Wie der Darm nützlichen Mikrobiomarten ein gemütliches Zuhause schafft

Der Verdauungstrakt von Fruchtfliegen baut sich selbst um, um nützliche Mikrobiomarten aufzunehmen und die Darmumgebung langfristig stabil zu halten, so eine neue Studie unter der Leitung von William Ludington und Allan Spradling von der Carnegie Institution for Science. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Naturkommunikation.

Das Darmmikrobiom ist ein Ökosystem aus Hunderten bis Tausenden von mikrobiellen Arten, die im menschlichen Körper leben. Diese Populationen beeinflussen unsere Gesundheit, Fruchtbarkeit und Langlebigkeit. Aber es gibt noch so viel darüber zu lernen, wie diese mikrobiellen Arten mit unserem Körper und untereinander interagieren.

„Jeden Tag treffen wir auf eine Vielzahl von Bakterienarten und nehmen sie sogar auf“, erklärte Ludington, der sich seit mehreren Jahren bei Carnegie mit dem Erwerb und der Zusammensetzung von Mikrobiomen befasst. „Trotzdem bleibt das Darmmikrobiom im Laufe der Zeit relativ stabil – ein Phänomen, das bei vielen Arten von Säugetieren bis hin zu Insekten aufrechterhalten wird.“

Er, Spradling und ihre Mitarbeiter wollten herausfinden, wie unser Darm solch bemerkenswert konsistente Mikrobiomzusammensetzungen aufrechterhalten kann. Weil das menschliche Mikrobiom so komplex ist, untersuchten sie Fruchtfliegen, die nur von einer Handvoll mikrobieller Arten besiedelt sind.

Mit ausgeklügelten Methoden und leistungsstarken Mikroskopen zeigte das Forschungsteam – zu dem Ren Dodge von Carnegie, Haolong Zhu, Daniel Martinez, Chenhui Wang und Kevin Aumiller gehörten –, dass der Darm der Fruchtfliege physikalische Bedingungen schafft, die die Besiedlung durch bestimmte Arten selektiv fördern.

„Der Fruchtfliegendarm bildet im Wesentlichen eine gemütliche Nische, die es einer wünschenswerten Art von Primärkolonisatoren ermöglicht, erfolgreich zu sein, und eine für beide Seiten vorteilhafte Situation sowohl für das Insekt als auch für die Mikrobe fördert“, erklärte Spradling, ein langjähriger weltweit führender Anbieter in der Molekularbiologie, der bahnbrechende Techniken entwickelt hat beim Studium der Fruchtfliegengenetik.

Die Forscher fanden heraus, dass die Besiedelung durch einen nützlichen Bakterienstamm physikalische Veränderungen im Darm der Fruchtfliege auslöst, die die Anzahl der verfügbaren Bindungsstellen erhöhen und Substanzen produzieren, die die Anhaftung unterstützen und einer sekundären Spezies den Weg zum Einzug erleichtern.

„Weil wir diese Nische im leistungsstärksten Modellorganismus zum Verständnis der genetischen Grundlagen der tierischen Entwicklung entdeckt haben, eröffnet sie ein ganz neues Feld an Möglichkeiten, um die Mechanismen zu verstehen, mit denen Tiere ihr Mikrobiom auswählen und kontrollieren“, schloss Ludington.

Die Forschung ihres Teams konzentrierte sich auf einen bestimmten Abschnitt des Fruchtfliegendarms, der sich in eine ideale Nische für die Besiedlung durch zwei mikrobielle Arten verwandelt hat. Mit Blick auf die Zukunft wollen sie die Fliegengenetik nutzen, um die Mechanismen der Nischenkonstruktion und -pflege zu verstehen und nach anderen potenziellen Nischen bei Fruchtfliegen und anderen Tieren, einschließlich Menschen, zu suchen.

Weitere Co-Autoren waren Eric Jones und David Sivak von der Simon Fraser University, Benjamin Obadia von der University of California Berkeley, Andrés Aranda-Díaz und Kerwyn Casey Huang von der Stanford University, Zhexian Liu von der Johns Hopkins University, Marco Voltolini und Eoin L. Brodie von Lawrence Berkeley National Lab und Jean Carlson von der University of California Santa Barbara.