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Nr. 61, 10.07.2010  voriger  Übersicht  Übersicht  REIHEN  SUCHE  Feedback 

Leben im Darm

Der Einfluss unserer Darmflora auf die Gesundheit ist vermutlich größer, als bisher angenommen. Das zukunftsträchtige Forschungsfeld beackert der Evolutionsbiologe John Baines.


Die Dünndarmzotten als fingerföermige, bis 1,5 mm hohe Schleimhauterhebungen. Foto: PictureAlliance

Der Darm – unendliche Weiten. Das Organ erreicht beim erwachsenen Menschen eine Länge von acht Metern und – dank zahlreicher feiner Ausstülpungen, so genannter Zotten – eine Oberfläche von über 200 Quadratmetern. Er ist eine eigene Welt im Körper und beherbergt durchschnittlich 500 bis 1000 verschiedene Arten von Bakterien. Zirka 100 Billionen Bakterien richten sich im Magen- Darm-Trakt häuslich ein und bringen es auf ein Gesamtgewicht von zwei Kilogramm. Den menschlichen Zellen sind sie damit zahlenmäßig im Verhältnis zehn zu eins überlegen.

Dabei werden uns die vielen »Untermieter« normalerweise nicht gefährlich. Im Gegenteil: Viele dieser Bakterien sind für den Menschen und andere Säugetiere ausgesprochen nützlich. »Sie leben in einer Symbiose mit uns und helfen etwa bei der Verdauung pflanzlicher Nahrung«, so Professor John Baines, Evolutionsbiologe und Professor für Evolutionäre Genomik im Exzellenzcluster Entzündungsforschung. »Wir bieten ihnen ein warmes, stabiles Zuhause, dafür geben sie uns Vitamine und andere wertvolle Stoffe, die wir zum Teil nicht selber synthetisieren können.«

Neben diesen nützlichen »Symbionten« leben auch so genannte Kommensale in der Mikroben-WG, die nach bisherigem Kenntnisstand weder schaden noch nützen. Für Pathogene, also schädliche Bakterien, ist es schwierig, sich neu anzusiedeln, wenn die vorhanden Mikroben der beiden anderen Typen die vorhandenen Andockstellen besetzt halten. Die Zusammensetzung der Darmflora ist individuell sehr unterschiedlich, auch wenn es viele Gemeinsamkeiten gibt. Und genau das ist für die Forschung so interessant.

Was sind die Gründe für die unterschiedliche Besiedlung? Welche Auswirkungen haben sie etwa auf die Anfälligkeit für entzündliche Darmkrankheiten? Und welchen Einfluss hat die genetische Ausstattung des Wirts auf die Zusammensetzung der Mikrobiota? Mit diesen und weiteren Fragen beschäftigt sich der gebürtige US-Amerikaner Baines. Dabei kooperiert er unter anderem mit Professor Guntram Grassl am Forschungsinstitut Borstel. Gemeinsam untersuchen die Entzündungsforscher, wie nützliche und schädliche Bakterien im Darm interagieren. Sie vermuten, dass eine Veränderung der Bakteriengesellschaft im Darm die Fähigkeit, Krankheitserreger abzuwehren, abschwächt. Sie könnte damit zur Entstehung chronischer Erkrankungen wie zum Beispiel Morbus Crohn beitragen.

Baines untersucht mit Hilfe metagenomischer Methoden die Interaktion von Wirt und Bakterien genauer. Warum sich bei dem einen Menschen andere Bakterien wohlfühlen als bei seinem Nachbarn, hängt mit besonderen lokalen Eigenschaften zusammen, die genetisch festgelegt sind. Baines hat sich auf Zuckermoleküle von Zellen im Darm konzentriert. »Die Bakterien nutzen Zuckermoleküle in der Darmschleimhaut als Andockstelle an Zellen des Wirts«, erläutert er. Allerdings sind die Mikroben wählerisch: Es hängt von der Beschaffenheit des einzelnen Zuckermoleküls ab, ob bestimmte Bakterien sich bei ihm anheften oder nicht. Die Beschaffenheit der Zuckermoleküle wiederum wird von den Genen bestimmt.

Baines untersucht bestimmte Abschnitte des Erbguts von Mäusen und Menschen. Dort entscheiden einzelne Allele, also Ausprägungen von Genen, wie sich die Darmschleimhaut samt ihrer Zuckermoleküle zusammensetzt. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Gene, welche auch die Blutgruppentypen bestimmen – es besteht also ein Zusammenhang zwischen der Anfälligkeit für bestimmte Erkrankungen und der Blutgruppe. Während einige Wirte anfällig für bakteriell verursachte Krankheiten sind, haben andere damit weniger Probleme, obwohl sie den gleichen Umweltbedingungen ausgesetzt sind.

Jirka Niklas Menke
Metagenomik
Geforscht wird an und über Bakterien schon seit Jahrhunderten. Ein großes Hindernis dabei ist, dass sich nur ein Teil der Mikroben unter künstlichen Bedingungen züchten lässt. Die Metagenomik schafft hier Abhilfe: Moderne molekularbiologische Methoden zur Gensequenzierung erlauben die Verviel­fältigung und Analyse der DNA ganzer Bakterienpopulationen, ohne dass diese erst im Labor kultiviert werden müssen.

Seit einigen Jahren stehen den Forschern Sequenzierungsverfahren der zweiten Generation zur Ver­fügung. Sie liefern enorme Datenmengen und machen die Metagenomik damit wesentlich effizienter. Auch Professor Baines nutzt diese Methode. Er kann die gesamte Darmflora verschiedener Individuen vergleichen und mit den Allelen der entsprechenden Wirte in Verbindung setzen. Noch vor wenigen Jahren wäre eine so breit angelegte Untersuchung praktisch unmöglich gewesen. (jnm)
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