Darmbakterien: Die überraschende Wirkung von Viren

Das Mikrobiom spielt eine wichtige Rolle für die Gesundheit. Eine kürzlich durchgeführte Studie hat untersucht, wie Viren, die Darmbakterien abtöten, diese Mikroben beeinflussen. Die Ergebnisse machen ein bereits kompliziertes Bild noch viel komplizierter.

Bakteriophagen (hier abgebildet) sind zahlreicher als Bakterien.

Weitere forschungsbasierte Informationen über das Mikrobiom und seine Auswirkungen auf Ihre Gesundheit finden Sie in unserem speziellen Hub.

Das Mikrobiom ist sowohl faszinierend als auch modisch.

Das zunehmende öffentliche Interesse hat zu einer Aufstockung der Mittel geführt, um die Wechselwirkungen zwischen uns und unseren Darmbakterien zu untersuchen.

Wissenschaftler haben nun Beziehungen zwischen dem Mikrobiom und einer Reihe von Erkrankungen gefunden, von Diabetes und Fettleibigkeit bis hin zu Parkinson und Depressionen.

Dank des hohen Bekanntheitsgrades von Darmbakterien sind die Regale der Lebensmittelgeschäfte jetzt voller probiotischer Produkte.

Trotz ihrer großen Verfügbarkeit und Beliebtheit gibt es kaum Anhaltspunkte dafür, dass sie viele Vorteile außerhalb einer kleinen Anzahl spezifischer Bedingungen bieten.

Obwohl Wissenschaftler wissen, dass die Mikroben in uns lebenswichtig sind, ist es noch weit entfernt, einen Weg zu finden, sie zu moderieren, um die Gesundheit zu verbessern und Krankheiten zu bekämpfen.

Der Hauptgrund dafür ist die schillernde Komplexität des Mikrobioms. Es ist keine einzelne, homogene Einheit, sondern eine Welt mikroskopisch kleiner Wesen, die interagieren, ihre Nachbarn beeinflussen und hemmen und in der Lage sind, miteinander zu töten, zu nähren und zu kommunizieren.

An diesem Punkt können wir bereits die enormen Schwierigkeiten beim Verständnis der Vor- und Nachteile des Mikrobioms erkennen, aber einige Forscher untersuchen die nächste Komplexitätsstufe: Bakteriophagen.

Einführung des Bakteriophagen

Bakteriophagen oder einfach Phagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien zerstören. Unglaublicherweise gibt es mehr Phagen als Bakterien. Wo Bakterien sind, sind Phagen in Pik.

Phagen sind auch spezifisch; Sie neigen dazu, nur eine Art oder einen Bakterienstamm zu zerstören. Vor dem Aufkommen von Antibiotika verwendeten Wissenschaftler Phagen, um Infektionen zu bekämpfen. Als Forscher jedoch Antibiotika entdeckten, traten sie an die Stelle von Phagen. Antibiotika waren billiger und leichter herzustellen als Phagen.

Jetzt, da die Antibiotikaresistenz zunimmt, überdenken einige Forscher die Idee der Phagentherapie.

Wenn Phagen Bakterien abtöten, beeinflussen sie natürlich wahrscheinlich das Mikrobiom. Forscher des Brigham and Women’s Hospital und des Wyss Institute in Boston, MA, sind daran interessiert, wie genau diese reichlich vorhandenen Viren unsere Darmbakterien beeinflussen könnten. Sie veröffentlichten die Ergebnisse ihrer jüngsten Studie in der Zeitschrift Cell Host & Microbe.

„Eines der Hauptinteressen in meinem Labor ist es, die Veränderungen in der Dynamik des Darmmikrobioms zu verstehen. Bakteriophagen sind ein großer Bestandteil des Mikrobioms, wurden aber noch nicht viel untersucht. "

Leitender Studienautor Dr. Georg Gerber

Was machen Phagen?

Obwohl wir wissen, dass Phagen im Darm reichlich vorhanden sind, wissen wir nicht viel über ihr Verhalten.

"Einige Menschen erforschen die Phagentherapie und verwenden Phagen, um Mikroben abzutöten", sagt Dr. Gerber. "Aber Phagen kommen natürlich auch im Darm vor und existieren neben dem Rest des Ökosystems." Wir wollten herausfinden, was sie dort machen. “

Zur Untersuchung verwendeten die Forscher gnotobiotische Mäuse; Sie haben diese Tiere so aufgezogen, dass keine Bakterien auf oder in ihnen leben.

Zu Beginn führten sie 10 Arten von Bakterien in die Mäuse ein, die üblicherweise im menschlichen Darm vorkommen, einschließlich Enterococcus faecalis und Escherichia coli.

Dann fügten sie Phagen hinzu, die spezifisch auf die Bakterien abzielen, die sie in die Mäuse transplantiert hatten. Zum Beispiel die T4-Phagenziele E coliund die VD13-Phagenangriffe E. faecalis. Sie verfolgten dann den Erfolg jeder Mikrobe.

Phagen sind spezifische Jäger: Jeder Typ tötet nur einen Bakterientyp ab. Wenn die Wissenschaftler den Mäusen einen Phagen einführten, würden sie einen Rückgang dieser Art von Bakterien feststellen. Die Auswirkungen auf andere Bakterien waren jedoch überraschender.

Weit verbreitete Veränderung

Die Wissenschaftler zeigten, dass, obwohl ein bestimmter Phage nur eine Bakterienart angreift, dieser Phage auch andere Arten beeinflusst; Einige Arten gediehen, während andere schwanden.

Mit Blick auf das Gesamtbild bewerteten die Forscher auch die Reihe der Verbindungen, die sowohl von den Bakterien als auch von der Maus produziert werden. Dies nennt man das Metabolom.

Sie fanden heraus, dass, wenn sie den Mäusen einen Phagen einführten und sich die Bakterienzusammensetzung änderte, sich auch die Gehalte bestimmter biologisch aktiver Chemikalien änderten. Die Autoren der Studie schreiben:

"Phagen können Metaboliten modulieren, von denen bekannt ist, dass sie den Säugetierwirt beeinflussen."

Mit anderen Worten, ein einzelner Virusstamm kann die Art oder Menge der biologischen Moleküle verändern, die dem Wirtstier zur Verfügung stehen.

Zukünftige Möglichkeiten und viel mehr Arbeit

Dr. Gerber hat die vielfältigen Möglichkeiten, die diese Erkenntnisse bieten, nicht verpasst. Er sagt: „Dieser Befund fasziniert mich für die Nachverfolgung und wirft wichtige Fragen auf: Können wir Phagen verwenden, um diese Aktivitäten zu modulieren? Könnte dies eine Intervention bei Erkrankungen wie Depressionen sein, bei denen Sie die Neurotransmitter-Spiegel ändern möchten? "

Natürlich verwendete dieses Experiment ein künstlich konstruiertes Mikrobiom in einem Nagetiermodell, was die Extrapolation auf den Menschen schwierig macht. Es konzentrierte sich jedoch darauf, einen allgemeinen Überblick darüber zu erhalten, wie Phagen eine Population von Bakterien beeinflussen können. Wie die Autoren der Studie schreiben:

"Gnotobiotische Mäuse, die mit einer begrenzten und bekannten, aber immer noch komplexen Sammlung von Bakterien besiedelt sind, bieten ein attraktives Modellsystem zur umfassenden Charakterisierung des Verhaltens von Phagen in der Darmumgebung."

Wenn Phagen tiefgreifende Änderungen an einem Maus-Mikrobiom vornehmen, werden sie wahrscheinlich auch Änderungen am menschlichen Mikrobiom vornehmen. Die Änderungen mögen unterschiedlich sein, aber das Prinzip bleibt bestehen.

Wie wir in der Einleitung klargestellt haben, sind die Auswirkungen des Mikrobioms schwierig genug zu verstehen, bevor Phagen ins Bild kommen. Daher ist die Entwicklung einer medizinischen Intervention noch weit entfernt. Dies macht die Ergebnisse jedoch sicherlich nicht weniger interessant oder verfolgungswürdig.

"Auch wenn sie nicht als direktes Therapeutikum eingesetzt werden, deutet unsere Studie darauf hin, dass Phagen ein gutes Instrument sein können, um die möglichen Auswirkungen anderer Therapeutika zu verstehen, die das Mikrobiom verändern", schließt Dr. Gerber.