Bakterien, die Tumore von innen heraus fressen

Bakterielle Mäuler und genetische Schaltkreise: Ein radikaler Angriff von innen nach außen

Am 24. Februar 2026 veröffentlichte ein Team unter der Leitung der University of Waterloo einen Proof-of-Concept, der eine langjährige Beobachtung in eine programmierbare Therapie verwandelt: Wissenschaftler verändern Bakterien gentechnisch so, dass sie in die sauerstoffarmen Kerne solider Tumoren eindringen und diese von innen heraus verzehren. Die Idee beruht auf einer einfachen ökologischen Tatsache – viele solide Tumoren enthalten nekrotische, nährstoffreiche Taschen, in denen kein Sauerstoff vorhanden ist – und einem zunehmend hochentwickelten Werkzeugkasten der synthetischen Biologie, der lebenden Mikroben Kontrolle, Sicherheit und zeitliche Steuerung verleihen kann. Die Waterloo-Gruppe verwendete Clostridium sporogenes, eine anaerobe Bodenmikrobe, die nur dort keimt und wächst, wo Sauerstoff fehlt, und fügte dann genetische Schalter hinzu, sodass das Bakterium Sauerstofftoleranz-Merkmale erst aktiviert, wenn es sich in einem Tumor angesammelt hat.

Das Ergebnis ist keine geistlose Mikrobe; es ist ein programmierter Wirkstoff, der die Populationsdichte und die lokale Chemie wahrnimmt, bevor er sein Verhalten ändert. Diese Kombination aus metabolischer Präferenz und DNA-Logik ist der Grund, warum Forscher diese Ansätze heute als kontrollierbar und nicht einfach als gefährlich einstufen. Dennoch befindet sich das System noch im präklinischen Stadium: Bisher wurden Tiere, keine Patienten, getestet, und es bleiben zahlreiche technische und regulatorische Hürden, bevor klinische Studien am Menschen beginnen können.

Gentechnisch veränderte Bakterien fressen: Sauerstoffsensor-Schaltkreise

Die Forscher aus Waterloo lösten ein praktisches Problem, das die bakterielle Krebstherapie seit Jahrzehnten verfolgt. Anaerobe Bakterien keimen zuverlässig im sauerstofffreien Tumorkern, wo sie sich von abgestorbenen Zellen ernähren und vermehren, sterben jedoch in der Regel ab oder werden eliminiert, wenn sie sich in Richtung der besser mit Sauerstoff versorgten Tumorränder ausbreiten. Um dies zu beheben, führte das Team ein Gen eines verwandten Organismus ein, das die Sauerstofftoleranz erhöht – schaltete es jedoch nicht permanent ein. Stattdessen konstruierten sie einen Quorum-Sensing-Schaltkreis, der die Sauerstoff-Rettungsgene erst aktiviert, wenn sich genügend Bakterien im Inneren des Tumors angesammelt haben.

Quorum Sensing ist ein bakterieller Kommunikationsmechanismus: Zellen setzen kleine Moleküle frei, die sich mit zunehmender Populationsdichte anreichern und koordinierte Verhaltensweisen auslösen, sobald ein Schwellenwert erreicht ist. Diese Schwellenwertsteuerung verhindert, dass die modifizierten Clostridien die Überlebensmechanismen für Sauerstoff exprimieren, während sie durch den Körper zirkulieren, wodurch das Risiko sinkt, dass die manipulierten Bakterien in gesundem, sauerstoffreichem Gewebe wachsen. In Labortests verifizierten die Forscher den Schaltkreis zunächst, indem sie das therapeutische Gen durch einen Fluoreszenzmarker ersetzten, was den Zeitpunkt und die Lokalisierung der Aktivierung bestätigte. Der nächste Schritt besteht darin, das Sauerstofftoleranz-Modul mit den abtötenden oder nährstoffverzehrenden Funktionen in einem einzigen Stamm zu kombinieren und die Wirksamkeit und Sicherheit in fortgeschritteneren Tiermodellen zu evaluieren.

Gentechnisch veränderte Bakterien fressen: Trojanische Lieferung onkolytischer Viren

Die gentechnische Veränderung von Bakterien zum Verzehr von Tumoren ist nur ein Zweig eines breiteren Trends, der Mikroben als Transportmittel nutzt. An der Columbia University haben Teams gezeigt, dass tumorsuchende Bakterien wie Trojanische Pferde fungieren können, um krebsabtötende Viren in Tumoren einzuschleusen, die virale Therapien andernfalls neutralisieren oder ausschließen würden. In diesem System wandern Bakterien wie abgeschwächte Salmonellen gezielt in sauerstoffarme Tumornischen, dringen in Krebszellen ein, lysieren dann und setzen ein onkolytisches Virus direkt in der Tumorumgebung frei.

Entscheidend ist, dass die Columbia-Plattform molekulare Sicherheitsvorkehrungen einbettet: Das manipulierte Virus ist für seine korrekte Reifung von einem Enzym oder einer Protease abhängig, die das Bakterium liefert, sodass sich infektiöse Viruspartikel nur dort bilden können, wo Bakterien vorhanden sind. Diese synthetische Interdependenz soll die Ausbreitung des Virus in gesundem Gewebe verhindern und das Risiko einer systemischen Infektion verringern – ein wichtiges Sicherheitsmerkmal auf dem Weg zur klinischen Anwendung. Der Ansatz der Trojaner-Bakterien ergänzt somit die Strategie des „Auffressens von innen“, indem er den bakteriellen Tumortropismus mit der zellabtötenden Replikationskraft von Viren kombiniert.

Engineering der Tumormikroumgebung und reprogrammierte Immunzellen

Diese mikrobiellen Strategien stehen neben einer Reihe von Arbeiten, die das schützende Ökosystem des Tumors angreifen, anstatt die Krebszellen direkt zu adressieren. Mehrere Gruppen, darunter Teams am Mount Sinai und am KAIST, programmieren die Tumormikroumgebung um – und verwandeln die Immunzellen, die den Krebs normalerweise abschirmen, in Zerstörungswerkzeuge. Mount Sinai funktionierte CAR-T-Zellen um, um auf tumorassoziierte Makrophagen abzuzielen, sie zu entfernen oder umzuprogrammieren und den Tumor so für Immunangriffe zu öffnen. Das KAIST entwickelte einen Lipid-Nanopartikel-Ansatz, um Makrophagen in situ so umzuprogrammieren, dass sie zu CAR-Makrophagen werden, ohne Zellen aus dem Patienten entnehmen zu müssen.

Unabhängig davon entwickelten das MIT und Kooperationspartner Antikörper-Lektin-Hybride, die die Zucker-„Tarnung“ einer Krebszelle abstreifen und so glykanbasierte Immunbremsen lösen, damit Makrophagen und andere Immunzellen Tumoren erkennen können. Zusammengenommen zeigen diese Studien eine konvergente Strategie: Die Kombination von Mikroben, die Tumoren besiedeln und stören, Viren, die Krebszellen lysieren, und Immunreprogrammierung, um die Antitumorreaktion aufrechtzuerhalten und auszuweiten. Jeder Ansatz zielt auf einen anderen Bestandteil der Tumorfestung ab – Sauerstoffgehalt, schützende Makrophagen, Immun-Checkpoints –, was Kombinationsbehandlungen zu einer attraktiven Langzeitvision macht.

Wie Wissenschaftler Bakterien konstruieren, um Tumoren anzuvisieren

Gentechnik für das Tumor-Targeting ist heute ein vielschichtiges technisches Problem: Forscher wählen einen Chassis-Organismus mit den richtigen biologischen Präferenzen (zum Beispiel Anaerobier, die sauerstofffreie Kerne bevorzugen) und fügen dann Gene hinzu oder löschen diese, um den Stoffwechsel, die Oberflächenerkennung oder das Überleben zu verändern. Sie verwenden DNA-Schaltkreise – synthetische Konstrukte, die sich wie elektrische Schaltkreise verhalten –, um die Expression therapeutischer Funktionen zu steuern, sowie Quorum-Sensing oder andere Sensoren für die zeitliche Aktivierung. In einigen Systemen tragen Bakterien Ladungen wie onkolytische virale RNA, Enzyme, die Prodrugs in aktive Toxine umwandeln, oder immunstimulierende Moleküle, die Killer-T-Zellen und natürliche Killerzellen anlocken.

Dies sind keine Standardmodifikationen. Die Teams testen jedes Element – die Abschwächung der Krankheitserreger, die Genauigkeit der Schaltkreise, die Aktivierung der Nutzlast und molekulare Sicherheitsschlösser – intensiv in Zellkulturen und mehreren Tiermodellen. Die in diesem Winter und im letzten Jahr veröffentlichten Arbeiten dokumentieren sowohl die molekularen Designs als auch die schrittweise Validierung, die erforderlich ist, um die Machbarkeit zu demonstrieren, bevor Studien am Menschen in Erwägung gezogen werden können.

Risiken, Sicherheitstechnik und der Weg zu den Patienten

Bakterientherapie birgt reale Risiken: unbeabsichtigte Infektionen, Sepsis, horizontaler Gentransfer auf andere Mikroben und kollaterale Gewebeschäden durch entzündliche Immunreaktionen. Aus diesem Grund konzentrieren sich moderne Designs stark auf integrierte Sicherheit: Quorum-Sensing-Schwellenwerte, synthetische Abhängigkeiten zwischen Virus und Bakterium, Protease-Gating und Chassis-Stämme mit gut charakterisierter Abschwächung. Entwickler erforschen auch Kill-Switches und Antibiotika-Sensitivitäts-Sicherungen, damit Kliniker die manipulierten Mikroben bei Bedarf eliminieren können.

Die regulatorischen und produktionstechnischen Herausforderungen sind erheblich. Lebende Medikamente erfordern eine konsistente, sterile Produktion und robuste Qualitätskontrollen, um sicherzustellen, dass genetische Konstrukte nicht mutieren oder aus der Eindämmung entweichen. Die klinische Umsetzung erfordert sorgfältig abgestufte Humanstudien, die zunächst die Sicherheit in kleinen Kohorten beweisen und dann testen, ob diese Strategien einen signifikanten Nutzen gegenüber bestehenden Therapien bieten. Mehrere Teams und Start-ups, die aus den Forschungsgruppen hervorgegangen sind, arbeiten bereits an der Umsetzung, aber ein vorsichtiger Zeitplan – mehrere Jahre bis zu einem Jahrzehnt – ist für erste Studien am Menschen für viele dieser Konstrukte realistisch.

Können Bakterien Krebstumoren tatsächlich von innen heraus auffressen? Die kurze Antwort lautet: In Tiermodellen ja. Anaerobe Mikroben können nekrotische Tumorkerne besiedeln und verzehren, Massen abgestorbenen Tumorgewebes schrumpfen lassen und Entzündungssignale freisetzen, die Immunreaktionen rekrutieren. Aber die Beseitigung eines gesamten Tumors, insbesondere der sauerstoffreichen Ränder und metastatischen Stellen, erfordert in der Regel Kombinationsstrategien, die Immun-Effektoren, Viren oder zielgerichtete Medikamente ins Spiel bringen. Die Bakterientherapie ist daher am vielversprechendsten als eine Komponente in multimodalen Therapien und nicht als alleiniges Heilmittel.

Was ist Bakterientherapie und wie wird sie eingesetzt? Bakterientherapie ist der gezielte Einsatz lebender Bakterien als therapeutisches Mittel. In der Onkologie kann dies Bakterien bedeuten, die Tumorgewebe direkt verzehren, Bakterien, die Medikamente oder Viren in Tumoren transportieren, oder Bakterien, die gentechnisch so verändert wurden, dass sie Moleküle sezernieren, die das Immunsystem modulieren. Historisch lässt sich das Feld bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts zurückverfolgen, aber die moderne synthetische Biologie hat den Forschern die Werkzeuge gegeben, weitaus präzisere und potenziell sicherere lebende Medikamente zu bauen.

Wie nah sind wir der klinischen Anwendung? Einige bakterielle und von Bakterien abgeleitete Produkte sind bereits in die klinische Erprobung gegangen, und ein Vorteil der neuen Designs besteht darin, dass sie oft Chassis oder Komponenten mit bereits bekannten Sicherheitsprofilen wiederverwenden. Dennoch bleiben die spezifischen sauerstofftoleranten, Quorum-gesteuerten Clostridien und die in jüngsten Arbeiten beschriebenen Bakterien-Virus-Hybride präklinisch. Bemühungen zur klinischen Translation sind im Gange, und Patente sowie Spin-offs deuten darauf hin, dass sich kommerzielle Wege bilden, aber robuste Daten am Menschen liegen noch Jahre entfernt.

Quellen

• University of Waterloo (Forschung zu Clostridium sporogenes und Quorum-Sensing-Schaltkreisen)
• Columbia University School of Engineering and Applied Science (Bakterien, die onkolytische Viren liefern)
• Icahn School of Medicine at Mount Sinai (Makrophagen-orientierte CAR-T-Forschung)
• Massachusetts Institute of Technology und Stanford University (Antikörper-Lektin-Chimären / Glyko-Immun-Checkpoint-Forschung)
• ACS Synthetic Biology (Fachzeitschrift-Referenz für die Quorum-Sensing-Konstruktion)
• Nature Biomedical Engineering (Publikation zu gentechnisch veränderten Bakterien und onkolytischen Viren)
• Cancer Cell (Makrophagen-orientierte CAR-T-Studie)
• Nature Biotechnology (AbLec Glyko-Checkpoint-Publikation)