Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Victor Sourjik von der Universität Marburg und dem Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie hat die sensorischen Fähigkeiten nützlicher Darmbakterien untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den chemischen Signalen, die von beweglichen Bakterien im Darm erkannt werden. Ziel der Studie ist es, ein besseres Verständnis für die Nährstoffsuche und die Kommunikation zwischen Bakterien und ihrem Wirt zu erzielen.
Das Mikrobiom im menschlichen Darm spielt eine wesentliche Rolle für die Gesundheit und wird durch chemische Wechselwirkungen gesteuert. Bisher konzentrierten sich viele Forschungsarbeiten auf Modellorganismen und Krankheitserreger. Die aktuelle Untersuchung richtet sich daher auf Clostridien, die zahlreich in der Darmflora vorkommen und von großer Bedeutung für die Darmgesundheit sind.
Wichtige Entdeckungen
Die Forscher entdeckten ein breites Spektrum an Stoffwechselprodukten, die von bakteriellen Rezeptoren erkannt werden. Dazu zählen Abbauprodukte von Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen, DNA und Aminen. Besonders häufig wurden Laktat und Formiat als Bindungspartner identifiziert, die für das Bakterienwachstum im Darm unerlässlich sind.
Ein interessantes Phänomen, das im Rahmen der Studie beleuchtet wurde, ist der „Cross-Feeding“-Prozess. Hierbei setzen Bakterien Stoffe frei, die anderen Arten als Nahrungsquelle dienen. Zudem wurden neue Gruppen von Sensordomänen für Laktat, Dicarbonsäuren, Uracil und kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) entdeckt. Die Analyse der Kristallstruktur eines neuartigen Doppelsensors für Uracil und Acetat zeigt die evolutionäre Anpassung der Rezeptoren an die Veränderungen im Lebensraum.
Die Studie gilt als erste systematische Analyse der sensorischen Präferenzen von Nicht-Modellbakterien in einer spezifischen ökologischen Nische. Ihre Ergebnisse könnten auf andere mikrobielle Ökosysteme angewendet werden und erweitern das Wissen über die Interaktionen im Mikrobiom.
Die Rolle des Mikrobioms im Immunsystem
Das Mikrobiom spielt nicht nur eine entscheidende Rolle im Verdauungssystem, sondern auch in der Funktion des Immunsystems. Prof. Andreas Diefenbach und sein Team an der Charité erforschen das Mikrobiom mit modernen Methoden, einschließlich Organoiden, Zellkulturen und Tierversuchen. Wildling-Mäuse, die ein natürliches Mikrobiom besitzen, werden zunehmend als Modell für diese Forschung verwendet.
Studien zeigen, dass Mikroben im Darm kontinuierlich mit Körperzellen kommunizieren, was für die Aufrechterhaltung der epithelialen Barriere entscheidend ist. Genetisch veränderte Mäuse, die ohne Mikrobiom aufwuchsen, erkrankten schwerer an Viren im Vergleich zu normal aufgewachsenen Mäusen. Dies unterstreicht die Bedeutung des Mikrobioms für das Immunsystem und die potenzielle Verbindung zu Autoimmunerkrankungen, die in industrialisierten Gesellschaften zunehmen.
Veränderungen in den Ernährungsgewohnheiten der letzten 100 Jahre werden als Umweltfaktoren betrachtet, die zu einer Zunahme von Autoimmunerkrankungen beitragen könnten. Laut Diefenbach könnte auch die Rolle von Zytokinsignalen, insbesondere Typ-1-Interferonen, bei der Interaktion zwischen Mikrobiom und Immunsystem von Bedeutung sein. Es wird vermutet, dass erhöhte Interferon-Signaturen bei Patienten Jahre vor dem Ausbruch von Autoimmunerkrankungen auftreten.
Diefenbach betont die Notwendigkeit weiterer Forschung zu bioaktiven Komponenten in Lebensmitteln, wie etwa Broccoli, um Krankheitsprävention zu fördern. Fehlernährung kann das Mikrobiom negativ beeinflussen und zu Ungleichgewichten führen. Während Tierversuche notwendig sind, um komplexe Interaktionen zwischen Mikrobiom und Immunsystem zu untersuchen, planen Diefenbachs Team und die Charité, weiterhin Wildling-Linien zu verwenden, um menschliche Erkrankungen besser zu verstehen.
