Bei Mitbewohnern dreht sich alles um Chemie, molekular gesprochen

In und auf jedem Menschen leben unzählige Mikroorganismen – die Mikrobiota, die dabei helfen, das Leben ihrer Wirte zu formen und zu lenken. Ein ähnliches Phänomen tritt zwischen Menschen, Mikroben und den Häusern auf, die sie teilen.

Schreiben in der Ausgabe vom 24. Juni 2022 von Wissenschaftliche FortschritteWissenschaftler der University of California San Diego School of Medicine und anderswo berichten über die molekularen Auswirkungen des Lebens in Innenräumen und beschreiben, wie die Anwesenheit von Menschen mit ihren mikrobiellen Mitbewohnern interagiert und die Biologie und Chemie des Hauses verändert.

Die Ergebnisse, schlagen die Autoren vor, sollten zukünftige Gebäudeentwürfe beeinflussen.

Moderne Amerikaner verbringen ungefähr 70 Prozent ihrer Zeit in Innenräumen und formen das Mikrobiom in Innenräumen mit Eingaben ihres Körpers um. Begrenzte Forschung hat die Wechselwirkung zwischen Menschen und der Exposition gegenüber bestimmten Schadstoffen, Toxinen und Partikeln in Innenräumen untersucht, aber die neue Studie dokumentiert ehrgeiziger, wie Menschen die gesamte molekulare und chemische Zusammensetzung eines Hauses durch Routineaktivitäten beeinflussen.

Im Sommer 2018 wurde in Austin, Texas, ein experimentelles Testhaus errichtet. Das Haus war für den normalen Gebrauch konzipiert und umfasste Badezimmer, eine Küche, Versammlungs- und Arbeitsbereiche. Übernachtungen waren verboten, aber 45 Studienteilnehmer plus Besucher verbrachten Zeit im Haus und besetzten es 26 Tage lang etwa sechs Stunden pro Tag, während der sie vorprogrammierte Aktivitäten wie Kochen, Putzen und Geselligkeit durchführten.

Die Forscher untersuchten die Verteilung nachweisbarer Moleküle und Mikroben in den besetzten Bereichen des Hauses zu Beginn des Experiments, genannt T1, und erneut 28 Tage später, genannt T2, hauptsächlich durch Abwischen von Oberflächen und Durchführen verschiedener genomischer, metabolischer und chemischer Analysen.

Vor T1 wurde das Haus gründlich mit einer Bleichlösung gereinigt. Dennoch sagten die Forscher, dass Spuren von Molekülen, die mit Menschen in Verbindung gebracht werden, immer noch vorhanden seien. Bei T2, nach fast einem Monat menschlicher Besetzung, war das Haus voller molekularer und mikrobieller Fülle und Vielfalt, wenn auch ungleichmäßig verteilt.

Die Forscher fanden Moleküle, die mit Hautpflegeprodukten, Hautzellen, Arzneimitteln (wie Antidepressiva und anabole Steroide), Molekülen aus Lebensmitteln (wie Terpenen und Flavonoiden), menschlichen oder tierischen Metaboliten (Moleküle, die während des Stoffwechselprozesses entstehen, wie Galle) in Verbindung stehen und Fettsäuren), Aminosäuren, Zucker und mikrobielle Stoffwechselprodukte.

Die meisten der Oberflächenmoleküle in Innenräumen waren Naturprodukte (biologisch hergestellte Moleküle statt synthetischer Verbindungen), Lebensmittel, Moleküle, die mit der Natur in Verbindung gebracht werden, Körperpflegeprodukte und vom Menschen stammende Metaboliten, die oft auf Fäkalien zurückgeführt werden.

Als wahrscheinliche Hauptquellen wurden Lebensmittel, mit dem Menschen assoziierte Mikroben, Fäkalien, Baumaterialien und die Mikroben, die darauf wachsen, sowie Baumaterialien unter feuchten Bedingungen angesehen.

Es überrascht nicht, dass Küche und Toilette Hotspots der molekularen und mikrobiellen Vielfalt waren, obwohl die Anzahl mit der Oberflächenreinigung und -sanierung schwankte. „Es scheint, dass, selbst wenn eine Teilmenge der Chemie aufgrund der Reinigung entfernt wird, dies nur vorübergehend und/oder teilweise ist, da die Gesamtsumme von Reinigung und menschlichen Aktivitäten insgesamt zu einer Zunahme der Ansammlung von reichhaltigerer Chemie führt“, so die Autoren schrieb.

Oberflächen, die routinemäßig von Menschen berührt werden, wie Tische, Lichtschalter und Knöpfe, waren in der molekularen und mikrobiellen Chemie häufiger anzutreffen. Böden zeigten eine geringere molekulare Diversität, vielleicht weil sie öfter gereinigt wurden. Fenster, Stühle und Türen, die nicht routinemäßig von menschlichen Insassen berührt wurden, zeigten die geringste Veränderung der chemischen Diversität zwischen T1 und T2.

Andere Bewohner

Natürlich waren Menschen nicht die einzigen Bewohner des Testhauses. Die Forscher fanden Oberflächen in Innenräumen, die mit Bakterien, Pilzen und anderen Mikroben sowie deren Metaboliten bedeckt waren. Die regelmäßige Reinigung veränderte diese mikrobiellen Populationen und die Diversität im Laufe der Zeit, sodass sich verschiedene Arten in gereinigten Räumen wieder ansiedeln konnten.

Am Ende des Testzeitraums war weniger als die Hälfte des ursprünglichen Mikrobioms des Hauses übrig, aber es machte mehr als 96 Prozent des gesamten gezählten mikrobiellen Lebens aus. Der größte Teil des bei T2 nachgewiesenen Mikrobioms stammte von menschlichen Insassen, hauptsächlich kommensale Arten, die sich auf der menschlichen Haut oder im Darm befinden. Frei lebende, umweltassoziierte Mikroben waren durch menschliche Aktivitäten dezimiert worden. Mit anderen Worten gereinigt oder ausgeschoben.

„Wir wissen nicht genau, wie die mit dem Menschen verwandten Mikroben die Umweltmikroben verdrängt haben, weil dies auf viele Arten passieren könnte, aber es ist klar, dass sie es tun“, sagte Rob Knight, Ph.D., einer der Hauptforscher der Studie und Direktor des Center for Microbiome Innovation an der UC San Diego. „Das Verständnis dieses Phänomens wird ein zentrales Ziel der zukünftigen Forschung zur Mikrobiologie der gebauten Umwelt sein.“

Die Autoren stellten fest, dass mindestens 1 Prozent der in Innenräumen nachgewiesenen Moleküle eine übergroße Auswirkung auf die Gesundheit haben könnten. Zum Beispiel die Bakterienart Paenibazillus wurde mit Molekülen aus Kaffee in Verbindung gebracht, einer der dominierenden Quellen von aus Lebensmitteln stammenden Molekülen, die in Innenräumen nachgewiesen wurden. Zu Hause, insbesondere bei T2, Paenibazillus wurde in und um den Bereich beobachtet, in dem Kaffee zubereitet wurde, und es wurde festgestellt, dass die Gattung in Kaffeemaschinen wächst. Paenibazillus Arten wurden als Probiotika bei Hühnern und Bienen verwendet und können auch zur menschlichen Gesundheit beitragen, was mit jüngsten Berichten übereinstimmt, dass Kaffeetrinken mit einer verbesserten kardiovaskulären Gesundheit und Langlebigkeit verbunden ist.

„Um zu verstehen, wie unsere Beobachtungen, dass sowohl menschliche als auch mikrobielle Bewohner die chemische Zusammensetzung eines Hauses verändern, das Baumaterialdesign beeinflussen sollten, um die menschliche Gesundheit zu verbessern, sind zusätzliche Studien erforderlich“, sagte der Co-Principal Investigator Pieter Dorrestein, Ph.D., Director des Collaborative Mass Spectrometry Innovation Center an der Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences an der UC San Diego.