Du bist nicht allein

BIOLOGIE Wer wir sind, bestimmen ausschließlich unsere Gene? Das war einmal. Heute wissen wir: Der Mensch ist viele. Denn die Kleinstlebewesen in und auf uns können mehr, als wir bisher dachten

Was ist das Mikrobiom?

■ Viele: Als „Mikrobiom“ werden alle Mikroorganismen bezeichnet, die den Menschen besiedeln. Dazu zählen vor allem Bakterien, aber auch Viren, Pilze, Milben und Amöben.

■ Einer: Der Begriff stammt von dem 2008 verstorbenen amerikanischen Molekularbiologen und Genetiker Joshua Lederberg. Er hatte ihn in Anlehnung an das Wort „Genom“ gewählt, um zu zeigen: Das Mikrobiom ist ähnlich wichtig für die Betrachtung des Menschen. Lederberg erhielt 1958 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

VON MARIA ROSSBAUER (TEXT) UND DIETER JÜDT (ILLUSTRATION)

An dem Ort, an dem man diese Revolution begreifen kann, ist es dunkel, der Untergrund ist matschig, an manchen Ecken riecht es faulig. Doch es lohnt sich, einen genaueren Blick darauf zu werfen – denn vielleicht entscheidet sich genau hier, wer wir sind: im menschlichen Darm.

Kleinstlebewesen tummeln sich, Grüppchen von Bakterien etwa, die meisten rund oder eiförmig, manche wuseln, getrieben von ihren gewundenen Schwänzen, herum, fressen den Zucker aus der Darmschleimhaut oder das Fett aus dem zerkleinerten Essen, andere tasten mit feinen, schneckenfühlerartigen Härchen die Umgebung ab, Augen hat keiner. Auch ein paar klitzekleinen Viren und hellen, schlangenartigen Pilzen begegnet man – ein bisschen geht es zu wie in einem Ameisenhaufen.

Die Bewohner haben klar festgelegt, wer was fressen, wer wo leben darf, und alle scheinen sich mit dieser Enge arrangiert zu haben: In einem Gramm Darminhalt wimmelt rund eine Billion Mikroorganismen – der Darm ist der Ort mit der höchsten Einwohnerdichte der Welt.

Und er ist der wichtigste Knotenpunkt für die Gemeinschaft von Kleinstlebewesen, die in und auf unserem Körper hausen. Oder, wie Forscher es nennen: unser Mikrobiom.

Man könnte es auch so sagen: Unser Körper ist eine Wohngemeinschaft, eine Kommune aus Mikroben.

Dieses Mikrobiom ist gerade das Thema unter den Forschern dieser Welt. Es könnte zu einer Revolution führen in der Frage, was uns Menschen eigentlich ausmacht.

Eines Tages werden diese Forscher vielleicht feststellen, dass das Mikrobiom helfen kann, die großen Volkskrankheiten zu heilen. Diabetes. Oder Übergewicht.

Die weltweit einflussreichsten Wissenschaftsmagazine wie Science und Nature veröffentlichen zunehmend Arbeiten aus der Mikrobiomforschung, Wissenschaftler gründen Forschungsgruppen, die sich mit den verschiedenen Bewohnern unseres Körpers befassen.

Erst Ende 2007 haben die Nationalen Gesundheitsinstitute der USA das Human Microbiome Project ins Leben gerufen mit dem Ziel, alle Mikroorganismen, die den Menschen besiedeln, zu entschlüsseln. Anfang 2008 startete die europäische Variante des Projekts, „Metahit“. Mit einem Budget von rund 22 Millionen Euro – weitgehend von der Europäischen Kommission finanziert – wollen die Forscher die Lebensgemeinschaft in unserem Darm untersuchen.

Es sind Riesenprojekte, ähnlich dem Human Genome Project, das ausgerufen wurde, als noch galt: Der Schlüssel zum Menschen liegt in seinen Genen. Heute würden Wissenschaftler ergänzen: … und in seinem Darm, auf der Haut oder im Mund. Es geht so weit, dass manche Forscher heute glauben: Was einen Menschen, ob gesund oder krank, wirklich ausmacht, das bestimmt das Mikrobiom.

Die Mikroben in uns sollen nicht nur beim Verdauen helfen, sondern auch mit darüber entscheiden, wie es uns gesundheitlich geht, ob wir Diabetes haben, an Übergewicht oder einer Depression leiden – und vielleicht beeinflussen sie sogar unser Sexualleben, unser Gemüt und die Evolution des Menschen.

Es scheint, als würde die Mikrobiomforschung gerade zu einem Paradigmenwechsel führen, in der Welt der Wissenschaft, aber auch bei jedem Einzelnen von uns: in der Art, wie wir uns sehen, wie wir zu sein glauben.

„Ich glaube schon, dass wir das Bild des Menschen komplett überdenken müssen“, sagt Peer Bork, der Mann, der über das Ökosystem im Menschen wohl so viel weiß wie kaum ein anderer. Bork – 50 Jahre alt, schüchternes Lächeln, dunkelblonde Haare ohne echte Frisur – ist Biochemiker und zählt zu den wichtigsten Mikrobiomforschern der Welt. Er war mit dabei, das menschliche Genom zu analysieren, nun forscht er am Mikrobiom.

Die Mikroben entscheiden, wie gesund wir sind

Er ordnet und zählt die Spuren der Wesen, die er in den vielen verschiedenen Ausscheidungen menschlicher Därme findet, um Schlüsse daraus zu ziehen, wer darin lebt und wie viele davon. Mit anderen Worten: Bork wühlt in der Scheiße.

„Hätte ich mir auch nie gedacht, dass ich mal so eine Forschung mache“, sagt Bork.

Er mag sie trotzdem, seine Arbeit. „Diese Tür zum Mikrobiom erst einmal zu sehen ist wie … Plötzlich sieht man eine unsichtbare Welt. Und das ist eine Riesenwelt. Und die ist in mir.“

Sein Arbeitsplatz liegt auf einem Berg in der Nähe von Heidelberg, eins von vielen silbergrauen Gebäuden in einem kleinen, abgeschotteten Forscherdorf namens European Molecular Biology Laboratory. Im Wald daneben hört man Spechte klopfen, der Wind weht frisch, ein Bergbach plätschert.

„Vieles haben wir bisher auch deshalb ignoriert, weil wir keinen Zugang dazu hatten“, sagt Bork. Um etwa Bakterien in Stuhlproben zu identifizieren, züchteten Forscher sie früher mühsam im Labor hoch. Damit konnte man aber nur einen verschwindend geringen Teil der Bewohner überhaupt erfassen – nämlich jene, die auch außerhalb des Darms überleben.

Nun sind die Techniken besser. Mit einem Verfahren namens Metagenomik nehmen Forscher wie Bork den Stuhl eines Menschen und jagen ihn durch Geräte, die alle DNA-Spuren aufzeigen. Diese Spuren sind wie die Fingerabdrücke der Mikroben. Sie verraten, was alles in diesem Stuhl lebt oder einmal gelebt hat und wie viel davon.

In diesen Codes liest Bork auch das Potenzial der Bewohner, etwa welche Stoffe aus der Nahrung sie verarbeiten konnten. Über all diese Informationen kann Bork inzwischen aus einer Stuhlprobe ein wenig über den Menschen erfahren, der die Wesen in sich trägt. „Wir können die ersten Krankheiten diagnostizieren, obwohl das noch auf wackligen Füssen steht. Wir können Antibiotikaresistenzgene quantifizieren, die uns Hinweise auf Antibiotikaeinnahmen geben, wir können den Darmtyp bestimmen, und wir können auch Alter und Body-Mass-Index vorhersagen – wenn auch sehr ungenau.“

Bork lacht viel, während er erzählt. Er schwärmt von den Möglichkeiten, die die Forschung bieten könnte. Aber er formuliert vorsichtig.

„Gerade wird dem Mikrobiom so ziemlich alles zugeschoben“, sagt Bork, „aber ich versuche, auf dem Boden zu bleiben. Obwohl ich natürlich begeistert bin.“

Klar ist schon jetzt: Die Mikroben-WG formiert sich, wenn wir geboren werden. Bis dahin schwimmen wir in der Gebärmutter in einer klebrigen rosa Flüssigkeit, es ist dunkel, und wir sind noch ziemlich allein. Doch dann öffnet sich der Kanal nach außen, die Neonröhre im Kreißsaal blendet, irgendetwas drückt von oben, wir drehen unseren Kopf, rutschen durch – und zack, schon haben wir unsere ersten Mitbewohner.

Sie stammen aus der Scheide unserer Mutter, Milchsäurebakterien etwa. Die kleinen Stäbchen kleben sich an unsere Haut, besiedeln Schleimhäute und den Darm und vermehren sich dort.

Dann geht es weiter: Babyfläschchen, Bettdecke, Knutscher von Tanten, Muttermilch, Babybrei, die Hauskatze, der Sandkasten, das Ohr von Papa – durch Kontakt mit alldem wächst unsere Wohngemeinschaft. Die ersten vier Lebensjahre sind die wichtigste Zeit für den Aufbau und die Reifung unseres Mikrobioms.

Von da an kommunizieren sie mit uns. Sie unterstützen unser Immunsystem, helfen, alles abzubauen, was wir zu uns nehmen, senden Signale an unser Gehirn. Wie genau sie das machen, ist noch unklar. Bisher konnten Forscher nur Phänomene beobachten, und versuchen, sie mit einzelnen Bewohnern in Verbindung zu bringen.

So veröffentlichten die Wissenschaftler von Metahit vergangene Woche eine Studie, die den Zusammenhang zwischen Mikroben im Darm und Krankheiten wie Fettleibigkeit belegt. Die Forscher untersuchten die Darmbewohner von insgesamt fast 300 schlanken und fettleibigen Menschen aus Dänemark. Dabei stellten sie fest: Menschen mit einem geringeren bakteriellen Reichtum leiden häufiger an Krankheiten, die mit Adipositas und chronischen Darmentzündungen zusammenhängen. Heißt im Umkehrschluss: Menschen, die eine Vielzahl von Mikroben im Darm beherbergen, leben gesünder.

Auch zeigten verschiedene Wissenschaftler aus Kanada, den USA und Schweden, dass bei vielen Kindern mit einer speziellen Form von Autismus die Darmflora im Vergleich zu gesunden Kindern stark verändert ist. Dabei schwirrten vor allem viele Bakterien aus der Gruppe der Clostridien herum. Die Forscher glauben also, dieses Bakterium könnte überhandgenommen haben – etwa durch die Einnahme von Antibiotika –, und würde nun Stoffe produzieren, die die Symptome der Krankheit auslösen. Die Forscher gaben Kindern ein Antibiotikum gegen Clostridien, und bei vielen ließen die autistischen Symptome vorübergehend nach.

Studien deuten darauf hin, dass das Ökosystem im Darm auf die Entstehung von Krankheiten wie Asthma, Parkinson oder multipler Sklerose Einfluss hat. Naheliegenderweise vermuten Wissenschaftler, dass die Zusammensetzung der Darmbakterien bei der Entstehung von Dickdarmkrebs eine wichtige Rolle spielen könnte. Das Magenbakterium Helicobacter pylori soll appetitanregend wirken, Mäuse, die Lactobacillus rhamnosus bekamen, zeigten größere Resistenz gegen Angst und Stress, Forscher aus Tokio und Luxemburg beschrieben einen Mix aus 17 Bakterienstämmen, der bei Mäusen etwa gegen Autoimmunerkrankungen wirkt – kurz: Die Erkenntnisse wachsen.

Stuhltransplantationen? „Der Name ist eigentlich blöd“, sagt der Infektiologe. „Er schreckt ab“

Für wissenschaftliche Verhältnisse ist die Mikrobiomforschung zwar noch sehr jung, doch ist jetzt schon klar, dass eine gut besetzte Mikroben-WG in und auf uns dafür sorgt, dass auch wir gesund und glücklich bleiben. Denn sie vertreibt, so gut es geht, die – im Vergleich verschwindend geringen – schädlichen Mikroben dieser Welt.

Und schließlich geben wir diese Bewohner weiter, die wir uns im Laufe unseres Lebens durch Essen, den Staub in unserer Umwelt und durch Körperkontakte zulegen. Wir übertragen sie auf unsere Kinder, genetisch verwandt oder nicht, einfach dadurch, dass wir sie berühren. Allein diese Tatsache stößt um, worin sich Genetiker jahrzehntelang einig waren: dass man erworbene Fähigkeiten wie eine gute Verdauung nicht einfach weitergeben kann.

Wir Menschen sind also Symbiosen. Wie aber funktionieren diese? „Wahrscheinlich geht es da zu wie überall auf der Welt. Ein bisschen Krieg, ein bisschen Frieden, je nach Ecke“, sagt Peer Bork.

Fressen ist wohl die wichtigste Beschäftigung für die Mikroben im Darm, und natürlich ihre Vermehrung, indem sie sich spalten. Sie unterhalten sich auch miteinander, wahrscheinlich schicken sie sich gegenseitig kleine Signalstoffe zu.

Böse werden alle nur, wenn Eindringlinge wie die aggressiven Salmonellen anrücken. Die sprühen mit Giften herum, manchmal entzündet sich auch noch die Darmwand, und am Ende geht es dem Menschen, der den Einheimischen hier Unterkunft gewährt, schlecht, und er könnte sogar sterben. Eine Katastrophe für alle.

Darum kommt es zu eiskalten Revierkämpfen. Bakterien rüsten sich, manchmal basteln sie Enzyme, die die Rivalen am Wachsen hindern, oder sie sprühen ihrerseits Gifte auf die Eindringlinge. Manche trainieren sogar das Immunsystem des Menschen, damit es die Bösewichte besser vertreiben kann. Oder sie schütten Stoffe aus, die für die Rezeptoren in unserer Darmwand gedacht sind. Die sind über Nervenbahnen mit dem Gehirn verbunden; so ist dem Menschen vielleicht übel, und er muss sich übergeben.

Wie im Darm finden in allen Ecken unseres Körpers ständig Kämpfe und Verbrüderungen statt. Im Mund, in der Nase, unter den Achseln, auf der Haut – überall herrschen kleine Ökosysteme, als wären sie eigenständige Länder.

Eine von Peer Borks wichtigsten bisherigen Erkenntnissen betrifft die Enterotypen – so nennt er die Gemeinschaft der Mikroben im Darm. Bork und seine Mitarbeiter untersuchten Stuhlproben aus Europa, Asien und den USA und fanden heraus, dass sie alle Menschen aus der westlichen Welt einer von drei Gruppen zuordnen können, je nach den bei diesen im Darm am häufigsten vorkommenden Mikroben. Für Bork sind diese Darmtypen wie Blutgruppen. Andere Forscher fanden auch Korrelationen zwischen der Ernährungsweise der Menschen und den Ökosystemen in ihrem Darm, je nachdem, ob die Menschen viel Fleisch essen oder sich eher vegetarisch ernähren.

Nachdem Bork damit im Fernsehen, im Radio und in vielen Zeitungen war, riefen ihn die Leute an: Wir wollen auch mehr über unser Mikrobiom wissen. Die meisten waren krank, hatten oft irgendeine Darmerkrankung, kein Arzt konnte ihnen helfen, manche weinten fast, als sie ihre Geschichte erzählten, sie schrieben E-Mails, manche dreißig Seiten lang. Sie alle hofften, Bork hätte eine Lösung für ihr Leiden.

„Das war der Grund, warum wir gesagt haben, okay, dann versuchen wir erst einmal eine Bestandsaufnahme“, erzählt er, „um dann alles besser einordnen zu können.“ Bork gründete das Projekt „my.microbes“. Leute können ihm Proben ihres Stuhls schicken, sie zahlen dafür allein die Laborkosten von momentan 841 Euro, dafür bekommen sie eine Aufstellung von knapp 1.000 Bakterien, die in ihrem Darm leben. Rund 1.200 Menschen hat Bork auf diese Art schon mehr über ihr Mikrobiom verraten. Seine Idee haben Start-ups übernommen, in Kalifornien etwa.

Je mehr Mikrobiome bekannt sind, hoffen Forscher wie Peer Bork, desto mehr könnte man darüber wissen, wie eine ideale WG für jeden Menschen aussähe, welche Funktionen die Bewohner übernehmen müssten. Citizen Science nennt sich das Ganze, Bürgerbeteiligung an der Wissenschaft.

Bork hofft, dass man beim Arzt bald nicht nur Blut standardmäßig abgibt, sondern auch eine Stuhlprobe. Bestimmt könnte man dann einmal leichter Krankheiten diagnostizieren, vielleicht sogar prognostizieren, welche Krankheit sich gerade anbahnt; oder verstehen, warum Medikamente bei manchen Leuten wirken und bei anderen nicht, und dann spezifisch je nach Bewohner verschreiben. „Die Mikroben könnten der Faktor sein, der entscheidet, warum es mit den Medikamenten mal klappt und mal nicht“, sagt Bork.

Ob Stuhlproben langfristig die beste Quelle für Informationen über unsere Besiedler sind, bleibt die Frage. Schließlich könnte die Gemeinschaft im Darm ganz anders aussehen als jene Bevölkerung, die ausgeschieden wird. Manche Mikroben segeln vielleicht einfach durch, ohne wirklich in uns gelebt zu haben. Aber Stuhlproben bieten einen Anhaltspunkt, eine erste Kontaktaufnahme mit dieser Welt in uns.

Und in diese Welt könnte man schließlich auch eingreifen. Für uns als genetische Ingenieurprodukte war das bisher kaum denkbar: Gene verändern sich nicht – das Mikrobiom ändert sich schon. Allein diese Tatsache kann unser Leben und Denken über Gesundheit revolutionieren.

Das Ökosystem des Darms dürfte leicht zu verändern sein, schon durch anderes Essen und Trinken, vielleicht durch speziell eingenommene Bakterien. Wir könnten also, wenn wir krank sind oder depressiv oder ängstlich, unsere WG zu Hilfe bitten. Hier ein wenig Bakterien hinzuessen, dort anderen Futter entziehen und sie so vertreiben.

Auf all das müssten sich Ärzte allerdings einlassen. Sie müssten dann ein wenig vom Automechaniker, der schweißt und draufhämmert, zum Zoologen werden, der hegt und pflegt und füttert. Vielleicht führt die Mikrobiomforschung zumindest dazu, dass Ärzte gezielter Antibiotika verschreiben.

Die nämlich töten fast wahllos unsere Bewohner, auch die hilfreichen. Wenn schädliche dann ihre Chance sehen, sich auszubreiten, sind langfristige Folgen für Stoffwechsel, Gehirn, Nerven nicht abzusehen; aussagekräftige Studien fehlen bisher.

Ein wenig ist das, als würde man versuchen, einen kranken See zu heilen, indem man tonnenweise Pestizide hineinkippt. Und dann hofft, dass genug brauchbare Pflanzen überleben.

Bork jedenfalls nimmt auch regelmäßig Proben von seinem eigenen Stuhl. Nachdem er einmal Antibiotika verschrieben bekommen hatte, war sein Mikrobiom nicht mehr dasselbe.

Ein Einzelfall?

Es gibt auch Fälle wie den einer Patientin aus dem bayrischen Neu-Ulm. 75 Jahre ist sie alt, und sie litt an einer mehr als unangenehmen Krankheit, darum will sie ihren Namen lieber nicht nennen. Ein Bakterium namens Clostridium difficile hatte sich in ihrem Darm ausgebreitet, es gewann wohl nach Antibiotikatherapien die Hoheit, versprühte seine Gifte. Sie hatte Durchfall. Ständig. Die Patientin bekam Antibiotika dagegen, die nicht halfen, wochenlang lag sie in der Klinik, nahm 15 Kilo ab – manche bringt das Bakterium um.

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Billionen Kleinstlebewesen, also Mikroben, leben insgesamt in und auf jedem von uns Quelle: Ausstellung „MenschMikrobe“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft und des Robert-Koch-Instituts

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Mikroben kommen auf jede menschliche Körperzelle Quelle: Schweizerischer Berufsverband der biomedizinischen AnalytikerInnen

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Millionen gesetzlich versicherte Patienten in Deutschland haben 2010 mindestens ein Rezept für Antibiotika erhalten. Das ist fast ein Drittel aller gesetzlich Versicherten Quelle: Zentralinstitut für die kassenärztliche Versorgung in der Bundesrepublik Deutschland

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Arten unterschiedlicher Bakterien leben in und auf dem Menschen Quelle: Human Microbiome Project, Nature, 2012

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Kilogramm wiegen alle Mikroben insgesamt, die der Mensch in und auf seinem Körper trägt Quelle: scinexx

Doch heute geht es ihr wieder gut. Sie bekam eine Stuhltransplantation.

„Der Name ist eigentlich blöd“, sagt Georg Härter, „er schreckt ab.“ Härter ist Infektiologe an der Uniklinik Ulm. Er behandelte die Frau aus Neu-Ulm.

Man braucht dazu eigentlich nur den Stuhl eines gesunden Spenders, erklärt Härter, möglichst frisch. Den reinigt er mit einer Kochsalzlösung, passiert ihn durch eine Art Kaffeefilter, Bakterien schlüpfen locker hindurch, sagt Härter, dann spritzt er die Lösung bei einer Darmspiegelung über einen Kanal hinein – fertig. Relevante Risiken: keine.

Die Pharmaindustrie investiert nicht. Unlukrativ

„Der Spender kann theoretisch jeder sein“, sagt Härter, im Fall der Neu-Ulmerin war es die Enkelin. Direkte Verwandte haben oft ein ähnliches Mikrobiom. Vielleicht hat es etwas mit Vererbung zu tun, wer weiß, es kann auch schlicht damit zusammenhängen, dass Menschen aus einem Haushalt oft eine ähnliche Hygiene haben, die gleiche Ernährung, sie streicheln vielleicht dieselbe Katze.

Härter hatte jahrelang auf so einen Fall gewartet. Er hatte Literatur darüber gelesen, er wollte so eine Transplantation unbedingt ausprobieren. Stuhltransplantationen gab es in Deutschland bisher vielleicht ein halbes Dutzend. In manchen Ländern wie den USA aber machen Ärzte Fäkaltherapien standardmäßig, Erfolgsrate bei Clostridium difficile: rund 90 Prozent. Hierzulande sind Stuhltransplantationen bislang nur im Rahmen eines individuellen Heilversuchs möglich. „Aber die Datenlage zu Clostridium-difficilie-Infektionen ist gut, die Methode wird sich sicher auch hier über kurz oder lang durchsetzen“, so Härter.

Doch Studien darüber zu finanzieren ist nicht einfach. Der Stuhl anderer Menschen ist kostenlos zu haben. Kein Geschäft für die Pharmaindustrie in Sicht – also investiert sie auch nicht.

Zwei Tage nach der Transplantation war die Neu-Ulmer Patientin wieder gesund, der Durchfall kam nicht wieder. Sie fühlt sich heute gut, sagt sie.

Wie genau diese Transplantationen funktionieren, was sie in Menschen auslösen, das weiß so genau noch niemand. Vielleicht nimmt der Mensch tatsächlich das Mikrobiom des Spenders an, vielleicht aber blüht durch die Bakterien das alte, ursprüngliche Mikrobiom wieder auf.

Auch was dabei sonst noch ausgelöst wird, ist völlig unklar. Wenn sich herausstellt, dass die Darmbewohner sogar Einfluss auf unser Gemüt haben – fühlen wir uns dann nach solch einer Transplantation, nun ja – irgendwie anders? „Eine berechtigte Frage“, sagt Bork.

Er sucht weiter.

■ Maria Rossbauer, 32, ist Biologin und sonntaz-Autorin. Sie dachte, sie sei mit dem WG-Leben inzwischen durch, arrangiert sich jetzt aber gut