Wie das Human Microbiome Project funktioniert

Nur ein Problem. Wir sind die Mikroben, die wir bekämpfen.

Unser Mikrobiom – die Sammlung von Mikroben und ihrem genetischen Material, die im und auf dem Körper leben – ist so vollgepackt mit Bakterien, Viren und sogar Pilzen, dass unsere menschlichen Zellen nur 10 Prozent der Zellen in unserem Körper ausmachen [Quelle: Yang ]. Wenn Sie keuchten, als Sie erfuhren, dass Escherichia coli - Stämme auf Ihrer Küchentheke leben, werden Sie wirklich verärgert sein, wenn Sie feststellen, dass sie auch glücklich in Ihrem Darm leben. Wenn Sie wegen der lebenden Lactobacillus -Kulturen in Ihrem Joghurt zimperlich sind, werden Sie wahrscheinlich unglücklich sein, wenn Sie wissen, dass eine blühende Population Ihre Vagina (oder die einer Ihnen nahestehenden Person) besiedelt.

Aber trotz der enormen Dichte und Bedeutung unseres Mikrobioms wissen wir wirklich wenig darüber. Obwohl wir uns bewusst sind, dass so etwas wie eine Fülle des Bakteriums Clostridium difficile im Darm tödliche Gesundheitsprobleme verursachen kann, sind wir uns nicht sicher, wie ein gesunder Darm aussieht. Dementsprechend versuchen Wissenschaftler nicht nur festzustellen, wie unsere mikrobiellen Freunde uns helfen oder schaden können, sondern auch eine Basis für ein normales Mikrobiom zu schaffen. Ähnlich wie das Human Genome Project , das die Gesamtheit der menschlichen Gene kartiert hat, versucht das Human Microbiome Project, die gesamte mikrobielle Landschaft zu identifizieren.

Und diese Mikroben sind nicht nur Mitläufer. Wir beherbergen mehr Bakterien als unser eigenes Fleisch, Blut, Muskeln – was auch immer. Natürlich sind die mikrobiellen Zellen tatsächlich ein Zehntel bis ein Hundertstel der Größe einer menschlichen Zelle, also ist es nicht so, als würden wir viel zusätzliches Gewicht mit uns herumtragen … richtig [Quelle: Kolata ]? Nein, wir alle schleppen selbst auf dem magersten (oder saubersten?) Körper beachtliche 2 bis 5 Pfund (0,9 bis 2,3 Kilogramm) Bakterien mit uns herum. (Die Hollywood Antibacterial Diet ist sicherlich auf dem Weg.)

Sammeln Sie also Ihre Bakterien, Ihre Pilze, Ihre Archaeen und Protozoen am Feuer, um zu erfahren, wie das Human Microbiome Project funktioniert.

1. Lernen Sie Ihr Mikrobiom kennen
2. Das Projekt: Hunderte von Menschen abtupfen
3. Die Ergebnisse (auch bekannt als Sie können viel von Ihren Mikroben lernen)

Bevor wir uns dem Human Microbiome Project zuwenden, lassen Sie uns einen Blick darauf werfen, was diese Wissenschaftler studieren. Mikrobe ist eines dieser Wörter, die wir hören und unbekümmert überspringen, weil wir denken, es sei nur ein Sammelbegriff für etwas Kleines und vage Bakterielles. Was, wie sich herausstellt, ziemlich genau ist.

Während Bakterien sicherlich einen großen Teil unseres Mikrobioms ausmachen, bilden einige andere weniger bekannte Mikroben auch unsere mikrobielle Partei. Nehmen Sie Archaeen , die Bakterien so ähnlich sind, dass Wissenschaftler lange Zeit davon ausgegangen sind, dass es sich um Bakterien handelt. Nicht so. Sie haben tatsächlich unterschiedliche Aminosäuren und Zucker und eine unterschiedliche genetische Struktur. Archaeen, von denen man früher annahm, dass sie nur in extremen Umgebungen vorkommen, wurden in den Mund-, Darm- und Vaginalschleimhäuten des Menschen gefunden.

Dann haben Sie Protozoen , die wir manchmal „Keime“ nennen, weil einige Arten Ruhr oder Malaria verursachen können , aber sie sind etwas größer als Bakterien. Und vergessen wir nicht den Pilz unter uns, der ohne große Folgen die Haut bedecken kann – oder sich in Infektionsgebiete begeben kann. Viren sind auch Teil unseres Mikrobioms, aber glauben Sie nicht, dass sie nur untätig auf schmutzige Hände warten, um Ihnen eine Erkältung zuzufügen.

Tatsächlich sind unsere Mikroben größtenteils keine faulen Hausgäste, die auf unserem Körper mitfahren. Sie könnten besser mit dem gut geführten Personal eines fabelhaften Anwesens verglichen werden. Beispielsweise besteht eine der wichtigeren Funktionen von Viren im Mikrobiom darin, Bakterien zu infizieren und entweder die Funktionsweise der Bakterien oder deren Menge zu verändern. Daher ist es sinnvoll, sich Viren als mit (oder gegen) bakterielle Funktionen in unserem Körper arbeitend vorzustellen [Quelle: Williams ].

Wenn Sie unter einer Erkältung leiden und gegen Keime wettern, denken Sie daran, dass Sie ohne Mikroben weder essen noch atmen könnten. Obwohl sie nicht auf dem Körper sind, produzieren photosynthetische Bakterien im Wasser die Hälfte unseres Sauerstoffs [Quelle: University of Utah ]. Mikroben packen unser System, um die Verdauung zu unterstützen und Vitamine zu synthetisieren, und Sie werden vielleicht aufgeregt sein, bei Ihrer nächsten Dinnerparty zu berichten, dass die Hälfte Ihres Stuhls keine Essensreste sind, sondern mikrobielle Biomasse, die in Ihrem Darm schnell wieder aufgefüllt wird [Quelle: Kolata ]. Die Guten wehren infektions- oder krankheitsverursachende Mikroben ab und stärken unser Immunsystem, und – wie wir mit freundlicher Genehmigung des Human Microbiome Project lernen – leisten sie noch viel mehr.

Nun, da wir wissen, was wir studieren, lasst uns zum Human Microbiome Project selbst springen. Die erste Phase, die von den US National Institutes of Health finanziert wurde, war auf fünf Jahre angelegt und umfasste die Entnahme von Proben aus dem menschlichen Mikrobiom und die Entwicklung eines Referenzsatzes mikrobieller Genomsequenzen (das Ziel waren 3.000 Sequenzen). In der zweiten Phase (2013-2015) geht es um die Entwicklung einer Art Katalog von Mikrobiom-Datensätzen, um der wissenschaftlichen Gemeinschaft bei der Erforschung und Erforschung von Krankheiten und Gesundheit zu helfen. Sie haben auch die umfassendere, herausfordernde Aufgabe, die Verbindung zwischen der mikrobiellen Gemeinschaft einer Person und verschiedenen Krankheiten und Zuständen zu untersuchen.

Warum wurde das nicht früher gemacht? Die Technologie existierte nicht. Es gab keine wirkliche Möglichkeit für Wissenschaftler, Bewohner von Mikrobiomen zu untersuchen, da sie nicht in einer Laborumgebung gezüchtet oder isoliert werden konnten. Aber mit dem Fortschritt der DNA-Sequenzierung und -Technologie waren Wissenschaftler nun in der Lage, genetisches Material aus mikrobiellen Gemeinschaften zu isolieren, ohne sie kultivieren zu müssen [Quelle: NIH ]. Und so begann das Projekt 2007 mit einem Budget von 170 Millionen US-Dollar und einer ziemlich einfachen Aufgabe: Entnehmen Sie Proben von einer ausreichend großen Anzahl gesunder Menschen, um eine Grundlinie oder einen Rahmen dafür zu bestimmen, was ein menschliches Mikrobiom beinhaltet.

Die erste Phase begann mit der Rekrutierung von Freiwilligen, die als "gesund" galten. Das war nicht einfach: 600 Probanden zwischen 18 und 40 wurden hereingebracht, aber nach strengen Untersuchungen (auf Dinge wie Karies und Pilzinfektionen sowie den allgemeinen Gesundheitszustand) wurde mehr als die Hälfte abgelehnt. 242 Probanden aus Houston, Texas, und St. Louis, Mo., erfüllten schließlich die Kriterien und waren die Glücklichen, die mehrfach an mehreren Stellen abgewischt wurden und dann ihr Biom von mehr als 200 Wissenschaftlern sequenzieren ließen an 80 verschiedenen Institutionen [Quelle: Kolata ].

Jeder Mann wurde an 15 Stellen beprobt und jede Frau an 18 (um die mikrobielle Umgebung der Vagina zu berücksichtigen), jeweils bis zu dreimal über zwei Jahre. Die Proben umfassten Bereiche des Darms (aus dem Stuhl entnommen), die Nase und mehrere Stellen im Mund und auf der Haut.

Im Laufe der Studie wurden mehr als 11.000 Proben erhalten, und die Wissenschaftler konnten einen Teil des RNA-Materials sequenzieren, um die Mikroben zu identifizieren, sowie die Größe der Population bestimmen [Quelle: Baylor College of Medicine ]. Bisher durchliefen 800 der Proben eine ganze Genomsequenz [Quelle: Baylor College of Medicine ]. Das Projekt hat satte 3,5 Billionen Bytes an Daten generiert, was tausendmal mehr ist als das Human Genome Project [Quelle: Baylor College of Medicine ].

Die Finanzierung aus dem Gemeinschaftsfonds der National Institutes of Health wurde bis 2013 verwendet, aber das Projekt begann dann, sich selbst durch 16 teilnehmende NIH-Institute zu finanzieren [Quelle: Mole ]. Wissenschaftler arbeiten immer noch an strengeren Probenahmeprotokollen und versuchen, eine Basis für technische Unterstützung und Ressourcen zu finden.

uBiom

Möchten Sie mit der Population Ihres Mikrobioms per Du gesprochen werden? Für 89 US-Dollar sagt Ihnen uBiome, welche Mikroben sich in Ihrem persönlichen Mikrobiom befinden, und lässt Sie wissen, was wir bisher über die Bakterien wissen, die Sie zu Hause anrufen. Sie können Ihre Daten auch (anonym) mit anderen vergleichen. Besuchen Sie uBiome.com , um mehr zu erfahren.

Mit den Billionen und Aberbillionen Bytes an Daten, die das Human Microbiome Project generiert hat, können Sie darauf wetten, dass die Ergebnisse nicht schwer zu bekommen sind. Eine der ersten – und schockierenderen – Entdeckungen war, dass es basierend auf dem genetischen Inhalt der Proben fast 8 Millionen einzigartige mikrobielle Gene im Körper der untersuchten Erwachsenen geben könnte. Das ist hundertmal mehr, als das menschliche Genom zum Körper beiträgt [Quelle: Yang ]. Sie fanden auch heraus, dass selbst diese gesunden Menschen Mikroben hatten, die bei einem geschwächten Immunsystem Probleme verursachen konnten , aber in den meisten Fällen glücklich zu sein schienen, harmlos herumzuhängen. Das bedeutet, dass Bakterien wie Staphylokokken und E. coli bei normalen Menschen vorhanden sind, aber nicht unbedingt eine Infektion darstellen.

Noch cooler: Nicht bei jedem Menschen war eine Mikrobe vorhanden, was auch zu implizieren scheint, dass es kein "normales" Mikrobiom gibt. Sie fanden auch heraus, dass sich die Mikroben an derselben Stelle verschiedener Probanden am ähnlichsten waren. (Das bedeutet, dass beispielsweise die mikrobiellen Gemeinschaften auf der Haut zwischen zwei Menschen ähnlicher waren als die mikrobiellen Gemeinschaften an verschiedenen Stellen bei einer Person.) Aber verschiedene Bakterien können bei verschiedenen Personen dieselbe Funktion erfüllen: Während zwei Menschen verdauen können Kohlenhydrate gleich gut, es könnten zwei verschiedene Arten von Bakterien sein, die in jeder Person die Arbeit erledigen [Quelle: Baylor College of Medicine ].

Die Untersuchung des menschlichen Mikrobioms (und die Nutzung der Projektdaten) hat bereits zu einigen faszinierenden Ergebnissen geführt. Eine Studie aus dem Jahr 2012 ergab, dass sich das vaginale Mikrobiom mit der Schwangerschaft erheblich verändert. Lactobacillus johnsonii ist eine Bakterienart, die normalerweise im Darm vorkommt, um bei der Verdauung von Milch zu helfen, aber sie gedeiht in der Vagina, wenn eine Frau erwartet. Wissenschaftler gehen davon aus, dass ein Baby, das durch den Vaginalkanal kommt – und zum ersten Mal auf Mikroben trifft – diese Mikroben verwenden könnte, um die Verdauung der Muttermilch von Anfang an zu unterstützen [Quelle: Zimmer]. Es wurde auch die Hypothese aufgestellt, dass eine vaginale Geburt, bei der das Baby sofort Darm-, Vaginal- und Hautmikroben ausgesetzt wird, sich als idealer für das Immunsystem eines Babys erweisen könnte als eine sterile Kaiserschnittgeburt. Eine Studie in Puerto Rico untersucht, ob das Abtupfen von Kaiserschnitt-Babys mit Vaginalsekret kurz nach der Geburt zu einer robusten Bakterienkolonie beitragen könnte [Quelle: Gitig ].

Und vergessen wir nicht, dass das Studium von Bakterien hoffentlich zu einem besseren Verständnis von Antibiotika und bakterieller Resistenz führen wird. Es kann nicht länger davon ausgegangen werden, dass sich „gute“ Bakterien nach der „Brandrodung“, die bei der Einführung eines Antibiotikums stattfindet, automatisch neu besiedeln. Wissenschaftler denken über mikrobielle Umgebungen nach, die sorgfältig beschnitten und gefördert werden müssen. Anstatt Antibiotika zu verabreichen, um Staphylokokken abzutöten, könnte eine Alternative darin bestehen, eine Creme aufzutragen, von der sich gute Bakterien ernähren können, um die Staphylokokken-Eindringlinge zu stürzen [Quelle: Zimmer ].

Um viel mehr über die mikrobiellen Freunde zu erfahren, die sich mietfrei bei Ihnen aufhalten, besuchen Sie die nächste Seite für viele weitere Informationen.

Weitere mikrobielle Befunde

In den letzten Jahren gab es einige mikrobielle Funde, auch dank des Human Microbiome Project. Eine davon war die Einführung von Stuhltransplantationen zur Behandlung von mit C. difficile infizierten Patienten; Wissenschaftler hoffen nun, dass stattdessen eine bestimmte Art von Bakterien verabreicht werden kann [Quelle: Gitig ]. Wissenschaftler haben auch entdeckt, dass ein bestimmter Bakterienstamm bei Patienten mit Parodontitis erhöht ist, was uns ein besseres Verständnis der Mundgesundheit ermöglicht [Quelle: NIH]. Forscher untersuchen auch, warum, wenn Darmbakterien von fettleibigen Mäusen auf ihre dünneren Gegenstücke übertragen werden, die dünneren Mäuse an Gewicht zunehmen. Studien zeigen nun, dass das Mikrobiom der dickeren Mäuse die Art und Weise verändern könnte, wie der Körper Zucker zur Energie- und Fettspeicherung verwendet [Quelle: Zimmer ].

Anmerkung des Autors: Wie das Human Microbiome Project funktioniert

Es ist schwer, nicht von der Tatsache fasziniert zu sein, dass unsere Körper nicht wirklich uns gehören, sondern ein ausgeklügeltes System von Lebewesen benötigen, um uns zu helfen, den Tag zu überstehen. Sich daran zu erinnern, dass Mikroben ohne uns glücklich leben können, wir aber ohne Mikroben tot wären, könnte es uns ermöglichen, das System zu pflegen und zu schützen, das uns nährt und schützt.

Zum Thema passende Artikel