Mikroben können uns schaden oder uns beschützen. Sie sind gefährliche Gegner, aber ohne sie können wir nicht leben. Obwohl seit ihrer Entdeckung über 300 Jahre vergangen sind, ringen wir noch immer um ein realistisches, differenziertes Verhältnis zu ihnen. Ihr Potenzial beginnen wir erst langsam zu verstehen.

Es ist Abend. Antoni Leeuwenhoek sitzt am Tisch und starrt angespannt durch die Linse des Apparates. Die Vorhänge sind zugezogen, keiner soll seine neuartigen Instrumente sehen. Plötzlich fährt er erschrocken hoch. Beim Blick durch das Okular sieht er kleinste Lebewesen, die sich aus eigener Kraft durch das Wasser bewegen können. So oder so ähnlich war es wohl, als zum ersten Mal ein Mensch in den Mikrokosmos der Mikroben hinabtauchte.

1676 traut sich Leeuwenhoek, einen Bericht an die wichtige Royal Society in London zu senden. Er wird mit Hohn und Spott belohnt. Niemand hält es für möglich, dass es kleinste, mit bloßem Auge nicht zu erkennende Lebewesen gibt. Aber mit der Entwicklung von immer leistungsfähigeren Optiken wird deutlich: Die Welt ist bis in alle Ecken und Winkel von Mikroorganismen bevölkert. Ob in minus 13 Grad Celsius kaltem Salzwasser in Polarregionen oder in heißen Quellen am Meeresgrund, wo es über 130 Grad heiß wird – sie finden sich überall zurecht. Mit der Zeit lernten die Forscher, verschiedene Formen von Mikroorganismen unterscheiden. Manche verfügen über einen Zellkern, manche besitzen nur ringförmige Erbgutabschnitte. Zu ihnen zählen die Archaeen und die Bakterien.

Obwohl schon in 2000 Jahre alten römischen Schriften ein Zusammenhang zwischen Krankheiten und kleinsten Organismen vermutet wird, dauerte es bis weit ins 19. Jahrhundert, bis sich diese Ansicht breit durchsetzten konnte. Gegen erbitterte Widerstände seiner Kollegen behauptete der ungarische Arzt Ignaz Semmelweis, das Kindbettfieber würde übertragen, indem Ärzte und Medizinstudenten erst Leichen sezierten und dann Patientinnen untersuchten, oftmals mit ungewaschenen Instrumenten und Händen. Auch er wurde zunächst verspottet und angefeindet. Er erlebte nicht mehr, wie seine Ideen von Louis Pasteur und Robert Koch aufgegriffen wurden. Sie verhalfen der Tatsache, dass Bakterien Krankheiten verursachen können, zur allgemeinen Anerkennung.

Antibiotika:
Wirksame Waffe gegen bakterielle Krankheitserreger. Doch durch breite Anwendung verlieren sie ihre Wirksamkeit, denn Bakterien können Resistenzen entwickeln. Bild: PublicDomainImages (CC0 1.0)

Antibiotika – ein zweischneidiges Schwert

Bis mit den Antibiotika in den 40er-Jahren des 20. Jahrhunderts wirksame Medikamente gegen bakterielle Infektionen gefunden wurden, waren diese Erkrankungen eine häufige und gefürchtete Todesursache. Die sagenhaften Heilerfolge der antibiotischen Therapie veranlassten Mediziner zu kühnen Vermutungen über die baldige Ausrottung von allen Infektionserkrankungen. Aber die Ärzte machten die Rechnung ohne die Natur: Die Mikroben schlugen zurück, sie entwickelten Resistenzen.

Dass sich durch ungebremsten Antibiotikaeinsatz schwer zu bekämpfende resistente Bakterienstämme entwickeln können, ist mittlerweile weithin bekannt. Trotzdem werden Antibiotika immer noch unzweckmäßig angewendet. So können Bakterien sich anpassen. Sie entziehen sich den Angriffen der Antibiotika, indem sie zum Beispiel bestimmte Stoffwechselschritte einfach mit anderen Enzymen vollziehen, die nicht von den Antibiotika gehemmt werden. Diese Fähigkeiten zur Resistenz können als kleine Erbgutabschnitte, sogenannte Plasmide, vom einen Bakterium auf ein anderes übergeben werden. So kann sich ein Resistenzfaktor auch über verschiedene Bakterienstämme hinweg verbreiten. Wenn ein Bakterium viele verschiedene solcher Resistenzfaktoren „gesammelt“ hat, ist ein gefürchtetes Killerbakterium entstanden, das nur noch durch wenige Antibiotika, mit teilweise verheerenden Nebenwirkungen behandelt werden kann.

Moderne Mikrobenjagd

Leeuwenhoek entdeckte die Mikroben mit einfachsten Mikroskopen. Heute werden Mikroben mit Lasern beschossen, und aus der Flugzeit der herausgeschlagenen Proteine ergibt sich, um welches Bakterium es sich handelt. MALDI TOF – „Matrix-assisted laser desorption/ionization Time of Flight“ heißt diese Methode. Selbst Bakterien, die sich nicht oder nur schwer anzüchten lassen, können, wenn sie nur kleinste Erbgutspuren hinterlassen, über DNA-Vervielfältigung und Sequenzierung identifiziert werden.

Obwohl die technischen Möglichkeiten heute wesentlich ausgereifter sind, ist immer noch recht wenig bekannt aus der komplexen Welt der Bakterien. Es wird angenommen dass die überwiegende Mehrheit der existierenden Bakterien noch gar nicht beschrieben ist.

Allzu sauber ist ungesund

Bis heute fällt es uns schwer, ein gesundes, differenziertes Verhältnis zu den Mikroben in unserer Umwelt zu entwickeln. Wir schwanken zwischen Heilsversprechen und Feindbildern. Wie nahe uns die Mikroorganismen und vor allem Bakterien stehen, machen wir uns selten bewusst. Neun von zehn Zellen in unserem Körper sind Mikroben. Die meisten davon leben im Darm. In einem Gramm Darminhalt können bis zu einer Billion Mikroorganismen gefunden werden.

Auf der einen Seite werden probiotische Drinks mit „guten Bakterien“ verkauft, die uns bessere Gesundheit und ein besseres Lebensgefühl versprechen, auf der anderen Seite werden kaum noch Putz- oder Waschmittel verkauft, die nicht bakterizid sind und mindestens 99 Prozent der Bakterien auf der Toilettenschüssel eliminieren. Ob das allerdings gesünder ist, bleibt fraglich.

Die Folgen für unsere Gesundheit sind kaum abzuschätzen, wenn wir uns in einem immer sterileren Umfeld bewegen. Manche Forscher bringen das gehäufte Auftreten verschiedener Erkrankungen mit den neuen Lebensumständen in Zusammenhang. Die Theorie ist simpel: Fehlt dem Immunsystem der Trainingspartner Mikrobe, muss er sich an eigentlich ungefährlichen Substanzen aus der Umwelt oder sogar an körpereigenen Strukturen abreagieren. Ergebnis sind Allergien oder Autoimmunerkrankungen.

Je mehr wir über die Bakterien und das Verhältnis zu uns Menschen lernen, desto offensichtlicher wird es, dass Bakterien für uns eine weitaus größere Rolle spielen als bisher angenommen. Wir wissen, dass Bakterien uns bei der Verdauung helfen. Pflanzliche Kohlenhydrate, die wir nicht abbauen können, werden von Bakterien gespalten und für uns verwertbar gemacht. So wird durch Bakterien bis zu 10 Prozent unseres Energiebedarfs gedeckt. Die physiologische Hautflora wehrt potentiell krankmachende Erreger ab. Die ungefähr eineinhalb Kilo Bakterien, die wir in unserem Körper tragen, werden oft schon als eigenes Organ betrachtet.

Das Mikrobiom wird entschlüsselt

Tatsächlich ergänzt das Mikrobiom mit geschätzt acht Millionen Genen das mit rund 22.000 Genen im Vergleich recht bescheidene Repertoire des Menschen. Welche einzelnen Funktionen damit erfüllt werden, ist bis auf wenige Ausnahmen noch weitgehend unbekannt.

Auch wer da in unserem Körper eigentlich lebt, ist zum größten Teil ungeklärt. Es wird geschätzt, dass mehr als 10.000 verschiedene Bakterien im Menschen vorkommen. Große Initiativen wie das „Human Microbiome Project“ (HMP), das 2007 in den USA gestartet wurde, oder das europäische Schwesterprojekt „MetaHit-Konsortium“ (Metagenomics of the Human intestinal tract) sammeln und sequenzieren Genome der Mikroorganismen. Bei dieser Art von Forschung fallen riesige Datenmengen an, die ausgewertet und interpretiert werden müssen.

Mittlerweile können verschiedene Bevölkerungsgruppen unterschieden werden, bei denen verschiedene Darmkeime dominieren. Diese bisher drei Enterotypen werden auch mit „Blutgruppen“ verglichen, da sie sich je nach Herkunft, Ernährungsweise, Geschlecht usw. unterschieden. So soll versucht werden, Risikofaktoren für Erkrankungen zu identifizieren oder das Ansprechen auf Therapien vorherzusagen.

Auch für junge Forscher ist das Thema interessant: das Startup uBiome aus San Francisco zum Beispiel versucht eine Datenbank mit Mikrobiomen anzulegen. Dabei wird auf das Konzept Citizen Science zurückgegriffen. Wissenschaft fürs Wohnzimmer sozusagen. Für einen bestimmten Betrag kann jeder im Internet ein Paket bestellen. In den fünf enthaltenen Abstrichröhrchen sollen Proben der Bakterienfauna von Nase, Mund, Haut, Urogenitaltrakt und Darm gesammelt werden. Diese werden dann ins Labor geschickt, und wenig später erhält man eine interaktive Auswertung des eigenen Mikrobioms auf der Webseite. Die gesammelten Daten sollen dann verwendet werden, um herauszufinden, wie Mikrobiome sich regional unterscheiden oder ob sich Risikofaktoren für bestimmte Erkrankungen ableiten lassen.

Neue Therapien am Horizont

Die Studienlage bringt bisher mehr als 25 Erkrankungen mit bestimmten Veränderungen des Mikrobioms in Verbindung, darunter Alzheimer, Arteriosklerose, Depression, Rheuma, Darmkrebs. Worin aber der Zusammenhang genau besteht, muss noch geklärt werden. Bei chronischen Darmerkrankungen liegt zum Beispiel eine wesentlich geringere Vielfalt des Mikrobioms vor. Ein Forscherteam in den USA konnte jüngst zeigen, dass von Darmbakterien gebildete Substanzen den Blutdruck beeinflussen können. Auch Herz-Kreislauferkrankungen und Diabetes werden mit den Mikroben in Zusammenhang gebracht.

Das Potenzial der Forschung scheint gewaltig. Es ist gut denkbar, dass weitere Ergebnisse uns einen tiefen Einblick in die Entstehung von Krankheiten ermöglichen und sich vielleicht ganz neue Therapiewege eröffnen oder die Diagnose von Krankheiten erleichtern. Schon jetzt gibt es erste Anwendungen wie die Stuhltransplantation (siehe Info-Kasten).

Fest steht, dass wir unser Mikrobiom nicht leichtfertig riskieren sollten. Aber wie wir die Bakterien in unserem Darm hegen und pflegen sollen, muss die Wissenschaft noch klären. Bisher gibt es nur unspezifische Tipps: Regelmäßige Bewegung, die Vermeidung von Stress und eine gesunde Ernährung sollen die Darmbewohner schonen. Auch unnötige Antibiotika-Einsätze sollten unterbleiben. Es hat sich gezeigt, dass Bakterien nach einer Antibiotikatherapie zwar nachwachsen, aber nicht mehr in der ursprünglichen Vielfalt – mit allen denkbaren Folgen.

Stuhltransplantation – Medizin mit Ekelfaktor

Titelbild: Public Domain. bearbeitet von Sebastian Sennock

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