Im und am menschlichen Körper leben viele heute noch nicht vollständig bekannte Bakterien. (Foto: Colourbox.com)
Im und am menschlichen Körper leben viele heute noch nicht vollständig bekannte Bakterien. (Foto: Colourbox.com)

Das menschliche Mikrobiom

Jeder Mensch teilt seinen Körper mit unzähligen kleinen Lebewesen, wie Bakterien. Bis vor wenigen Jahren wurde ihre Bedeutung verkannt. Heute weiß man: Bakterien können einen großen Einfluss auf die Gesundheit und sogar das Verhalten eines Menschen haben. Der Mikrobiologe Prof. Dr. Gary Sawers erläutert die Hintergründe.

Jeder Mensch hat einen individuellen mikrobiellen Fingerabdruck. Die Zusammensetzung der Mikroorganismen, die in unserem Körper leben, ist von Person zu Person verschieden – und lässt sich auch nicht ohne Weiteres übertragen oder verändern. Viel mehr noch: Die ersten drei Lebensjahre eines Menschen bestimmen seinen mikrobiellen Haushalt langfristig. Diese kurze Zeit kann weitreichende Folgen für seine Entwicklung haben. Die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die in und an uns leben, beschreiben wir mit dem Begriff „Mikrobiota“. Diese Organismen können in unserem Körper leben, ohne ihm zu schaden – manchmal helfen sie sogar. In anderen Fällen sind sie pathogene Krankheitserreger.

Gary Sawers hat Biochemie in seiner Heimat Schottland studiert und ist seit 2007 Professor für Allgemeine Mikrobiologie an der Uni Halle. (Foto: Markus Scholz)

Bisher gibt es keine vollständige Liste mit allen Bakterien im menschlichen Körper und ihrer Wirkung. Das liegt daran, dass viele dieser Bakterien im Labor nur schwer zu kultivieren sind und sich deswegen nur schwer erforschen lassen. Allerdings können wir dank moderner DNA-Analysemethoden bereits ihr Erbgut bestimmen. Deshalb hat sich mittlerweile der Begriff „Mikrobiom“ durchgesetzt, der die Gesamtheit der Gene aller den Menschen besiedelnden Mikroorganismen beschreibt. Weil diese modernen Methoden erst seit wenigen Jahren verfügbar sind, beginnen wir jetzt erst zu verstehen, welchen Einfluss zum Beispiel Bakterien auf unseren Körper haben.

Bakterien helfen dem Körper

Bekannt ist, dass eine ausgewogene Darmflora gut für die Verdauung ist. Bakterien haben aber auch einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung unseres Körpers. In Laborversuchen haben Wissenschaftler Mäuse gezüchtet, die komplett keimfrei aufgewachsen sind. Diese Mäuse waren vom eigenen Erbgut her identisch mit Artgenossen, die Kontakt mit Bakterien hatten. Sie waren aber deutlich kleiner, auch ihr Gehirn war weniger entwickelt und ihre Herz-Funktion war beeinträchtigt. Bakterien verändern also nicht direkt unser Erbgut, haben aber doch einen Einfluss darauf, wie es in unseren Zellen abgelesen und angewendet wird.

Das geschieht in etwa so: Bakterien haben einen Primärstoffwechsel – dabei verarbeiten sie Stoffe aus unserer Ernährung zu anderen Stoffen, die in unserem Körper wirken. Diese möglicherweise wichtigen Signalstoffe lassen sich identifizieren, indem man Vorhersagen aus der Analyse des Mikrobioms mit Laborversuchen zu Stoffwechselwegen kombiniert. Ein Beispiel ist Schwefelwasserstoff, der in hohen Konzentrationen giftig ist, in geringen Konzentrationen aber förderlich für die menschliche Entwicklung sein kann. Dabei handelt es sich um einen Signalstoff, der zum Teil durch Bakterien, wie Salmonella, produziert wird und die Durchblutung fördert. Damit kann der Stoff einen positiven Effekt auf unser Herz-Kreislauf-System haben.

Botenstoffe fürs Gehirn

In Ruhephasen, oder wenn nicht genügend Nährstoffe zur Verfügung stehen, betreiben viele Bakterien zusätzlich einen Sekundärstoffwechsel – hier entstehen mitunter ganz andere chemisch komplexere Stoffwechselprodukte. Über diesen Prozess ist in vielen Fällen noch sehr wenig bekannt: Weder wissen wir, welche Bakterien welche Stoffe produzieren, noch welche Folgen sie auf unseren Körper haben. Neuere Studien legen aber zum Beispiel einen Zusammenhang zwischen bestimmten Bakterien und der Entwicklung unseres Gehirns nahe: Die Botenstoffe aus dem Darm gelangen über die Blutbahn und das Nervensystem ins Hirn und können dort womöglich zu Depressionen oder neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson führen.

Derzeit wird gerade dieses Thema in den Medien sehr hitzig diskutiert, es ist aber noch sehr viel Forschungsarbeit notwendig, um die genauen Zusammenhänge besser zu verstehen. Allerdings lässt sich die Thematik ganz gut mit dem Spruch zusammenfassen: „Du bist, was du isst.“ Protokoll: Tom Leonhardt

Der Text erscheint in der Print-Ausgabe in der Rubrik „Kontext“. Darin setzen sich Wissenschaftler der Martin- Luther-Universität mit einem aktuellen Thema aus ihrem Fach auseinander, erklären die Hintergründe und ordnen es in einen größeren Zusammenhang ein.Gary Sawers (Foto: Markus Scholz)[/caption]All of the microorganisms living in and on us fall under the term “microbiota”. These organisms can live in our bodies without harming it – often they are beneficial. In other cases they are pathogenic agents. There is currently no complete list of all the bacteria in the human body and their effects. This is because many of these bacteria are difficult to cultivate in the lab, making research on them challenging. However, thanks to modern DNA analysis methods we are able to identify their genetic makeup. Meanwhile “microbiome” has become the term used to describe all of the genes of the microorganisms related to the human body. Since these state-of-the-art methods have only been available for a few years, we are just now understanding, for example, how bacteria influence our bodies.

It is well known that a balanced gut flora is good for digestion. Bacteria also play a decisive role in the way our body develops. In lab trials researchers have bred mice that have grown up completely free of germs. These mice had the identical genetic makeup to mice that had contact with bacteria. However, they were much smaller, their brains were less developed and their heart function was impaired. Bacteria do not directly change our genome; however, they do impact how it is read and used in our cells.

Signaling substances for the brain

This is how it works: bacteria have a primary metabolism – they process substances from our food into other substances that work in our body. These potentially important signaling substances can be identified by combining predictions from the analysis of the microbiome with lab trials on metabolic pathways. One example is hydrogen sulphide, which is toxic in high concentrations but can be beneficial to human development in low concentrations. This is a signalling substance that is partly produced by bacteria, such as Salmonella, and which promotes blood circulation. This means the substance can have a positive effect on our circulation system. In periods of inactivity, or when there is an insufficient supply of food, many bacteria carry out a secondary metabolism – producing very different, chemically more complex metabolic products. In many cases, little is known about these processes. We don’t know which bacteria produce which substances, nor do we know the consequences they have for our bodies. More recent studies have found that there is a correlation between certain bacteria and brain development.  The signalling substances from the gut enter the brain via the bloodstream and nervous system and can potentially lead to depression or neurodegenerative diseases like Parkinson’s. Currently this topic is receiving a lot of attention in the media; however, a lot of research is still required in order to better understand exact correlations. Nevertheless, the subject can be summarized well by the phrase “you are what you eat”. Transcript: Tom Leonhardt

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