Verstehen, wie Mikrobiota in ihren menschlichen Wirten gedeihen

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen hat nun wesentliche Fortschritte beim Verständnis erzielt, wie Darmbakterien auf molekularer Ebene in ihren menschlichen Wirten erfolgreich sind. Sie untersuchten, wie Bakterien Inositol-Lipide produzieren, Substanzen, die für viele zelluläre Prozesse in Menschen und anderen Eukaryoten lebenswichtig sind, aber bisher selten in Bakterien beobachtet wurden. Die Ergebnisse, jetzt im Fachblatt veröffentlicht Naturmikrobiologieweisen darauf hin, dass Inositlipide Auswirkungen auf die Symbiose zwischen den Bakterien und ihren Wirten haben.

Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze bevölkern den menschlichen Darm und tragen zu vielen biologischen Funktionen wie Stoffwechsel oder Immunität bei. Um den Einfluss des Mikrobioms auf den Menschen zu verstehen, haben Forscher versucht, nicht nur zu identifizieren, welche Mikroorganismen im menschlichen Darm vorhanden sind, sondern auch die molekularen Mechanismen der Wechselwirkungen zwischen dem Mikrobiom und seinem menschlichen Wirt aufzuklären. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen hat nun unser Verständnis dieser Prozesse verbessert, indem es untersucht hat, wie Darmbakterien eine bestimmte Familie chemischer Verbindungen produzieren, die als Inositlipide bekannt sind.

Inositollipide: Modulatoren von Entzündungen und Zellsignalisierung

Inositlipide spielen eine wichtige Rolle für viele zelluläre Prozesse im Menschen und den meisten anderen nicht-bakteriellen Lebensformen: Sie regulieren, wie Zellen Signale durch den Körper senden, modulieren Entzündungen und tragen dazu bei, dass Proteine ​​in den richtigen Teil einer größeren Zelle gelangen. Ungleichgewichte im Inositolspiegel sind mit Krankheiten wie dem Syndrom der polyzystischen Ovarien verbunden, der häufigsten Hormonstörung bei Frauen im gebärfähigen Alter.

Im Gegensatz zu Menschen und anderen Eukaryoten, für die Inositol-Lipide essentiell sind, werden sie relativ selten von Bakterien produziert. Dem Forschungsteam um Ruth Ley, wissenschaftliche Leiterin der Abteilung Mikrobiomforschung am MPI für Biologie, ist es gelungen, die Inositol-Lipidsynthese in Bacteroides thetaiotaomicron, einem häufig vorkommenden Bakterium im Dickdarm und einem beliebten Modellorganismus in der Mikrobiomwissenschaft, zu beschreiben.

Durch die Entwicklung eines bisher unbeschriebenen Stammes von Bacteroides thetaiotaomicron, bei dem sie kontrollieren konnten, ob Inositol-Lipide produziert werden, entdeckten die Forscher, dass diese Substanzen die Physiologie der Bakterien verändern. „Obwohl wir die genaue Rolle von Inositlipiden für die bakterielle Fitness noch nicht vollständig verstehen, haben wir gesehen, dass sie notwendig sind, damit ein Bakterium im Darm seines Wirts erfolgreich ist“, sagt Stacey Heaver, Hauptautorin der Veröffentlichung.

Die Forscher fanden Inositol in der Kapsel der Bakterien, einer äußeren Schicht, die sie davor schützt, von Immunzellen des Wirts verschlungen zu werden. Darüber hinaus verändern Inositollipide die Resistenz von Bacteroides thetaiotaomicron gegenüber antimikrobiellen Peptiden, Substanzen, die vom Wirt zur Abwehr von Krankheitserregern verwendet werden.

Mögliche Wechselwirkung zwischen Bakterien- und Wirtslipiden

Die Forscher beschrieben auch die Stoffwechselwege für die Inosit-Lipid-Synthese in Bacteroides thetaiotaomicron, also die Kette chemischer Reaktionen, die zur Produktion von Inosit-Lipiden führen. Sie identifizierten außerdem einen zweiten mutmaßlichen Weg für die bakterielle Synthese dieser Lipide. „Die Wege herauszufinden, ist interessant, weil wir damit vorhersagen können, welche anderen Mikroben in der Lage sein könnten, Inositol-Lipide auf die gleiche Weise wie unser Modellorganismus herzustellen“, erklärt Heaver. „Mit diesem Wissen könnten wir vielleicht sogar die Inositol-Lipidproduktion manipulieren oder manipulieren.“

Heaver freut sich auf zukünftige Forschungen darüber, ob und wie bakterielle Inositollipide dem Wirtsorganismus zugute kommen könnten: „Es ist möglich, dass es eine Wechselwirkung zwischen den bakteriellen Lipiden und den vom Säugetierwirt produzierten Inositollipiden gibt“, sagt sie. „Wir sind dem Verständnis des Ausmaßes solcher Wechselwirkungen gerade einen großen Schritt näher gekommen.“