Rhodobacter

Im Tumor: Mit Purpurbakterien auf Fresszellenjagd

Krebserkrankungen stellen Ärztinnen und Ärzte immer vor Herausforderungen, vor allem in Diagnose und Therapie der Krankheit. Dies liegt unter anderem an der Heterogenität von Tumoren. Jetzt zeigt ein Wissenschaftsteam des Helmholtz Zentrums München, des Forschungszentrums Jülich, der Technischen Universität München sowie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, dass sich harmlose Purpurbakterien (Rhodobacter) dazu eignen, diese unterschiedlichen Regionen innerhalb der Tumore zu charakterisieren. Die Forschenden nutzen diese Mikroorganismen um sogenannte Fresszellen, die bei der Tumorentwicklung eine Rolle spielen, mit optoakustischen Methoden sichtbar zu machen.

Photo
Veränderung des optoakustischen Signals phototropher Bakterien durch Aufnahme von Makrophagen (außen blau, in den Makrophagen rot) schematisch (oben), mikroskopisch (2. Reihe) und via MSOT (unten). Die Veränderung des MSOT-Signals (3. Reihe) gibt Auskunft über die Verteilung von Rhodobacter-Zellen innerhalb und außerhalb der Makrophagen und damit über ihre Lokalisation und Aktivität.
Quelle: Helmholtz Zentrum München

Zahlreiche Krebserkrankungen führen zu soliden, also festen Tumoren. In ihrem Inneren weisen diese Tumore große Unterschiede auf zellulärer und molekularbiologischer Ebene auf. Eine Komponente dafür ist die Lokalisation und Aktivität von sogenannten Fresszellen (Makrophagen)*. Obgleich diese Zellen essentiell für ein gesundes Immunsystems sind, spielen sie auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Tumoren. Mithilfe photosynthetischer Bakterien konnten nun neue optoakustische Methoden entwickelt werden, die aufzeigen, wo solche Fresszellen anwesend und aktiv sind. „Wir konnten zeigen, dass sich die für den Menschen harmlosen Bakterien der Gattung Rhodobacter** indirekt als Marker für die Präsenz und Aktivität von Makrophagen eignen“, sagt Dr. Andre C. Stiel, Leiter der Arbeitsgruppe ‚Cell Engineering‘ vom Institut für Biologische und Medizinische Bildgebung (IBMI) des Helmholtz Zentrums München. Rhodobacter erzeugen in großen Mengen das Pigment Bacteriochlorophyll a für ihre Photosynthese. Dieser Farbstoff ermöglichte den Forschenden, Bakterien im Tumor mit der multispektralen optoakustischen Tomographie (MSOT)*** aufzuspüren.

Wie funktioniert das Prinzip? Makrophagen nehmen im Zuge ihrer natürlichen Fressaktivität – der sogenannten Phagozytose - die Bakterien auf. Dadurch ändert sich die Umgebung der Bakterien, deren Absorption von elektromagnetischer Strahlung und damit auch das optoakustische Signal. Rhodobacter fungieren als Sensoren: Sie geben Hinweise auf die Anwesenheit und Aktivität von Fresszellen.

„In weiteren Schritten können solche Bakterien Ansätze für nicht-invasive Technologien und somit völlig neue Wege für innovative Diagnose- und Therapieverfahren eröffnen“, ergänzt Dr. Thomas Drepper, Leiter der Arbeitsgruppe ‚Bacterial Photobiotechnology‘ der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. So könnten in der Zukunft Bakterien sowohl die Lage von Tumoren anzeigen, als auch eine erhöhte Aktivität von Makrophagen aufdecken, die je nach Situation Hinweise auf unerwünschte Entzündungen oder auf das erwünschte Ansprechen immunologischer Therapien geben, und schlussendlich dafür genutzt werden, den Effekt von Therapien im Detail zu erforschen.

Weitere Informationen
*Wie man heute weiß, zeigen Tumore spezifische Mikroumgebungen. Zu dem Tumormikromilieu gehören u.a. Tumor-assoziierte Makrophagen. Diese Fresszellen sind Teil unseres Immunsystems. Bei der Krebserkrankung selbst sind sie an unerwünschten chronischen Entzündungen des Tumorgewebes beteiligt. Ein Prozess, der zum weiteren Fortschreiten der Erkrankung führt.

**Rhodobacter kommt weltweit in stehenden und fließenden Gewässern vor. Sie produzieren verschiedene Farbstoffe, um Photosynthese zu betreiben. Dazu gehört das im Experiment eingesetzte Bacteriochlorophyll a: ein Farbstoff, der sich für Untersuchungen per MSOT eignet, um solide Tumore zu lokalisieren. Beim Menschen führen Rhodobacter-Zellen nicht zu Infektionen.

***Bei einer MSOT-Aufnahme wandelt sich Licht zuerst in Schall und dann in visuelle Informationen um. Zunächst wird ein schwacher, pulsierender Laserstrahl auf das Körpergewebe gerichtet. Moleküle und Zellen, auf die der Strahl trifft, erwärmen sich geringfügig und reagieren mit minimalen Vibrationen, die wiederum Schallsignale erzeugen. Diese werden von Sensoren aufgenommen und in Bilder umgewandelt. Die Art und Weise, in der die einzelnen Zellen und Moleküle auf den Laser reagieren, hängt von ihren optischen Eigenschaften ab, etwa hier von den Eigenschaften bakterieller Farbstoffe.

Quelle: Helmholtz Zentrum München

14.03.2019

Mehr aktuelle Beiträge lesen

Verwandte Artikel

Photo

Drug repurposing bei Hirntumoren

Neue Kombination hindert Glioblastome am Wachsen

Einen wichtigen Fortschritt in der Erforschung und Behandlung von einer aggressiven Hirntumorart (Glioblastom) hat ein Team um Professor Marc-Eric Halatsch (Klinik für Neurochirurgie) am…

Photo

Aggressive Hirntumore

Epigenetische Analyse von Glioblastome ermöglicht gezieltere Behandlung

Glioblastome sind Hirntumore mit verheerender Prognose. Sie werden von vielfältigen Gendefekten ausgelöst, wodurch sie schwer behandelbar werden. Außerdem spielt die Epigenetik eine wesentliche…

Photo

Krebsforschung

Körpereigener Tumorblocker entdeckt

Wissenschaftler der Universitätsmedizin Mainz haben einen neuen Faktor der körpereigenen Immunabwehr identifiziert: MYPOP – ein bislang wenig bekanntes Protein. MYPOP unterdrückt die Bildung…

Verwandte Produkte

Atlas Genetics - Atlas Genetics io system

Infectious diseases testing

Atlas Genetics - Atlas Genetics io system

Atlas Genetics Ltd
DiaSys Diagnostic Systems - InnovaStar

Clinical chemistry

DiaSys Diagnostic Systems - InnovaStar

DiaSys Diagnostic Systems GmbH
Eppendorf - Mastercycler nexus X2

Research use only (RUO)

Eppendorf - Mastercycler nexus X2

Eppendorf AG
Image Information Systems – iQ-4VIEW

Mobile RIS/PACS Viewer

Image Information Systems – iQ-4VIEW

IMAGE Information Systems Europe GmbH
SARSTEDT - Low DNA Binding Micro Tubes

Research use only (RUO)

SARSTEDT - Low DNA Binding Micro Tubes

SARSTEDT AG & CO. KG
Shimadzu - CLAM-2000

Research use only (RUO)

Shimadzu - CLAM-2000

Shimadzu Europa GmbH