Mikrobiom
Die Ausdrücke Mikrobiom und Mikrobiota (griechisch μικρός mikrós ‚klein‘, griechisch βίος bios ‚Leben‘) bezeichnen im weitesten Sinn die Gesamtheit aller Mikroorganismen der Erde (als Teil des Bioms), welche die Erdkruste, die Gewässer und die Erdatmosphäre besiedeln.
Im engeren Sinn ist die Gesamtheit aller Mikroorganismen gemeint, die ein vielzelliges Lebewesen natürlicherweise (d. h. ohne Auslösung von Krankheitssymptomen) besiedeln.[1] Es werden auch spezielle Teil-Mikrobiome/-Mikrobiota des Körpers eines solchen Lebewesens (also von bestimmten Körperteilen oder -bereichen) mithilfe der Bezeichnungen „Mikrobiom“ und „Mikrobiota“ beschrieben. Sie werden speziell erforscht, so auch die Wechselwirkungen zwischen diesen Teil-Mikrobiomen eines solchen Lebewesens und auch zwischen den (Teil-)Mikrobiomen verschiedener solcher Lebewesen (also z. B. zwischen den Mikrobiomen der Münder zweier Kusspartner[2]), etwa im Rahmen der Immunologie.
Das Mykobiom ist die Gesamtheit aller im Mikrobiom enthaltenen Pilze.
Mikrobiom des Menschen
Das Mikrobiom des Menschen besteht aus Bakterien (Einzellern) und Pilzen (das sind meist kleinere Zellverbände). Es umfasst nach heutigen Schätzungen etwa 39 Billionen dieser Mikroorganismen; das liegt in der Größenordnung der Zellzahl eines erwachsenen „Standardmenschen“ (30 Billionen).[3] Die meisten dieser Mikroorganismen leben im Darmtrakt (Darmflora). Daneben ist aber auch die Hautoberfläche (Hautflora) und die Schleimhaut aller Höhlungen des menschlichen Körpers, die mit der Außenwelt direkt oder indirekt in Verbindung stehen, besiedelt, wie Mundhöhle, Nasenhöhle, Nasennebenhöhlen, Paukenhöhlen, Scheide u. a.[4] Sogar im Pankreasgang, der in den Zwölffingerdarm mündet, wurden Pilze nachgewiesen. Auf Schleimhäuten bilden Bakterien häufig Kolonien in Form von Biofilmen. Gewisse Pilze neigen zur Ausbildung von geflechtartigen Strukturen.
Haut und Schleimhäute bilden eine natürliche Barriere, bei deren Verletzung oder Schädigung auch Keime des Mikrobioms in Gewebe des menschlichen Körpers oder sogar in die Blutbahn eindringen und Krankheiten auslösen können. Eine ähnliche Gefährdungslage entsteht bei einer Abschwächung des menschlichen Immunsystems durch Medikamente, die einer Transplantatabstoßung entgegenwirken sollen.
Viele Mikroorganismen des Mikrobioms sind nur Kommensalen. Bei anderen hat sich im Verlauf der Evolution durch Langzeitanpassung eine symbiotische Beziehung zu ihrem Wirt, dem Menschen, entwickelt. Voraussetzungen dafür sind komplexe und vielschichtige Beziehungen auf der Ebene von Stoffwechselprozessen, die sich in regulatorischen, intrazellulären und molekulargenetischen Ebenen abbilden.
Die Bezeichnung „Mikrobiom“ wurde entgegen landläufiger Meinung nicht erst von Joshua Lederberg geprägt, jedoch popularisiert.[5] Der Begriff des Mikrobioms wurde schon deutlich früher von verschiedenen Forschern gebraucht und definiert.[6] Nach Beendigung des Humangenomprojekts behauptete Lederberg, dass auch die den Menschen besiedelnden Mikroorganismen berücksichtigt werden müssen, da sie Teil des menschlichen Stoffwechselsystems sind und maßgeblichen Einfluss auf den Menschen haben. Dem Darmmikrobiom etwa werden neben der Verwertung der aufgenommenen Nahrung viele weitere wichtige Funktionen zugeschrieben, darunter die Synthese lebenswichtiger Vitamine wie B1, B2, B6, B12 und K, die Produktion kurzkettiger Fettsäuren wie Essigsäure (Acetat-Anion) und Buttersäure (Butyrat-Anion), die als Energiequelle für die Darmschleimhautzellen dienen und das Darmmilieu mitbestimmen, die Förderung der Darmperistaltik über kurzkettige Fettsäuren, die Bekämpfung von Entzündungen, die Entgiftung von Fremdstoffen, die Unterstützung der Verdauung durch den Abbau schwer verdaulicher Nahrungsbestandteile (Ballaststoffe), die Verdrängung von Krankheitserregern und mehr. Veränderungen des Darmmikrobioms stehen unter anderem mit Erkrankungen wie Darmentzündungen, Darmtumoren und Darmkrebs, Adipositas, metabolischem Syndrom, Arthritis, exokriner Pankreasinsuffizienz und auch bestimmte Formen des Autismus und Morbus Alzheimer in Zusammenhang.[7]
Zwillingsstudien führten zu der Erkenntnis, dass die Zusammensetzung des Darmmikrobioms nicht nur von Umweltfaktoren (Ernährung, Medikamentengabe u. a.) abhängt, sondern auch durch genetische Faktoren mitbestimmt wird. Kürzlich wurde gezeigt,[8] dass ein Zusammenhang zwischen der Blutgruppe und den Komponenten des Darmmikrobioms besteht.[9]
Wo die Zusammensetzung des Mikrobioms von den Genen abhängt, sind der therapeutischen Beeinflussbarkeit von Krankheiten mittels Ernährungsumstellung oder Medikamentengabe natürliche Grenzen gesetzt. Falls jedoch das Mikrobiom nach Antibiotikagabe durch pathogene Keime wie z. B. Clostridioides difficile überwuchert wurde, hat sich für die Wiederherstellung einer natürlichen Darmbesiedlung eine Stuhltransplantation[10] als erfolgreich erwiesen.
Forschung
Das Mikrobiom des Menschen ist Teil intensiver Forschung und noch nicht umfassend verstanden. Die Hochdurchsatz-Gensequenzierung ermöglicht es, komplexe ökologische Studien durchzuführen. Herausforderungen in der durch den technischen Fortschritt geprägten Forschung ist die Datenauswertung und deren Interpretation.[11]
Im Dezember 2007 wurde in den USA durch die NIH ein wissenschaftliches Projekt namens Human Microbiome Project zur Sequenzierung aller Genome der Mikroorganismen, die den Menschen besiedeln, ins Leben gerufen. Der Untersuchung liegen Stichproben aus Mund, Rachen und Nase, aus der Haut, dem Verdauungstrakt und dem Urogenitaltrakt von Frauen zugrunde. Es wurde eine kostenlose Datenbank eingerichtet, um die Zusammenarbeit zwischen den Gruppen zu erleichtern.[12]
Mittlerweile werden auch separate Mikrobiome betrachtet, die jeweils nur einen Teil des menschlichen Körpers umfassen (Mundraum, Hautoberfläche). Beispielsweise wurde Anfang 2008 das Mund-Mikrobiom vom National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) in Zusammenarbeit mit Forschern aus anderen Ländern in Angriff genommen. Es umfasst bereits 600 Mikroorganismen. Die Forscher ordnen diese Mikroorganismen allmählich in einem Stammbaum an, was durch die Sequenzierung der 16S-rRNA ermöglicht wurde. Damit erhoffen sie sich ein besseres Verständnis ihrer Bedeutung bei der Entstehung der Karies oder verschiedenen Störungen der Verdauung.
Mikrobiom von Pflanzen
Auch Pflanzen besitzen ein Mikrobiom, werden also von Kleinstlebewesen besiedelt.[13] Diese Mikroorganismen – etwa zu finden in den Pflanzenwurzeln[14] oder Pflanzensamen[15] – haben Einfluss auf Entwicklung, Wachstum und Gesundheit der Pflanzen.[16] Seit langem bekannt ist die Rolle von Knöllchenbakterien, die eine Symbiose mit Hülsenfrüchtlern eingehen, indem sie die Pflanze mit Stickstoff versorgen und von ihr dafür Zucker erhalten. Die Erforschung und die Optimierung des Mikrobioms von Nutzpflanzen sollen langfristig den Einsatz von Düngern und Pflanzenschutzmitteln reduzieren und Ertragssteigerungen bewirken.[17][18] Das Mikrobiom von Lebensmitteln und Nutzpflanzen wirkt sich auch auf die Gesundheit und das Mikrobiom von Menschen und Tieren aus.[18] Hygienemaßnahmen wie Desinfektion und Sterilisationsverfahren zerstören oder verändern das Mikrobiom, manche Mikroorganismen gelten dadurch als ausgerottet. Daraus können sich Änderungen im Mikrobiom übergeordneter Lebewesen ergeben, wie beispielsweise beim Menschen, wo das vermehrte Auftreten von Zivilisationserkrankungen wie Allergieneigung, Asthma oder Reizdarm unter anderem darauf zurückgeführt wird.[19]
Siehe auch
Literatur
- A. Shade, J. Handelsman: Beyond the Venn diagram: the hunt for a core microbiome. In: Environmental microbiology. [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Oktober 2011. doi:10.1111/j.1462-2920.2011.02585.x, PMID 22004523 (Short review).
- Mikroben-Inventur: Das Gewimmel im Körper. Spiegel-Artikel vom 14. Juni 2012 Auf: spiegel.de; zuletzt abgerufen am 19. September 2015.
- Felix Goeser: Mikrobiomforschung: Wie körpereigene Keime als „Superorgan“ agieren. In: Dtsches Ärzteblatt. 2012, Band 109, Nr. 25, A-1317.
- I. B. Autenrieth: Die Ökologie der humanen Darmflora: physiologische und pathophysiologische Aspekte. In: Journal für Ernährungsmedizin. 2000, Band 2, Nr. 4, S. 6–9 (Volltext als PDF-Datei).
- Andreas Stallmach, Maria J G T Vehreschild (Hg): Mikrobiom: Wissensstand und Perspektiven. De Gruyter, Berlin 2016, ISBN 978-3-11-045249-5.
Populärwissenschaftlich
- Bernhard Kegel: Die Herrscher der Welt : wie Mikroben unser Leben bestimmen. DuMont, Köln 2015, ISBN 978-3-8321-9773-5.
- Sebastian Jutzi: Der bewohnte Mensch: Darm, Haut, Psyche; besser leben mit Mikroben (= Heyne. Band 60307). Heyne, München 2014, ISBN 978-3-453-60307-3.
- Hanno Charisius & Richard Friebe: Bund fürs Leben. Warum Bakterien unsere Freunde sind. Hanser, München 2014, ISBN 978-3-446-43879-8.
Weblinks
- Mikrobiom-Projekt Mensch
- NIH human microbiome project. Abgerufen am 9. März 2018
- Joshua Lederberg: Das World Wide Web der Mikrobiologie. (ins Deutsche übersetzt) Auf: project-syndicate.org vom 1. Dezember 2000; zuletzt abgerufen am 19. September 2015.
Einzelnachweise
- Urs Jenal: Der Mensch und seine Mikroorganismen. Interaktionen zwischen Krankheit und Wohlbefinden. (Wieviel Mensch ist ein Mensch?) Autor am Biozentrum der Universität Basel. → Volltext PDF (Memento des Originals vom 4. März 2016 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
- Remco Kort, et al.: Shaping the oral microbiota through intimate kissing, in: Microbiome, 17. November 2014, (online, abgerufen am 8. Januar 2021).
- bioRxiv: 10.1101/036103v1 (Preprint-Volltext)
- Werner Bär: Physiologische Bakterienflora: Kolonisationsresistenz, endogene Opportunisteninfektionen; Probiotika. In Helmut Hahn, Stefan H. E. Kaufmann, Thomas F. Schulz, Sebastian Suerbaum: Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie. Springer, Berlin/ Heidelberg/ New York 2009, ISBN 978-3-540-46359-7, S. 26 f.
- Susan L. Prescott: History of medicine: Origin of the term microbiome and why it matters. In: D. Raoult (Hrsg.): Human Microbiome Journal Volume. Band 4, Juni 2017, ISSN 2452-2317, S. 24–25.
- Whipps J.M., Lewis K., Cooke R.C.: Mycoparasitism and plant disease control. In: Burge M.N. (Hrsg.): Fungi in Biological Control Systems. Manchester University Press, Manchester, New York 1988, ISBN 978-0-7190-1979-1, doi:10.1071/app9890106c (Google Books [abgerufen am 10. April 2019]).
- H. Köppen: Darmflora & Mikrobiom. In: Website Praxiszentrum-Leipzig. (praxiszentrum-leipzig.de [abgerufen am 22. Mai 2017]).
- Rühlemann MC et al., Nature Genetics 53(2021), S. 147–155.
- Zitiert nach: Hamburger Ärzteblatt 04/2021, S. 31
- Martin J. Blaser: Fecal Microbiota Transplantation for Dysbiosis - Predictable Risks. New England Journal of Medicine 2019, Band 381, Ausgabe 21 vom 21. November 2919, Seiten 2064–2066, DOI:10.1056/NEJMe1913807
- Dirk Haller: Ernährung und Mikrobiom, ZIEL - Research Center for Nutrition and Food Sciences Biofunctionality Unit, Technische Universität München, Vortragsreihe Winter 2014-15, Universität Hamburg
- Scientists Launch First Comprehensive Database of Human Oral Microbiome. Pressemitteilung der NIH, 25. März 2008.
- Mikrobiom (Synonym auch: Mikrobiota). Abgerufen am 3. März 2021.
- Mikrobiom. Abgerufen am 21. Januar 2021.
- 100 Millionen Bakterien pro Apfel. Abgerufen am 3. März 2021.
- Ein Immunsystem soll Pflanzen schützen. Abgerufen am 3. März 2021.
- Über das Mikrobiom die Pflanze stärken. Eine Vision wird konkret. Abgerufen am 3. März 2021.
- Wie Wurzel und Mikrobiom kommunizieren. Abgerufen am 3. März 2021.
- Mikrobiom: Der winzige Motor unseres Planeten. Abgerufen am 3. März 2021.
