Forscher der Pompeu Fabra Universität haben ein genetisches Toolkit entwickelt, das verwendet werden kann, um Cutibacterium acnes, das häufigste Bakterium auf der menschlichen Haut, genetisch zu verändern, um therapeutische Verbindungen für verschiedene Hauterkrankungen zu produzieren. Dieser Ansatz bietet eine sichere, kontrollierte und vorteilhafte Alternative zu bestehenden Behandlungen.
Die Studie, die in der wissenschaftlichen Zeitschrift Cell Systems veröffentlicht wurde, wurde von Dr. Marc Güell geleitet, mit Guillermo Nevot als Co-Erstautor. Die Forscher haben erfolgreich einen Stamm von C. acnes entwickelt, der Antioxidantien produziert und oxidativen Stress in Hautzellen reduziert, die UV-Strahlung ausgesetzt sind. Obwohl sich die Forschung derzeit im Zellkulturstadium befindet, verspricht sie große Dinge für zukünftige Anwendungen.
Das genetische Toolkit besteht aus einem kreisförmigen DNA-Molekül, das als Plasmid bezeichnet wird und verschiedene Sequenzen enthält, von denen jede eine spezifische Funktion hat. Eine Sequenz codiert das Gen für die Produktion der gewünschten therapeutischen Verbindung, eine andere reguliert die Menge der produzierten Verbindung in Abhängigkeit von externen Reizen, eine andere ermöglicht die Selektion von Stämmen, die das Plasmid integriert haben, und eine andere entfernt die Antibiotikaresistenz nach dem Selektionsprozess.
Die Forscher haben auch Werkzeuge eingeführt, um die natürliche Fähigkeit von C. acnes zu eliminieren, bestimmte Nährstoffe zu produzieren, die es benötigt. Dies stellt sicher, dass die Bakterien nicht auf der Haut verbleiben, es sei denn, diese Nährstoffe werden von außen zugeführt, beispielsweise durch eine Creme, die auf die Haut aufgetragen wird.
Das genetische Toolkit macht diese Bakterien sicher, da sie keine Antibiotikaresistenzgene enthalten, diese nicht mit anderen Bakterien austauschen können und die für ihr Überleben notwendigen Nährstoffe nicht selbst produzieren können.
Oxidativer Stress, der durch Faktoren wie UV-Strahlung und chronische Entzündungen verursacht wird, schädigt Zellen und verändert ihre Struktur und Funktion. Die Forscher haben einen Stamm von C. acnes entwickelt, der mehr oder weniger Antioxidantien als Reaktion auf unterschiedliche Niveaus künstlicher Reize im Labor produziert. Wenn sie auf eine Kultur von Keratinozyten, den oberflächlichsten Zellen der Haut, angewendet werden, die UV-Strahlung ausgesetzt sind, haben die von C. acnes erzeugten Antioxidantien den oxidativen Stress deutlich reduziert. Diese Reduktion korrelierte mit den Aktivitätsniveaus des konstruierten Gens, was darauf hindeutet, dass die antioxidative Aktivität der Bakterien an die spezifischen Bedürfnisse angepasst werden kann.
In Zukunft könnten kosmetische und therapeutische Cremes entwickelt werden, die Millionen von C. acnes enthalten, die in der Lage sind, unterschiedliche Mengen an Antioxidantien als Reaktion auf natürliche Reize wie die Oxidationsstressniveaus in der Haut zu produzieren. Dies könnte zu Behandlungen für Erkrankungen wie atopische Dermatitis, vorzeitiges Altern und Krebs führen.
C. acnes lebt in den Haarfollikeln, wo es Talg, die fettige Substanz, die von der Haut produziert wird, metabolisiert. Es bildet stabile und langlebige Populationen mit genetisch ähnlichen Individuen, mit minimaler Interaktion mit anderen Bakterienarten und begrenztem Gentransfer.
Stämme II und III von C. acnes sind mit gesunder Haut verbunden. Tatsächlich zeigen bestimmte Hauterkrankungen wie atopische Dermatitis eine charakteristische Abnahme von C. acnes auf der Haut. Darüber hinaus kann C. acnes durch topische Anwendungen leicht von einem gesunden Spender auf einen Empfänger übertragen werden, um die Hautgesundheit zu verbessern.
Andere genetisch veränderte Bakterienarten haben vielversprechende Ergebnisse bei der Behandlung von Stoffwechselerkrankungen, Infektionen und Krebs im Darm und in der Lunge gezeigt. Es gibt jedoch nur wenige Studien zu Hauterkrankungen. Die vielversprechendsten Studien, die an Mäusen durchgeführt wurden, umfassten Staphylococcus epidermidis, um die Wundheilung zu beschleunigen, als Impfstoffe gegen Krebs und als Mückenabwehrmittel. S. epidermidis lebt jedoch nicht von Natur aus auf unserer Haut, seine Integration ist gering, Populationen ändern sich häufiger und es ist anfälliger für den Austausch von Genen mit anderen Bakterien.
Daher machen die Eigenschaften von C. acnes in Kombination mit dem genetischen Toolkit es zu einem sicheren und idealen Kandidaten für den therapeutischen Einsatz und füllen eine Nische, die bisher unterforscht war.