DE19711111C2 - In vitro Nachweis zur Erkennung von Darmtumoren - Google Patents
In vitro Nachweis zur Erkennung von DarmtumorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines in vitro - Nachweises von intraepithelialen
Darmbakterien, Bestandteilen derselben und Reaktionsprodukten des Wirtes auf diese, zur
Erkennung von Darmtumoren und deren Vorstufen.
Maligne Tumoren sind wegen ihrer schlechten Prognose eine ernste Bedrohung der
menschlichen Gesundheit. Die Therapiemöglichkeiten der Mehrzahl bösartiger Tumoren
sind zur Zeit noch beschränkt und vom Krankheitsstadium abhängig. Eine Früherkennung
der Krankheit, sowie deren Vorstufen gehört daher zu den vorrangigen Zielen der klinisch
wissenschaftlichen Forschung. Die Karzinogenese wird als eine Wechselwirkung
endogener (genetischer) und exogener Faktoren betrachtet. Während genetische
Veränderungen der Zelle bisher wenig Möglichkeiten zur therapeutischen Intervention
boten, erhofft man vom Verständnis der exogenen Karzinogene einen unmittelbaren
Nutzen. Am Anfang galt die Aufmerksamkeit vor allem chemischen und radioaktiven
Substanzen, da die Wirkung dieser Karzinogene in Zellkulturen und Tierexperimenten
leicht zu verfolgen ist. Mit der Entdeckung karzinogener Viren rückten die infektiösen
Ursachen der Tumorentstehung in den Vordergrund des Interesses.
Viren sind nicht die einzigen Erreger mit karzinogener Potenz. Eine Verbindung zwischen
bestimmtem Karzinomarten und einer chronischen Infektion mit Schistosoma oder
Leberegel ist seit langem bekannt.
Die Rolle der Bakterien wurde dagegen erst kürzlich aufgedeckt. So wurde Helicobacter
pylori als erstes Bakterium dem Karzinogen der Gruppe I zugeordnet (WHO/IARC
Kongreß in Lyon, 1994 und Logan RPH, Helicobacter pylori and gastric cancer, Lancet
1994, 334, 1078-79).
Die Beziehung zwischen einer permanenten Besiedelung des Magens durch Helicobacter
pylori und dem Magenkarzinom gilt als gesichert. Kolorektale Karzinome sind gleich dem
Magenkrebs eine der vorherrschenden Geschwulstkrankheiten weltweit. Die
epidemiologischen Besonderheiten der Ausbreitung kolorektaler Karzinome haben schon
in den siebziger Jahren zu der Vermutung geführt, das gastrointestinale Bakterien
ursächlich mit den kolorektalen Karzinomen zusammenhängen (Aries VC, Crowther JS,
Drasar MJ, Hill MJ and Williams REO, Bacteria and the etiology of cancer of the large
bowel, GUT 10, 334, 1969).
Trotz einer intensiven und zielgerichteten Forschung konnte die postulierte Beziehung
zwischen Magendarmbakterien und Karzinogenese bisher nur für Helicobacter pylori
gesichert werden. Der Grund dafür ist eine extreme Komplexität der Darmflora. Diese
weist im Koloninhalt Bakteriendichten bis zu 1013/g Trockengewicht auf. Die
Aufmerksamkeit galt jedoch bisher überwiegend intraluminalen Bakterien. Ob ein
Pathogen, das die Dickdarmmukosa permanent besiedelt bei der Entstehung kolorektaler
Karzinome eine Rolle spielt, ist nicht bekannt. Dies konnte mit den klassischen bekannten
bakteriologischen Methoden nicht beantwortet werden.
Es wird nun die Verwendung eines in vitro - Nachweises von intraepithelialen
Darmbakterien, Bestandteilen derselben und Reaktionsprodukten des Wirtes auf diese, zur
Erkennung von Darmtumoren und Vorstufen von Darmtumoren beschrieben.
Die Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, daß man für den in vitro Nachweis folgende
Schritte durchführt:
- a) Biopsieproben in einer wässrigen Lösung schüttelt und diese anschließend erneut in wässriger Lösung aufnimmt,
- b) Verfahrensschritt a) mehrmals wiederholt, die Überstände verwirft,
- c) die Rückstände bei Raumtemperatur in eine SDS - haltigen Lösung überführt und zur Auflösung des Gewebes und der DNA-Fraktion, vorsichtig und langsam schüttelt oder rotiert,
- d) die DNA mit Phenol und Glaskügelchen aufreinigt und anschließend in Wasser resuspendiert,
- e) die so erhaltene DNA mit universellen 16 sRNA Primern amplifiziert und anschließend die Stärke des PCR-Produktes der Probe mit der Stärke von PCR-Produkten standardisierter Bakterienlösungen bestimmter Dichte vergleicht,
- f) positive PCR-Produkte kloniert und sequenziert und schließlich
- g) die in der Biopsie gefundenen DNA-Sequenzen mit den bekannten bakteriellen DNA-Sequenzen aus DNA-Datenbanken vergleicht.
Der Nachweis kann vielfältig modifiziert werden. Es können speziesspezifische Primer für
die PCR angewandt werden. Es können Virulenzfaktoren gezielt in der Biopsieprobe oder
sogar in Stuhlproben nachgewiesen werden. Es kann ferner eine in situ Hybridisierung
durchgeführt werden. Ferner kann ein immunhistochemischer und
elektronenmikroskopischer Nachweis von Bakterien in der Mukosa durchgeführt werden.
Ebenfalls denkbar sind nuklearmedizinische Methoden wie Szintigraphie oder Atemtest.
Die in Verfahrensschritt a) des Nachweises verwendete wässrige Lösung ist vorzugsweise
eine physiologische Kochsalzlösung.
Die in Verfahrensschritt c) des Nachweises verwendete SDS - haltige Lösung ist
vorzugsweise eine 0,5-5%ige SDS/physiologische Kochsalzlösung.
Vorzugsweise beträgt die Zeit für das Schütteln der Biopsieproben in Verfahrensstufe a)
des Nachweises 10-120 s, besonders bevorzugt 30-60 s.
Vorzugsweise werden die Biopsieproben in Verfahrensstufe a) des Nachweises in 100-
1000 µl physiologischer Kochsalzlösung aufgenommen, besonders bevorzugt in 500 µl.
Vorzugsweise wird der Verfahrensschritt a) des Nachweises 5-20 mal wiederholt,
besonders bevorzugt 7-10 mal.
Vorzugsweise werden die Fraktionen in Verfahrensschritt c) des Nachweises in ein
Volumen von 100-50 µl 0,5-5%ige SDS/physiologische Kochsalzlösung gegeben, wobei
besonders bevorzugt eine 1%ige Lösung ist.
Die bevorzugte Zeit des Schüttelns und Rotierens in Verfahrensstufe c) des Nachweises
beträgt 10-24 Stunden, besonders bevorzugt 12 Stunden.
Vorzugsweise wird in Verfahrensstufe d) des Nachweises in einem Volumen von 10-50 µl
Wasser resuspendiert, besonders bevorzugt in einem Volumen von 20 µl Wasser.
Die Verwendung betrifft insbesondere den Nachweis von E. coli Bakterien in
Dickdarmbiopsien.
Der in vitro Nachweis kommt auch bei der Untersuchung von Proben anderer
Körperkompartimenten wie Lymphe und Körperflüssigkeiten wie Blut, Flüssigkeiten des
Magen-Darm-Traktes und Flüssigkeiten benachbarter Gewebe des Magen und des Darmes
zur Anwendung. Reaktionsprodukte des Wirtes auf den Befall mit E. coli oder anderen für
den Tumorbefall charakteristischen Bakterien können mittels gebräuchlicher analytischer
Methoden, zum Beispiel einem Immunoassay, nachgewiesen werden.
Die erfindungsgemäße Verwendung des in vitro Nachweises bezieht sich auf E. coli,
Bestandteile von E. coli, Reaktionsprodukte des Wirtes auf E. coli und verwandte
Bakterien in der Darmmucosa oder anderen Kompartimenten des Körpers außerhalb des
Magen-Darmlumens.
Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindungsgemäße, ohne diese auf die
Beispiele einzuschränken.
Gewebe von Biopsien wurden in physiologische Kochsalzlösung gegeben und zwei
Stunden bei 4°C bis zur weiteren Verwendung gehalten. Jede Probe wurde kräftig mit
einem Zerkleinerer (Vortexstab) 1 Minute lang in einem 1,5 ml Plastik - Tube zerkleinert
und anschließend in 500 µl frische physiologische Kochsalzlösung gegeben. Dieser
Vorgang wurde 8mal wiederholt. Danach wurde die Probe bei Raumtemperatur in einer 1
%igen SDS - Kochsalzlösung inkubiert und über Nacht abzentrifugiert.
Aus dem Überstand wird DNA mit Phenol extrahiert, unter Verwendung eines GeneClean
Kits weiter aufgereinigt uns schließlich in 30 µl Wasser, das für die
Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) verwendet wird, resuspendiert.
Das 5' - Ende der 16S rmA Gene (600 bp) wurde mittels PCR unter Verwendung eines
Universal - Primers für Bakterien amplifiziert:
Die 13 zusätzlichen Nukleotide (unterstrichen) wurden für die Klonierung an das 5' - Ende
gebunden.
Um falsche positive PCR - Ergebnisse zu vermeiden, wurden vor- und nach-PCR - Stufen
in verschiedenen Aufbauten und parallele Kontrollexperimenten unter Weglassen von
template DNA durchgeführt.
Die Bakterienmenge in den Proben wurde mittels elektrophoretischem Vergleich der PCR
- Proben zu PCR - Standard - Lösungen von Bakterien mit 105, 104, 103, 102 und 10
colony forming units (cfus) pro µl nach 25 and 30 Thermozyklen gemessen. Für die
Sichtbarmachung wurde das Agarosegel mit Ethidiumbromid behandelt. Lösungen mit 10
cfus/µl gaben kein PCR - Signal. Proben - PCR - Signale mit 102 cfus/µl waren zu
schwach für weitere Stufen und wurden als negativ betrachtet.
Für die Bestimmung der Bakterienzusammensetzung in der Probe mit positivem PCR -
Signal wurden amplifizierte 16S rRNA Sequenzen in ein pCMV-LIC Vektor gemäß einem
ligationsunabhängigem Klonierungsprotokoll kloniert. In einem Sequencer wurden für
jede Biopsie zwischen 40 bis 200 Klone sequenziert. Die Bakteriensequenzen wurden
analysiert und wie zuvor beschrieben mit 16S rRNA Primärstrukturen aus Datenbanken
verglichen.
Zum Nachweis der Ausführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden von
Menschen Biopsien entnommen.
Hierzu wurden 82 Menschen konsekutiv kolonoskopiert. Die entnommenen
Dickdarmbiopsien wurden auf das Vorkommen intraepithelialer Keime untersucht.
Es wurden drei Gruppen gebildet:
- 1. Normalgruppe:
42 Menschen mit makroskopisch und histologisch unauffälligen kolonoskopischen Befund - 2. Adenomgruppe:
22 Menschen mit tubulovillösen Adenomen - 3. Karzinomgruppe:
18 Menschen mit Karzinomen, davon 11 bei Zustand nach Kolonresektion vor weniger als drei Jahren, wobei vier der resezierten Patienten rezidivfrei waren
Keiner der Untersuchten hatte eine familiäre Polyposis oder bekam zwei Wochen vor der
Untersuchung Antibiotika. Von jedem Untersuchten wurden 1 bis 7 Biopsien entnommen.
Diese Biopsien wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf intraepitheliale und
verwandte E. coli Bakterien untersucht.
Wenn möglich wurden Biopsien sowohl aus der tumorverdächtigen als auch aus der
normalen Mukosa entnommen.
Das Geschlecht, das Durchschnittsalter und die Altersstruktur der Untersuchten in den drei
Gruppen ist wie folgt:
Die quantitative Bestimmung der Bakterienkonzentration erfolgte in 103, 56 und 47
Biopsien von Untersuchten aus der Normal-, Adenom- und Karzinomgruppe.
In 37 von 42 Untersuchten der Normalgruppe wurden keine Bakterien gefunden (0 bis 100
cfu/µl). Dagegen befanden sich Bakterienkonzentrationen zwischen 103 und 105 cfu/µl in
mindestens einer Biopsie bei allen untersuchten der Karzinomgruppe und bei 21 von 22
Untersuchten der Adenomgruppe. Bakterien wurden ebenfalls in 23 der 44 Biopsien aus
der normalen Mukosa der Untersuchten aus der Adenomgruppe und 31 der 37 Biopsien
aus der Karzinomgruppe gefunden.
PCR positive Biopsien aus der normalen Mukosa und aus Tumorgewebe von Untersuchten
wurden wie folgt ermittelt:
5, 26 und 32 PCR-Produkte aus den Biopsien der Normal-, Adenom- und
Karzinomgruppen wurden kloniert und sequenziert. In der Normalgruppe wurden je eine
Probe pro Untersuchtem sequenziert. In den Adenom/Karzinomgruppen wurden alle
positiven PCR-Produkte aus dem Tumor kloniert und sequenziert. Von den Stufenbiopsien
aus normalen Kolonabschnitten der Tumorgruppen wurde jeweils die Probe mit der
maximalen Bakterienkonzentration ausgewählt, kloniert und sequenziert.
80% aller sequenzierter Klone in 17 von 21 Untersuchten aus der Adenomgruppe und 17
von 18 Untersuchten aus der Karzinomgruppe enthielten die E. coli Sequenz.
In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der quantitativen PCR und die Resultate der
Sequenzanalyse klonierter PCR Produkte aufgeführt.
Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß sowohl in Biopsien normal aussehender
Schleimhaut als auch in Biopsien von Tumorgewebe der Untersuchten mit Kolonkarzinom
und Kolonadenom intraepitheliale Bakterien vorhanden sind.
Claims (18)
1. Verwendung eines in vitro - Nachweises von intraepithelialen Darmbakterien,
Bestandteilen derselben und Reaktionsprodukten des Wirtes auf diese, zur
Erkennung von Darmtumoren und Vorstufen von Darmtumoren.
2. Verwendung eines in vitro Nachweises von E. coli, Bestandteilen von E. coli,
Reaktionsprodukten des Wirtes auf E. coli und verwandten Bakterien in der
Darmmucosa oder anderen Kompartimenten des Körpers außerhalb des Magen-
Darmlumens zur Erkennung von Darmtumoren.
3. Verwendung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
für den in vitro Nachweis folgende Schritte durchführt:
- a) Biopsieproben in einer wässrigen Lösung schüttelt und diese anschließend erneut in wässriger Lösung aufnimmt,
- b) Verfahrensschritt a) mehrmals wiederholt, die Überstände verwirft,
- c) die Rückstände bei Raumtemperatur in eine SDS - haltigen Lösung überführt und zur Auflösung des Gewebes und der DNA-Fraktion, vorsichtig und langsam schüttelt oder rotiert,
- d) die DNA mit Phenol und Glaskügelchen aufreinigt und anschließend in Wasser resuspendiert,
- e) die so erhaltene DNA mit universellen 16 sRNA Primern amplifiziert und anschließend die Stärke des PCR-Produktes der Probe mit der Stärke von PCR-Produkten standardisierter Bakterienlösungen bestimmter Dichte vergleicht,
- f) positive PCR-Produkte kloniert und sequenziert und schließlich.
- g) die in der Biopsie gefundenen DNA-Sequenzen mit den bekannten bakteriellen DNA-Sequenzen aus DNA-Datenbanken vergleicht.
4. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in
Verfahrensschritt a) verwendete wässrige Lösung eine physiologische
Kochsalzlösung ist.
5. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in
Verfahrensschritt c) verwendete SDS - haltige Lösung eine 0,5-5%ige SDS/
physiologische Kochsalzlösung ist.
6. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit für das
Schütteln der Biopsieproben in Verfahrensstufe a) 10-120 s beträgt.
7. Verwendung gemäß den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit
für das Schütteln der Biopsieproben in Verfahrensstufe a) 30-60 s beträgt.
8. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Biopsieproben
in Verfahrensstufe a) in 100-1000 µl physiologischer Kochsalzlösung
aufgenommen werden.
9. Verwendung gemäß den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Biopsieproben in 500 µl physiologischer Kochsalzlösung aufgenommen werden.
10. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verfahrensschritt a) 5-20 mal wiederholt wird.
11. Verwendung gemäß den Ansprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verfahrensschritt a) 7-10 mal wiederholt wird.
12. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionen in
Verfahrensschritt c) in ein Volumen von 100-500 µl 0,5-5%ige SDS/physiolo
gische Kochsalzlösung gegeben werden.
13. Verwendung gemäß den Ansprüchen 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fraktionen in Verfahrensschritt c) in ein Volumen von 100-50 µl %ige SDS/
physiologische Kochsalzlösung gegeben werden.
14. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit des
Schütteins und Rotierens in Verfahrensstufe c) 10-24 Stunden beträgt.
15. Verwendung gemäß den Ansprüchen 3 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeit des Schütteins und Rotierens in Verfahrensstufe c) 12 Stunden beträgt.
16. Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Verfahrensstufe
d) in einem Volumen von 10-50 µl Wasser resuspendiert wird.
17. Verwendung gemäß den Ansprüchen 3 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß in
Verfahrensstufe d) in einem Volumen von 20 µl Wasser resuspendiert wird.
18. Verwendung gemäß den Ansprüchen 1-17 in Proben von Körperkompartimenten
wie Lymphe und Körperflüssigkeiten wie Blut, Flüssigkeiten des Magen-Darm-
Traktes und Flüssigkeiten benachbarter Gewebe des Magen und des Darmes.
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