Darmbakterien wehren Krankheitserreger ab

KIEL. Vom Einzeller bis zum Menschen sind ja sämtliche Lebewesen und Pflanzen von Mikroorganismen besiedelt, erinnert die Christian-Albrechts-Universität (CAU) zu Kiel. Die Gemeinschaft dieser Mikroorganismen, das Mikrobiom, bildet mit dem Wirtslebewesen ein Metaorganismus.Die Interaktionen von Körper und Mikroben beeinflussen dabei bekanntlich die Gesundheit des Wirts.

Forscher der CAU schreiben den Mikroorganismen nun auch eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern zu: Kohar A.B. Kissoyan und ihre Kollegen haben herausgefunden, dass die Mikroorganismen das Immunsystem des Wirts unterstützen (Curr Biol 2019; 29:1–8), teilt die CAU mit.

Für ihre Laboruntersuchungen nutzten die Forscher dabei den Modellorganismus Caenorhabditis (C.) elegans. Bereits vor einigen Jahren hatten CAU-Wissenschaftler eine systematische Analyse des natürlichen Fadenwurm-Mikrobioms durchgeführt. Damals stellten sie die Hypothese auf, dass das natürliche Mikrobiom den Tieren einen evolutionären Vorteil verschafft, indem es sie gegen Krankheitserreger schützen kann.

Um diese bisher lediglich vermutete Funktion des Mikrobioms besser zu verstehen, beschäftigten sich die Forscher nun mit einzelnen Bakterien aus der damaligen Studie. Sie untersuchten, wie einzelne Bakterien auf bestimmte schädliche Keime wirken. Dabei machten sie zwei deutliche Wirkungsweisen aus.

Direkte und indirekte Effekte

„Einerseits konnten wir eine direkte Schutzwirkung bestimmter Bakterien gegen einen Krankheitserreger feststellen“, wird Dr. Katja Dierking, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Evolutionsökologie und Genetik an der CAU und Teilprojektleiterin im SFB 1182, in der Mitteilung zitiert. „Bakterien der Gattung Pseudomonas hemmen das Wachstum des für den Wurm typischen Krankheitserregers Bacillus thuringiensis, wenn man beide in direkten Kontakt bringt“, so Dierking.

Außerdem zeigte sich bei der Untersuchung anderer Bakterien der Gattung Pseudomonas auch ein indirekter Effekt: Sie hemmen zwar nicht das Wachstum des Krankheitserregers, bewahren den Wurm aber vor dessen schädlicher Wirkung. Insgesamt fanden die Forscher sechs Bakterienisolate im natürlichen Mikrobiom, die an der Abwehr von Infektionen beteiligt sind: Zwei davon schützen den Wurm direkt vor dem Befall mit Krankheitskeimen, vier davon indirekt.

Molekularer Mechanismus

Eine weitere Besonderheit der neuen Kieler Studie ist, dass sie nicht nur die infektionshemmende Wirkung einzelner Bakterien des FadenwurmMikrobioms beschreibt, sondern im nächsten Schritt auch einen zugrundeliegenden molekularen Mechanismus identifizieren konnte.

Die Wissenschaftler es Kieler SFB 1182 konnten in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Frankfurt mittels genomischer und biochemischer Analysen ein antibakterielles Molekül identifizieren, das von den Mikrobiom-Bakterien, die Caenorhabditis elegans auf direkte Weise schützen, produziert wird.

„Die Pseudomonas-Bakterien im Darm des Wurms produzieren ein sogenanntes zyklisches Lipopeptid“, erklärt Kissoyan, die Erstautorin der Forschungsarbeit und Doktorandin in der Arbeitsgruppe Evolutionsökologie und Genetik. „Diese chemische Verbindung entfaltet eine direkte Hemmwirkung auf den Krankheitskeim und unterdrückt so sein weiteres Wachstum“, so Kissoyan.

Die Ergebnisse des Kieler Teams sind eine wertvolle Basis für die weitere Erforschung der verschiedenen Funktionen des natürlichen Darmmikrobioms, so die CAU. Mit dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans stehe dafür ein bestens untersuchter Modellorganismus zur Verfügung.

Als nächstes wollen Dierking und ihr Forscherteam den Wirkungsmechanismus des im Darmmikrobiom des Fadenwurms identifizierten antibakteriellen Moleküls im Detail nachvollziehen. Langfristiges Ziel des SFB 1182 ist es, auch die Wechselwirkungen der diversen Bakterien des Mikrobioms untereinander und mit dem Wirtsorganismus zu verstehen. Und: In Zukunft, so hoffen die Kieler Wissenschaftler, könne man durch Störungen des Darmmikrobioms verursachte Krankheiten mit der gezielten Gabe von Probiotika möglicherweise erfolgreich therapieren. (eb)