Das Mikrobiom des menschlichen Darms besteht aus Tausenden verschiedener Bakterien und Archaeen, die je nach Population und Individuum stark variieren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen haben nun Darmmikroben entdeckt, die eine parallele Evolutionsgeschichte mit ihren menschlichen Wirten teilen: Die Mikroorganismen haben sich im menschlichen Darmmilieu über Hunderttausende von Jahren gemeinsam entwickelt. Darüber hinaus weisen einige Mikroben genomische und funktionelle Merkmale auf, die sie von ihrem Wirt abhängig machen. Jetzt veröffentlicht in Wissenschaftpräsentieren die Forscher die Ergebnisse ihrer Studie, die mit Daten von 1.225 Personen aus Afrika, Asien und Europa durchgeführt wurde.
Viele Mikrobenarten im menschlichen Darm kommen in Populationen aus der ganzen Welt vor. Innerhalb einer Mikrobenart variieren die Mikrobenstämme jedoch beträchtlich zwischen Individuen und Populationen. Trotz ihrer Bedeutung für die menschliche Gesundheit war bisher wenig über die Herkunft dieser Stämme bekannt. Darüber hinaus leben die meisten dieser Stämme fast ausschließlich im menschlichen Darm. Damit stellt sich die Frage, woher die Mikroorganismen im menschlichen Darm stammen.
Verknüpfung der Geschichten von Mikroben und Menschen
Das Forschungsteam vermutete, dass sich bestimmte Arten und Stämme mit Menschen als Menschheit diversifiziert und über den Globus verbreitet haben. Um zu testen, ob sich Mikroben gleichzeitig mit ihren menschlichen Wirten entwickelt und diversifiziert haben, verglichen Forscher des Max-Planck-Instituts für Biologie, des Instituts für Tropenmedizin und des Exzellenzclusters CMFI der Universität Tübingen erstmals systematisch die Evolutionsgeschichte des Menschen und von Darmmikroben.
Die Forscher erstellten phylogenetische Bäume für 1.225 menschliche Studienteilnehmer sowie für 59 mikrobielle Arten, die in ihren Eingeweiden gefunden wurden, und verwendeten statistische Tests, um zu untersuchen, wie gut diese Bäume zusammenpassen. Mehr als 60 % der untersuchten Arten stimmten mit der Evolutionsgeschichte ihres menschlichen Wirts überein, was bedeutet, dass sich diese Mikroben über etwa 100.000 Jahre im menschlichen Darm co-diversifizierten, als Menschen aus Afrika über die Kontinente strömten. „Wir wussten nicht, dass irgendeine unserer Darmmikroben unsere Evolutionsgeschichte so genau verfolgt“, sagt Ruth Ley, Leiterin der Abteilung Mikrobiomforschung am Max-Planck-Institut für Biologie in Tübingen, wo die Studie durchgeführt wurde, und stellvertretende Sprecherin des CMFI.
Darmmikroben wurden von ihren Wirten abhängig
„Es ist auch bemerkenswert, dass die Sorten, die unserer Geschichte am nächsten gefolgt sind, jetzt diejenigen sind, die sich am meisten auf die Darmumgebung verlassen“, fügt Ley hinzu. Tatsächlich sind einige der Mikrobenstämme, die sich zusammen mit dem Menschen entwickelt haben, stark von der menschlichen Darmumgebung abhängig: Sie besitzen kleinere Genome und sind empfindlicher gegenüber Sauerstoffgehalt und Temperatur – Eigenschaften, die es schwierig machen, außerhalb des menschlichen Körpers zu überleben. Im Gegensatz dazu zeigten Mikroorganismen, die eine schwächere Assoziation mit der menschlichen Geschichte zeigten, mehr ähnliche Eigenschaften wie frei lebende Bakterien.
„Einige der Darmmikroben verhalten sich, als wären sie Teil des menschlichen Genoms“, erklärt Taichi Suzuki, der sich die Hauptautorenschaft der Studie mit seinem Kollegen Liam Fitzstevens teilt. „Sie können sich vorstellen, dass diese Mikroben auf einem Gradienten von ‚frei lebend‘ zu abhängig von der menschlichen Körperumgebung sind.
Ley sagt: „Dies verändert grundlegend, wie wir das menschliche Darmmikrobiom sehen.“
Populationsspezifischer Ansatz für mikrobiombasierte Therapien
Um Daten von einer vielfältigen Untergruppe der Weltbevölkerung zu erhalten, analysierte das Forschungsteam die Darmmikroben und Genome von 1.225 Personen in Europa, Asien und Afrika. Die Stuhl- und Speichelproben wurden mit Hilfe von Forschern des Instituts für Tropenmedizin der Universität Tübingen und ihren Partnern in Vietnam und Gabun gesammelt. Darüber hinaus unterstützten Forscher auf der ganzen Welt die Studie, indem sie ähnliche Datensätze von Teilnehmern bereitstellten, die in Kamerun, Südkorea und Großbritannien rekrutiert wurden
Die Ergebnisse der Studie tragen dazu bei, populationsspezifische Mikroben besser zu verstehen, die seit langem mit der lokalen menschlichen Bevölkerung in Verbindung gebracht werden. Mit diesem Wissen können mikrobiombasierte Therapien von Krankheiten an eine bevölkerungsspezifische Behandlung angepasst und verfeinert werden.
Taichi A. Suzuki et al, Kodiversifikation von Darmmikrobiota mit Menschen, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abm7759
Bereitgestellt vom Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen