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Symbiose auf Lebenszeit Der Mensch und seine Bakterien

Bakterien sind überall und doch für den Menschen unsichtbar. Sie besiedeln seine Haut, die Lunge, den Darm und sämtliche Körperöffnungen. Doch welche Funktion sie dort genau erfüllen, beginnen die Forscher erst jetzt allmählich zu verstehen.

Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig

Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig

Immer deutlicher zeichnet sich ab: Bakterien wirken nicht nur im Darm. Ihre Stoffwechselprodukte beeinflussen das Immunsystem, die Knochen, Lunge, Herz - und sogar das Gehirn. Neben Milchsäure produzieren die kleinen Helfer noch viele andere Stoffe, die den Körper beeinflussen: Zum Beispiel Enzyme, Hormone oder Antibiotika. Gerät das Gleichgewicht in der menschlichen Bakteriengemeinschaft durcheinander, kann der Mensch krank werden.

Das Warenhaus Kaufland hat einen Roquefort-Käse wegen Coli-Bakterien aus den Kühltheken genommen

Bestimmte Bakterien werden schon jetzt als Medikament eingesetzt

Inzwischen wissen die Forscher, dass sich dieses „Mikrobiota“ genannte Ökosystem im Darm verändern kann. Bei manchen chronischen Krankheiten verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen den Bakterien: Manche Arten kommen häufiger vor, andere werden seltener. Diesen Zusammenhang haben die Forscher unter anderem beim Typ 2 Diabetes und bei entzündlichen Darmerkrankungen beobachtet. Doch warum das Ökosystem im Darm mancher Menschen durcheinander gerät, ist noch unklar. Denn das Zusammenspiel zwischen den Mikroben ist sehr komplex.

Der Mensch besteht nur zu zehn Prozent aus Mensch

Jedes Wirbeltier, jedes Säugetier hat etwa Tausend unterschiedliche Bakterienspezies im Darm. Wenn man rein von der Zellmenge ausgeht, sind es 10-mal mehr Zellen, als der Mensch selbst im ganzen Körper hat. Das heißt, im Prinzip besteht der Mensch eigentlich nur zu 10 Prozent - in Zellen – aus Mensch. Was die übrigen 90 Prozent der Zellen im menschlichen Körper treiben, müssen Wissenschaftler erst herausfinden.

Ebenso wenig wissen die Forscher, welche der 1000 unterschiedlichen Bakterienarten im Darm eine Rolle bei bestimmten Krankheiten spielen. Für diese Puzzlearbeit müssen keimfreie Mäuse herhalten. Diese Tiere wachsen von Geburt an ohne Bakterien auf. Deshalb kann der Forscher an ihnen studieren, was passiert, wenn bestimmte Mikroben im Organismus fehlen. Oder was einzelne Bakterien im Körper verursachen. Die Forscher impfen diese Tiere mit einzelnen Bakterienstämmen. Diese vermehren sich im Organismus und besiedeln den ganzen Körper der Maus. So wollen die Forscher mehr darüber herausfinden, was die Keime im Organismus anstellen. Leider stellt sich oft heraus, dass es meist nie ein einzelnes Bakterium ist, sondern eher das Zusammenspiel von einem ganzen Konsortium von Bakterien.

Bisher wissen die Forscher auch nicht genau, warum die Bakteriengemeinschaft bei manchen Menschen durcheinander gerät und krank macht. Die Forscher beobachten aber eine Tendenz: Je mehr Arten in diesem Ökosystem leben, desto seltener gerät es aus dem Gleichgewicht. Eigentlich sieht man bei allen chronischen Krankheiten, dort, wo die Mikrobiota eine Rolle spielt, dass im Krankheitszustand die Diversität der Mikrobiota abnimmt.

Komplex heißt stabil

Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Bakteriengemeinschaft im menschlichen Darm seit dem 20. Jahrhundert sehr verändert hat, vor allem durch die zu wenig kontrollierte Einnahme von Antibiotika, einseitige Ernährung und zu viel Hygiene. Zivilisationskrankheiten wie Diabetes oder Asthma könnten auch mit dieser Veränderung zusammenhängen. Tatsächlich haben Studien diesen Zusammenhang schon nachgewiesen. Für die Entwicklung des Immunsystems scheint es wichtig zu sein, dass der Körper Kontakt zu möglichst vielen Bakterien bekommt.

In medizinischen Forschungen werden die Keime von Menschen aus Industrienationen und denen von Ureinwohnern aus dem Amazonas verglichen. So kann man untersuchen, ob der ersten Versuchsgruppe tatsächlich schon ein paar Keime verloren gegangen sind. Zum anderen kann auf diese Weise eine Art Bibliothek der ursprünglichen und unveränderten Bakteriengesellschaft anlegt werden. Mithilfe dieser Datenbank könnte man langfristig verloren gegangene Organismen in der Darmflora wieder ersetzen.

Zumindest Mäuse können aber auch ganz ohne Bakterien recht gut überleben. Im Labor werden sie sogar oftmals älter als ihre verkeimten Artgenossen. Dieses Phänomen ist genauso wenig verstanden wie viele andere Aspekte der wechselvollen Beziehung zwischen Mensch und Mikrobe. Den Forschern wird aber immer klarer, dass das Schicksal dieser beiden Symbionten viel enger verknüpft ist, als gedacht: Die Bakterien gehören zum Menschen wie andere Organe auch.

Die Bakterien waren schon vor uns Menschen da

Aus dieser Perspektive heraus kann man auch sagen: Wir sind nützlich für die Bakterien und haben unsererseits dankbar ihre Dienste in Anspruch genommen. Wissenschaftler haben tatsächlich konkrete Hinweise dafür gefunden, dass Bakterien bei Mäusen die Körpertemperatur regulieren: Ihre Stoffwechselprodukte wirken offenbar auf das braune Fettgewebe. Dieses Gewebe funktioniert wie ein schneller Brüter: Es kann Nahrung direkt in Wärme verwandeln. Kühlt der Körper aus, zapft er diese Reserve an. Dadurch verhindert er, dass Organe geschädigt werden. Vor allem das Gehirn ist temperaturempfindlich. Bakterien sichern die Temperatur und die Energieversorgung in ihrem Wirt.

Legionellen (Legionella pneumophila) - Bakterien in Mikroskopvergrößerung

Die Darmflora eines Menschen ist so individuell wie sein Fingerabdruck

Damit waren in der Evolution zwei wichtige Voraussetzungen erfüllt, damit höher entwickelte Organismen sich Organe leisten konnten, die so viel Energie verbrauchen wie der Magen-Darm-Trakt oder das Gehirn. Ohne Energiespeicher und konstante Körpertemperatur hätte das nicht funktioniert. Das ist eine Erklärung, warum der Mensch ein so gut entwickeltes Gehirn hat.

Doch wie würde Leben ohne Keime aussehen?

Eine müßige Frage, denn die Bakterien waren zuerst da, evolutionär sind sie viel älter als der Mensch. Das heißt alle mehrzelligen Organismen sind entstanden unter der permanenten Anwesenheit von Bakterien. Für den Wirt gab es nie die Option, keimfrei aufzuwachsen.

Alles in allem profitiert der Organismus von seiner Beziehung mit den Keimen. Doch Mensch und Mikrobe sind nur „ziemlich beste Freunde“. Der Körper muss auch lernen, sich von den Bakterien abzugrenzen. Schon kurz nach der Geburt muss sich das Neugeborene mit einer Flut von Keimen auseinandersetzen. Darunter nützliche und schädliche. Der Körper muss den guten Mikroben Zutritt verschaffen. Wissenschaftler können zeigen, dass neugeborene Mäuse einen riskanten Weg wählen: Sie heißen Freund und Feind gleichermaßen willkommen.

Gerade geboren werden die Mäuse blind für Mikroben jeglicher Art und bleiben es zwei Wochen lang. Für diese Zeitspanne lassen sie Einwanderer unbehelligt. Dann erst kehrt die Fähigkeit des Immunsystems zurück, Bakterien zu erkennen.

Sturmfrei für alle Bakterien

Kurz nach der Geburt ist also im Prinzip jeder Keim willkommen im „Ökosystem Mensch“. Doch die Gästeliste ist nicht zufällig: Auf dem Weg durch den Geburtskanal geben Mütter ihren Babys eine Gründerpopulation an Bakterien mit. Es sind vor allem Milchsäurebakterien, die aus der Vaginalflora stammen. Per Kaiserschnitt geborenen Kindern fehlen diese Pionier-Keime. Auf ihrem Körper entdeckten Forscher vor allem Bakterien, die sie der Haut der Mutter und des Arztes zuordnen konnten. Noch Monate später unterscheidet sich die Mikrobiota von schnitt- und vaginal entbundenen Babys. Offenbar werden also schon bei der Geburt wichtige Weichen gestellt.

Wer und was diese Flora reguliert, beginnen die Forscher erst langsam zu verstehen. Noch bis vor kurzem war daran kaum zu denken: Nur die wenigsten Körperkeime ließen sich in der Petrischale züchten und konnten so identifiziert werden. Erst seit wenigen Jahren können Forscher die Identität der Bakterien durch genetische Analysen nachweisen. Diese modernen Sequenziermethoden haben den Blick der Forscher geschärft, erzählt Dirk Haller. Und sie haben das Tor zu einer unbekannten Welt geöffnet.

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