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Unternehmen setzen auf Designerbakterien als neuen Weg zur Behandlung von Krankheiten
Irgendwann im nächsten Jahr könnten Freiwillige in den USA damit beginnen, Kapseln zu schlucken, die mit Gentechnik gefüllt sind E coli .
Die experimentellen Pillen, entworfen von Synlogic , ein Startup für synthetische Biologie in Cambridge, Massachusetts, enthalten Bakterien, die zur Behandlung einer seltenen Stoffwechselkrankheit entwickelt wurden, indem sie erkennen, wann sie den Magen einer Person erreichen, und dann große Mengen Ammoniak aufnehmen.
Die Behandlung, deren erster klinischer Test im Laufe des Jahres 2017 geplant ist, ist ein frühes Beispiel für das, was die Firmengründer synthetische Biotika nennen – oder Darmbakterien, die mit genetischen Programmen ausgestattet sind, die es ihnen ermöglichen, etwas im Körper zu spüren und dann Maßnahmen zu ergreifen liefern ein Medikament oder setzen eine farbige Chemikalie frei, die in einem diagnostischen Test nützlich ist.
Die Idee, gentechnisch veränderte Bakterien zu schlucken, mag seltsam erscheinen. Aber speziell entwickelte Keime könnten eine neue Möglichkeit sein, physiologische Funktionen zu übernehmen, die der eigene Körper von Menschen nicht ausführen kann, wenn sie krank sind, und ein Ersatz für Pillen oder Injektionen sein.
Bakterien in Medikamente umwandeln
Ernest Pharmaceuticals, Amherst, Massachusetts
Gentechnisch hergestellte Salmonellen zur Behandlung von Krebs
GenCirq, San Diego
Krebsabtötende Bakterien
Synlogic, Cambridge, Massachusetts
E coli Pillen für verschiedene Krankheiten
Trayer Biotherapeutics, Rockville, Maryland
Joghurtbakterien zur Behandlung von Phenylketonurie
ActoGenix/Intrexon, Gent, Belgien
Testen von gentechnisch veränderten Bakterienpillen in Europa
Die intelligenten Bakterien könnten die erste medizinische Anwendung einer Form der synthetischen Biologie sein, die von Synlogic-Mitbegründer und MIT-Professor James Collins ab dem Jahr 2000 populär gemacht wurde. In diesem Jahr konstruierte Collins nach dem Vorbild der Elektronik etwas, das im Wesentlichen ein Kippschalter ist E coli – eine Schaltung mit zwei Genen, die zwischen den Zuständen wechseln können. Es war eine raffinierte Demonstration, und kurz darauf gaben die Wissenschaftler von Princeton bekannt, dass sie ein fluoreszierendes Bakterium hergestellt hatten, das ein- und ausschalten konnte.
Die Idee war, Zellen so zu programmieren, dass sie alle möglichen neuen und nützlichen Funktionen ausführen. Es erwies sich als unwiderstehlich – es gab unzählige Expertengremien, a TED-Talk , und ein Internationaler Studentenwettbewerb .
Aber der Plan von Synlogic für eine gentechnisch veränderte Pille ist eine der ersten konkreten medizinischen Anwendungen solcher Ideen. Es beinhaltet das Löschen und Hinzufügen mehrerer Gene zu einem harmlosen Stamm von E coli , das Darmbakterium, so dass es einen unstillbaren Appetit auf Ammoniak entwickelt, das aus dem Stickstoff entsteht, den wir durch den Verzehr von Proteinen erhalten.
Normalerweise wird überschüssiger Stickstoff in Harnstoff umgewandelt und wir pinkeln ihn einfach weg. Aber manche Leute können es nicht schnell genug verarbeiten. Sie enden stattdessen mit Ammoniakwerten, die giftig genug sein können, um Neugeborene zu töten, und bei Kindern und Erwachsenen zu Delirium und wütendem Verhalten führen können. Synlogics E coli würde Ammoniak nehmen und es in Arginin umwandeln, eine harmlose Aminosäure.
Eine Person würde wahrscheinlich einmal am Tag eine Kapsel mit etwa 100 Milliarden Bakterien schlucken, sagt J.C. Gutierrez, CEO des Unternehmens. Das Unternehmen hat bisher 70 Millionen US-Dollar aufgebracht, unter anderem von Atlas Venture, der Investmentfirma, die auch das Gründungsteam des Startups zusammengestellt hat.
Es sind nicht nur seltene Krankheiten, die mit neu gestalteten Bakterien bekämpft werden. Startups mögen Ernst Pharma , vor kurzem von Neil Forbes, Professor an der Universität von Massachusetts, gegründet, planen, Krebs mit Salmonellen zu bekämpfen, einem Bakterium, das am besten dafür bekannt ist, Lebensmittelvergiftungen zu verursachen, die auch die Angewohnheit haben, sich in Tumoren anzusammeln.
Forbes glaubt, dass die Keime so programmiert werden können, dass sie erkennen, dass sie sich in einem Tumor befinden, und Krebsmedikamente freisetzen, die zu giftig sind, um als Injektion verabreicht zu werden.
Zuvor hat ein europäisches Unternehmen, ActoGenix, Pillen getestet, die genetisch veränderte Bakterien enthalten, aber bisher ist noch keine Pille mit gentechnisch veränderten Keimen in den Handel gekommen, und die Idee bleibt so neuartig, dass es keine Einigung darüber gibt, wie solche Medikamente bezeichnet werden sollen. Die U.S. Food and Drug Administration hat sie als lebende biotherapeutische Produkte bezeichnet.
Derzeit warten bis zu 8 bis 10 GV-Käfer auf grünes Licht von der FDA für frühe Tests in den USA, schätzt Yamil Hernandez, Mitbegründer von Trayer Biotherapeutics, einem Startup in Maryland, das beabsichtigt, ein Joghurtbakterium, Lactobacillus, zum Verzehr zu entwickeln Phenylalanin, eine Zutat in Milch, Nüssen und Coke Zero und anderen Diätlimonaden, die manche Menschen nicht verdauen können. Hernandez sagt, ein Keim, der entwickelt wurde, um es zu metabolisieren, könnte als Pulver auf Lebensmittel gestreut werden.
Es ist wie ein hungriges, hungriges Nilpferd, nur mit einer sehr starken Vorliebe für Phenylalanin, sagt er.
Die Verwendung von Bakterien zur Behandlung ist in der Medizin nicht neu. Der Impfstoff gegen Tuberkulose wird mit abgeschwächten Keimen hergestellt. Und der US-Markt für Probiotika – diese Pillen und Joghurts in Naturkostläden, die gesunde Darmbakterien enthalten – ist 3,5 Milliarden Dollar wert.
Aber niemand ist sich ganz sicher, wie man eine gentechnisch veränderte Pille reguliert, deren Inhalt sowohl lebt als auch wahrscheinlich in Toilettenschüsseln landet. Gutierrez sagt, dass in einigen Fällen, je nachdem, wie der Keim verändert wird, die US-Umweltschutzbehörde möglicherweise zusätzlich zur FDA zustimmen muss.
Ein Risiko besteht darin, dass Bakterien untereinander DNA austauschen können, was bedeutet, dass genetische Veränderungen von Unternehmen in einem völlig anderen Organismus landen könnten. In der Praxis sagen Wissenschaftler, dass Organismen mit manipulierten Genomen kaum eine Chance gegen ihre wilden Bakteriengeschwister haben. Die Keime sterben in der Regel ab und ihre genetische Fracht erlischt.
Synlogic sagt, dass seine Keime einige zusätzliche Merkmale in das Genom einprogrammiert haben, die sie sicherer machen. Gutierrez sagt, dass das Ammoniak-Essensprogramm nur in einer sauerstoffarmen Umgebung wie dem menschlichen Darm aktiviert wird. Es ist auch von einem Nährstoff, Thymidin, abhängig, der im Verdauungstrakt nicht in hohen Konzentrationen vorkommt. Er sagt, dass sich die Keime deshalb nur einmal teilen, bevor sie sterben.