Internationales Forschungsteam

Welche Rolle spielen Archaeen im menschlichen Mikrobiom?

Zusätzlich zur Bestandsaufnahme der mit Tieren und Pflanzen assoziierten Archaeen nahmen die Forschenden in ihrer Arbeit neben den im menschlichen Hautmikrobiom vorkommenden sogenannten Thaumarchaeota vor allem eine ganz bestimmte Gruppe von Archaeen in den Fokus: die methanbildenden Arten. Sie kommen bevorzugt in sauerstoffarmen Umgebungen wie etwa dem menschlichen Darm vor und unterstützen dort lebende Bakterien in ihrer Stoffwechselaktivität substanziell und machen zum Beispiel deren Umsetzungen noch effizienter. Dabei entsteht als Endprodukt Methan. Wie umfangreich diese Prozesse sind, zeigt sich zum Beispiel daran, dass ein Mensch im Durchschnitt etwa einen Drittelliter Methangas pro Tag produziert und das Gas bei rund 20 Prozent der Bevölkerung sogar im Atem nachweisbar ist.

Aktivierung des Immunsystems

Abgesehen von ihrem Anteil an Stoffwechselprozessen diskutierten die Forschenden zudem, in welcher Weise Archaeen an der Krankheitsentstehung beteiligt sein könnten. Bisher ist jedoch noch kein pathogenes Archaeon nachgewiesen worden. „Allerdings ist zum Beispiel seit kurzem eine aktive Interaktion von Methanobrevibacter smithii und Methanosphaera stadtmanae mit dem menschlichen Mikrobiom nachweisbar. Das Immunsystem des Menschen kann sie erkennen und auf sie reagieren“, betont Ruth Schmitz-Streit.

„Diese beiden häufigsten Archaeen des menschlichen Darmtrakts haben sich im Laufe der Evolution also aktiv an das menschliche Ökosystem angepasst“, betont Christiane Moissl-Eichinger, Professorin für Interaktive Mikrobiomforschung an der Medizinischen Universität Graz. Die von den Archaeen verursachte Aktivierung des Immunsystems zeigt sich zum Beispiel in der Ausschüttung von entzündungsfördernden Signalproteinen, sogenannten Cytokinen. Diese Reaktionen unterscheiden sich bei den beiden Archaeen-Arten in ihrer Intensität. Methanobrevibacter smithii und Methanosphaera stadtmanae kommen zudem in Abhängigkeit vom Gesundheitszustand in ganz unterschiedlicher Anzahl vor, was zumindest einen Zusammenhang ihrer Häufigkeit mit der menschlichen Gesundheit und der Entwicklung von Krankheiten nahelegt.

Unterstützung der Aktivität von pathogenen Bakterien

Diskutiert wird einerseits, ob sich eine frühe Exposition von Kindern gegenüber Archaeen positiv bezüglich des Asthmarisikos auswirkt. Manche Archaeen könnten zudem eine gesundheitsfördernde Wirkung durch den Abbau der sogenannten Trimethylamine (TMA) zeigen - toxische Schlüsselmoleküle, die unter anderem Arteriosklerose verursachen können. So sind bereits erste auf der Anwendung von TMA-abbauenden Methanomassiliicoccales basierende therapeutische Ansätze als „archaebiotics“ in der klinischen Prüfung.

Andererseits vermuten Forschende, dass eine erhöhte Anzahl von methanbildenden Archaeen mit einer Reihe von schwerwiegenden Krankheitsbildern in Verbindung stehen könnte, zum Beispiel Darmkrebs oder entzündliche Darmerkrankungen. Die Autorinnen und Autoren der aktuellen Studie nehmen allerdings an, dass die Archaeen hier nicht ursächlich an der Krankheitsentstehung beteiligt seien. Möglicherweise liege ihre Rolle aber in einer Unterstützung der Aktivität von pathogenen Bakterien, etwa durch den Abbau von hemmenden Stoffwechselprodukten.

Künftige Forschungsarbeiten

In künftigen Forschungsarbeiten wollen die Forschenden eine möglicherweise auch ursächliche Beteiligung der Archaeen an der Krankheitsentstehung und insbesondere die medizinische Bedeutung des von ihnen produzierten Methans erforschen. Zudem planen sie, bisherige methodische Schwierigkeiten bei der Kultivierung und dem molekularen Nachweis dieser Mikroorganismen auszuräumen. Das noch junge Forschungsgebiet eröffnet also eine Vielzahl neuartiger Fragen: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen künftig beispielsweise bestimmte spezifische Anpassungen der Archaeen an ihren Wirtsorganismus oder ihr Wechselspiel mit bakteriellen Bestandteilen des menschlichen Mikrobioms genauer untersuchen und so Stück für Stück ihren Anteil an Balance oder Störung des Metaorganismus besser verstehen lernen.

 

Originalpublikation:

Guillaume Borrel, Jean-François Brugère, Simonetta Gribaldo, Ruth A. Schmitz & Christine Moissl-Eichinger (2020): The host-associated archaeome.
Nature Reviews Microbiology First Published 20 July 2020
doi.org/10.1038/s41579-020-0407-y

 

 
Quelle: CAU, 10.08.2020