Unser Darm beherbergt zehnmal mehr Mikroorganismen als der menschliche Körper Zellen hat. Der größte Teil dieser Mikrobiota ist bislang noch wenig untersucht. Ihre Vielfalt wird aber auf mehrere tausend Spezies geschätzt. Man unterscheidet dabei drei Gruppen: Kommensale oder Symbionten, die beispielsweise beim Abbau von Nahrung helfen und durch Stoffwechselfunktionen wichtig für unsere Gesundheit sind, die für Krankheiten verantwortlichen Pathogene sowie drittens Opportunisten, die in einem gesunden Menschen keine Rolle spielen, aber bei Veränderungen zu Pathogenen werden können. Gerät das Zusammenspiel des Immunsystems und der Mikrobiota im Darm aus dem Gleichgewicht, können sich zum Beispiel chronisch entzündliche Darmerkrankungen (Inflammatory Bowel Disease, kurz IBD) entwickeln.
Veränderte Darmflora: Auslöser oder Resultat der Krankheit?
Das Mitte 2009 gestartete Projekt "InflammoBiota: Metagenomik und Metatranskriptomik zur Untersuchung der Darm-Mikrobiota chronisch entzündlicher Darmerkrankungen" läuft im Rahmen des vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung geförderten Programms "GEN-AU - Genomforschung in Österreich". Die Forschungsgruppe setzt sich aus ExpertInnen der mikrobiellen Ökologie, mikrobiellen Metagenomik, Mausgenetik, Immunbiologie sowie Maus- und Humanpathologie zusammen. Gemeinsam möchten die WissenschafterInnen herausfinden, ob und welche Mikroorganismen IBD verursachen und welche Gene und Proteine dabei vor allem eine Rolle spielen.
"Ein IBD-Patient hat eine andere Darmflora als ein gesunder Mensch. Bisher ist das Ursache-Wirkungs-Verhältnis ungeklärt: hat sich eine Darmentzündung entwickelt, weil sich die Mikrobiota geändert hat oder hat sich diese erst auf Grund der Entzündung verändert? Diese Kausalität ist wichtig, um möglichst früh Veränderungen erkennen zu können. Je eher man IBD behandelt, desto positiver ist der Verlauf", erläutert der am Projekt beteiligte Immunologe Thomas Decker vom Department für Mikrobiologie, Immunbiologie und Genetik.
Experimentelle Mausmodelle ...
Das sequenzielle Verfolgen entzündlicher Darmkrankheiten ist ausschließlich im Tiermodell möglich. Anhand von Mausmodellen versuchen die WissenschafterInnen daher mögliche IBD-auslösende Mikroorganismen zu identifizieren. "Wir untersuchen die Mikrobiota der Mäuse vor, während und nach der IBD-Erkrankung. Der Clou an diesem Projekt ist, dass wir dazu sowohl normale Mäuse als auch solche verwenden, die zuvor schon unterschiedliche Immundefekte hatten", so Thomas Decker. Durch eine gemeinsame Käfighaltung von gesunden und erkrankten Tieren soll zudem eine mögliche Übertragbarkeit von IBD geprüft werden.
... durch neuste Technik interpretiert
"Bislang waren Untersuchungen zur Mikrobiota sehr schwierig, da der Darm hochkomplex ist und viele Spezies nicht im Labor kultiviert werden können", erklärt Projektleiterin und Ökologin Christa Schleper vom Department für Ökogenetik: "Durch die Metagenomik können wir nun endlich jede Mikrobe bzw. deren Gene sequenzieren. Zudem gehen wir durch die Metatranskriptomik noch einen Schritt weiter: Wir untersuchen nicht nur Gene, sondern auch deren Expressionen, d.h. wir schauen, welcher Mikroorganismus wann aktiv ist. Ziel ist es herauszufinden, in welchem Moment die Sache im Körper 'kippt' und welche Mikroorganismen daran beteiligt sind."
Viele Köche verderben nicht den Brei
Ohne eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe wären die umfassenden Untersuchungen im Rahmen des Projektes nicht möglich, da sind sich alle Beteiligten sicher. "Es fängt mit den MausgenetikerInnen an, die für die experimentelle Erhebung der Daten zuständig sind. Weiter geht es mit dem ImmunologInnen und PathologInnen, die die Daten über den Verlauf der Krankheit zusammenstellen. Zugleich entnehmen die MikrobiologInnen Proben zu weiteren Untersuchungen", erklärt Christa Schleper - einfach formuliert - die Bedeutung der einzelnen Arbeitsschritte. Die durch die systematische Erfassung der Gene und Genprodukte erworbenen Erkenntnisse sollen so zu Fortschritten in Diagnostik und Therapie führen.
"Wir sprechen immer von 'dem Darm'. Man darf dabei natürlich nicht außer Acht lassen, dass der Darm ein hochkomplexes Gebilde mit vielen unterschiedlichen Bereichen und Funktionen ist", gibt Thomas Decker zum Abschluss zu bedenken: "Durch die neuen Methodiken sind wir jedoch zukünftig hoffentlich in der Lage, ein umfassendes Bild dieser Vorgänge zu geben." (mw)
Das Projekt "InflammoBiota: Metagenomik und Metatranskriptomik zur Untersuchung der Darm-Mikrobiota chronisch entzündlicher Darmerkrankungen" läuft unter der Leitung von Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper vom Department für Ökogenetik vom 1. Mai 2009 bis zum 30. April 2012. Es steht im Rahmen des Programms "GEN AU III - Genomforschung in Österreich, das vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung gefördert wird. Beteiligt sind WissenschafterInnen der Universität Wien: Dipl.-Biol. Dr. Tim Urich und Gabriel John Milinovich, BA PhD, beide vom Department für Ökogenetik, Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner, Dipl.-Biol. Dr. Alexander Loy und Dr. David Berry, alle vom Department für Mikrobielle Ökologie, Univ.-Prof. Dr. Thomas Decker und Mag. Dr. Isabella Rauch, Bakk. vom Department für Mikrobiologie, Immunbiologie und Genetik; der Veterinärmedizinischen Universität Wien: O.Univ.-Prof. Dr.med.vet. Mathias Müller, Mag.rer.nat. Dr.rer.nat. Birgit Strobl und Mag.rer.nat. Eva Hainzl, alle vom Institut für Tierzucht und Genetik sowie der Medizinischen Universität Wien: Ao.Univ.-Prof. Dr. Lukas Kenner vom Klinischen Institut für Pathologie.
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