationen in einem Gleichgewicht im Darm.
Bis jetzt waren nicht genügend wissenschaftliche Daten verfügbar, um zu verstehen, wie die Phagentherapie in vivo funktioniert. Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Bakteriophagen wurden dagegen ausführlich in vitro untersucht. Unter diesen Bedingungen infizieren Bakteriophagen schnell Bakterien, replizieren und zerstören Bakterien, während sie neue Viren freisetzen, die andere Bakterien infizieren können. Die beobachtete Dynamik zwischen diesen beiden Mikroorganismen ist jedoch im Darm von Säugetieren sehr unterschiedlich. Einige Bakteriophagen, die im Kulturmedium wirksam sind, sind in der Darmumgebung völlig unwirksam.
Um diesen Unterschied zu verstehen, beschlossen Wissenschaftler des Institut Pasteur und des CNRS, das Genexpressionsprofil oder Transkriptom des Bakteriums Escherichia coli in beiden Kontexten zu vergleichen: Kulturmedien und Darm. Mit dieser Methode deckten sie genetische Regulationen auf, die die Anpassung des Bakteriums an die Darmumgebung charakterisieren.
Durch eine genaue Untersuchung der an dieser Anpassung beteiligten Gene entdeckten sie vier Gene, die die Anfälligkeit des Bakteriums für Bakteriophagen modulieren. „Wir haben beobachtet, dass bestimmte Gene, die für die Infektion durch Bakteriophagen erforderlich sind, im Darm weniger exprimiert werden als in vitro, wodurch Bakterien vor Bakteriophagen geschützt werden“, kommentierte Laurent Debarbieux, Leiter der Abteilung Bacteriophage, Bacterium, Host am Institut Pasteur (gemeinsame Einheit des CNRS). und Letztautor der Studie. Die Wissenschaftler konnten ihre Theorie verifizieren, indem sie die Expression eines bestimmten Gens eliminierten. Sie beobachteten, dass die bakterielle Anfälligkeit für einen Bakteriophagen signifikant reduziert war. Folglich sind Bakterien im Darm in der Lage, der Plünderung durch Bakteriophagen zu widerstehen, indem sie die Expression bestimmter Gene modulieren, anstatt ihr Genom zu mutieren.
Diese Studie zeigt daher, dass die Umgebung eine vorherrschende Rolle bei Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Bakteriophagen spielt. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für eine verbesserte Verwendung von Bakteriophagen für therapeutische Zwecke.
Marta Lourenço et al, Die Darmumgebung reguliert die bakterielle Genexpression, die die Anfälligkeit für Bakteriophageninfektionen moduliert, Zellwirt & Mikrobe (2022). DOI: 10.1016/j.chom.2022.03.014