Das Mikrobiom, das aus einer Vielzahl von Bakterien, Viren und Pilzen besteht, ist für viele essentielle Lebensprozesse in und auf vielzelligen Wirtslebewesen verantwortlich. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Nahrungsverwertung sowie beim Schutz vor Krankheitserregern. Allerdings können Störungen des Mikrobioms zu verschiedenen Krankheiten führen. Dies beschäftigt den Kieler Sonderforschungsbereich (SFB) 1182 an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, der die Interaktionen zwischen Wirtslebewesen und Mikroorganismen eingehend untersucht. Eine neueste Studie zeigt auf, wie sich das Mikrobiom eines Lebewesens und seine mikrobielle Umwelt wechselseitig beeinflussen.

In der Analyse haben die Forscher Fadenwürmer der Gattung Caenorhabditis untersucht, die sich durch ihre individuelle und umweltabhängige Mikrobiomzusammensetzung auszeichnen. Dabei haben sie herausgefunden, dass die Fadenwürmer möglicherweise die mikrobielle Zusammensetzung ihrer Umgebung beeinflussen, um bessere Lebensbedingungen zu schaffen. Diese Erkenntnisse wurden in der Fachzeitschrift mSystems veröffentlicht, wobei das Forschungsteam den Modellorganismus C. elegans nutzte, um die Beziehung zwischen Mikrobiomen und deren Lebensräumen genauer zu betrachten.

Methodik der Studie

Für ihre Studie wählten die Forscher ein Komposthaufen-Experiment aus, das über zwei Jahre hinweg durchgeführt wurde. In diesem Zeitraum wurden Mikrobiome von Fadenwürmern, die auf verrottenden Äpfeln lebten, sowie von den Äpfeln selbst untersucht. Dabei kam es zu signifikanten Unterschieden in der Mikrobiomzusammensetzung, je nachdem, auf welchem Substrat die Würmer lebten. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Mikrobiom des Fadenwurms stark durch das Substrat beeinflusst wird.

Die Analyse zeigte, dass es kein einheitliches „Core-Mikrobiom“ bei C. elegans gibt. Selbst Fadenwürmer aus demselben Apfel wiesen unterschiedliche Mikrobiomzusammensetzungen auf. Der Effekt der „Dispersal Limitation“ führt dazu, dass die Mikrobiome der Würmer stark von der direkten Umgebung abhängen. Die Metabolom-Analysen belegen außerdem, dass die Fadenwürmer nicht nur von den Äpfeln profitieren, sondern auch die mikrobielle Zusammensetzung und die Stoffwechselprozesse der Früchte beeinflussen können.

C. elegans als Modellorganismus

Der Nematode Caenorhabditis elegans, der vor über 50 Jahren von Sydney Brenner als genetischer Modellorganismus entwickelt wurde, hat sich als äußerst wertvoll für Forschungsbereiche wie Entwicklungs- und Neurobiologie erwiesen. C. elegans zeichnet sich durch eine geringe Größe (0,25 mm Larven, 1 mm Erwachsene), einen schnellen Lebenszyklus von nur drei Tagen sowie ein gut annotiertes Genom aus. Weltweit werden in über 1.000 Laboren jährlich mehr als 1.200 Forschungsartikel zu diesem Organismus veröffentlicht.

Der Modellorganismus eignet sich besonders gut für genetische Manipulationen, die dank seiner schnellen Entwicklung und der Fähigkeit zur Selbstbefruchtung leicht durchführbar sind. Die Ergebnisse der C. elegans-Forschung haben nicht nur zum Verständnis grundlegender biologischer Prozesse beigetragen, sondern auch zur Entdeckung von Schlüsselenzymen und pathways, die für alle Tiere relevant sind, einschließlich menschlicher Krankheitsprozesse. Die Forschungscommunity hat sich dem offenen Austausch von Ressourcen verschrieben, was die fortlaufende Bedeutung von C. elegans in der biologischen Forschung unterstreicht.

Für zukünftige Forschungen werden Schwerpunktsetzungen auf Genome Editing, regulatorische RNAs und die Integration neurobiologischer Funktionen gelegt werden, was das Potenzial des Fadenwurms als wichtiges Werkzeug in der Lebenswissenschaft weiter bestätigt. Weitere Aspekte und Informationen zu diesem Thema können in wissenschaftlichen Sammlungen und Publikationen, wie den detaillierten Beschreibungen von C. elegans, vertieft werden., die hier eingesehen werden können.

Für interessierte Leser sind zusätzliche Informationen auf dieser Webseite verfügbar, die die Rolle von Modellorganismen in der Biologie ausführlich erörtert.

Zusammenfassend zeigt die Forschung, dass Mikrobiome eine wechselseitige Beziehung zu ihren Wirtslebewesen aufweisen, was weitreichende Implikationen für das Verständnis von Gesundheit und Krankheit hat. Die Ergebnisse der Kieler Studie könnten nicht nur zur Aufklärung der Mikrobiom-Funktionalität beitragen, sondern auch neue Wege in der medizinischen Forschung eröffnen.