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Darmmikroben

Co-Evolution zwischen Mensch & Darmflora

Parallel zur Ausbreitungsgeschichte und Gruppenbildung des Menschen haben sich auch ihre mikrobiellen Bewohner entwickelt. © MPI for Biology

Die Menschen der verschiedenen Weltregionen unterscheiden sich bekanntlich in manchen Merkmalen – das schließt auch Eigenschaften ihrer Darmflora ein. Hintergründe dieser mikrobiellen Diversität zeigt nun eine genetische Studie auf: Die Darmmikroben haben sich parallel zur Ausbreitungsgeschichte ihrer Wirte entwickelt. Es wird zudem deutlich, dass einige dieser Organismen Merkmale aufweisen, in denen sich ihre starke Abhängigkeit von der menschlichen Darmumgebung widerspiegelt. Wie die Forscher betonen, haben die Studienergebnisse neben der evolutionären auch eine medizinische Bedeutung: Mikrobiom-Therapien könnten für bestimmte Bevölkerungsgruppen optimiert werden.

Wir sind wandelnde Lebensräume: In unserem Darm lebt eine illustre Gesellschaft aus Mikroorganismen, die in den letzten Jahrzehnten stark in den Fokus der Wissenschaft gerückt ist. Dabei wurde immer deutlicher, welch vielschichtige Rolle das Darmmikrobiom für die menschliche Gesundheit spielt: Körperliche und sogar mentale Probleme können auf eine Störung der Partnerschaft mit den Winzlingen in uns zurückzuführen sein. Neben der gesundheitlichen Bedeutung gehen Wissenschaftler auch der Frage nach, wie sich dieses System im Laufe der Evolution entwickelt hat. Grundsätzlich ist dabei bekannt, dass sich das Darmmikrobiom zwischen Populationen und Individuen unterscheiden kann: Viele Mikroben-Spezies sind zwar allgemein verbreitet, bestimmte Stämme unterscheiden sich jedoch erheblich.

Das internationale Forscherteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen ist nun der Vermutung nachgegangen, dass bestimmte Arten und Stämme von Darmmikroben Menschengruppen bei ihrer Ausbreitung über die Erde begleitet haben und parallel mit ihnen bestimmte Merkmale hervorgebrachten. Um diese mögliche Co-Diversifizierung zwischen Darmbakterien und menschlichen Populationen zu untersuchen, sequenzierten und untersuchten die Wissenschaftler Tausende von Bakteriengenomen von insgesamt 1225Personen aus verschiedenen Teilen Europas, Asiens und Afrikas. Anhand bestimmter genetischer Merkmale konnten sie dabei Rückschlüsse auf die Entwicklungsgeschichte der Mikroben ziehen.

Geschichtliche Verknüpfung von Mikroben und Menschen

Im Fall von 59 Mikroben-Arten entwickelten die Forscher auf diese Weise Stammbäume. Anschließend konnten sie diese mit Stammbäumen ihrer menschlichen Wirte vergleichen, die sie aus genetischen Analysen ihrer Speichelproben abgeleitet haben. Wie sie berichten, ging aus ihren Analysen hervor: Bei über 60 Prozent der untersuchten Mikrobenarten zeichnet sich eine parallele Stammesgeschichte mit ihren menschlichen Wirten ab. Das bedeutet, dass sich diese Spezies über Hunderttausende Jahre hinweg im menschlichen Darm weiterentwickelt haben, während die Menschen sich über die Erde ausbreiteten.

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„Bemerkenswert ist auch, dass diejenigen Stämme, die unserer Entwicklungsgeschichte am engsten gefolgt sind, nun am meisten von der Darmumgebung abhängig sind“, sagt Seniorautorin Ruth Ley vom Max-Planck-Institut für Biologie. Anhand der genetischen Informationen wurde deutlich, dass einige der Mikroben-Stämme, die sich zusammen mit dem Menschen entwickelt haben, sehr stark auf die Lebensbedingungen im menschlichen Darm spezialisiert sind: Sie besitzen vergleichsweise kleine Genome und reagieren empfindlich auf Abweichungen in Sauerstoffgehalt und Temperatur. Außerhalb des menschlichen Körpers haben sie dadurch kaum Überlebenschancen. „Die Studienergebnisse verändern unsere Sichtweise auf das menschliche Darmmikrobiom grundlegend“, sagt Ley.

„Einige der Darmmikroben verhalten sich sogar so, als seien sie Teil des menschlichen Erbguts“, sagt Erstautor Taichi Suzuki vom Max-Planck-Institut für Biologie: „Diese Mikroben befinden sich sozusagen irgendwo im Spektrum von ‚freilebend‘ bis hin zu abhängig von der menschlichen Körperumgebung. Wir konnten zeigen, dass einige Darmbakterien des Menschen in diesem Spektrum weiter in Richtung irreversibler Abhängigkeit gekommen sind als bisher angenommen.“ Im Gegensatz dazu besitzen Darmbewohner, die eine schwächere Verbindung mit der menschlichen Geschichte aufwiesen, noch deutlich mehr Eigenschaften von freilebenden Bakterien, berichten die Wissenschaftler.

An Gruppen angepasste Mikrobiom-Therapien

Abschließend heben sie hervor, dass die Ergebnisse auch eine Bedeutung für die medizinische Beeinflussung von Mikrobengemeinschaften des Menschen haben könnten. Gemeint sind dabei Behandlungen von Menschen mit Gesundheitsproblemen, die auf eine ungünstige Zusammensetzung ihrer Darmflora zurückzuführen sind. Sie können durch die Gabe von sogenannten Probiotika oder durch die Übertragungen von „gesunden“ Darmmikroben-Mischungen profitieren. Erkenntnisse über die Unterschiede zwischen den Darmmikrobenstämmen verschiedener Bevölkerungsgruppen könnte dabei hilfreich sein, denn möglicherweise reagieren sie auf „ihre“ Mikroben am besten. „Das Mikrobiom ist ein therapeutisches Ziel für die personalisierte Medizin und unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung eines bevölkerungsspezifischen Ansatzes für mikrobiombasierte Therapien“, schreiben die Forscher.

Quelle: Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.abm7759

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