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Biotechnologie Gastroenterologie Wissenschaft

Wirkstoff fördert Darmregeneration

Im letzten Jahrzehnt gab es einen Boom auf dem Gebiet der Organoide – Miniaturorgane, die aus Stammzellen in der Petrischale gezüchtet werden. Ein Schweizer Forschungsteam hat sich das Ziel gesetzt, die Darmregeneration zu verstehen, indem sie die funktionellen genetischen Interaktionen entschlüsseln, die diesen Prozess regulieren. Zu diesem Zweck richteten sie eine bildbasierte Plattform für die Hochdurchsatzanalyse ein. Hiermit erstellten sie Profile von über 400 000 Organoiden, die mit einer Reihe von Wirkstoffen behandelt wurden. Ziel war, zu beurteilen, welche Wirkstoffe die Organoide beeinflussen. Dann klassifizierten sie jedes Organoid nach seiner Erscheinungsform (Phänotyp) und erstellten für jeden der 3000 untersuchten Wirkstoffe einen einzigartigen „phänotypischen Fingerabdruck“.

Dieser Datensatz ermöglichte es den Forschenden, 230 Gene zu identifizieren, die an der Entwicklung von Organoiden beteiligt sind, sowie ihre funktionellen genetischen Interaktionen. Zu den Treffern des Screens gehörte ein Hemmstoff des sogenannten Retinsäure-Signalwegs, der die regenerativen Eigenschaften der Organoide förderte. Auch im Tierversuch mit Mäusen mit strahleninduzierten Darmschäden stellten die Wissenschaftler eine bessere Erholung der Tiere fest, wenn sie mit dem Wirkstoff behandelt wurden: Sie zeigten eine verbesserte Geweberegeneration und verringerten Gewichtsverlust.

Die Erkenntnisse könnten den Weg für neuartige Therapien ebnen, die die Regeneration und Erholung des Darmepithels nach einer akuten Schädigung fördern, zum Beispiel bei Krebspatienten, die eine Chemo- oder Strahlentherapie erhalten.

Referenzen:

Universität Basel, Friedrich Miescher Institut for Biomedical Research (FMI), Basel

Phenotypic landscape of intestinal organoid regeneration, Nature (2020), https://doi.org/10.1038/s41586-020-2776-9

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Gastroenterologie Infektiologie Wissenschaft

E.coli: Wer schneller wächst, ist früher tot

Bakterien sind Überlebenskünstler: Wenn sie Nahrung bekommen, vermehren sie sich rasant, doch sie können auch Hungerphasen überdauern. Allzu schnelles Wachstum reduziert jedoch ihre Überlebensfähigkeit, das zeigen Untersuchungen eines Forschungsteams der Technischen Universität München (TUM) an Kolibakterien. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, die Wirksamkeit von Antibiotika zu steigern.

Untersucht wurde, inwieweit schnelles oder langsames Wachstum die Überlebensfähigkeit von Kolibakterien beeinflusst. Dabei hat sich gezeigt, dass Veränderungen der Wachstumsbedingungen direkte Auswirkungen auf die Sterberaten haben: die am besten ernährten und am schnellsten wachsenden Bakterien, sterben auch als erste, wenn man ihnen die Nahrung entzieht. Üppige Ernährung ist also schlecht für die Fitness von Bakterien. Sie sind offenbar auf schnelles Wachstum eingestellt und gehen verschwenderisch mit den Energie- Ressourcen um. Das wird ihnen während der Hungerphase zum Verhängnis.

Die Forschungsergebnisse lassen sich möglicherweise in Zukunft dazu nutzen, um beispielsweise die Wirkung von Antibiotika zu verbessern: „Man könnte nach dem Zuckerbrot-und-Peitsche-Prinzip beispielsweise Darmbakterien durch Verzehr einer Süßspeise zum Wachstum anregen. Das würde sie schwächen, wenn man dann ein Antibiotikum gegen eine Darminfektion einnimmt“, erklärt Forschungsleiter Prof. Ulrich Gerland von der TU München. Für konkrete Empfehlungen ist es aber noch zu früh. Hier sind weitere Forschungen nötig.

Referenzen:
TUM Technische Universität München
Pressemitteilung
Slower growth of Escherichia coli leads to longer survival in carbon starvation due to a decrease in the maintenance rate, Molecular Systems Biology, (2020) 16:e9478, DOI: https://doi.org/10.15252/msb.20209478

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Gastroenterologie Immunologie Neurologie Wissenschaft

Sprechen Nervenzellen mit Darmbakterien?

Verschiedene Krankheiten des Verdauungstrakts, zum Beispiel gravierende Darmentzündungen beim Menschen, sind eng an Störungen der natürlichen Beweglichkeit des Darms gekoppelt. Welche Rolle die Peristaltik in Verbindung mit dem Mikrobiom – also die natürliche mikrobielle Besiedlung des Verdauungstrakts – spielt, wird derzeit intensiv untersucht. Unklar ist insbesondere, wie die Kontraktionen gesteuert werden und wie die als Schrittmacher agierenden Zellen des Nervensystems mit den Mikroorganismen zusammenarbeiten.

Einem Forschungsteam aus der Arbeitsgruppe Zell- und Entwicklungsbiologie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gelang es nun am Beispiel des Süßwasserpolypen Hydra erstmals zu belegen, dass stammesgeschichtlich alte Neuronen und Bakterien tatsächlich direkt miteinander kommunizieren. Überraschenderweise stellten die Forschenden fest, dass sich die Nervenzellen über Immunrezeptoren, also gewissermaßen mithilfe der Mechanismen des Immunsystems, mit den Mikroorganismen austauschen. Auf dieser Grundlage formulierten die Wissenschaftler die Hypothese, dass das Nervensystem bereits von Beginn der Evolution an nicht nur sensorische und motorische Funktionen übernimmt, sondern auch für die Kommunikation mit den Mikroben mitverantwortlich ist.
„Möglicherweise ist es so, dass Nervenzellen erfunden wurden, um die Kommunikation mit den für den Körper so wichtigen Mikroben überhaupt erst zu ermöglichen“, so die Untersucher.

Sollte diese Hypothese zutreffen, eröffnet sie auch völlig neue Perspektiven auf die Entstehung und künftige Behandlung von menschlichen Darmerkrankungen, die auf einer gestörten Beweglichkeit des Darms beruhen. Denn ein Zusammenhang zwischen dem Zustand des Mikrobioms und den Störungen der Darmbeweglichkeit besteht sehr wahrscheinlich auch beim Menschen. „Zukünftig müssen wir also auch die Rolle der Nervenzellen bei der Entstehung und Therapie von entzündlichen Darmerkrankungen berücksichtigen“, meinen die Wissenschaftler. Je besser die Forschenden deren Beteiligung an der Krankheitsentstehung verstehen, desto näher rücken therapeutische Eingriffe in das Mikrobiom, die eine gesunde Darmbeweglichkeit und damit eine Behandlung von chronischen Darmerkrankungen erlauben könnten.

Referenzen:
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Pressemitteilung: Entstanden Nervenzellen um mit Mikroben zu sprechen?
https://www.uni-kiel.de/de/detailansicht/news/168-klimovich-pnas
Originalpublikation: Thomas C.G. Bosch et al: Prototypical pacemaker neurons interact with the resident microbiota, PNAS First published 09 July 2020 https://doi.org/10.1073/pnas.1920469117

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Gastroenterologie Wissenschaft

Funktionsstörung des Kalziumkanals verursacht Pankreatitis

In einer aktuellen Untersuchung bei PatientInnen mit nicht-alkoholischer chronischer Pankreatitis wurde herausgefunden, dass Gendefekte, die die Funktion des Kalziumkanals beeinträchtigen, für eine früh einsetzende chronische Bauchspeicheldrüsenentzündung verantwortlich waren.

Mit dieser bahnbrechenden Entdeckung konnte ein neuer Krankheitsauslöser für die Entstehung einer Pankreatitis identifiziert werden und damit der Weg für neue Behandlungsmöglichkeiten geebnet werden. Die Forschungsarbeiten werden zudem Eingang in die genetische Routinediagnostik der erblichen Pankreatitis finden und zu neuen Forschungsansätzen in der Ursachenforschung der Pankreatitis führen.

Referenzen:
Pubmed Atsushi Masamune et al. Gastroenterology. 2020 May.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31930989/
TU München
https://www.tum.de/…/aktu…/pressemitteilungen/details/36035/

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