DNA von Gut Mikroben hat einzigartigen Fingerabdruck

Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass die DNA der riesigen Ansammlung von Mikroben im Darm einen einzigartigen Fingerabdruck aufweist, der Individuen auf die gleiche Weise wie menschliche DNA identifizieren kann.
Die Forscher von der medizinischen Fakultät der Universität Washington in St. Louis, Missouri, in den USA und vom Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie in Heidelberg schreiben über ihre Studie, von der man annimmt, dass sie die genetische Variation von lebenden Mikroben zum ersten Mal katalogisiert im Bauch, in einem online veröffentlichten Papier in Natur am 5. Dezember.

Das Darm-Mikrobiom

In den letzten Jahren haben wir begonnen, mehr über die Mikroben zu lernen, die jeden Winkel des menschlichen Körpers besiedeln. Wir wissen jetzt, dass unser "Mikrobiom" Trillionen von Mikroorganismen umfasst, die die Anzahl menschlicher Zellen um 10 zu 1 übersteigen.
Und wir beginnen zu lernen, wie unsere mikrobiellen Gene mit unseren menschlichen Genen zusammenarbeiten, um uns gesund zu erhalten und in manchen Fällen Krankheiten zu verursachen.
Die Mikroorganismen, die im menschlichen Darm leben, das Darmmikrobiom, extrahieren Nährstoffe aus der Nahrung, helfen bei der Synthese von Vitaminen, schützen vor Infektionen und bilden Verbindungen, die Entzündungen reduzieren.

Individualisierte Sammlung

George Weinstock ist Associate Director des Genome Institute an der Washington University und korrespondierender Autor des neuen Natur Studie. Er beschreibt in einer Pressemitteilung, wie überrascht sie waren, dass wir durch die kollektive DNA unserer Darmmikroben identifiziert werden können.
"Diese Sammlung ist individualisiert, völlig analog zu unserem menschlichen Genom. Unterschiede in der Art und Weise, wie Individuen auf verschiedene Medikamente reagieren oder auf die Art und Weise, wie sie bestimmte Nährstoffe verwenden, lassen sich auf die genetische Variation unserer mikrobiellen Gene sowie unserer menschlichen Gene zurückführen," er erklärt.

Genetische Variation von mikrobiellen Genomen

Für ihre Studie analysierten Weinstock und Kollegen mikrobielle DNA aus 252 Stuhlproben von 207 Menschen in den USA und Europa, die an einem von zwei Projekten teilnahmen, die das menschliche Mikrobiom katalogisieren: das Human Microbiome Project, das von den National Institutes finanziert wird der Gesundheit in den USA, und das Projekt des menschlichen Darmtrakts (MetaHIT), finanziert von der Europäischen Kommission.
In keinem dieser hochkarätigen Projekte wurde jedoch die genetische Variation der mikrobiellen Genome im Körper untersucht.
Weinstock und Kollegen konzentrierten sich auf 101 Arten von Mikroben, die häufig im Darm gefunden werden, und identifizierten mehr als 10 Millionen Ein-Buchstaben-Unterschiede in ihrer kollektiven DNA.
Und sie fanden andere DNA-Veränderungen, einschließlich Insertionen, Deletionen und Unterschiede in der Struktur.

Die DNA von Darm-Mikrobiom bleibt im Laufe der Zeit stabil

Das Team entdeckte auch, dass die DNA des Darmmikrobioms über die Zeit stabil bleibt.
Sie konnten dies sehen, weil 43 der Teilnehmer zwei Stuhlproben im Abstand von mindestens einem Monat gegeben hatten (in den meisten Fällen wurde die zweite Probe sechs bis zwölf Monate nach der ersten entnommen).
In diesen Proben fanden die Forscher im Laufe der Zeit wenig Variabilität in der mikrobiellen DNA des Darms, obwohl die Arten von Mikroben selbst schwankten.
"Auch nach einem Jahr konnten wir noch Individuen anhand der genetischen Signatur ihrer mikrobiellen DNA unterscheiden", sagt Weinstock.
"Die mikrobielle DNA im Darm ist bemerkenswert stabil, wie ein Fingerabdruck," er erklärt.

Microbiome Co-Evolves mit uns

Von dem Tag an, an dem wir als Neugeborene in die Welt entlassen werden, werden wir mit Mikroben kolonisiert. Einige erben wir von unseren Müttern während der Geburt, andere von der Umwelt.
Co-Autor Makedonka Mitreva, Assistenzprofessorin für Medizin am Genome Institute der Washington University, sagt:
"Die DNA unserer Mikroben ist eine historische Aufzeichnung der mikrobiellen Evolution in unseren Körpern."
"Viele dieser Organismen hätten uns in jungen Jahren kolonisiert und wären zu unseren Lebzeiten mit uns gewachsen und hätten sich weiterentwickelt", fügt sie hinzu.
Aber wir fangen gerade erst an zu verstehen, wie diese riesige Ansammlung von Organismen unser Leben prägt.
Forscher, die das Darmmikrobiom untersuchen, schlagen vor, dass ein Ungleichgewicht von Bakterien zu Krankheiten wie Reizdarmsyndrom und Morbus Crohn führen kann.
Gutbakterien spielen möglicherweise sogar eine Rolle bei der Adipositas, wie eine Tierstudie in der Fachzeitschrift Zeitschrift für Proteomforschung im Februar 2012 schlägt vor.
Wissenschaftler, die am gewaltigen Human Microbiome Project (HMP) des NIH arbeiten, haben jetzt alle verschiedenen Mikroben kartiert, die in und an einem gesunden menschlichen Körper leben. Im Juni 2012 veröffentlichten sie mehrere Beiträge, darunter zwei in Natur und zwei in Plus eins eine Reihe bemerkenswerter Entdeckungen, einschließlich der Beweise, dass schädliche Bakterien in gesunden Körpern leben können und mit ihrem Wirt und anderen Mikroben koexistieren, ohne Krankheiten zu verursachen.
Mitreva sagt, sie hoffen, dass weitere Studien über das Darmmikrobiom Wissenschaftlern helfen werden, herauszufinden, wie sie ihre Gene manipulieren können, um die menschliche Gesundheit zu verbessern und Medikamente wirksamer zu machen.
Mittel aus dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie, MetaHIT-Zuschüsse aus dem Siebten Rahmenprogramm der Europäischen Gemeinschaft und Zuschüsse des NIH halfen bei der Finanzierung der Studie.
Geschrieben von Catharine Paddock