Der Mikrobiomexperte Rob Knight forscht an der University of San Diego in Kalifornien und ist an mehreren großen Projekten beteiligt: Von 2007 an arbeitete er am Human Microbiome Project mit, das alle Gene des menschlichen Mikrobioms erstmalig charakterisierte. 2012 gründete er gemeinsam mit Kollegen die Firma American Gut (»gut« ist englisch für Darm, Bauch): Für 99 Dollar erhält jede Person, die eine Stuhlprobe einschickt, die Analyse ihrer Darmflora. Damit erweist man sogar der Wissenschaft einen Dienst, denn die Daten fließen anonym in eine öffentlich zugängliche Datenbank. Mittlerweile existieren auch »British Gut« und »Australian Gut«, und weltweit haben sich bis heute mehr als 10 000 Menschen daran beteiligt. Zudem ist Knight Mitbegründer des Earth Microbiome Project, welches das ehrgeizige Ziel verfolgt, 200 000 Bakterienproben aus jeder erdenklichen Nische des Planeten zu analysieren. Über den aktuellen Stand seiner Forschung sprach Rob Knight mit »Spektrum.de«.

Spektrum.de: Sie sammeln Bakterienproben aus dem menschlichen Darm, aus der Spucke von Komodowaranen, aus heißen Quellen, von Computertastaturen – was ist Ihr Ziel?

Knight: Mikroben sind allgegenwärtig. Indem wir sie studieren, erkennen wir Verbindungen zwischen Menschen, Tieren, Pflanzen und der Umwelt, von denen wir nie ahnten, dass sie überhaupt existieren. Wir können Übereinstimmungen in bestimmten Prozessen entdecken, etwa in der ökologischen Sukzession: Die Besiedlung eines neuen Blatts, einer neuen vulkanischen Insel oder eines Neugeborenen folgt möglicherweise einem gemeinsamen Muster. Indem wir immer bessere Technologien entwickeln, um Bakterien zu identifizieren, unabhängig davon, wo sie leben, können wir in diese bisher unsichtbare Welt blicken.

In einem Teelöffel Erde leben Millionen Bakterien. Wie identifizieren Sie diese?

Viele Bakterien lassen sich im Labor bislang nicht züchten, die meisten Keime in unserem Darm zum Beispiel. Wir müssen also indirekte Methoden verwenden, um sie zu identifizieren. Wir nutzen dazu einen Teil ihres Erbguts, die so genannte 16S ribosomale RNA. Dieser RNA-Abschnitt kommt in allen Bakterien vor, unterscheidet sich aber geringfügig von Art zu Art. Wir isolieren die RNA aus der Probe, sequenzieren sie, visualisieren und vergleichen die Daten mit entsprechender Software. Die enormen Fortschritte in der Bioinformatik und bei den Sequenzierungsmethoden haben die Mikrobiomforschung in den vergangenen zehn Jahren revolutioniert. Was früher Jahre brauchte, geschieht heute innerhalb von Tagen.

Was war Ihre bislang aufregendste Entdeckung?

Die Entdeckung, dass es eine Verbindung gibt zwischen Fettleibigkeit und Darmbakterien. Um das menschliche Mikrobiom zu erforschen, nutzen wir Mäuse, die unter keimfreien Bedingungen leben und kein eigenes Mikrobiom besitzen. Überträgt man diesen keimfreien, normalgewichtigen Mäusen die Darmbakterien übergewichtiger Mäuse, nehmen sie zu. Das funktioniert sogar artübergreifend: Überträgt man solchen Mäusen die Darmbakterien übergewichtiger Menschen, nehmen sie ebenfalls zu. Bislang ist es noch nicht gelungen, Mäuse mit Hilfe von Darmbakterien abnehmen zu lassen, aber das ist langfristig das Ziel.

Es gibt auch Hinweise darauf, dass Darmbakterien das Gehirn beeinflussen. Wie kann das sein?

Diese Verbindung hätte tatsächlich niemand erwartet. Erste Hinweise stammen wieder aus Versuchen an Mäusen: Überträgt man schüchternen Mäusen die Darmbakterien von mutigen Artgenossen, werden die schüchternen ebenfalls abenteuerlustiger. Auch Ängstlichkeit lässt sich auf diese Weise übertragen. Darmbakterien verdauen Nahrung, bauen Medikamente ab und produzieren Hormone. Denkbar ist, dass die entstehenden Stoffwechselprodukte über die Blutbahn ins Gehirn gelangen; dort beeinflussen sie die Konzentration bestimmter Neurotransmitter wie Serotonin oder Dopamin, was Auswirkungen auf unser Verhalten hat. Möglicherweise ist das Mikrobiom auch an Störungen wie Autismus und Depressionen beteiligt – für diese Krankheiten sind die Untersuchungen bei Mäusen aber weiter fortgeschritten als beim Menschen.

Inwieweit sind die Ergebnisse aus Versuchen an Mäusen überhaupt auf den Menschen übertragbar?

Sie sind nicht eins zu eins übertragbar. Aber ein Mausmodell demonstriert eine biologische Möglichkeit.

Wenn man Ihnen die Mikrobiomdaten eines beliebigen Menschen vorlegt – was können Sie daran erkennen?

Ich kann erkennen, ob der Mensch an bestimmten Krankheiten leidet, etwa an Diabetes oder chronisch entzündlichen Darmerkrankungen. Ich kann mit etwa 90-prozentiger Genauigkeit sagen, ob es sich um einen übergewichtigen oder schlanken Menschen handelt. Ich kann erkennen, ob es sich um einen Vegetarier oder einen Fleischesser handelt. Bei denjenigen, die viel Fleisch essen, dominiert die Gattung Bacteroides, bei denjenigen, die viel Getreideprodukte essen, die Gattung Prevotella.

Grundsätzlich ist die Bakterienvielfalt beim Menschen aber riesig. Bis zu 1000 Bakterienarten leben im menschlichen Darm. Während wir 99,9 Prozent unseres Genoms mit unserem Nachbarn teilen, können es nur 10 Prozent beim Mikrobiom sein. Wir wissen jedoch noch nicht, was die Unterschiede bedeuten; auch das müssen weitere Studien erst aufdecken.

Ihre Tochter kam per Notkaiserschnitt zur Welt, und Sie haben sie danach mit den Vaginalbakterien Ihrer Partnerin bestrichen. Warum?

Evolutionsbiologisch betrachtet ist das sinnvoll: Bis zum Beginn des letzten Jahrhunderts wurde jedes Baby durch den Geburtskanal geboren und dabei zwangsläufig mit den Vaginalbakterien der Mutter benetzt. Vermutlich sind dies die ersten Keime, die wir erwerben. Babys, die per Kaiserschnitt zur Welt gebracht werden, kommen stattdessen mit den Hautbakterien der Mutter in Kontakt. Die Entwicklung ihres Mikrobioms unterscheidet sich von Babys, die vaginal entbunden werden. Kaiserschnittbabys haben ein leicht höheres Risiko für Asthma und Übergewicht – ob der unterschiedliche mikrobielle Start dafür verantwortlich ist, wissen wir momentan aber noch nicht.

Kann man sein Mikrobiom auch als Erwachsener beeinflussen?

Wir tun es täglich. Indem wir Fleisch essen oder nur Salat, Alkohol trinken, Medikamente einnehmen. Es geht darum, es gezielt positiv zu beeinflussen. Kurz gesagt haben eine ballaststoff- und pflanzenreiche Kost, Sport und Aufenthalte an der frischen Luft einen positiven Effekt. Zucker, rotes Fleisch und Antibiotika haben den gegenteiligen Effekt. Vor allem die Einnahme von Antibiotika im frühen Kindesalter scheint sich negativ auf das Mikrobiom auszuwirken und steht womöglich mit der Entwicklung von Allergien und Übergewicht in Verbindung.

Generell gilt: Eine geringe Vielfalt ist schlecht und mit vielen Krankheiten assoziiert. Studien an Ureinwohnern wie den Hadza und den Yanomami haben gezeigt, dass unser modernes Mikrobiom erheblich an Vielfalt verloren hat. Wie wir diese wiederherstellen können, wird zukünftige Forschung zeigen.

Mittlerweile existiert ein Markt für Probiotika, »gute Bakterien«, die sich wohltuend auf den Darm auswirken sollen. Was halten Sie davon?

Einige Studien konnten eine positive Wirkung auf Krankheiten wie Reizdarm oder chronisch entzündliche Darmerkrankungen zeigen. Es existieren insgesamt aber nur wenige wissenschaftlich valide Studien zur Wirkung von Probiotika.

Was sind die aktuellen Herausforderungen in der Mikrobiomforschung?

Grundsätzlich stellt sich oft das Problem der Kausalität: Sind die beobachteten Unterschiede im Mikrobiom die Ursache oder die Folge einer Erkrankung? Außerdem entwickeln sich die Methoden rasend schnell. Dadurch produzieren wir ungeheure Mengen Daten – auf ein menschliches Gen kommen 100 bakterielle Gene. Wir kommen kaum hinterher, diese Daten auszuwerten. Wir müssen Software entwickeln, um die Daten zu interpretieren, und sie auch verbraucherfreundlich gestalten. Eines Tages sollen schließlich Ärzte und Patienten sie so einfach nutzen können, wie es etwa beim GPS der Fall ist.

Was können wir von der Mikrobiomforschung in den nächsten zehn Jahren erwarten?

Das Mikrobiom wird in Verbindung gebracht werden mit weiteren chronischen Krankheiten, und wir werden beginnen zu verstehen, wie Bakterien diese Krankheiten hervorrufen beziehungsweise wie sie unsere Gesundheit aufrechterhalten. Wir werden bestimmte Risiken vorhersagen können, außerdem die Effekte von Nahrung und Medikamenten. Es wird also weniger um Korrelationen gehen, sondern eher darum, konkret zu erkennen, was Bakterien verursachen. Mit zunehmendem Wissen könnten wir es schaffen, unser Mikrobiom so zu beeinflussen, dass es uns gesund erhält oder heilt.