Integrated Bioinformatics Approach Identifies Shared Hub Genes and Pathways Underlying Probiotic Responses in Colorectal Cancer

Darmkrebs ist eine ernste Erkrankung, bei der abnormale Zellen unkontrolliert im Dickdarm oder Enddarm wachsen und schließlich Tumore bilden. Obwohl Ärzte viele Möglichkeiten zur Behandlung haben, wie etwa Operationen und Chemotherapie, können diese Methoden belastend für den Körper sein und funktionieren nicht immer bei jedem. Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler nach sanfteren Wegen zur Hilfe, einschließlich der Verwendung von Probiotika. Dies sind die nützlichen Bakterien, die oft in Joghurt und anderen fermentierten Lebensmitteln zu finden sind und in unserem Darm leben. Seit Jahren vermuten Forscher, dass diese hilfreichen Bakterien mehr als nur die Verdauung unterstützen könnten; sie könnten auch dabei helfen, Krebs zu bekämpfen, indem sie verändern, wie Zellen sich verhalten. Es gab jedoch ein fehlendes Puzzleteil. Während verschiedene Arten von Probiotika in verschiedenen Studien vielversprechend gezeigt haben, wussten Wissenschaftler nicht, ob sie alle über dieselben internen Schalter im Körper wirken oder ob jedes von ihnen eine völlig andere Methode verwendet.

Eine neue Studie setzte sich zum Ziel, dieses Rätsel zu lösen, indem sie die genetischen Anweisungen im Inneren der Krebszellen untersuchte. Die Forscher konzentrierten sich auf zwei verschiedene Arten von Probiotika: eines, das als Bacillus subtilis bekannt ist, und ein anderes namens Propionibacterium freudenreichii. Diese Bakterien sind sehr unterschiedlich, vergleichbar mit einem Fahrrad und einem Motorrad, die beide Fahrzeuge sind, aber auf unterschiedliche Weise funktionieren. Das Team wollte sehen, ob diese beiden Bakterien trotz ihrer Unterschiede dieselben Veränderungen in den Genen der Darmkrebszellen auslösen. Um dies zu tun, züchteten sie keine neuen Bakterien im Labor. Stattdessen nutzten sie einen leistungsstarken Computeransatz, um bestehende Daten aus zwei separaten wissenschaftlichen Experimenten zu analysieren, die bereits veröffentlicht worden waren. Sie kombinierten die genetischen Informationen aus beiden Studien, um die gemeinsamen Fäden zu finden, die auftauchen, wenn Krebszellen entweder diesen Probiotika ausgesetzt werden.

Die Forscher fanden ein klares Muster. Als sie die durch die zwei verschiedenen Bakterien verursachten genetischen Veränderungen verglichen, entdeckten sie 442 spezifische Gene, die auf beide Behandlungen auf die gleiche Weise reagierten. Dies deutet darauf hin, dass die Bakterien, obwohl sie unterschiedlich sind, denselben Satz an genetischen Schaltern an- und ausschalten, um den Krebs zu bekämpfen. Um zu verstehen, was diese 442 Gene tatsächlich taten, kartierten die Wissenschaftler sie wie eine Stadtkarte und suchten nach den wichtigsten Kreuzungen. Sie fanden heraus, dass eine kleine Gruppe von Genen als zentrale Knotenpunkte fungierte und mit vielen anderen verbunden war. Zu den am stärksten vernetzten Genen gehörten jene, die an Entzündungen, dem Zelltod und der Art und Weise beteiligt sind, wie die Zelle mit Stress umgeht.

Die Studie ergab, dass diese Probiotika scheinbar dadurch wirken, dass sie drei Hauptbereiche innerhalb der Krebszellen beeinflussen. Erstens beeinflussen sie Entzündungen. Die natürliche Abwehr des Körpers gegen Infektionen beinhaltet oft Entzündungen, aber bei Krebs kann dies manchmal dem Tumor beim Wachsen helfen. Die Daten zeigten, dass die Probiotika wahrscheinlich spezifische Entzündungssignale beruhigen, insbesondere solche, die durch ein Molekül namens TNF und einen Signalweg namens NF-kappa B angetrieben werden. Zweitens scheinen die Bakterien das eigene Todsprogramm der Zelle auszulösen. In einem gesunden Körper werden Zellen, die beschädigt oder gefährlich sind, angewiesen, Selbstzerstörung zu betreiben, aber Krebszellen ignorieren diesen Befehl oft. Die Analyse deutete darauf an, dass die Probiotika helfen, diesen Prozess neu zu starten, um die Krebszellen zum Sterben zu zwingen. Drittens hob die Studie ein System hervor, das die Zelle nutzt, um Stress zu bewältigen, insbesondere wie sie Proteine faltet und repariert. Wenn eine Zelle unter Stress steht, produziert sie spezielle Helferproteine, um alles reibungslos am Laufen zu halten. Die Probiotika schienen dieses Stressreaktionssystem zu aktivieren, was der Zelle helfen kann, zu entscheiden, ob sie überleben oder sterben soll.

Die Forscher bemerkten auch, dass einige der durch die Probiotika beeinflusten Gene dieselben sind, die auch bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson eine Rolle spielen. Sie stellten jedoch klar, dass dies nicht bedeutet, dass die Probiotika diese Gehirnerkrankungen behandeln. Es scheint vielmehr, dass dieselbe Maschinerie, die die Zelle zur Bewältigung von Proteinstress und Energie nutzt, auch mit den Zellen geteilt wird, die von diesen Gehirnerkrankungen betroffen sind. Die Probiotika greifen wahrscheinlich diese gemeinsame Maschinerie an, die zufällig auch für das Überleben von Krebszellen entscheidend ist. Die Studie identifizierte mehrere Schlüsselgene, darunter MYC, TNF und ATF3, als zentrale Akteure in diesem Prozess. Diese Gene fungieren als die Hauptregler, die die Probiotika offenbar beeinflussen.

Diese Arbeit liefert ein klareres Bild davon, wie Probiotika helfen könnten, Darmkrebs zu bekämpfen. Sie legt nahe, dass verschiedene nützliche Bakterien auf einen gemeinsamen Satz von Zielen innerhalb der Zelle konvergieren, anstatt dass jedes eine einzigartige, isolierte Methode verwendet. Durch die Identifizierung dieser spezifischen Gene und Pfade bietet die Studie eine Liste potenzieller Ziele für zukünftige Medikamente. Obwohl diese Forschung auf einer Computeranalyse bestehender Daten basiert und nicht auf neuen klinischen Studien mit Patienten, legt sie ein starkes Fundament für das Verständnis des Mechanismus. Sie weist den Weg in eine Zukunft, in der Ärzte in der Lage sein könnten, Behandlungen zu entwickeln, die gezielt diese gemeinsamen genetischen Knotenpunkte angreifen, was Probiotika-Therapien potenziell effektiver machen oder zur Entwicklung neuer Medikamente führen könnte, die die vorteilhaften Effekte dieser Bakterien nachahmen. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Darmbakterien und die Zellen des Dickdarms in ständigem Austausch stehen, und dass Wissenschaftler, indem sie die Sprache verstehen, die sie sprechen, neue Wege finden können, um Krebs aufzuhalten.