Das Mikrobiom, bestehend aus Bakterien, Viren und Pilzen, hat weitreichende Auswirkungen auf die Gesundheit von vielzelligen Organismen. Es spielt eine essentielle Rolle bei der Nahrungsverwertung und schützt vor Krankheitserregern. Die Störung dieses mikrobiellen Ökosystems wird mit zahlreichen Krankheiten in Verbindung gebracht. Eine aktuelle Studie des Kieler Sonderforschungsbereichs (SFB) 1182 an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel untersucht die komplexen Interaktionen zwischen Wirtslebewesen und deren Mikrobiomen. Laut Uni Kiel zeigt die Studie, wie das Mikrobiom eines Organismus und seine mikrobielle Umwelt wechselseitige Einflüsse haben.
Im Mittelpunkt der Forschung steht der Fadenwurm der Gattung Caenorhabditis, insbesondere das häufig verwendete Modellorganismus C. elegans. Diese Organismen liefern wertvolle Einblicke in biologische Prozesse, da sie keine einheitliche Mikrobiomzusammensetzung aufweisen, sondern stark individuell und von ihrer Umwelt abhängig sind.
Studienergebnisse und Methodik
Die Studie über C. elegans analysierte ein Komposthaufen, der über zwei Jahre hinweg beobachtet wurde, um die Mikrobiome der Würmer und von Äpfeln zu vergleichen. Hierbei stellte sich heraus, dass das Mikrobiom des Fadenwurms erheblich durch das Substrat beeinflusst wird, auf dem er lebt. Mikrobiome von Würmern, die von einem bestimmten Apfel stammen, unterscheiden sich signifikant von denen anderer Substrate. Dies legt nahe, dass es kein festes „Core-Mikrobiom“ für C. elegans gibt, da die Zusammensetzung selbst bei Würmern aus demselben Apfel stark variiert.
Ein weiterer interessanter Aspekt der Studie ist der Effekt der „Dispersal Limitation“. Dieser besagt, dass das Mikrobiom des Wurms stark von seiner unmittelbaren Umgebung abhängt. Metabolom-Analysen ergaben, dass die Fadenwürmer auch die mikrobielle Zusammensetzung und Stoffwechselprozesse der Äpfel beeinflussen können. Es wird sogar spekuliert, dass die Anwesenheit von C. elegans entweder die Stoffwechselvorgänge der Äpfel verändert oder dass die Würmer reifere Äpfel bevorzugen.
Die Relevanz von C. elegans
C. elegans wurde vor über 50 Jahren von Sydney Brenner als genetisches Modell entwickelt und hat sich seither zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Entwicklungs- und Neurobiologie entwickelt. Mit einer kleinen Größe von nur 0,25 mm im Larvenstadium und einem raschen Lebenszyklus von drei Tagen von Ei zu erwachsenen Wurm wird es weltweit in über 1.000 Laboren intensiv erforscht. Jährlich werden über 1.200 Forschungsartikel veröffentlicht, die sich mit verschiedenen Aspekten der Biologie, von eukaryotischen Zellfunktionen bis hin zu Mensch-Organismus-Interaktionen, befassen, wie NCBI aufzeigt.
Die genetischen Manipulationen bei C. elegans sind aufgrund seines gut annotierten Genoms und der Möglichkeit, sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsgenetik anzuwenden, besonders effektiv. Dies ermöglicht detaillierte Studien auf organismischer und zellulärer Ebene. C. elegans ist das erste vielzellige Organismus, dessen Genom sequenziert wurde, was seine Relevanz für humanmedizinische Forschungen unterstreicht.
Die enge Verbindung zwischen dem Mikrobiom von C. elegans und seiner Umwelt eröffnet neue Perspektiven für die Forschung über die Auswirkungen mikrobieller Gemeinschaften auf den Wirt. Zukünftige Studien werden sich wahrscheinlich auf Genome Editing und die Rolle regulatorischer RNAs konzentrieren. Diese Entwicklungen könnten zu neuen Erkenntnissen über die biologischen Funktionen und die langfristige Gesundheit von Wirtsorganismen führen, während sie gleichzeitig die Synergie zwischen Mikrobiomen und Wirtsorganismen weiter erforschen.
