Multi-Omics: Forschende ermitteln in Stuhlproben mikrobielle Enzyme, die Colitis ulcerosa antreiben

Forschende von der University of California San Diego School of Medicine (USA) haben eine Klasse mikrobieller Enzyme identifiziert, die offenbar Treiber einer Colitis ulcerosa sind. Das eröffnet auch Möglichkeiten für therapeutische Interventionen.

„Studien zeigen immer wieder Korrelationen zwischen der Darmgesundheit und Bestandteilen des Mikrobioms. Aus diesen Trends geht aber nicht klar hervor, wie Bakterien Erkrankungen verursachen oder was wir dagegen tun können“, sagt Dr. David J. Gonzalez, einer der Seniorautoren der Studie und außerordentlicher Professor für Pharmakologie an der University of California San Diego School of Medicine und der Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. „Dies ist die erste Studie mit experimenteller Evidenz, in der eine spezifische Mikrobe bestimmt wird, die C. ulcerosa antreibt – ebenso wie die Proteinklasse, die sie exprimiert – und in der eine vielversprechende Lösung aufgezeigt wird.“

Gonzalez und seine Arbeitsgruppe sind nach eigenen Angaben führend im Bereich Multi-Omics – ein Ansatz, der modernste Genomik, Proteomik, Metabolomik und Peptidomik kombiniert, um den Inhalt einer biologischen Probe mit detailreich darzustellen. Der Prozess der „Digitalisierung“ einer Probe ermöglicht es dem Team, ihre Biologie auf mehreren Ebenen zu untersuchen und neue Hypothesen zum Krankheitsverlauf zu entwickeln.

„Nachdem wir über die gesamte Technologie zur Digitalisierung des Stuhls verfügten, stellte sich die Frage: Wird uns das sagen, was bei diesen Patientinnen und Patienten geschieht? Die Antwort lautete ja. Wir haben gezeigt, dass Stuhlproben äußerst informativ für unser Verständnis von Krankheiten sein können. Der Stuhl-Digitalisierung gehört die Zukunft.“

Die Arbeitsgruppe stellte auf diese Weise fest, dass etwa 40 Prozent der Patientinnen und Patienten mit Colitis ulcerosa einen Überschuss an Proteasen aufweisen, die aus dem im Darm lebenden Bacteroides vulgatus stammen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten dann zeigen, dass der Transfer von Stuhl mit hohem Proteasegehalt von menschlichen C.-ulcerosa-Patientinnen und -Patienten in keimfreie Mäuse bei den Tieren eine Kolitis auslöste. Durch die Behandlung der Mäuse mit Protease-Inhibitoren konnte die Kolitis jedoch deutlich reduziert werden.

Die Arbeitsgruppe schlägt vor, dass ein Stressor im Darm, wie zum Beispiel Nährstoffmangel, die Proteaseproduktion erhöhen könnte, um zu versuchen, Proteine ​​​​als alternative Nährstoffquelle zu verwenden. Diese bakteriellen Proteasen können jedoch das Kolonepithel schädigen, wodurch Immunzellen eindringen und die Krankheit weiter verschlimmern können.

Die Studienautorinnen und -autoren hoffen, dass auf ihrer eigenen Untersuchung in Zukunft weitere Studie aufbauen und diese Hypothese bestätigen und zur Entwicklung Protease-blockierender Medikamente für den Einsatz beim Menschen beitragen werden. Jetzt, da eine bestimmte Familie von Proteinen mit dieser Form der C. ulcerosa in Verbindung gebracht worden ist, könnten eines Tages auch Antikörpertests verwendet werden, um schnell zu erkennen, ob eine Patientin oder ein Patient sich gut für eine Proteasebehandlung eignet.

Laut den Forschenden könnte ihr Ansatz zur Stuhlanalyse und Multi-Omic-Datenintegration auch zur Untersuchung anderer Erkrankungen wie Diabetes, Krebs, rheumatischen und neurologischen Erkrankungen verwendet werden.