Das evolutionäre Leben im Darm
Eine gemeinsame Studie von TU-Wien und Karl Landsteiner Uni Krems und Max Planck Institut Tübingen untersucht Mikroorganismen im Verdauungstrakt von Tieren und die Auswirkungen auf Immunsysteme.
Menschen tragen etwa zehnmal so viele Bakterien im Darm herum wie eigene Zellen. Das Ökosystem im menschlichen Verdauungstrakt (Anm. Mikrobiom) hat nicht nur für den Stoffwechsel große Bedeutung, sondern auch für das Immunsystem und beeinflusst bisweilen sogar das Verhalten. Bei Tieren ist es auch so, allerdings unterscheidet sich die Zusammensetzung des Mikrobioms von Tierart zu Tierart stark.
Kleinstlebewesen entwickeln sich im Darm
Aktuell passierte nun erstmals eine umfangreiche Studie, um mittels Fäkalproben freilebender Tiere die Entwicklung des Mikrobioms zu erklären. 128 verschiedene Arten aus den Klassen Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere wurden untersucht. Ziel war der Kontext von Evolution und Ernährungsgewohnheiten für die Zusammensetzung der Bakterien im Verdauungstrakt. Beispielsweise haben sich viele Kleinstlebewesen im Darm über viele Millionen Jahre gemeinsam mit ihren Wirtstieren mitentwickelt. Mit diesem Wissen soll es nun auch möglich werden, fäkale Verunreinigungen in Gewässern bestimmten Tierarten genauer zuzuordnen.
„Bisher gibt es Untersuchungen am Mikrobiom von Menschen oder für einzelne Spezies wie etwa Ratten. Wir wollten aber repräsentativ viele Tierarten auswählen, um den gesamten Stammbaum der Wirbeltiere abdecken, von Vögeln über Säugetiere bis hin zu Fischen“, sagt Andreas Farnleitner vom interuniversitären Forschungszentrum „Wasser und Gesundheit“ an der TU Wien. Farnleitner forscht zudem im Bereich Mikrobiologische Diagnostik an der Karl Landsteiner Privatuniversität in Krems.
Proben von Wildtieren und Zootieren
Wichtig war den Forschern dabei, Proben von Wildtieren zu bekommen, denn Zootiere können ein ganz anderes Mikrobiom haben als ihre frei lebenden Artgenossen. Partner für die Probenbeschaffung war das Institut für Wildtierkunde und Ökologie der Veterinärmedizinischen Universität Wien. Die DNA der untersuchten Mikroorganismen wurde sodann an der TU Wien und am Max Planck Institut (MPI) für Entwicklungsbiologie in Tübingen sequenziert. „Insgesamt wurden über 400 Proben von 180 unterschiedlichen Spezies analysiert und 20 Millionen Gen-Sequenzen erhoben“, erläutert Georg Reischer von der TU Wien.
Das MPI in Tübingen brachten seine Expertise in bioinformatischer Datenanalyse und Evolutionsbiologie in die Studie ein und hier zeigten sich dann auffallende evolutionsgeschichtlich Zusammenhänge. Das Mikrobiom hat sich über viele Millionen Jahre in einer Koevolution mit den Wirtstieren mitentwickelt. Eng verwandte Spezies weisen auch Ähnlichkeiten im Mikrobiom auf.
Aktuelle Studie bringt weitaus umfangreicheres Datenmaterial
„Auch die Ernährung spielt eine Rolle, aber sie ist nie alleine ausschlaggebend“, erklärt Georg Reischer. „Wenn ein Säugetier dasselbe isst wie ein Vogel, dann hat es deshalb nicht dieselben Bakterien im Darm.“ Mit dem Datenmaterial kann nicht nur die Koevolution von Wirtstieren und den Mikroorganismen in ihrem Verdauungstrakt besser verstanden werden und daraus sollen nun Verfahren für die Wasserreinigung entwickelt werden.
An der TU Wien wurde bereits eine Technologie entwickelt, die anhand von DNA-Tests Hinweise auf die Ursache fäkaler Verunreinigungen im Wasser liefert und zeigt, ob diese von Menschen oder Tieren stammt (economy berichtete). „Mit der aktuellen Studie haben wir einen sehr umfangreichen Datensatz zur Verfügung, mit dem solche Tests auf viel umfassendere und genauere Weise möglich werden“, unterstreicht Andreas Farnleitner.