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Gastroenterologie 13. April 2015

Der Fingerabdruck des Mikrobioms

Länderspezifische genetische Eigenarten menschlicher Darmbakterien.

Ein Forschungsteam des Exzellenzclusters Entzündungsforschung hat die Bakterienvergesellschaftung im Darm (Mikrobiom) von Menschen aus Deutschland, Litauen und Indien untersucht. Sie fanden länderspezifische Unterschiede in der Bakterienzusammensetzung, womöglich in Abhängigkeit von Lebens- und Ernährungsgewohnheiten oder aufgrund genetischer Unterschiede.

Das menschliche Mikrobiom bezeichnet die Gesamtheit aller Mikrolebewesen, die auf oder im Menschen leben. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet das Mikrobiom insbesondere die Bakterienvergesellschaftung im Darm. Dieses komplexe System gewinnt zunehmend an Bedeutung, da das Mikrobiom vermutlich für zahlreiche Steuerungsprozesse im Körper mitverantwortlich ist. Bisher sind allerdings noch nicht alle Prozesse innerhalb dieses komplexen Systems bekannt. Die vorliegende Studie erweitert das Wissen zur Dynamik mikrobieller Gemeinschaften in chronischen Entzündungskrankheiten und deren Unterschiede in verschiedenen Weltregionen.

Barcode der Bakterien

Zusammen mit Kollegen aus Kiel und Litauen verglich das Team des Exzellenzclusters Entzündungsforschung Proben von menschlichem Darmgewebe. Dabei wurden sowohl gesunde Menschen als auch von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) Betroffene untersucht. Das Mikrobiom von CED-Erkrankten zeigte dabei große Unterschiede, insbesondere zwischen Europa und Indien.

Philipp Rausch vom Max-Planck Institut für Evolutionsbiologie erläutert die neuesten Erkenntnisse: „Der deutliche Unterschied in der Bakterienzusammensetzung des Darmes zwischen Deutschland beziehungsweise Litauen und Indien ist teilweise durch unterschiedliche Ernährungs- und Lebensgewohnheiten, womöglich aber auch genetisch begründet.“ So sei auch die unterschiedlich starke regionale Verbreitung von Erkrankungen wie Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa zumindest teilweise zu erklären, da die bakteriellen Gemeinschaften einen starken Einfluss auf die Entwicklung von CEDs haben.

Bei den Analysen wurde nur ein kleiner Abschnitt des Gens analysiert. Beim sogenannten „Barcoding“ vergleichen die Wissenschaftler genetische Merkmale, die bei allen Individuen vorkommen, dabei aber zwischen Individuen variieren können.

Untersucht wurde so das 16S-rRNA-Gen, wobei gleichzeitig genomische (DNA) und exprimierte Versionen (RNA) des Gens sequenziert wurden. Dieses nur langsam mutierende Gen ist gut geeignet, um Bakterienarten voneinander zu unterscheiden. Durch die Analyse von DNA und RNA war es zusätzlich möglich, nicht nur die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften zu untersuchen, sondern auch deren Aktivität zu berechnen.

Dr. Ateequr Rehman, Erstautor einer aktuellen Studie zu diesem Thema, erläutert die Funktionsweise: „Man kann vereinfacht sagen, dass das 16S-rRNA-Gen ein genetischer Fingerabdruck oder Barcode der Bakterien ist.“ Das Team untersuchte Darmbiopsien von Menschen aus Deutschland, Litauen und Indien. Mithilfe des 16S-rRNA-Barcoding konnten die Forschenden schließlich feststellen, welche Bakterienarten in welcher Anzahl vorkamen und wie aktiv diese bei den Untersuchten waren.

So stießen sie auf deutliche Unterschiede zwischen Europa und Asien, die sich am stärksten in den aktiven Bakteriengemeinschaften abzeichneten. Auch die verschiedenen Krankheiten zeigen Unterschiede, bei Morbus Crohn-Erkrankten ist zum Beispiel ein Absinken der Diversität in allen Bakterienpopulationen zu verzeichnen.

Mikrobiom im Visier

Die Bakterienart Papillibacter fanden die Forscher vor allem bei gesunden Menschen, und zwar sowohl bei den europäischen wie auch bei den indischen Probanden. Diese Bakterienart produziert kurzkettige Fettsäuren, die sehr wichtig für die Darmgesundheit sind. Menschen, die an einer CED leiden, haben deutlich weniger Papillibacter in ihrem Darm. Zusätzlich sind die vorhandenen Bakterien inaktiver als bei Gesunden. Dazu Clustermitglied und Projektleiter Prof. Dr. Stephan Ott: „Das Mikrobiom ist eigentlich ein zusätzliches Organ, welches wir in uns tragen. Dieses Organ kann sich verändern, durch falsche Ernährung, Stress oder Medikation. Dadurch kann es anfälliger werden für Infektionen, die langfristig auch chronische Erkrankungen verursachen können.“

 

1ECEF – Exzellenzcluster Entzündungsforschung

Originalpublikation: A. Rehman et al. Geographical patterns of the standing and active human gut microbiome in health and IBD. Gut 01/2015

DOI 10.1136/gutjnl-2014-308341.

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