Mikrobiom

Die Haut des Menschen besiedelnde Mikroorganismen (Hautmikrobiom): Verteilung auf die Körperregionen

Die Ausdrücke Mikrobiom und Mikrobiota (griechisch μικρός mikrós ‚klein‘, griechisch βίος bios ‚Leben‘) bezeichnen im weitesten Sinn die Gesamtheit aller Mikroorganismen der Erde (Biom), welche die Erdkruste, die Gewässer und die Erdatmosphäre besiedeln.

Im engeren Sinn ist die Gesamtheit aller Mikroorganismen gemeint, die ein vielzelliges Lebewesen natürlicherweise (d. h. ohne Auslösung von Krankheitssymptomen) besiedeln.

Das Mykobiom ist die Gesamtheit aller im Mikrobiom enthaltenen Pilze.

Mikrobiom des Menschen

Das Mikrobiom des Menschen besteht aus Bakterien (Einzellern) und Pilzen (das sind meist kleinere Zellverbände). Es umfasst nach heutigen Schätzungen etwa 39 Billionen dieser Mikroorganismen; das liegt in der Größenordnung der Zellzahl eines erwachsenen „Standardmenschen“ (30 Billionen). Die meisten dieser Mikroorganismen leben im Darmtrakt (Darmflora). Daneben ist aber auch die Hautoberfläche (Hautflora) und die Schleimhaut aller Höhlungen des menschlichen Körpers, die mit der Außenwelt direkt oder indirekt in Verbindung stehen, besiedelt, wie Mundhöhle, Nasenhöhle, Nasennebenhöhlen, Paukenhöhlen, Scheide u. a. Sogar im Pankreasgang, der in den Zwölffingerdarm mündet, wurden Pilze nachgewiesen. Auf Schleimhäuten bilden Bakterien häufig Kolonien in Form von Biofilmen. Gewisse Pilze neigen zur Ausbildung von geflechtartigen Strukturen.

Haut und Schleimhäute bilden eine natürliche Barriere, bei deren Verletzung oder Schädigung auch Keime des Mikrobioms in Gewebe des menschlichen Körpers oder sogar in die Blutbahn eindringen und Krankheiten auslösen können. Eine ähnliche Gefährdungslage entsteht bei einer Abschwächung des menschlichen Immunsystems durch Medikamente, die einer Transplantatabstoßung entgegenwirken sollen.

Viele Mikroorganismen des Mikrobioms sind nur Kommensalen. Bei anderen hat sich im Verlauf der Evolution durch Langzeitanpassung eine symbiotische Beziehung zu ihrem Wirt, dem Menschen, entwickelt. Voraussetzungen dafür sind komplexe und vielschichtige Beziehungen auf der Ebene von Stoffwechselprozessen, die sich in regulatorischen, intrazellulären und molekulargenetischen Ebenen abbilden.

Die Bezeichnung „Mikrobiom“ wurde entgegen landläufiger Meinung nicht erst von Joshua Lederberg geprägt, jedoch popularisiert. Der Begriff des Mikrobioms wurde schon deutlich früher von verschiedenen Forschern gebraucht und definiert. Nach Beendigung des Humangenomprojekts behauptete Lederberg, dass auch die den Menschen besiedelnden Mikroorganismen berücksichtigt werden müssen, da sie Teil des menschlichen Stoffwechselsystems sind und maßgeblichen Einfluss auf den Menschen haben. Dem Darmmikrobiom etwa werden neben der Verwertung der aufgenommenen Nahrung viele weitere wichtige Funktionen zugeschrieben, darunter die Synthese lebenswichtiger Vitamine wie B1, B2, B6, B12 und K, die Produktion kurzkettiger Fettsäuren wie Essigsäure (Acetat-Anion) und Buttersäure (Butyrat-Anion), die als Energiequelle für die Darmschleimhautzellen dienen und das Darmmilieu mitbestimmen, die Förderung der Darmperistaltik über kurzkettige Fettsäuren, die Bekämpfung von Entzündungen, die Entgiftung von Fremdstoffen, die Unterstützung der Verdauung durch den Abbau schwer verdaulicher Nahrungsbestandteile (Ballaststoffe), die Stimulation des Immunsystems, die Verdrängung von Krankheitserregern und mehr. Veränderungen des Darmmikrobioms stehen unter anderem mit Erkrankungen wie Darmentzündungen, Darmtumoren und Darmkrebs, Adipositas, metabolischem Syndrom, Arthritis, exokriner Pankreasinsuffizienz und auch bestimmte Formen des Autismus und Morbus Alzheimer in Zusammenhang. Tierversuche zeigen, dass ein verändertes, ungünstiges Mikrobiom zu Angstzuständen führen kann bzw. das Ausmaß der Angst beeinflusst und damit maßgeblich auch für die psychische Gesundheit verantwortlich zu sein scheint.

Forschung

Das Mikrobiom des Menschen ist Teil intensiver Forschung und noch nicht umfassend verstanden. Die Hochdurchsatz-Gensequenzierung ermöglicht es komplexe ökologische Studien durchzuführen. Herausforderungen in der durch den technischen Fortschritt geprägten Forschung ist die Datenauswertung und deren Interpretation.

Im Dezember 2007 wurde in den USA durch die NIH ein wissenschaftliches Projekt namens Human Microbiome Project zur Sequenzierung aller Genome der Mikroorganismen, die den Menschen besiedeln, ins Leben gerufen. Der Untersuchung liegen Stichproben aus Mund, Rachen und Nase, aus der Haut, dem Verdauungstrakt und dem Urogenitaltrakt von Frauen zugrunde. Es wurde eine kostenlose Datenbank eingerichtet, um die Zusammenarbeit zwischen den Gruppen zu erleichtern.

Mittlerweile werden auch separate Mikrobiome betrachtet, die jeweils nur einen Teil des menschlichen Körpers umfassen (Mundraum, Hautoberfläche). Beispielsweise wurde Anfang 2008 das Mund-Mikrobiom vom National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) in Zusammenarbeit mit Forschern aus anderen Ländern in Angriff genommen. Es umfasst bereits 600 Mikroorganismen. Die Forscher ordnen diese Mikroorganismen allmählich in einem Stammbaum an, was durch die Sequenzierung der 16S-rRNA ermöglicht wurde. Damit erhoffen sie sich ein besseres Verständnis ihrer Bedeutung bei der Entstehung der Karies oder verschiedenen Störungen der Verdauung.

Siehe auch

• Holobiont

Literatur

• A. Shade, J. Handelsman: Beyond the Venn diagram: the hunt for a core microbiome. In: Environmental microbiology. [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Oktober 2011. doi:10.1111/j.1462-2920.2011.02585.x, PMID 22004523 (Short review).
• Mikroben-Inventur: Das Gewimmel im Körper. Spiegel-Artikel vom 14. Juni 2012 Auf: spiegel.de; zuletzt abgerufen am 19. September 2015.
• Felix Goeser: Mikrobiomforschung: Wie körpereigene Keime als „Superorgan“ agieren. In: Dtsches Ärzteblatt. 2012, Band 109, Nr. 25, A-1317.
• I. B. Autenrieth: Die Ökologie der humanen Darmflora: physiologische und pathophysiologische Aspekte. In: Journal für Ernährungsmedizin. 2000, Band 2, Nr. 4, S. 6–9 (Volltext als PDF-Datei).
• Andreas Stallmach, Maria J G T Vehreschild (Hg): Mikrobiom: Wissensstand und Perspektiven. De Gruyter, Berlin 2016, ISBN 978-3-11-045249-5.

Populärwissenschaftlich

• Bernhard Kegel: Die Herrscher der Welt : wie Mikroben unser Leben bestimmen. DuMont, Köln 2015, ISBN 978-3-8321-9773-5.
• Sebastian Jutzi: Der bewohnte Mensch: Darm, Haut, Psyche; besser leben mit Mikroben (= Heyne. Band 60307). Heyne, München 2014, ISBN 978-3-453-60307-3.
• Hanno Charisius & Richard Friebe: Bund fürs Leben. Warum Bakterien unsere Freunde sind. Hanser, München 2014, ISBN 978-3-446-43879-8.

Weblinks

Wiktionary: Mikrobiom – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Mikrobiom-Projekt Mensch [1]
• NIH human microbiome project. Abgerufen am 9. März 2018 [2]
• Joshua Lederberg: Das World Wide Web der Mikrobiologie. (ins Deutsche übersetzt) Auf: project-syndicate.org vom 1. Dezember 2000; zuletzt abgerufen am 19. September 2015.