Een gezonde huid heeft een bacterieel schild om te beschermen tegen ziektekiemen: het microbioom. Deze complexe verzameling micro-organismen werd voorheen als moeilijk te ontcijferen beschouwd. Een team van onderzoekers is er nu in geslaagd het enzym benzonase te gebruiken om de levende bacteriën in huidmonsters te identificeren door middel van sequencing. Hun methode opent nieuwe mogelijkheden voor diagnose en behandeling in de dermatologie.
Bij veel huidziekten, zoals atopische dermatitis en acne, is de bacteriële laag die de huid beschermt beschadigd. “Ons doel is om te leren welke rol de verschillende soorten huidbacteriën bij dergelijke ziekten spelen”, zegt Dr. Martin Köberle, hoofd van het laboratorium voor dermato-infecties van het Klinikum Rechts der Isar van de Technische Universiteit van München (TUM).
Eerdere pogingen van dermatologen om de gedetailleerde samenstelling van het microbioom te onderzoeken, hebben op obstakels gestuit. De reden: in conventionele culturen die op agarplaten worden gekweekt, gedijen niet alle bacteriën even goed en vermenigvuldigen ze zich even goed. Als gevolg hiervan kunnen sommige langzaam groeiende soorten volledig over het hoofd worden gezien. Het nadeel van recentere genetische analysemethoden is dat grote hoeveelheden DNA-sequenties van huidcellen en fragmenten van dode bacteriën worden opgevangen. Dit vermindert de informatiewaarde van de resultaten.
Dr. Köberle en de bioloog Dr. Yacine Amar, beiden onderdeel van het team van prof. Biedermann in de kliniek en polikliniek voor dermatologie en allergologie van de TUM, hebben in samenwerking met een internationaal, interdisciplinair team een methode ontwikkeld voor het verwijderen van de niet-doelsoorten van het DNA. . Ze gebruikten een bijzondere eigenschap van het enzym benzonase. Het vernietigt de nucleotideketens die erfelijke informatie in alle levende wezens dragen door ze op te splitsen in korte fragmenten. Alleen levende bacteriën waarvan het DNA wordt beschermd door een buitenste celwand, ontsnappen aan vernietiging door het enzym.
Benzonase wordt al langer gebruikt om bijvoorbeeld eiwitten te zuiveren: de enzymen breken alle vreemde DNA- en RNA-fragmenten af. Deze kunnen vervolgens in een centrifuge worden verwijderd, waarbij de eiwitten achterblijven. De selectie van huidbacteriën werkt volgens hetzelfde principe: Genetisch materiaal van huidcellen of dode bacteriën wordt door het enzym afgebroken en kan vervolgens van het monster worden gescheiden. De resterende bacteriën kunnen mechanisch worden vernietigd, waardoor hun DNA kan worden bestudeerd.
“Onze experimenten hebben aangetoond dat we met deze methode inderdaad het niet-doelwit-DNA volledig kunnen elimineren en het huidmicrobioom kunnen selecteren”, zegt projectleider Yacine Amar. In het lab bestudeerde hij aanvankelijk kunstmatige monsters die een mengsel van menselijke cellen en dode en levende bacteriën bevatten, gemaakt volgens een strikt protocol en voorbehandeld met benzonase.
“Het proces dat toen werd gebruikt – bekend als 16S-sequencing – leverde een zeer nauwkeurig beeld op van de samenstelling van de intacte bacteriën”, zegt de onderzoeker. De analyse van echte huidswabs was net zo succesvol: er werd geen achtergebleven DNA van dode bacteriën in de monsters gevonden.
Dr. Köberle is ervan overtuigd dat deze benadering ook een sleutelrol zal spelen in toekomstig onderzoek: “De op enzymen gebaseerde selectie van levende huidbacteriën kan ons helpen microbiële biomarkers te vinden voor bepaalde dermatologische ziekten en ook om de bacteriën te identificeren die een positieve invloed hebben over het verloop van de ziekte. Misschien zullen ze ooit in behandelingen worden gebruikt.” De nieuwe methode voor microbioomanalyse wordt al gebruikt in veel cohortonderzoeken naar huidziekten bij de TUM-kliniek en Polikliniek voor Dermatologie.