Fördern E. coli-Bakterien Darmkrebs? - wissenschaft.de
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Fördern E. coli-Bakterien Darmkrebs?

Bakterien
Welche Rolle spielen E. coli-Bakterien und andere Mikroben bei Darmkrebs? (Bild: spawns/ istock)

Bakterien können unsere Gesundheit fördern, aber ihr auch schaden. Dies ist zum Beispiel bei bestimmten Stämmen von Escherichia coli der Fall. Wie eine Studie mit Miniatur-Därmen in der Petrischale nun zeigt, können diese Toxin-produzierenden Mikroben potenziell krankmachende Mutationen auslösen. Sie hinterlassen eine charakteristische Signatur im Erbgut von Darmzellen. Genau solche Mutationsmuster fanden die Forscher auch in der DNA von Darmkrebspatienten. Zum ersten Mal weisen sie damit einen direkten Zusammenhang zwischen unseren mikrobiellen Mitbewohnern und krebsfördernden Mutationen im Darm nach.

Unser Verdauungstrakt ist von Billionen winziger Organismen besiedelt: den Bakterien der Darmflora. Diese Mikroben haben entscheidenden Einfluss auf unsere Gesundheit – auch auf die Gesundheit des Darms selbst, wie sich zunehmend zeigt. Doch welche Rolle spielen unsere mikrobiellen Mitbewohner für Krebserkrankungen des Verdauungsorgans? Während von dem Magenkeim Helicobacter pylori bekannt ist, dass er Magenkarzinome fördern kann, ist die Frage mikrobieller Auslöser beim Darmkrebs bisher weniger klar. Allerdings mehren sich in letzter Zeit die Hinweise auf eine Beteiligung von Bakterien: Studien zeigen, dass Patienten in Bezug auf die Zusammensetzung ihrer Darmflora oftmals charakteristische Auffälligkeiten aufweisen. Unter anderem kommen bei ihnen besonders häufig Bakterien vor, die karzinogene Substanzen produzieren können.

Zu diesen Mikroben gehören auch bestimmte Stämme von Escherichia coli. Diese Bakterien produzieren Colibaktin – einen toxischen Stoff, der die DNA schädigen und somit krankmachende Mutationen begünstigen kann. Ein direkter Zusammenhang zwischen diesen pks+ E. coli genannten Bakterien und dem Auftreten krebsauslösender Veränderungen im Erbgut wurde bisher allerdings noch nicht nachgewiesen. Genau das haben Cayetano Pleguezuelos-Manzano vom Hubrecht Institut in Utrecht und seine Kollegen nun nachgeholt: Um herauszufinden, wie sich eine Infektion mit diesen Mikroben auf die DNA auswirkt, züchteten sie zunächst Darm-Organoide in der Petrischale. Diese Miniaturnachbildungen des Verdauungsorgans setzten sie anschließend über einen Zeitraum von fünf Monaten wiederholt pks+ E. coli aus. Vor und nach der Behandlung sequenzierten sie das Genom der Organoide.

Charakteristische Signatur

Würde sich das Erbgut durch die bakterielle Infektion verändern? Tatsächlich offenbarten die Auswertungen: Die Epithelzellen der Mini-Därme wiesen doppelt so viele DNA-Schädigungen auf wie Kontrollorganoide, die mit harmlosen E. coli-Keimen behandelt worden waren. Doch nicht nur das: Die Wissenschaftler identifizierten bei diesen Zellen auch zwei charakteristische Muster in der DNA – eine Mutationssignatur, die das Colibaktin-Toxin wie ein Fingerabdruck hinterlassen hatte. Konkret handelte es sich um einen Austausch der DNA-Base Adenin zu einer der anderen drei möglichen Basen im Code der DNA und den Verlust eines einzelnen Adenins in langen Abschnitten von aufeinanderfolgenden Exemplaren dieser Base. Aus diesen Ergebnissen schließen die Forscher, dass Colibaktin-produzierende Bakterien potenziell krankmachende Mutationen in Darmzellen verursachen können. Doch lassen sich diese genetischen Veränderungen tatsächlich auch vermehrt bei Darmkrebspatienten finden? Dies untersuchten die Forscher an Proben von zwei unabhängigen Patientengruppen. Insgesamt analysierten sie dabei die Genome von 5.876 Tumoren unterschiedlicher Krebsarten – darunter viele Darmtumore.

Das Ergebnis war eindeutig: „In mehr als fünf Prozent der Darmtumore konnte der mutagene Fußabdruck deutlich nachgewiesen werden, während er in weniger als 0,1 Prozent der anderen Krebsarten vorkam“, berichtet Pleguezuelos-Manzanos Kollege Jens Puschhof. Die wenigen anderen Tumore, bei denen sich die charakteristische Mutationssignatur ebenfalls zeigte, gehören zu Krebsarten, die auch in Verbindung mit Escherichia coli stehen – zum Beispiel Tumore der Mundhöhle oder Blase. „Es ist bekannt, dass E. coli auch diese Organe infizieren kann“, erklärt Puschhof. Zum ersten Mal haben die Wissenschaftler damit einen direkten Zusammenhang zwischen bakteriellen Toxinen und genetischen Veränderungen nachgewiesen, die die Krebsentstehung fördern. „Auch krebserregende Einflüsse wie Tabak oder UV-Strahlung hinterlassen spezifische Mutationsmuster in der DNA. Doch nie zuvor haben wir bei Darmkrebs Muster entdeckt, die auf Bakterien zurückgehen, die in unserem Körper leben“, konstatiert Gruppenleiter Hans Clevers.

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Gefährliche Probiotika?

„Die Studie liefert klare Belege für eine ursächliche Rolle von pks+ E. coli-Bakterien bei der Entstehung mancher Darmkrebsformen und legt so zusammen mit vielen früheren Studien nahe, dass ein besseres Verständnis bakterieller Prozesse bei der Krebsentstehung auch neue Möglichkeiten für Prävention und Therapie eröffnen wird“, kommentiert Georg Zeller vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg. Tatsächlich könnten die Ergebnisse direkten Einfluss auf die Gesundheitsversorgung haben. Denn es ist bekannt, dass immerhin rund 20 Prozent aller Menschen die schädlichen E. coli-Bakterien in ihrem Darm beherbergen. Diese im Rahmen von Screenings zu identifizieren, könnte in Zukunft dabei helfen, Risikopersonen auszumachen.

Möglicherweise lassen sich die krebsfördernden Keime künftig auch frühzeitig mithilfe von Antibiotika oder anderen Maßnahmen gezielt entfernen, wie die Forscher vorschlagen – bisher ist dies allerdings noch nicht ohne weiteres möglich. Relevant sind die neuen Erkenntnisse zudem für die Probiotika-Herstellung: „Es werden Probiotika vermarktet, die genotoxische Stämme von E. coli enthalten“, sagt Clevers. „Diese Stämme sollten im Labor kritisch neu bewertet werden. Als Probiotika mögen sie Linderung für manche kurzfristigen Symptome bewirken. Jedoch könnten sie Jahrzehnte nach der Behandlung zur Krebsentstehung führen.“

Mehr Forschung nötig

Weitere Forschung muss in Zukunft zeigen, unter welchen Bedingungen eine Besiedlung mit Colibaktin-produzierenden E. coli-Keimen wirklich zu Darmkrebs führt und welche Rolle die Bakterien insgesamt für das Krebsrisiko spielen. Denn: Nicht alle Menschen, die diese Bakterien in sich haben, werden krank. Und auch nicht alle mit diesem Keim besiedelte Darmkrebspatienten tragen die nun identifizierte Mutationssignatur in ihrem Erbgut, wie Erik Thiele Orberg von der Technischen Universität München kommentiert. „Wir brauchen daher ein besseres Verständnis davon, wie bei manchen Patienten die Besiedelung zu Darmkrebs führen kann und welche genetischen oder immunologischen Prädispositionen womöglich bei Betroffenen vorliegen müssen“, so das Fazit des Mediziners.

Quelle: Cayetano Pleguezuelos-Manzano (Hubrecht Institut Utrecht, Niederlande) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2080-8

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