Wissenschaft : Der mikrobielle Fingerabdruck

Jeder Mensch sondert seine ganz eigene Mikrobenwolke ab.
Jeder Mensch sondert seine ganz eigene Mikrobenwolke ab.

Auf unserer Haut leben Milliarden Mitbewohner. Der Bakterienzoo verrät viel über unsere Gesundheit und Gewohnheiten.

nnn.de von
06. Januar 2018, 16:00 Uhr

Sie leben auf der Haut, den Haaren, in der Mundhöhle, besiedeln Rachen, Magen, Darm, Blase und Geschlechtsorgane. Sie sind nicht nur zahlreich, sondern auch sehr vielfältig. Vermutlich leben mehr als 10 000 verschiedene Arten von Bakterien im und auf dem Menschen. Viele davon sind nützlich, denn sie helfen nicht nur bei der Verdauung der Nahrung. Sie versorgen den Menschen beispielsweise auch mit lebenswichtigen Vitaminen, die unser Organismus nicht selbst herstellen kann.

Andere sind Schmarotzer und manche verursachen sogar Krankheiten. Wie sich das Artenspektrum unseres Mikrobenzoos zusammensetzt, das hängt in starkem Maße von unseren Lebensgewohnheiten ab. Mehr noch: Die bakterielle Signatur eines Menschen ist fast so charakteristisch wie ein Fingerabdruck, haben wissenschaftliche Untersuchungen herausgefunden. Genau das macht das Mikrobiom interessant. Nicht nur für Wissenschaftler. Auch die Ernährungsindustrie, Biotechunternehmen und nicht zuletzt die Kriminalistik interessieren sich für unsere persönlichen Begleiter.

Jeder Mensch besitzt ein einzigartig zusammengesetztes Mikrobiom. Das jedenfalls legt eine Untersuchung von Wissenschaftlern der University of Oregon in Eugene nahe. Das Forscherteam um James F. Meadow wollte wissen, welche „bakteriellen Emissionen“ von einem Menschen in Ruhe verursacht werden. Für das Experiment wurden elf Personen frisch geduscht und mit frischer Wäsche bekleidet in eine Klimakammer gebeten, wo sie einige Stunden auf einem Stuhl verbringen mussten.

Während des Aufenthaltes wurde die Luft aus der Klimakammer abgeleitet, gefiltert und die enthaltenen Mikroben analysiert. In den Filtraten fanden sich mehrere Tausend unterschiedliche Bakterientypen. Alle Teilnehmer hinterließen schon nach zwei Stunden typische Bakteriengemeinschaften, anhand derer sie eindeutig erkannt werden konnten. „Damit konnten wir erstmals nachweisen, dass jeder Mensch seine ganz eigene personalisierte Mikrobenwolke absondert“, stellten die Forscher fest.

Beispielsweise enthielt die Wolke eines Teilnehmers viele Bakterien einer Staphylokokkenart, die auf Hautschuppen lebt. Für Gesunde ungefährlich kann der Keim für Menschen mit geschwächtem Immunsystem zum Problem werden und gefährliche Infektionen verursachen. Ein anderer Versuchsteilnehmer sonderte viele Bakterien der Gattung Dolosigranulum ab, Mikroorganismen, die vor allem die oberen Atemwege besiedeln. Weibliche Probanden verrieten sich durch Mikroben, wie sie in der Vaginalflora häufig vorkommen, darunter etwa Milchsäurebakterien und der Keim Gardnerella vaginalus. Die Bakterien fanden sich nicht nur in der Luft. Mit abgestoßenen Hautschuppen und ausgefallenen Haaren gelangen sie auch in den Hausstaub. So verrät auch eine verlassene Wohnung ihre Bewohner.

Der mikrobielle Fingerabdruck lässt sich sogar zur Spurensuche für die Kriminalistik verwenden, ist das Forscherteam um Simon Lax vom Argonne National Laboratory und der University of Chicago überzeugt. „Solche Fingerabdrücke werden bereits verwendet, um Personen beispielsweise mit Computertastaturen in Verbindung zu bringen.


Manche Forscher gehen so weit, die Keime für die Entwicklung von Übergewicht mitverantwortlich zu machen.

„Mit unserer Studie wollen wir herausfinden, wie sich die Spuren mikrobieller Interaktionen mit der Zeit verändern und ob sie verwendet werden können, um Bewegungen von Personen zu verfolgen“, sagt Lax. Dazu nahmen zwei Probanden über zwei Tage hinweg in regelmäßigen Abständen mit einem Wattetupfer Proben von den Sohlen ihrer Schuhe und dem Boden, auf dem sie sich gerade bewegten. Die Proben wurden dann von den Forschern im Labor untersucht, um die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften zu jedem Zeitpunkt auf den jeweiligen Oberflächen zu erfassen.

Die Befunde waren überraschend eindeutig. Die Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft auf den Schuhsohlen spiegelte klar diejenige des jeweiligen Bodens wider, auf dem die Probanden zu einem bestimmten Zeitpunkt gelaufen waren. Der Forscher betont jedoch, dass es sich bei der Untersuchung noch um eine Pilotstudie handele. „Die mikrobielle Forensik ist eine Disziplin in der Entwicklung und viele weitere Studien sind nötig, um ihr Potenzial auszuloten.“ Nun sollen weitere Studien mit einer größeren Teilnehmerzahl die Ergebnisse erhärten.

Auch was wir essen, spiegelt sich im Mikrobiom wider. Entsprechend unserer Ernährungsgewohnheiten setzt sich die Bakteriengemeinschaft im Darm zusammen, welche bei den Verdauungsprozessen hilft. Anhand solcher „Enterotypen“ lässt sich sehr genau ablesen, ob jemand häufig Fleisch verzehrt oder beispielsweise Vegetarier ist. Wer gern etwa Steaks und Wurst isst, beherbergt eine auf die Verdauung von protein- und fettreicher Kost ausgerichtete Bakteriengemeinschaft in seinem Darm. In der Darmflora kommen dann vor allem Mikroben der Gattung Bacteroides vor, die den Enterotyp I charakterisieren. Wer dagegen Obst und Gemüse bevorzugt, sich somit kohlenhydratreich ernährt, weist in seinem Darm ein anderes Bakterienspektrum auf. Beim Enterotyp II dominieren Bakterien der Gattung Prevotella.

Nicht nur die Vorliebe für bestimmte Nahrungsmittel, auch Übergewicht und bestimmte Krankheiten lassen sich anhand der Zusammensetzung der Darmflora und in ihren „Hinterlassenschaften“ ablesen. Deutlich unterscheidet sich die Darmflora von normal- und übergewichtigen Menschen, zeigen viele Studien. Beispielsweise leben im Darm von dickleibigen Menschen besonders viele Bakterien, die zu den Firmicutes gerechnet werden. Diese Mikrobengruppe gilt als gute Futterverwerter, weil sie Enzyme besitzt, die für den Menschen unverdauliche Kohlenhydrate aufspalten können. Manche Forscher gehen so weit, die Keime für die Entwicklung von Übergewicht mitverantwortlich zu machen. Eine große Rolle spielt das menschliche Mikrobiom in der medizinischen Forschung. Immer mehr Studien finden deutliche Anhaltspunkte dafür, dass bestimmte Krankheiten mit einer charakteristisch veränderten Bakterienflora einhergehen. Dazu zählen nicht nur Erkrankungen des Verdauungstraktes wie Morbus Crohn oder Reizdarmbeschwerden. Auch Stoffwechselkrankheiten wie Rheuma und Altersdiabetes und sogar psychische Krankheiten, darunter Depressionen, werden mit Störungen des Mikrobioms in Verbindung gebracht. Allerdings ist noch nicht ausreichend geklärt, ob die Erkrankungen Ursache oder Wirkung einer gestörten Bakterienflora sind. Auch basieren einige Erkenntnisse erst auf Ergebnissen aus Tierexperimenten.

Schon jetzt beschäftigen sich Biotechunternehmen wie zum Beispiel Second Genome mit mikrobiombasierten Medikamenten zur Behandlung von Diabetes. Gemeinsam mit dem irischen APC Microbiome Institute will das amerikanische Unternehmen das Zusammenspiel zwischen den verschiedenen Bakteriengemeinschaften entschlüsseln. Das Ziel ist die Entwicklung einer mikrobiombasierten Therapie für Diabetiker. In Europa haben sich Wissenschaftler im MetaHit-Konsortium zusammengeschlossen, um an ähnlichen Fragestellungen zu arbeiten. Ihr Ziel ist die Bestimmung des Erbgutes der Mikroorganismen, die den Menschen besiedeln sowie neue Erkenntnisse über die molekularen Wechselwirkungen zwischen den Mikroben und ihrem Wirt.

Auch hierzulande werden Millionenbeträge in die Mikrobiomforschung investiert. So hat das Tübinger Biotechunternehmen Cemet eine Studie für den Aufbau einer Referenzdatenbank angekündigt. Diese soll genetische Analysen der Darmbakteriengesellschaften aus Stuhlproben von rund 10 000 freiwilligen Probanden umfassen. Diese Daten werden mit den Angaben aus einem Fragebogen zu den Ernährungs- und Lebensgewohnheiten der Teilnehmer verknüpft. Wie das Unternehmen erklärt, könne dann untersucht werden, welchen Einfluss unterschiedliche Faktoren auf die Zusammensetzung des Darmmikrobioms haben und wie ein „normales“ Darmmikrobiom zusammengesetzt ist. „Dies wiederum ermöglicht es uns in Zukunft, diagnostische Tests oder Vorsorgetests auf Basis von Mikrobiomanalysen zu entwickeln.“

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