Diese Woche markiert den 10. Jahrestag der ersten großen Untersuchung der mikrobiellen Vielfalt im menschlichen Körper, veröffentlicht in Natur temperieren vom Human Microbiome Project (HMP) Konsortium, dessen Mitglied ich war.
Zuvor hatten Mikrobiologen herausgefunden, dass der Körper eine große Masse von Mikroorganismen beherbergt – eine berauschende Mischung aus Bakterien, zusammen mit Archaeen, Pilzen und Viren, die sich über Haut, Mund und Darm verteilen – zusammen als Mikrobiom bezeichnet. Aber bis 2012 fehlte uns eine Bestandsaufnahme davon.
Tatsächlich ist diese Bestandsaufnahme – ein Indikator für 10 Billionen Zellen, die zu Tausenden von Arten gehören und insgesamt 200 Gramm pro Person wiegen – immer noch unvollständig. Es ist an der Zeit, auf dieser frühen Arbeit aufzubauen (Human Microbiome Project Consortium Natur temperieren 486, 207-214; 2012) und die Erneuerung des Projekts zur Darstellung der Menschheit in all ihrer Komplexität.
Es hat lange gedauert, diese frühen Arbeiten in Gang zu bringen, und das Tempo der Veränderungen in den letzten 10 Jahren war atemberaubend. Erst wenn genetische Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien – die ursprünglich zur Untersuchung des menschlichen Genoms entwickelt wurden – billig und einfach genug zu handhaben sind, kann HMP beginnen.
Nach seiner Gründung im Jahr 2007 sequenzierte das Konsortium die DNA von Mikroben, die in und auf 242 Menschen aus zwei amerikanischen Städten gefunden wurden – Boston, Massachusetts, und Houston, Texas, die aufgrund ihrer Nähe zu den beiden damals führenden Sequenzierungszentren MIT und Harvard ausgewählt wurden University in der Nähe von Boston und dem College of Baylor Medicine in Houston. Unsere Aktivitäten wurden vom US National Institutes of Health Joint Fund finanziert, und das Projekt zog akademische Bioinformatik-Experten für das Mikrobiom an, um an den Daten zu arbeiten, nachdem wir sie generiert hatten.
Das Ergebnis war der erste umfassende Katalog eines intakten amerikanischen menschlichen Mikrobioms: eine vollständige Liste der Gene im Darmmikrobiom. HMP zeigte, dass zelluläre Organismen im Darm aus Tausenden von Arten bestehen, mit einem genetischen Fußabdruck, der 150-mal so groß ist wie das menschliche Genom. Letztendlich veranlasste diese Fülle Biologen dazu, das Mikrobiom als ein ökologisch erworbenes „zweites Genom“ zu betrachten, das im menschlichen Wirt verborgen ist.
Zehn Jahre später wissen wir viel. Das Mikrobiom ist für das reibungslose Funktionieren unseres Körpers unerlässlich und der Schlüssel zur Verdauung von Nahrung und zur Abwehr von Krankheitserregern. Experimente an Mäusen haben gezeigt, dass die Zusammensetzung des Mikrobioms das soziale Engagement und die Angst beeinflusst. Häufige Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Fettleibigkeit werden mit unterschiedlichen Mikroben in Verbindung gebracht. Auch wie Kinder ihr Mikrobiom erwerben – und was die Entwicklung des Mikrobioms beeinflusst – wird immer klarer.
(Wenn man bedenkt, wie wichtig Mikroben für unsere Gesundheit sind, finde ich es immer noch überraschend, dass wir so viele Funktionen für viele der Organismen übernehmen, die wir von Geburt an aus unserer Umwelt aufnehmen.)
Wir haben auch viele unbeantwortete akademische Fragen. Woher kam das Mikrobiom zuerst in der menschlichen Evolution? Wie unterscheiden sich menschliche Mikroben von denen von Primaten, Säugetieren oder Tieren im Allgemeinen? Wie wird das Mikrobiom von Mensch zu Mensch übertragen? Und was bedeuten veränderte sterile Ernährungs- und Lebensstile für die langfristige Gesundheit des Mikrobioms?
Diese erste Analyse vor zehn Jahren, bei der Menschen aus nur zwei amerikanischen Städten rekrutiert wurden, scheiterte kläglich daran, die wahre Vielfalt des menschlichen Mikrobioms zu erfassen. Wir wissen heute, dass Menschen in Europa und Nordamerika ein weniger vielfältiges Mikrobiom haben als Menschen in weniger industrialisierten Regionen – aber sehr wenig ist über die Unterschiede zwischen Menschengruppen bekannt.
Und noch weniger ist über viele andere Tiere bekannt, die selbst Massen enthalten. Wir wissen, dass sich die Mikroben von in Gefangenschaft gehaltenen Tieren von denen in freier Wildbahn lebender Tiere unterscheiden, genauso wie sich industrielle menschliche Mikroben von nicht-industriellen unterscheiden. Aber das meiste, was wir über tierische Mikroben wissen, stammt aus Studien an in Gefangenschaft gehaltenen Tieren. Da wir aufgrund des schnellen globalen Wandels die Vielfalt der Tiere verlieren, verlieren wir auch die Vielfalt des Mikrobioms.
Um mehr zu erfahren, ist ein neues Konsortium erforderlich, das Tausende von Menschen und Tieren beprobt. Wir brauchen Wildtierbiologen und Mikrobiomwissenschaftler, die Seite an Seite mit Teams auf der ganzen Welt arbeiten. Vor zehn Jahren war die Analyse so neu und schwierig, dass wir nicht viel darüber nachgedacht haben, die Proben zu bekommen. Jetzt sollte der Prozess durch die Beschaffung von Proben aus globalen Quellen vorangetrieben werden.
Einige fragen sich vielleicht, warum wir ein riesiges und teures neues Konsortium brauchen, während die Daten bereits hereinströmen – eine Studie nach der anderen, durchgeführt von Labors, die auf eigene Faust arbeiten. Aber die Industrialisierung schreitet schnell voran, und moderne Wirtschaftskräfte haben das Potenzial, die mikrobielle Vielfalt schneller auszurotten, als man beobachten kann.
Ein neues Konsortium würde es Wissenschaftlern ermöglichen, die Landkarte des Mikrobioms endlich auszufüllen. Es ist wie bei einer Volkszählung: Warten Sie nicht, bis einzelne Städte ihre Bevölkerungszahlen melden; Sie unternehmen eine konzertierte Anstrengung, um es konsequent und schnell zu tun, bevor es sich ändert.
Eine umfassende neue Analyse der Vielfalt des menschlichen Mikrobioms und des breiteren Mikrobioms von Wirbeltieren wird unsere Artendaten endlich in den Kontext des Baums des Lebens stellen. Nur dann können wir das Etikett „Mensch“ wirklich auf das Mikrobiom ausdehnen.
Interessenkonflikt
Der Autor gibt keinen Interessenkonflikt an.