Neue Technologie kann nützliche Bakterien nach fäkalen Mikrobiota-Transplantationen verfolgen

Neue Technologie kann nützliche Bakterien nach fäkalen Mikrobiota-Transplantationen verfolgen

Forscher der Icahn School of Medicine am Mount Sinai und ihre Mitarbeiter haben eine neue Technologie entwickelt, um nützliche Bakterien nach fäkalen Mikrobiota-Transplantationen (FMT) zu verfolgen. Der Ansatz bietet einen detaillierten Überblick darüber, wie sich Spendermikroben im Darm des Patienten festsetzen und dort verbleiben – nicht nur, welche Bakterien sich erfolgreich angesiedelt haben, sondern auch, wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Diese Erkenntnisse können als Leitfaden für die Entwicklung sichererer und wirksamerer mikrobiombasierter Therapien dienen.

Die Studie wurde am 22. Oktober online veröffentlicht Ausgabe von Nature Microbiology[DOI:[DOI:

FMT – die Übertragung von Stuhl eines gesunden Spenders in den Darm eines Patienten – hat sich bei der Behandlung als äußerst wirksam erwiesen Clostridioides difficile Infektion und wird für andere Erkrankungen wie entzündliche Darmerkrankungen (IBD) und Krebs untersucht. Es ist jedoch weiterhin unklar, welche Bakterienstämme für die langfristige Erholung verantwortlich sind und wie sie sich an ihre neue Wirtsumgebung anpassen.

Der neue Ansatz nutzt die Long-Read-DNA-Sequenzierung, die viel längere Abschnitte des genetischen Codes einer Mikrobe liest als herkömmliche Techniken, mit einer am Berg Sinai entwickelten Berechnungsmethode namens LongTrack. Zusammen ermöglichen sie es Wissenschaftlern, selbst eng verwandte Bakterienstämme zu unterscheiden und den einzigartigen genetischen „Fingerabdruck“ jedes einzelnen zu identifizieren. Dies ermöglicht es Forschern, Spenderbakterien vom Zeitpunkt der Transplantation bis zu fünf Jahren der Anpassung im Darm des Patienten zu verfolgen.

Wir können Spenderbakterien Stamm für Stamm mit einem Maß an Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit verfolgen, das vor der Verwendung von Ansätzen, die auf Short-Read-Sequenzierung basierten, nicht möglich war. Es gibt uns Einblicke in das, was mit den Hunderten von Spenderbakterien nach Stuhltransplantationen passiert, wie sie sich an die Magen-Darm-Umgebung neuer Patienten anpassen und weist den Weg zu sichereren, konsistenteren und letztlich präziseren Behandlungen.“

Gang Fang, PhD, Senior- und korrespondierender Autor, Professor für Genetik und Genomwissenschaften, Icahn School of Medicine am Mount Sinai

Mit diesem Ansatz arbeitete das Team mit dem Co-Autor der Studie, Jeremiah Faith, PhD, Professor für Immunologie und Immuntherapie an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai, zusammen. Das Team analysierte Stuhlproben von FMT-Spendern und behandelten Empfängern C. difficile Infektion und IBD. Proben, die vor und nach der Behandlung gesammelt wurden, darunter auch einige, die bis zu fünf Jahre später entnommen wurden, zeigten, dass sich viele Spenderbakterien festsetzten und im Mikrobiom der Empfänger verblieben. Einige Stämme zeigten sogar genetische Mutationen, die auf eine Anpassung an ihre neuen Wirte hinweisen, was darauf hindeutet, dass unterschiedliche Darmumgebungen die Bakterienentwicklung von einem Individuum zum anderen beeinflussen können, sagt Dr. Fang.

Durch die Ermittlung, welche Bakterien sich nach FMT erfolgreich ansiedeln, liefert die Studie einen Fahrplan für die systematische Identifizierung von Mischungen nützlicher Mikroben, die als neuartige Mikrobiom-Interventionen entwickelt werden könnten. Diese könnten Ganzstuhltransplantationen durch Behandlungen ersetzen oder verbessern, die sicherer, vorhersehbarer und einfacher zu regulieren sind.

„Unsere Erkenntnisse bringen uns der Präzisionsmedizin für das Mikrobiom näher“, sagt Dr. Fang. „Wir können nützliche Bakterien jetzt zuverlässig und in großem Maßstab im Laufe der Zeit verfolgen und, was noch wichtiger ist, die genetischen Mutationen verstehen, die an ihrer Anpassung bei den Empfängern beteiligt sind – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Behandlungen, die sowohl wirksam als auch konsistent sind.“

Als nächstes planen die Forscher, den gleichen Ansatz auf größere Patientenkohorten und auf weitere Krankheiten anzuwenden, bei denen das Darmmikrobiom eine Rolle spielt, und bauen dabei auf früheren und zukünftigen FMT-Studien zu verschiedenen menschlichen Erkrankungen auf. Mit LongTrack wollen sie nützliche Bakterienstämme identifizieren, die die Grundlage für mikrobielle Therapeutika der nächsten Generation bilden könnten.

Der Artikel trägt den Titel „Lange gelesene Metagenomik zur Stammverfolgung nach fäkaler Mikrobiota-Transplantation“.

Die in der Zeitschrift aufgeführten Autoren der Studie sind Yu Fan, Mi Ni, Varun Aggarwala, Edward A. Mead, Magdalena Ksiezarek, Lei Cao, Michael A. Kamm, Thomas J. Borody, Sudarshan Paramsothy, Nadeem O. Kaakoush, Ari Grinspan, Jeremiah J. Faith und Gang Fang.

Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health (NIH) unter der Fördernummer R35 GM139655 unterstützt.

Quellen: