Horizontaler Gentransfer
Die Weitergabe von genetischem Material ist bei Bakterien nicht nur auf die Vererbung an Tochterzellen beschränkt. „Horizontaler Gentransfer“ ermöglicht es den Mikroorganismen, über die Prinzipien Konjugation, Transduktion und Transformation, Genmaterial innerhalb einer Generation auszutauschen und sich so immer neu ihrer Umwelt anzupassen [2].
Das CATCH-Verfahren
Das kürzlich im Fachjournal „Science“ erschienenen Paper beschreibt nun ein neues Verfahren namens CATCH („Cellular Assay for Targeted Crispr-discriminated Horizontal gene transfer“): Das gut erforschte und nicht-pathogene Bakterium „Acinetobacter baylyi“ wurde durch die Gentechnik CRISPR/Cas so modifiziert, dass es gegen ein Antibiotikum resistent wurde, wenn es vorab Genfragmente einer DNA aufgenommen hatte, die z.B. Mikrosatelliteninstabilitäten oder spezielle Mutationen des Onkogens KRAS aufwiesen (KRASG12D) [1].
KRAS-Gene („Kirsten Rat Sarkoma“) regulieren im Gesunden zahlreiche Wachstumssignale und kontrollieren dadurch die Zellproliferation. Ist das Gen mutiert, wird die Entstehung zahlreicher Tumorarten, darunter vor allem das kolorektale Karzinom, begünstigt [2].
Das Ergebnis der Forschungsgruppe aus den USA und Australien war ein großer Erfolg: Tatsächlich integrierten die Bakterien die freien Genfragmente der Tumor-DNA in ihren eigenen Organismus und veränderten so ihre Resistenzlage.
Freie Fragmente von Wildtyp-DNA mit KRAS-Sequenzen wurden von den Bakterien erfolgreich ignoriert. Während Bakterien, die den Magen-Darm-Trakt ohne Kontakt zu Darmkrebszellen und somit ohne horizontalen Gentransfer passiert hatten, später auf einem Kanamycin-Agar antibiotisch abgetötet wurden, konnte Acinetobacter baylyi nach Kontakt zu den verdächtigen Krebszellen auf dem gleichen Agar überleben.
Herausforderungen und Perspektiven
Das CATCH-Verfahren wurde bislang erfolgreich sowohl in vitro als auch im Mausmodell getestet. Zukünftige Herausforderungen werden sein, die Applikation der modifizierten Bakterien nicht nur wie bisher rektal per Einlauf, sondern auch oral zu ermöglichen und das Prinzip auf weitere Tumormutationen zu erweitern.
Im Darm sind DNasen aktiv, die freie Genfragemente abbauen. Da CATCH jedoch genau diese Fragmente benötigt, könnte in vivo dadurch viel Informationsgehalt verloren gehen und die Testung unsicher werden.
Des Weiteren merkte die Forschungsgruppe an, dass die Effizienz der DNA-Erkennung insgesamt noch verbessert werden könne und bei all den Überlegungen stets bedacht werden müsse, dass Antibiotikaresistenzen prinzipiell für unsere Darmflora schädlich sein können.
Nichtsdestotrotz, auch wenn die Technik momentan noch nicht für den klinischen Einsatz bereit ist, so handelt es sich doch um vielversprechende Forschung. Der nächste Schritt sind Testungen in weiteren präklinischen Modellen.
Sollte sich ein tatsächlicher klinischer Einsatz in der Onkologie am Ende als nicht sinnvoll erweisen, so bleibt das CATCH-Verfahren für die Forschung eine spannende neue Methode, um zellfreie DNA über horizontalen Gentransfer zu identifizieren [1].
