Bakterielle Radikaldiät

Könnte der Abbau überflüssiger Pfunde eines Tages genauso einfach sein wie Ausatmen? Zu diesem provokanten Schluss kommt eine neue Studie von Forschern an der University of California, Los Angeles (UCLA), bei der Mechanismen aus dem Bereich der Fettverbrennung von Bakterien in Mäuse transplantiert wurden. Die genetischen Veränderungen erlaubten es den Tieren, aus zu viel an Gewicht einfaches Kohlendioxid zu machen – und das sogar bei einer Diät, die dem menschlichen Äquivalent eines Fast-Food-Süchtigen entsprach.

Das erstaunliche Ergebnis, das in der aktuellen Ausgabe des Journals "Cell Metabolism" beschrieben wird, könnte auf längere Sicht zu einer neuen Methode führen, Übergewicht beim Menschen zu bekämpfen. Die Idee: Man könnte biologische Funktionen von Bakterien und anderen Spezies "ausborgen", um die menschliche Gesundheit zu verbessern. Doch das könnte noch eine Weile dauern, aktuell ist die Technik auf dem Stand eines Konzeptbeweises.

Um die Anti-Fett-Mäuse zu schaffen, konzentrierten sich die Forscher auf eine spezielle Stoffwechselstrategie, die sonst nur bei Bakterien und Pflanzen vorkommt, den so genannten Glyoxylatzyklus. James Liao, Professor für Biomolekular-Ingenieurwesen an der UCLA und leitender Autor der Studie, erläutert, dass dieser Signalweg "essentiell für die Zelle ist, um Fett in Zucker umzusetzen". Verwendet wird die Technik, wenn in den Zellen eines Bakteriums nicht genügend Zucker vorhanden ist; bei Pflanzen lässt sich so aus dem Fett im Samen nutzbare Energie beziehen. Liao zufolge weiß man noch nicht, warum Säugetieren diese Stoffwechselstrategie fehlt; möglicherweise liegt es daran, dass unser Körper darauf ausgelegt ist, Fett eher für später zu speichern, als es sofort zu verbrennen.

Der Glyoxylatzyklus besteht nur aus zwei Enzymen. Die Forscher transferierten die Gene für diese beiden Enzyme zunächst aus E. coli-Bakterien in menschliche Zellkulturen und fanden dabei heraus, dass sich so der Fettstoffwechsel erhöhen ließ. Überraschenderweise wurde dabei das Fett aber nicht in Zucker umgewandelt, wie dies in Pflanzen oder Bakterien erfolgt, sondern vollständig zu Kohlendioxid verbrannt. Die Forscher analysierten daraufhin die Genexpression in den Zellen und fanden heraus, dass der neue Signalweg Zellreaktionen begünstigt, die zur Verstoffwechselung von Fett statt von Zucker führt.

Die Forscher führten in einem zweiten Schritt dann die Glyoxylatzyklus-Gene in die Lebern von Mäusen ein. Während normale Vergleichstiere bei einer fettreichen Diät schnell an Gewicht zulegten, blieben die veränderten Nager "stets dünn – trotz der Tatsache, dass sie ähnlich viel fraßen und ähnlich große Mengen an Ausscheidungen produzierten". Auch die Aktivität entsprach der von unbehandelten Mäusen. Sie hatten jedoch geringere Fettniveaus in der Leber und zeigten niedrigere Cholesterinwerte. Wie bei der menschlichen Zellkultur wurde auch hier aus dem Fett kein Zucker – der hätte nämlich den gefährlichen Nebeneffekt, den Blutzuckerspiegel zu erhöhen und möglicherweise Diabetes hervorzurufen. Stattdessen wurde bei der Messung des Kohlendioxid-Outputs festgestellt, dass das überschüssige Fett sprichwörtlich verdampfte. Sichtbare Nebenwirkungen gab es zunächst keine, was nun detaillierter untersucht werden soll.

Liming Pei vom Salk Institute for Biological Studies, Co-Autor eines Editorials zu der Studie in "Cell Metabolism", warnt aber davor, dass es noch zahlreiche Entwicklungsschritte benötige, bis dieser Ansatz auch beim Menschen verwendet werden könne. Die Studie sei aber wichtig, weil sie allgemein neue Therapiestrategien aufzeige. Zuvor habe man sich bei der Übergewichtsforschung darauf konzentriert, natürliche Signalwege zu stimulieren, um Fett schneller zu verbrennen. Dass man sich nun Methoden aus anderen Organismen ausborge, die im Körper regulär nicht vorkämen, sei neu.

Liao zufolge ergeben sich daraus auch Chancen, den allgemeinen Stoffwechsel besser zu verstehen. Auch sieht er in Zukunft medizinische Ansätze. Eines Tages könne es möglich werden, Gene oder Proteine aus Bakterien beim Menschen einzuschleusen – wenn Probleme wie die Umgehung der Immunabwehr gelöst seien.

Eine andere Möglichkeit wäre, nach Medikamenten zu suchen, die die Auswirkungen der positiv wirkenden Bakterienenzyme nachbilden. Ältere Studien zeigen außerdem, dass es Glyoxylatzyklus-Aktivitäten bei höheren Spezies wie Hühnern und Ratten zu geben scheint. Das legt nahe, dass auch bei anderen Säugern noch Gene für diesen Signalweg bestehen, sie aber brach liegen. Womöglich ließen sich diese wieder "wecken".

Liao betont, dass sich seine Studie Strategien aus dem Bereich der synthetischen Biologie ausborge, einem Forschungsfeld, bei dem versucht wird, neue Funktionen bei Bakterien und anderen niederen Organismen einzufügen. Seine Strategie zeige nun, dass ähnliche Konzepte vermutlich auch bei Säugetieren lohnenswert sind – genauso wie man Bakterien schaffe, die Biosprit produzierten, könne man umgekehrt auch neue Fähigkeiten in den Körper von Mensch und Tier einführen.

"Faszinierten finde ich, dass das zeigt, dass man die synthetische Biologie für menschliche Therapieformen in einer sehr neuartigen Art und Weise nutzen könnte", meint James Collins, Biologe an der Boston University. Bei der Gen- und Proteintherapie verwende man derzeit vor allem einzelne Moleküle und ersetze etwa eine fehlende Substanz wie Insulin oder hemme ein schädliches Protein bei Krebs. Vielleicht sei es sinnvoller, Signalwege zu schaffen, die es dem Körper erlaubten, neue Fähigkeiten zu erwerben, so Collins. (bsc)