Monitoring mit E. coli

Eine Forschungsgruppe um Pamela Silver vom Wyss Institute der Harvard-Universität hatte zunächst an dem E. coli-Stamm K12 eine Genmanipulation vorgenommen, indem sie zwei DNA-Abschnitte des Bakteriophagen Lambda in das Bakteriengenom eingebaut hat. Lambda ist ein Virus, das natürlicherweise in E. coli eindringt und seine eigene DNA in das Bakteriengenom integriert, ohne dass das Bakterium darunter leidet, denn alle Gene von Lambda bleiben stumm, mit Ausnahme von cI, dem Repressorgen. Erst wenn das Bakterium heftigem Stress ausgesetzt ist und seine DNA beschädigt wird, wird beim DNA-Reparaturprozess auch das Gen cI gespalten und inaktiviert, sodass die übrigen Virusgene exprimiert und vervielfältigt werden. Aus den synthetisierten Peptiden bilden die Viren ihre Kapside, dann zerstören sie die Bakterienzelle und treten ins Freie, d.h. in der Regel ins Darmlumen.

Die Forschungsgruppe hat E. coli mithilfe von Lambda-DNA so verändert, dass das Bakterium unter keinen Umständen zugrunde geht. In das Bakteriengenom haben sie sowohl ein „trigger element“, in dem das Lambda-Gen Cro durch einen von einem Tetracyclin induzierbaren Promotor transkribiert wird, als auch ein „memory element“ eingebaut; Letzteres ist von der cI/Cro-Region des Lambda-Genoms abgeleitet. Bei Kontakt mit dem Tetracyclin synthetisiert E. coli ein Enzym, durch das es blau gefärbt wird, nachdem es auf einen bestimmten Nährboden aufgebracht worden ist.

Eine Glanzleistung gelang dem Team, indem es die Genmanipulation anschließend bei Bakterien durchführte, die direkt aus dem Darm von Labormäusen stammten und nach dem Eingriff mit uneingeschränkter Vitalität in den Mäusen weiterlebten. Dies müsste also auch beim Menschen möglich sein. Nun ist es wenig interessant, im Darm Tetracyclin nachzuweisen. Die Forscher meinen jedoch, sie könnten E. coli genetisch so manipulieren, dass es Moleküle detektiert, die für gastrointestinale Krankheiten wie Morbus Crohn oder Kolonkarzinom typisch sind. Dadurch würden sich neue Möglichkeiten einer einfachen, nicht-invasiven Diagnostik ergeben. 

Quelle: Kotula JW, et al. Programmable bacteria detect and record an environmental signal in the mammalian gut. Proc Natl Acad Sci; Epub 17.03.2014.