1884 schien sich das Unglück eines Patienten weiter zu verschlimmern.
Dieser Patient hatte einen schnell wachsenden Krebs am Hals
und erkrankte dann an einer unabhängigen bakteriellen Hautinfektion.
Doch schon bald geschah etwas Unerwartetes:
Als er sich von der Infektion erholte, begann sich auch der Krebs zurückzubilden.
Als ein Arzt namens William Coley den Patienten 7 Jahre später aufspürte,
blieben keine sichtbaren Anzeichen des Krebses zurück.
Coley glaubte, dass etwas Bemerkenswertes geschah:
dass die bakterielle Infektion das Immunsystem des Patienten
zur Bekämpfung des Krebses angeregt hatte.
Coleys glückliche Entdeckung ermöglichte es ihm,
als Pionier die gezielte Injektion von Bakterien
zur erfolgreichen Krebsbehandlung einzusetzen.
Über 100 Jahre später haben synthetische Biologen einen noch besseren Weg gefunden,
die einst ungewöhnlichen Verbündeten zu nutzen --
indem sie sie so programmierten,
dass sie Wirkstoffe sicher und gezielt zu Tumoren transportieren.
Krebs entsteht, wenn sich normale Zellenfunktionen so verändern,
dass sie sich dadurch schnell vermehren und Wucherungen bilden,
die Tumore genannt werden.
Behandlungen wie Bestrahlung, Chemo- und Immuntherapie versuchen,
bösartige Zellen abzutöten, können aber den gesamten Körper schädigen
und dabei gesundes Gewebe zerstören.
Einige Bakterien wie E. coli haben jedoch den einzigartigen Vorteil,
dass sie selektiv im Inneren von Tumoren wachsen können.
Tatsächlich bildet der Kern eines Tumors eine ideale Umgebung,
in der sie sich sicher und vor Immunzellen verborgen vermehren können.
Anstatt Infektionen zu verursachen, können Bakterien so umprogrammiert werden,
dass sie krebsbekämpfende Medikamente in sich tragen
und als Trojanische Pferde agieren, die den Tumor von innen heraus angreifen.
Diese Idee, Bakterien so zu programmieren,
dass sie auf völlig neue Art und Weise wahrnehmen und reagieren,
ist ein Schwerpunkt der synthetischen Biologie.
Wie können wir Bakterien programmieren?
Der Schlüssel liegt in der Manipulation ihrer DNS.
Indem man bestimmte genetische Sequenzen in Bakterien einfügt,
kann man sie anweisen, verschiedene Moleküle zu synthetisieren,
darunter auch solche, die das Krebswachstum stören.
Bakterien können auch mit Hilfe biologischer Schaltkreise
zu ganz bestimmten Verhaltensweisen angeregt werden.
Diese steuern unterschiedliche Reaktionen in Abhängigkeit
von der Anwesenheit, Abwesenheit oder Kombination bestimmter Faktoren.
Zum Beispiel haben Tumore niedrige Sauerstoff- und pH-Werte
und produzieren zu viele spezifische Moleküle.
Synthetische Biologen programmieren Bakterien so,
dass sie diese Bedingungen wahrnehmen und hierdurch auf Tumore reagieren,
während gesundes Gewebe gemieden wird.
Eine Art biologischer Kreislauf,
der als synchronisierter Lysekreislauf oder SLC bekannt ist,
ermöglicht es den Bakterien, nicht nur Medikamente zu befördern,
sondern dies nach einem festgelegten Zylkus zu tun.
Um eine Schädigung gesunden Gewebes zu vermeiden,
beginnt die Produktion von Wirkstoffen erst mit dem Wachstum der Bakterien,
was nur innerhalb des Tumors selbst geschieht.
Nachdem die Wirkstoffe produziert wurden,
bewirkt ein Notschalter das Platzen der Bakterien,
wenn eine kritische Populations- schwelle überschritten wird.
Dadurch wird das Medikament freigesetzt und die Bakterienpopulation verringert.
Ein gewisser Prozentsatz der Bakterien bleibt jedoch am Leben,
um die Kolonie wieder zu vergrößern.
Mit der Zeit wird ihre Zahl so groß, dass erneut der Notschalter umgelegt wird,
und der Zyklus beginnt von vorne.
Dieser Kreislauf kann optimiert werden,
so dass Medikamente nach dem Zyklus freigesetzt werden,
der am besten zur Bekämpfung des Krebses geeignet ist.
Dieser Ansatz hat sich bei wissenschaftlichen Studien mit Mäusen
als vielversprechend erwiesen.
Es gelang den Wissenschaftlern nicht nur,
mit Bakterien injizierte Lymphomtumore erfolgreich zu beseitigen,
sondern die Injektion stimulierte auch das Immunsystem,
indem es die Immunzellen dazu brachte,
unbehandelte Lymphome an anderen Stellen in der Maus zu erkennen und anzugreifen.
Im Gegensatz zu anderen Therapien,
richten sich die Bakterien nicht gegen eine bestimmte Krebsart,
sondern gegen allgemeine Eigenschaften, die bei allen soliden Tumoren gleich sind.
Programmierbare Bakterien sind nicht nur auf die Krebsbekämpfung beschränkt.
Sie können als komplexe Sensoren dienen,
um Orte zukünftiger Krankheiten zu überwachen.
Unbedenkliche Probiotika könnten in unseren Eingeweiden schlummern,
wo sie Störungen erkennen, verhindern und bekämpfen,
noch bevor Symptome auftreten.
Technologische Fortschritte sorgten für Aufregung
um die Zukunft der personalisierten Medizin,
die von mechanischen Nanorobotern angetrieben wird.
Dank der Milliarden von Jahren währenden Evolution
haben wir vielleicht einen Ausgangspunkt
mit der unerwarteten Biologie der Bakterien.
Fügt man noch etwas synthetische Biologie hinzu,
wer weiß, was bald möglich sein könnte.