Die Chemieingenieurin Stephanie Culler war gerade 13 Jahre alt, als ihre beiden Großmütter innerhalb von sechs Monaten an Krebs starben. Die grausame Zufälligkeit der Krankheit zu bekämpfen, ist für jeden jungen Teenager schwierig, aber Culler war durch ein Plakat der American Cancer Society auf dem Kühlschrank ihrer Eltern weiter verwirrt.
"Diese gute Auswahl an Lebensmitteln kann Ihnen helfen, sich vor bestimmten Krebsarten zu schützen", heißt es im Postertext zu 30 wunderschön fotografierten Obst- und Gemüsesorten.
Aber Cullers Großmütter, eine mit Lungenkrebs und die andere mit Dickdarmkrebs, aßen bereits die meisten dieser Nahrungsmittel. Tatsächlich blieb ihre Großmutter mütterlicherseits, eine Einwanderin aus dem Iran, der traditionellen persischen Küche mit gehackten Salaten, gegrilltem Gemüse und Granatäpfeln treu, die mit jeder amerikanischen Diät in Bezug auf bloßes Antioxidans mithalten würde. Ihre Ernährung beinhaltete auch gut-freundliche fermentierte Lebensmittel wie hausgemachten Joghurt und eingelegtes Gemüse. Soweit Culler es damals beurteilen konnte, sollten ihre Großmütter verschont bleiben.
Das Plakat auf Cullers Familienkühlschrank und die Verbindung zwischen Ernährung und Krebs führten sie schließlich in ein Labor bei Johnson & Johnsons Startup-Abteilung JLABS, wo sie Stuhlproben genetisch sequenziert. Culler und andere Onkologen hoffen, eine der dringendsten Fragen der aktuellen Krebsforschung beantworten zu können: Bestimmt die Qualität und Vielfalt der menschlichen Darmbakterien, ob Menschen erfolgreich auf eine Krebsbehandlung ansprechen?
"Als wir den Stuhl von Brust- und Lungenkrebspatientinnen betrachteten, stellten wir fest, dass wichtige Bakterien im Mikrobiom fehlten", sagt Culler. Das Fehlen bestimmter Darmmikroben, hauptsächlich Firmicutes-Bakterien, könnte erklären, warum Immun-Checkpoint-Hemmer - Medikamente, die krebsfreundliche Proteine blockieren und die Reaktion des Immunsystems auf Krebszellen unterstützen - bei einigen Patienten nicht wirken. "Wir glauben, dass diese Bakterien wichtig sind, damit das Immunsystem auf diese Medikamente reagieren kann", sagt Culler.
Zusammen mit seinem Chemieingenieur Steve Van Dien war Culler im Sommer 2017 Mitbegründer von Persephone Biome, um die Beziehung zwischen Darmbakterien und Krebs zu untersuchen. Benannt nach Persephone, der griechischen Vegetationsgöttin, die im Frühjahr auftaucht und nach der Erntezeit wieder in die Unterwelt zurückkehrt, bereitet sich Culler auf klinische Studien vor, in denen bestimmte Darmmikroben auf ihre Funktion als Checkpoint-Hemmer in Brust und Nieren untersucht werden Patienten mit nichtkleinzelligem Lungenkrebs. (Ein zweites Produkt wird sich auf die CAR-T-Zelltherapie konzentrieren, bei der die eigenen Immunzellen der Patienten verwendet werden, die gentechnisch verändert wurden, um ihren Krebs zu behandeln.)
"Unser Ziel ist es, Therapeutika zu entwickeln, die Non-Responder in Responder umwandeln", sagt Culler und bezieht sich auf Patienten, die auf Checkpoint-Inhibitoren ansprechen oder nicht. Ihr Unternehmen hofft, eine Mischung ausgewählter Darmbakterien zu entwickeln, die in Pillenform zur Heilung der Mikrobiome von Patienten verwendet werden können, die durch Antibiotika und schlechte Ernährung geschädigt werden können, wie sie kürzlich in einem Vortrag bei TEDx in San Diego erörtert hat.
"Auch gesunden Menschen fehlen diese Darmmikroben, aber Krebspatienten und Menschen mit geschwächtem Immunsystem fehlen sie mit größerer Wahrscheinlichkeit", sagt Culler. "Wir wollen sie zurückgeben."
Obwohl angenommen wird, dass sich mindestens 70 Prozent der Immunzellen im Darm befinden - oft als „zweites Gehirn“ bezeichnet -, interessierten sich Wissenschaftler erst 2005 besonders für das menschliche Mikrobiom. Ein in diesem Jahr veröffentlichtes bahnbrechendes Papier wies darauf hin, dass adipöse Mäuse andere Eigenschaften hatten Darmbakterien als dünne Mäuse. Seitdem haben die Forscher die Idee des Austauschs von Darmbakterien des Menschen erforscht und sogar Mikrobiota-Transplantate (oft als „Kotpillen“ bezeichnet, obwohl sie normalerweise als Flüssigkeit verabreicht werden) eingesetzt, um Menschen mit entzündlichen Darmerkrankungen erfolgreich zu behandeln . (Allerdings müssen sie noch eine Gewichtsabnahme-Ergänzung entwickeln, indem sie die Bakterien beneidenswerter Menschen auf die Eingeweide der Fettmassen übertragen.)
In den letzten zehn Jahren wurde die Rolle des Mikrobioms in allen Bereichen untersucht, von Depressionen über Autismus bis hin zur Parkinson-Krankheit. Das Studium des Mikrobioms kann laut Rob Knight, Gründungsdirektor des Zentrums für Mikrobiominnovation an der Universität von Kalifornien, San Diego, dabei helfen, festzustellen, welche Patienten wahrscheinlich auf verschiedene Schmerz- und Herzmedikamente ansprechen. "Wir sind sehr an dem Zusammenspiel von Nahrungsmitteln, Medikamenten und dem Darmmikrobiom interessiert", sagt Knight, der auch das American Gut Project mitbegründet hat, eine bürgerwissenschaftliche Initiative, bei der Stuhlproben von mehr als 11.300 Teilnehmern in 42 Ländern gesammelt wurden.
Während der Zusammenhang zwischen Darmbakterien und Gesundheit immer deutlicher wird, haben Wissenschaftler Mühe, das Mikrobiom als Behandlungsform erfolgreich zu manipulieren. "Wir wissen mehr denn je, wie das Mikrobiom chronische Krankheiten beeinflusst", sagt Knight. "Was wir jedoch noch nicht wissen, ist, wie Sie Ihr Mikrobiom in eine bestimmte Richtung verändern können." t the godsend denken manche Leute, dass sie es sind.)
Im vergangenen Jahr haben drei in Science veröffentlichte Forschungsarbeiten gezeigt, dass es möglich sein könnte, das Mikrobiom zu manipulieren, um das Ansprechen auf die Behandlung zu beeinflussen. In einer Reihe von "Mensch-Maus" -Interspezies-Experimenten transplantierte ein französisches Team humane Darmbakterien in Mäuse von sowohl erfolgreich behandelten Krebspatienten als auch Patienten, die nicht auf Checkpoint-Inhibitoren ansprachen. Zwei Wochen, nachdem die neuen Bakterien in die Eingeweide der Nagetiere eingeschleust worden waren, injizierten die Forscher weitere zwei Wochen lang alle drei Tage Krebszellen und Checkpoint-Inhibitoren. Die Medikamente reduzierten Tumore bei Mäusen, die menschliche Bakterien von erfolgreich behandelten Krebspatienten erhalten hatten, während die Medikamente bei Mäusen, die Bakterien von Menschen erhielten, die nicht auf die Behandlung ansprachen, nicht wirksam waren.
Teams der University of Chicago und des MD Anderson Cancer Center der University of Texas in Houston haben ähnliche Experimente mit Darmmikroben von Patienten mit metastasiertem Melanom durchgeführt, die gut auf Checkpoint-Inhibitoren ansprachen. Diese Mäuse verbesserten sich ebenfalls. „Wir stecken im Grunde genommen ein Röhrchen in die Speiseröhre der Maus und geben die Kackprobe hinein. Es stellte den Darm der Maus wieder her und enthielt nun Mikroben des Patienten “, sagt Deepak Gopalakrishnan, Postdoktorand und Hauptautor der MD Anderson-Studie.
Der nächste Schritt sind klinische Studien mit Menschen. Das MD Anderson-Team untersucht die Möglichkeit, Patienten die fehlenden Darmbakterien in Form von Sporen (die nicht wie Fäkalien eingefroren werden müssen) von Spendern mit günstigen Mikrobiomen zu geben. Ein weiterer Teil der Studie wird Pillen testen, die aus Bakterien von Krebsüberlebenden hergestellt wurden, deren Tumore nach Einnahme von Checkpoint-Hemmern verschwunden sind. Die Forscher verfolgen auch den Lebensstil der Patienten, einschließlich der Produktion und der Aufnahme von Ballaststoffen, um die Punkte zwischen der Ansprechrate von Krebsmedikamenten, der Darmvielfalt und der Ernährung zu bestimmen.
"Wir wissen, dass Ernährung wichtig ist, aber jeder möchte wissen, was die geheime Sauce ist, um das Mikrobiom zu verändern, damit es besser auf die Krebsbehandlung anspricht", sagt Jennifer Wargo, Professorin für Chirurgie und Genommedizin an der Universität von Texas, die a Rückblick auf die Mikrobiomforschung im letzten Monat. "Das wissen wir einfach noch nicht."
Auch Culler, der sich immer noch wundert, warum ihre Großmütter nicht auf die Mitte der neunziger Jahre angebotenen Chemotherapie-Behandlungen angesprochen haben. Sie hofft jedoch, dass dieselben genetischen Sequenzierungsinstrumente, die es ermöglichen, einen Blick in unsere Kiste zu werfen und Bakterienstämme zu untersuchen, auch eine Möglichkeit bieten werden, Tumore besser zu diagnostizieren und die richtigen Behandlungen auszuwählen.
In der Zwischenzeit schließt sich Culler einem Chor von Forschern an, die versuchen, auf die größte Hürde ihrer Forschung aufmerksam zu machen: das Fehlen von Stuhlproben. Wissenschaftler brauchen Spenden von Krebspatienten, Krebsüberlebenden, Menschen mit einer Familiengeschichte von Krebs und allen anderen. "Ich bin immer wieder überrascht, warum es so schwierig ist, Proben zu bekommen", sagt Culler. „Die Leute finden es ekelhaft und sind verlegen. Aber ich bin dankbar für die kulturelle Akzeptanz des Poop Emoji, dass er destigmatisiert wurde. “
Culler startete sogar "Poop for the Cure", ein Forschungsprojekt, das Visa-Geschenkkarten im Wert von 50 USD für Muster anbietet. „Hoffentlich wird es einen Tag geben, an dem das Sammeln von Stuhl so routinemäßig ist wie das Sammeln von Blut. Bis dahin brauchen wir alle, die uns helfen. “
