„Mikrobiom“ – Versionsunterschied

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Mikrobiome von Lebewesen setzen sich aus Bakterien ('''Bakteriom'''), Viren ('''Virom'''), Pilzen ('''Mykobiom''') und Parasiten ('''Parasitom''') zusammen.
Mikrobiome von Lebewesen setzen sich aus Bakterien ('''Bakteriom'''), Viren ('''Virom'''), Pilzen ('''Mykobiom''') und Parasiten ('''Parasitom''') zusammen.

== Mutualismus ==
Für Lebewesen mit physiologischen Mikrobiomen gilt das Prinzip des [[Mutualismus (Biologie)|Mutualismus]].<ref>{{Literatur |Autor=Birgid Neumeister, Friedrich Burkhardt, Sascha al Dahouk |Titel=Mikrobiologische Diagnostik: Bakteriologie - Mykologie - Virologie - Parasitologie |Auflage=2., vollständig überarbeitete Auflage |Verlag=Georg Thieme Verlag |Ort=Stuttgart New York |Datum=2009 |ISBN=978-3-13-743602-7 |Seiten=111 |Abruf=}}</ref> Das lateinische Wort mutuus bedeutet gegenseitig oder wechselseitig und wurde hier gewählt, weil das Vorhandensein eines Mikrobioms (in der Mikrobiologie auch als [[Flora (Mikrobiologie)|Flora]] bezeichnet) für sowohl die beherbergende Seite (Wirt) wie auch die Beherbergten (Gast) Vorteile bedeutet. Man spricht hier auch von einer Gast-Wirt-Beziehung. Für den Gast (also das Mikrobiom) existiert ein geschützter Ort an er leben, sich ernähren und vermehren kann und auch für den Wirt ist ein funktionierendes Mikrobiom eine Quelle von Gesundheit. Viele Stoffwechselprozesse in [[Mikroorganismus|Makroorganismen]] (mehrzellige Organismen – z.&nbsp;B. Menschen) wären ohne Mikroorganismen nicht möglich. So ist zum Beispiel bei Menschen der Abbau des roten Blutfarbstoffs (der fortwährend anfällt) in Teilen an Bakterien geknüpft. Der Abfall des Menschen, wird zum Nährstoff der Darmflora. Für den Makroorganismus wird damit nicht nur Abfall entsorgt, sondern es werden anderen, potentiell schädlichen Bakterien Nährstoffe entzogen, so dass diese sich nicht ansiedeln können. In diesem Zusammenhang wird auch von einer Kolonisationsresistenz gesprochen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.pschyrembel.de/Kolonisationsresistenz/A0TUJ |titel=Kolonisationsresistenz |werk=Pschyrembel |datum=2021-01 |sprache=de |abruf=2023-12-30}}</ref> Auch andere Stoffwechselprozesse werden von Bakterien geleistet, so zum Beispiel die Produktion von Vitamin K .<ref>{{Internetquelle |url=https://lpi.oregonstate.edu/mic/vitamins/vitamin-K |titel=Vitamin K |hrsg=Oregon State University |datum=2023 |sprache=en |abruf=2023-12-30}}</ref>


== Mikrobiom des Menschen ==
== Mikrobiom des Menschen ==

Version vom 30. Dezember 2023, 13:59 Uhr

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

Die Ausdrücke Mikrobiom und Mikroflora (griechisch μικρός mikrós ‚klein‘, griechisch βίος bios ‚Leben‘) bezeichnen im weitesten Sinn die Gesamtheit aller Mikroorganismen eines Habitats. Diese können unterschiedlicher Größe sein, zum Beispiel kann die Erde als Ganzes als Habitat aufgefasst werden. Das Mikrobiom der Erde umfasst in dieser Systematik alle Mikroorganismen welche die Erdkruste, die Gewässer und die Erdatmosphäre besiedeln. Mikrobiota ist der Begriff der die Mikroorganismen einer Gesamtheit bezeichnet.[1]

Häufig wird mit Mikrobiom die Gesamtheit aller Mikroorganismen bezeichnet, die ein vielzelliges Lebewesen natürlicherweise (d. h. ohne Auslösung von Krankheitssymptomen) besiedeln.[2] Es werden auch spezielle Teil-Mikrobiome des Körpers eines solchen Lebewesens (also von bestimmten Körperteilen oder -bereichen) mithilfe der Bezeichnungen „Mikrobiom“ und „Mikrobiota“ beschrieben. Sie werden speziell erforscht, so auch die Wechselwirkungen zwischen diesen Teil-Mikrobiomen eines solchen Lebewesens wie auch zwischen den (Teil-)Mikrobiomen verschiedener solcher Lebewesen (also z. B. zwischen den Mikrobiomen der Münder zweier Kusspartner[3]), etwa im Rahmen der Immunologie.

Mikrobiome von Lebewesen setzen sich aus Bakterien (Bakteriom), Viren (Virom), Pilzen (Mykobiom) und Parasiten (Parasitom) zusammen.

Mutualismus

Für Lebewesen mit physiologischen Mikrobiomen gilt das Prinzip des Mutualismus.[4] Das lateinische Wort mutuus bedeutet gegenseitig oder wechselseitig und wurde hier gewählt, weil das Vorhandensein eines Mikrobioms (in der Mikrobiologie auch als Flora bezeichnet) für sowohl die beherbergende Seite (Wirt) wie auch die Beherbergten (Gast) Vorteile bedeutet. Man spricht hier auch von einer Gast-Wirt-Beziehung. Für den Gast (also das Mikrobiom) existiert ein geschützter Ort an er leben, sich ernähren und vermehren kann und auch für den Wirt ist ein funktionierendes Mikrobiom eine Quelle von Gesundheit. Viele Stoffwechselprozesse in Makroorganismen (mehrzellige Organismen – z. B. Menschen) wären ohne Mikroorganismen nicht möglich. So ist zum Beispiel bei Menschen der Abbau des roten Blutfarbstoffs (der fortwährend anfällt) in Teilen an Bakterien geknüpft. Der Abfall des Menschen, wird zum Nährstoff der Darmflora. Für den Makroorganismus wird damit nicht nur Abfall entsorgt, sondern es werden anderen, potentiell schädlichen Bakterien Nährstoffe entzogen, so dass diese sich nicht ansiedeln können. In diesem Zusammenhang wird auch von einer Kolonisationsresistenz gesprochen.[5] Auch andere Stoffwechselprozesse werden von Bakterien geleistet, so zum Beispiel die Produktion von Vitamin K .[6]

Mikrobiom des Menschen

Video: Mikrobiom des Menschen
Video: 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).[7] 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.[8] 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.[9] Der Begriff des Mikrobioms wurde schon deutlich früher von verschiedenen Forschern gebraucht und definiert.[10] 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 oder B2, 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 Verdrängung von Krankheitserregern und mehr.

Die Zusammensetzung des Mikrobioms ändert sich mit dem Alter.[11] Bei Neugeborenen ist die Vielfalt (Biodiversität) am geringsten, steigt dann mit der Einführung fester Nahrung an und stabilisiert sich etwa im Alter von 2–3 Jahren. Im höheren Alter nimmt die Vielfalt wieder ab. Eine geringere Vielfalt im Darmmikrobiom wird oft mit verschiedenen chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht, wobei die genaue Ursache oft noch unklar ist.

Der Verzehr von Obst und Gemüse, insbesondere in roher Form, kann sich positiv auf die Vielfalt des Darmmikrobioms auswirken.[12] Zwillingsstudien führten zu der Erkenntnis, dass die Zusammensetzung des Darmmikrobioms nicht nur von Umweltfaktoren (Ernährung, Medikamentengabe u. a.) abhängt, sondern auch durch genetische Faktoren mitbestimmt wird. Kürzlich wurde gezeigt,[13] dass ein Zusammenhang zwischen der Blutgruppe und den Komponenten des Darmmikrobioms besteht.[14]

Wo die Zusammensetzung des Mikrobioms von den Genen abhängt, sind der therapeutischen Beeinflussbarkeit von Krankheiten mittels Ernährungsumstellung oder Medikamentengabe natürliche Grenzen gesetzt. Falls jedoch das Mikrobiom nach Antibiotikagabe durch pathogene Keime wie z. B. Clostridioides difficile überwuchert wurde, hat sich für die Wiederherstellung einer natürlichen Darmbesiedlung eine Stuhltransplantation[15] als erfolgreich erwiesen. Zudem gibt es Hinweise, dass das Darmmikrobiom sich auf den Verlauf medizinischer Therapien, wie zum Beispiel einer Stammzelltransplantation, auswirkt.[16]

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 sind die Datenauswertung und deren Interpretation.[17]

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.[18]

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. Zudem gibt es Forschungsprojekte, in denen das orale Mikrobiom von homininen Fossilien rekonstruiert wird.[19]

Mikrobiom von Pflanzen

Auch Pflanzen besitzen ein Mikrobiom, werden also von Kleinstlebewesen besiedelt.[20] Diese Mikroorganismen – etwa zu finden in den Pflanzenwurzeln[21] oder Pflanzensamen[22] – haben Einfluss auf Entwicklung, Wachstum und Gesundheit der Pflanzen.[23] Seit langem bekannt ist die Rolle von Knöllchenbakterien, die eine Symbiose mit Hülsenfrüchtlern eingehen, indem sie die Pflanze mit Stickstoff versorgen und von ihr dafür Zucker erhalten. Die Erforschung und die Optimierung des Mikrobioms von Nutzpflanzen sollen langfristig den Einsatz von Düngern und Pflanzenschutzmitteln reduzieren und Ertragssteigerungen bewirken.[24][25] Das Mikrobiom von Lebensmitteln und Nutzpflanzen wirkt sich auch auf die Gesundheit und das Mikrobiom von Menschen und Tieren aus.[25] Hygienemaßnahmen wie Desinfektion und Sterilisationsverfahren zerstören oder verändern das Mikrobiom, manche Mikroorganismen gelten dadurch als ausgerottet. Daraus können sich Änderungen im Mikrobiom übergeordneter Lebewesen ergeben, wie beispielsweise beim Menschen, wo das vermehrte Auftreten von Zivilisationserkrankungen wie Allergieneigung, Asthma oder Reizdarm unter anderem darauf zurückgeführt wird.[26]

Siehe auch

Literatur

Populärwissenschaftlich

Dokumentarfilme

Wiktionary: Mikrobiom – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑ Andreas Schwiertz: Mikrobiota: Der unterschätzte Player im Stoffwechsel. In: Diabetes aktuell. Band 19, Nr. 08, Dezember 2021, ISSN 1861-6089, S. 356–359, doi:10.1055/a-1658-5655 (thieme-connect.de [abgerufen am 30. Dezember 2023]).
  2. ↑ Urs Jenal: Der Mensch und seine Mikroorganismen. Interaktionen zwischen Krankheit und Wohlbefinden. (Wieviel Mensch ist ein Mensch?) Autor am Biozentrum der Universität Basel. → Volltext (Memento vom 22. Dezember 2014 im Internet Archive; PDF)
  3. ↑ Remco Kort et al.: Shaping the oral microbiota through intimate kissing. In: Microbiome. Band 2, Nr. 1, 17. November 2014, S. 41, doi:10.1186/2049-2618-2-41, PMID 25408893, PMC 4233210 (freier Volltext) – (englisch).
  4. ↑ Birgid Neumeister, Friedrich Burkhardt, Sascha al Dahouk: Mikrobiologische Diagnostik: Bakteriologie - Mykologie - Virologie - Parasitologie. 2., vollständig überarbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart New York 2009, ISBN 978-3-13-743602-7, S. 111.
  5. ↑ Kolonisationsresistenz. In: Pschyrembel. Januar 2021, abgerufen am 30. Dezember 2023.
  6. ↑ Vitamin K. Oregon State University, 2023, abgerufen am 30. Dezember 2023 (englisch).
  7. ↑ Ron Sender et al.: Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. In: PLoS biology. Band 14, Nr. 8, August 2016, S. e1002533, doi:10.1371/journal.pbio.1002533, PMID 27541692, PMC 4991899 (freier Volltext) – (englisch).
  8. ↑ Werner Bär: Physiologische Bakterienflora: Kolonisationsresistenz, endogene Opportunisteninfektionen; Probiotika. In Helmut Hahn, Stefan H. E. Kaufmann, Thomas F. Schulz, Sebastian Suerbaum: Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie. Springer, Berlin/ Heidelberg/ New York 2009, ISBN 978-3-540-46359-7, S. 26 f.
  9. ↑ Susan L. Prescott: History of medicine: Origin of the term microbiome and why it matters. In: D. Raoult (Hrsg.): Human Microbiome Journal Volume. Band 4, Juni 2017, ISSN 2452-2317, S. 24–25.
  10. ↑ Whipps J.M., Lewis K., Cooke R.C.: Mycoparasitism and plant disease control. In: Burge M.N. (Hrsg.): Fungi in Biological Control Systems. Manchester University Press, Manchester, New York 1988, ISBN 0-7190-1979-6, doi:10.1071/app9890106c (Google Books [abgerufen am 10. April 2019]).
  11. ↑ Tanya Yatsunenko, Federico E. Rey, Mark J. Manary, Indi Trehan, Maria Gloria Dominguez-Bello, Monica Contreras, Magda Magris, Glida Hidalgo, Robert N. Baldassano, Andrey P. Anokhin, Andrew C. Heath, Barbara Warner, Jens Reeder, Justin Kuczynski, J. Gregory Caporaso, Catherine A. Lozupone, Christian Lauber, Jose Carlos Clemente, Dan Knights, Rob Knight, Jeffrey I. Gordon: Human gut microbiome viewed across age and geography. In: Nature. Band 486, Nr. 7402, Juni 2012, ISSN 1476-4687, S. 222–227, doi:10.1038/nature11053 (nature.com [abgerufen am 8. November 2023]).
  12. ↑ Wisnu Adi Wicaksono, Tomislav Cernava, Birgit Wassermann, Ahmed Abdelfattah, Maria J. Soto-Giron, Gerardo V. Toledo, Suvi M. Virtanen, Mikael Knip, Heikki Hyöty, Gabriele Berg: The edible plant microbiome: evidence for the occurrence of fruit and vegetable bacteria in the human gut. In: Gut Microbes. Band 15, Nr. 2, 23. September 2023, ISSN 1949-0976, doi:10.1080/19490976.2023.2258565, PMID 37741805, PMC 10519362 (freier Volltext) – (tandfonline.com [abgerufen am 31. Oktober 2023]).
  13. ↑ Malte Christoph Rühlemann et al.: Genome-wide association study in 8,956 German individuals identifies influence of ABO histo-blood groups on gut microbiome. In: Nature Genetics. Band 53, Nr. 2, Februar 2021, S. 147–155, doi:10.1038/s41588-020-00747-1 (englisch).
  14. ↑ Zitiert nach: Hamburger Ärzteblatt 04/2021, S. 31
  15. ↑ Martin J. Blaser: Fecal Microbiota Transplantation for Dysbiosis - Predictable Risks. New England Journal of Medicine 2019, Band 381, Ausgabe 21 vom 21. November 2919, Seiten 2064–2066, doi:10.1056/NEJMe1913807
  16. ↑ Jonathan U. Peled, Antonio L.C. Gomes et al.: Microbiota as Predictor of Mortality in Allogeneic Hematopoietic-Cell Transplantation. In: New England Journal of Medicine. Band 382, Nr. 9, 27. Februar 2020, S. 822–834, doi:10.1056/NEJMoa1900623, PMID 32101664, PMC 7534690 (freier Volltext) – (englisch).
  17. ↑ Dirk Haller: Ernährung und Mikrobiom, ZIEL - Research Center for Nutrition and Food Sciences Biofunctionality Unit, Technische Universität München, Vortragsreihe Winter 2014-15, Universität Hamburg
  18. ↑ Scientists Launch First Comprehensive Database of Human Oral Microbiome. Pressemitteilung der National Institutes of Health vom 25. März 2008.
  19. ↑ James A. Fellows Yates et al.: The evolution and changing ecology of the African hominid oral microbiome. In: PNAS. Band 118, Nr. 20, 2021, e2021655118, doi:10.1073/pnas.2021655118.
    Lessons from the ancient oral microbiome. Auf: nature.com vom 27. Oktober 2021.
  20. ↑ Mikrobiom (Synonym auch: Mikrobiota). Abgerufen am 3. März 2021.
  21. ↑ Mikrobiom. Abgerufen am 21. Januar 2021.
  22. ↑ 100 Millionen Bakterien pro Apfel. Abgerufen am 3. März 2021.
  23. ↑ Ein Immunsystem soll Pflanzen schützen. Abgerufen am 3. März 2021.
  24. ↑ Über das Mikrobiom die Pflanze stärken. Eine Vision wird konkret. Abgerufen am 3. März 2021.
  25. ↑ a b Wie Wurzel und Mikrobiom kommunizieren. Abgerufen am 3. März 2021.
  26. ↑ Mikrobiom: Der winzige Motor unseres Planeten. Abgerufen am 3. März 2021.
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