Das Mikrobiom, eine komplexe Gemeinschaft von Bakterien, Viren und Pilzen, die in und auf mehrzelligen Organismen leben, hat einen entscheidenden Einfluss auf die Gesundheit des Wirts. Dies gilt insbesondere für die Abwehr von Krankheitserregern. Der Kieler Sonderforschungsbereich (SFB) 1182 an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel widmet sich der Erforschung der Interaktionen zwischen Wirtsorganismen und Mikroben. In einer aktuellen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, wurde die Rolle des Mikrobioms bei der Abwehr von Krankheitserregern untersucht, vor allem im Modellorganismus Caenorhabditis elegans.
Forschende entdeckten, dass das Bakterium der Gattung Pseudomonas im Darmmikrobiom von C. elegans Sphingolipide produziert, welche den Wirt vor Infektionen schützen. Diese Erkenntnis ist besonders bemerkenswert, da die Fähigkeit zur Sphingolipid-Produktion zuvor nur wenigen bakteriellen Phyla zugeschrieben wurde. Das Pseudomonas-Bakterium verwendet einen alternativen Stoffwechselweg zur Sphingolipid-Produktion, der sich deutlich von bekannten Synthesewegen unterscheidet.
Sphingolipide und ihre Bedeutung
Die produzierten Sphingolipide spielen eine wesentliche Rolle im Schutz des Darmepithels, indem sie die Barrierefunktion der Darmzellen verbessern. Ein spezifisches Biosynthese-Gencluster in Pseudomonas ist verantwortlich für die Produktion dieser Lipide. Interessanterweise wurden ähnliche Gencluster auch bei anderen im Darm lebenden Bakterien gefunden, was auf eine verbreitete Fähigkeit zur Sphingolipid-Produktion hinweist.
Die Schutzmechanismen der Sphingolipide wirken indirekt: Während Toxine des Krankheitserregers Bacillus thuringiensis Poren in der Zellmembran des Wirts erzeugen, was das Eindringen von anderen Krankheitserregern erleichtert, stärkt der modifizierte Sphingolipid-Metabolismus durch Pseudomonas die Stabilität der Zellmembranen im Wirt. Diese Erkenntnisse erweitern das Verständnis darüber, wie mikrobielle Stoffwechselprodukte den Wirt vor Krankheitserregern schützen können.
Die Forschung im Detail
Die aktuelle Studie nutzte eine Vielzahl von wissenschaftlichen Methoden, um genetische und metabolische Grundlagen des Infektionsschutzes zu untersuchen. Unter anderem wurden verschiedene Strains von C. elegans verwendet und ihre Überlebensfähigkeit nach einer Infektion mit Bacillus thuringiensis analysiert. Die Überlebensraten wurden statistisch ausgewertet, um die Bedeutung des Mikrobioms für den Infektionsschutz zu belegen.
Ein weiterer Aspekt, der in der Forschung betont wurde, ist die Analyse der Sphingolipidzusammensetzung in C. elegans. Studien zeigten, dass Sphingolipide in vielfältigen zellulären Prozessen eine Rolle spielen, darunter Zellproliferation, Differenzierung und Stressantworten. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass Sphingolipide auch bei der Krankheitsentwicklung, etwa bei Diabetes und neurodegenerativen Erkrankungen, von Bedeutung sein könnten.
Die interdisziplinäre Forschung am Kieler Sonderforschungsbereich bietet somit nicht nur Einblicke in die Funktionsweise von Mikrobiomen, sondern auch Perspektiven für zukünftige therapeutische Ansätze zur Behandlung von Störungen im menschlichen Darmmikrobiom. Das Ziel ist es, Langzeitstörungen besser therapiert zu können. Dies zeigt, wie wichtig das Verständnis von Mikrobiota in der modernen Medizin geworden ist.
