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Was ist ein Mikrobiom und warum sollte man es kennen?

Eine Person trifft ständig auf Bakterien. Sie sind überall: um uns herum, auf uns, in uns. Nach vielen Jahren wissenschaftlicher Forschung hat die Menschheit die Beziehung zwischen Bakterien und Krankheiten gut verstanden. Und ich muss sagen, für gesundheitliche Bedenken im Kontakt mit vielen Mikroben gibt es Gründe. Pest, Rheuma, Keuchhusten, Milzbrand, Lyme-Borreliose und viele andere gefährliche Krankheiten beginnen durch das Eindringen von Bakterien. Das heißt, eine Person hat viele Gründe, Bakterien als die schlimmsten Feinde wahrzunehmen. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler ihre Sicht auf Mikroorganismen geändert. Es stellt sich heraus, dass nicht alle von ihnen gefährlich sind und nicht alle vermieden werden sollten.

Mikrobiom: Was ist das?

Ein Mikrobiom ist eine Gemeinschaft von Mikroorganismen wie Bakterien, Archaeen, Pilzen und Viren, die in einem bestimmten Ökosystem oder Organismus leben.

Mikroorganismen gibt es überall, einschließlich des menschlichen Körpers, des Bodens, der Ablagerungen von Land, Meer, Süßwasser und der Atmosphäre. Wissenschaftler finden sie auch unter extremen Bedingungen, zum Beispiel in hydrothermalen Quellen und subglazialen Seen.

Übrigens wird häufig anstelle des Begriffs "Mikrobiom" das Wort "Mikrobiota" verwendet. In der Regel werden beide Begriffe synonym verwendet, obwohl Experten sagen, dass es immer noch einen gewissen Unterschied in der Bedeutung von Wörtern gibt. Microbiota ist eine dynamische Gemeinschaft von Billionen von Mikroben, die in Harmonie mit menschlichen Zellen leben. Aber das Mikrobiom ist der Sammelbegriff für die Gene, die in diesen Mikroben leben. Übrigens ist die Anzahl der Gene aller im Mikrobiom einer Person lebenden Mikroben etwa 150-mal so hoch wie die Anzahl der Gene im Genom der Person.

Alle Mikrobiome haben mehrere Gemeinsamkeiten. Ihre "Bewohner" sind immer sehr zahlreich und vielfältig, obwohl ihre qualitative Zusammensetzung immer unterschiedlich ist. Ein Mikrobiom ist eine sehr dynamische Gemeinschaft, die sich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ändern kann, sei es der Klimawandel, wenn wir über Gruppen sprechen, die auf dem Planeten leben, oder Ernährungsumstellungen, wenn wir über ein menschliches Mikrobiom sprechen. In jedem Fall ist das Mikrobiom aber immer eng mit seinem Besitzer verbunden.

Mikrobiom-Habitate

Mikrobiom der Ozeane

Ozeane bedecken fast 70% unseres Planeten, aber Wissenschaftler fangen gerade an, etwas über die Mikroorganismen zu lernen, die in den Gewässern der Erde leben. Diese winzigen Bewohner des Wassers sind das "Baumaterial" für die größeren Lebensformen auf dem Planeten, sie produzieren fast die Hälfte des Sauerstoffs, den wir atmen, verarbeiten ungefähr den gleichen Prozentsatz an Kohlendioxid und entfernen mehr als die Hälfte des Methans in den Weltmeeren.

Mikrobiom der Erde

Boden und Bodenablagerungen enthalten eine Vielzahl von mikrobiellen Gemeinschaften. Nach groben Schätzungen enthält jedes Gramm Boden etwa 40.000 Arten mikroskopisch kleiner Bewohner. Sie sind notwendig, um Hunderte von Prozessen aufrechtzuerhalten, ohne die keine Pflanze auf einem solchen Boden wachsen kann. Auch das Mikrobiom der Erde ist für den Abbau von Schadstoffen sowie für den Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf verantwortlich.

Mikrobiom der Atmosphäre

Es ist auch schwierig zu recherchieren. Bisher wissen Wissenschaftler, dass sich überall Keime in der Atmosphäre befinden. Ihr Satz kann von Ort zu Ort sowie im Laufe der Zeit variieren. Mikroben bewegen sich frei in der Atmosphäre rund um den Globus und halten sich an Staubpartikeln fest. Ein Atmosphärenmikrobiom kann die Ausbreitung von Infektionskrankheiten, die allgemeine menschliche Gesundheit, die Landwirtschaft, Wolken und Niederschläge beeinflussen.

Menschliches Mikrobiom

Ein menschliches Mikrobiom ist eine Sammlung von Billionen von Mikroben, die am Körper und im Inneren von Menschen leben. Es besteht aus etwa tausend Bakterienarten, die auf der Haut eines Menschen, im Mund, im Darm und in der Vagina leben.

Diese Mikroben und ihre Gene machen uns zu einer Art Superorganismus, der aus einer Symbiose menschlicher Zellen und Mikroben besteht. Wissenschaftler schlagen vor, dass das Mikrobiom einer Person aus ungefähr 8 Millionen zusätzlichen Genen bestehen kann (zum Vergleich: In unserem Genom gibt es ungefähr 20-25 Tausend Gene).

In verschiedenen Körperteilen sind mikrobielle Kolonien sehr unterschiedlich voneinander. Die Unterschiede zwischen dem Mikrobiom des Darms und der Mundhöhle sind vergleichbar mit den Unterschieden in den Bakterienkolonien auf dem Boden und in den Ozeanen.

Die Besonderheit des Mikrobioms besteht darin, dass es für den Körper eines jeden Menschen einzigartig ist. Wissenschaftler können noch nicht genau erklären, wie mikrobielle Vielfalt entsteht. Vermutlich beeinflussen Faktoren wie Ernährungseigenschaften, Umwelt, genetische Faktoren und die Wirkung von Mikroben auf den Menschen in sehr jungen Jahren die Bildung des Mikrobioms.

Aber es gibt einen interessanten Punkt. Die Wissenschaftler können immer noch nicht erklären, warum dies geschieht, aber bei Menschen mit schweren chronischen Krankheiten wie Diabetes wird die Vielfalt des Mikrobioms vereinfacht. Auch bei Organismen von Menschen mit Darmfunktionsstörungen, Autoimmunerkrankungen, Adipositas, Herzerkrankungen sowie bei älteren Menschen wird eine Abnahme der Mikrobenvielfalt beobachtet.

Wie viele Mikroben sind in uns

In den frühen 1970er Jahren war es für Wissenschaftler ziemlich schwierig, die Anzahl der Mikroben zu bestimmen, die in unseren Organismen leben. Damals reichten die Daten von Hunderten von Milliarden bis Hunderten von Billionen. Im Jahr 2016 führten Wissenschaftler eine Analyse durch und es stellte sich heraus, dass der Körper eines durchschnittlichen Erwachsenen aus 39 Billionen mikrobiellen Zellen und 30 Billionen menschlichen Zellen besteht. Darüber hinaus können diese Zahlen je nach Gewicht, Größe, Alter und Geschlecht der Person variieren. In jedem Fall kann das Gewicht aller Mikroben 1 bis 3 Prozent der gesamten menschlichen Körpermasse betragen, und dies sind etwa 900 g bis 2,7 kg - das Gehirn wiegt fast genauso viel.

Wo soll eine Person nach einem Mikrobiom suchen?

Überall leben Mikroben auf dem menschlichen Körper. Es gibt zwar Gebiete, in denen ihre Konzentration höher ist. Die überwiegende Mehrheit der Keime befindet sich im menschlichen Magen-Darm-Trakt. Früher hießen sie Darmflora, heute heißen sie Darmflora. Bis zu tausend Arten von Mikroorganismen leben hier. Darmmikrobiome verschiedener Menschen können ähnliche Arten von Mikroben enthalten, in den meisten Fällen unterscheiden sie sich jedoch in ihrem Stamm. Neben dem Darm sind die anderen am häufigsten untersuchten Bereiche des Mikrobioms der Mund, die Nasenhöhle, die Augen, die Lunge, die Haut und die Vagina.

Wie entsteht ein menschliches Mikrobiom?

Der Mensch beginnt von Geburt an, in sich und auf sich selbst Mikroben zu sammeln. Säuglinge sind im Geburtskanal zunächst Mikrobiota ausgesetzt. Und diese Mikroben helfen dann dem Baby, seine eigene Darmmikrobiota zu bilden. Übrigens ist bei Säuglingen, die im Kaiserschnitt geboren wurden, die Darmflora viel schlechter. Erst nach 6 Monaten holen sie in diesen Indikatoren auf natürliche Weise geborene Kinder ein.

Obwohl diese Theorie noch bewiesen werden muss, haben einige Wissenschaftler vorgeschlagen, dass eine Person der ersten Exposition gegenüber Mikroben im Mutterleib ausgesetzt ist. In diesem Fall wird auch die Theorie der Sterilität des weiblichen Uterus zerstört. 2013 untersuchten Wissenschaftler der University of Washington Medical School eine Plazenta von 195 Frauen. Es stellte sich heraus, dass ein Drittel der Plazenta Bakterien enthält, die der Mikroflora der Mundhöhle sehr ähnlich sind. Darüber hinaus haben Wissenschaftler entdeckt, dass Mikroben auch in Fruchtwasser gefunden werden. In einer anderen Studie stellte sich heraus, dass fast 30% der Babys neben Muttermilch auch die Bakterien bekommen, die für die Bildung eines Darmmikrobioms notwendig sind.

Der Prozess der Mikrobiombildung setzt sich in den ersten 3 Lebensjahren eines Menschen fort. Während dieser Zeit ändert sich häufig die Zusammensetzung des Mikrobioms, aber im Alter von 3 Jahren bildet sich ein ausgereiftes Mikrobiom einer bestimmten Person. Zu diesem Zeitpunkt wird es ziemlich stabil, wenn auch nicht statisch. Das heißt, die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft bleibt während des gesamten Lebens ziemlich flexibel und variabel. Wie in jedem Einzelfall ein Mikrobiom entsteht, ist den Forschern noch nicht ganz klar. Experten gehen jedoch davon aus, dass dieser Prozess von vielen Faktoren abhängt, z. B. von Ernährungsgewohnheiten, Lebensraum, Alter, Rasse, Geschlecht, hormonellen Veränderungen und sogar von Medikamenten.

Beispielsweise wurde nachgewiesen, dass während der Pubertät Veränderungen im Hautmikrobiom auftreten. Bei Frauen ändert sich die Zusammensetzung und Struktur des vaginalen Mikrobioms mindestens dreimal: während der Schwangerschaft, nach der Geburt und in den Wechseljahren.

Ich muss sagen, dass Mikroben uns nicht zufällig bevölkern. Ein menschliches Mikrobiom besteht aus bestimmten Arten von Mikroorganismen, die sich gegenseitig und sogar ihren Wirt ergänzen und wichtige Funktionen erfüllen, um die Lebensfähigkeit des Menschen aufrechtzuerhalten.

Nehmen Sie zum Beispiel Darmbakterien. Einige von ihnen sind für die Synthese von Vitaminen und Enzymen verantwortlich. Andere sind für die richtige Verdauung notwendig, während andere für die Stärkung des Immunsystems verantwortlich sind. Und einige können sogar die Gehirnaktivität beeinflussen.

Interessanterweise kann ein menschliches Mikrobiom auch außerhalb des Körpers enthalten sein. Unsere Keime können auf jeder Oberfläche verbleiben, mit der wir in Kontakt kommen, und sogar in der Umwelt sein. Es ist genug für eine Person, nur in den Raum zu gehen, um einen Teil ihrer eigenen Mikroben in die Luft zu werfen. Fachleute bezeichnen dieses Phänomen als mikrobielle Wolke.

Rolle im Körper

Wissenschaftler haben Mikrobiome fast 20 Jahre lang untersucht, bevor sie zu dem Schluss kamen, dass diese Symbiose von Mikroben eine wichtige Rolle für den menschlichen Körper spielt. Es ist wichtig für:

  • die Immunität erhöhen;
  • Infektionsprävention;
  • Aufrechterhaltung der Funktionalität des Verdauungssystems;
  • Aufrechterhaltung des hormonellen Gleichgewichts;
  • das ordnungsgemäße Funktionieren des Gehirns.

Der Zustand eines Mikrobioms kann sogar bestimmen, für welche Krankheiten eine Person anfällig ist. 2018 veröffentlichte die britische Zeitschrift Nature, die einflussreichste wissenschaftliche Veröffentlichung auf dem Gebiet der Biologie und Medizin, die Ergebnisse einer groß angelegten Studie über das Mikrobiom. Wissenschaftler, die das Mikrobiom von mehr als 1000 gesunden Menschen analysiert hatten, deckten eine enge Beziehung zwischen der mikrobiellen Gemeinschaft und Veränderungen von Cholesterin, Körpergewicht, Blutzucker und einigen anderen Parametern auf. Die Spezialisten, die die Studie durchführten, kamen zu dem Ergebnis, dass es unter Verwendung genetischer Daten und des Profils des menschlichen Mikrobioms viel einfacher ist, dessen Neigung für bestimmte Störungen zu bestimmen, als wenn ausschließlich genetisches Material verwendet wird.

Viele wissen wahrscheinlich, dass Vitamin B12 eine jener Substanzen ist, die im Dünndarm synthetisiert werden. Nachdem die Wissenschaftler die Funktionen des Mikrobioms im Körper untersucht hatten, gelangten sie zu dem Schluss, dass diese Substanz mit einem ziemlich komplexen Molekül nicht vom menschlichen Körper selbst, sondern von im Darm enthaltenen Mikroorganismen produziert wird.

Die Verbindung zwischen Mikrobiomen und Gesundheit

Je mehr Wissenschaftler über das Mikrobiom erfahren, desto mehr Beweise dafür, dass das Ungleichgewicht in der mikrobiellen Gemeinschaft sowohl die Ursache der Krankheit als auch die Ursache für die Genesung der Gesundheit sein kann.

Zwischen dem Darmmikrobiom und dem Auftreten von Krankheiten wie Typ-2-Diabetes, Fettleibigkeit, rheumatoider Arthritis, Leberzirrhose, entzündlicher Darmerkrankung und metabolischem Syndrom bestehen enge Zusammenhänge. Darüber hinaus schlagen Wissenschaftler eine Beziehung zwischen dem Darmmikrobiom und der Neigung einer Person zu Angstzuständen, Depressionen und Autismus vor.

Verdauung und Ernährung

Mikrobiota ist ein Schlüsselfaktor, der die Verdauung beeinflusst. Ohne Darmflora wären viele beliebte Lebensmittel, die ein Mensch zu sich nimmt, für ihn ungenießbar. Beispielsweise könnte die gleiche Faser, die in Gemüse, Obst und Nüssen enthalten ist, ohne das Darmmikrobiom den Körper nicht aufnehmen.

Der menschliche Magen-Darm-Trakt kommt mit dem Abbau von Monosacchariden (Glucose) und Disacchariden (Lactose) gut zurecht. Für ihn ist es jedoch viel schwieriger, komplexe Moleküle und Polysaccharide zu verdauen, und dies sind Proteine, Fette, Stärke und andere komplexe Kohlenhydrate, die aus Gemüse und Fleisch gewonnen werden. Und hier kommen Darmkeime zur Rettung. Sie ernähren sich von den Molekülen dieser Produkte, indem sie sie fermentativ in Metaboliten zerlegen, die der Körper bereits aufnehmen und für seine eigenen Bedürfnisse nutzen kann.

Die Menschheit ist seit vielen Jahren davon überzeugt, dass das Körpergewicht allein davon abhängt, wie viel ein Mensch isst. Vor kurzem haben Wissenschaftler eine revolutionäre Entdeckung gemacht. Das Experiment haben die Experten allerdings nur an Mäusen durchgeführt, das Ergebnis ist aber immer noch beeindruckend. Es stellte sich heraus, dass die Neigung zur Fülle durch die in unserem Körper lebenden Mikroben beeinflusst wird. Wissenschaftler verpflanzten Mikrobiota aus dem Darm einer dünnen und fettleibigen Person in Versuchstiere. Infolgedessen nahmen die Mäuse, die die Keime von einer besser ernährten Person bekamen, an Gewicht zu. Ob dieses Schema mit dem menschlichen Körper funktioniert, müssen Wissenschaftler noch studieren. Aber wenn ja, dann kann Mikrobiota ein Heilmittel gegen Fettleibigkeit sein.

Immunität und Entzündung

Experten sagen, dass das Gleichgewicht des Immunsystems auch stark vom Gleichgewicht der Darmmikroben abhängt. Der menschliche Darm enthält mehr Immunzellen als jeder andere Teil des Körpers. Das heißt, die intestinalen Mikrobiota und Immunzellen stehen in ständigem Kontakt. Wenn diese Beziehung unterbrochen wird, besteht das Risiko, dass komplexe Krankheiten wie Allergien, Fettleibigkeit, Diabetes, Depressionen und sogar Krebs auftreten.

Um ihre Theorie zu bestätigen, verwendeten die Wissenschaftler erneut Mäuse. Experten im Labor zogen Tiere auf, deren Darm keine Mikroflora aufwies. Sie waren sehr schmerzhaft und entwickelten Symptome von Lungenentzündung, Asthma und entzündlichen Darmerkrankungen. Dann pflanzten die Wissenschaftler sterile Mäuse mit Keimen von gesunden Tieren und sie wurden schnell besser. Aber der Zustand verbesserte sich nur bei den kleinsten Tieren (im Alter von 1-2 Wochen), die Transplantation von Mikrobiota half älteren Erwachsenen nicht. Wissenschaftler betrachteten die Ergebnisse des Experiments als eine weitere Bestätigung der Bedeutung des Mikrobioms für das Überleben von Säuglingen und die Stärkung ihrer Immunität.

Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass eine Verletzung des Darmmikrobioms das Risiko für entzündliche Erkrankungen, einschließlich Morbus Crohn und Zöliakie, erhöht und eine Person außerdem anfälliger für Allergien macht.

Gehirn und Nervensystem

Es besteht eine enge Beziehung zwischen dem Magen-Darm-Trakt und dem Zentralnervensystem. Diese Verbindung basiert auf dem Vagusnerv, der Signale vom Darm zum Gehirn und umgekehrt sendet. Das Darmmikrobiom ist jedoch in der Lage, eine Reihe von Neurotransmittern, einschließlich Serotonin und GABA, zu produzieren, die die Stimmung, den Appetit und das Denken beeinflussen und auch den Vagusnerv aktivieren können.

In einer Studie stellten Wissenschaftler fest, dass Mäuse, denen der Lactobacillus rhamnosus-Stamm des Darmbakteriums injiziert wurde, in Stresssituationen weniger Angst zeigten und weniger Stresshormon produzierten als Tiere, die das Bakterium nicht erhielten. Dann setzten die Wissenschaftler das Experiment fort und schnitten den Vagusnerv bei Tieren, wodurch die Beziehung zwischen Gehirn und Darm gestört wurde. Danach verschwanden die Unterschiede im Verhalten der Mäuse, unabhängig vom Zustand ihres Darmmikrobioms.

Andere Studien an Mäusen haben auch die Beziehung zwischen Darmmikroben und Depression, Parkinson, Autismus und Stimmungsstörungen bestätigt. Interessant ist auch, dass Experten zufolge fast 70% der Kinder und Jugendlichen mit Autismus Probleme mit dem Magen-Darm-Trakt haben, was auch ein Beweis für die Beziehung zwischen dem Mikrobiom und dem Gehirn sein kann.

Wer lebt in uns

Diese Tabelle enthält eine Liste der am häufigsten untersuchten Bakterien (Gattungen und Arten), die in menschlichen Organismen leben.

Bakterien des menschlichen Körpers
BakterienSpeziesWo wohnt erHauptfunktionen
BacteroidetesB. acidifaciens

B. eggerthii

B. fragilis

B. Helcogene

B. intestinalis

B. Thetaiotaomicron

Die DärmeEs produziert Metaboliten, die Entzündungen vorbeugen.
BifidobacteriumB. Crudilactis

B. denticollis

B. gallicum

B. gallinarum

B. hapali

B. indicum

B. Pullorum

B. reuteri

Darm, Mundhöhle, VaginaEs erfüllt eine Reihe von Funktionen, die für den Körper nützlich sind, einschließlich der Vorbeugung und Behandlung von Colitis ulcerosa
LactobacillusL. rhamnosus

L. casei

L. fermentum

L. gasseri

L. plantarum

L. acidophilus und L. ultunensis

Mund, Darm, VaginaVorbeugung und Behandlung von Durchfall sowie anderen Verdauungsstörungen
PrevotellaP. copri

P. dentalis

P. maculosa

P. marshii

P. oralis

P. oris

P. Speichel

MundReguliert Stoffwechselprozesse
PseudomonasP. aeruginosa

P. maltophilia

P. aeruginosa

P. fluorescens

P. putida

P. cepacia

P. stutzeri

Haut, Hals, Mund, Darm, Harnröhre, VaginaVerursacht Hautausschlag und Hautinfektionen
StreptococcusS. mitis

S. salivarius

S. mutans

S. Lungenentzündung

S. pyogenes

Haut, Augen, Nase, Rachen, Mund, Darm, VaginaEs verursacht verschiedene Krankheiten, einschließlich Lungenentzündung, Pharyngitis, Hautläsionen, Sepsis.

Die Untersuchung von Mikrobiomen ist ein relativ neuer Trend in der Wissenschaft. Obwohl anzumerken ist, dass der russische Wissenschaftler Ilya Mechnikov 1908 vorschlug, dass die Gesundheit verbessert und die Alterung verlangsamt werden kann, wenn die Darmflora mit Hilfe von nützlichen Bakterien in fermentierten Milchprodukten korrigiert wird. Forscher müssen noch viel über Mikrobiota lernen. Es besteht jedoch bereits ein Verständnis dafür, dass Mikroben nicht immer böse und gefährlich sind.

Der Autor des Artikels:
Izvozchikova Nina Vladislavovna

Spezialität: Spezialist für Infektionskrankheiten, Gastroenterologe, Lungenarzt.

Gesamterfahrung: 35 Jahre alt.

Ausbildung: 1975-1982, 1MI, San Gig, Facharzt für Infektionskrankheiten mit höchster Qualifikation.

Abschluss: Doktor der höchsten Kategorie, PhD.

Die Weiterbildung:

  1. Infektionskrankheiten.
  2. Parasitäre Krankheiten.
  3. Notfallbedingungen.
  4. HIV
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