Beispiele von Mikrobiom-Umsetzungen

Liebe Schülerinnen, Schüler und andere Interessierte,
hier findet ihr Beispiele von Lösungen von globalen und auch weniger globalen Problemen, die mithilfe der Mikrobiomforschung möglich sind.

Einerseits dienen diese Beispiele dazu, das Interesse an Mikrobiomforschung anzuregen, anderseits können sie helfen, eigene Ideen/Produkte im Rahmen des Game of µCoins zu entwickeln. Einiges was hier vorgeschlagen wird, wurde bereits in die Praxis umgesetzt, während andere Lösungen noch im Entwicklungsstadium sind. Wenn ihr auf entsprechende Links klickt, kommt meistens eine originelle Publikation zu diesem Thema (meistens auf Englisch). Die Liste wird öfter aktualisiert, deswegen lohnt es sich, immer wieder vorbeizuschauen.

Mikrobiom – Lösungen für Krankheiten

  1. Mikrobiom-Stuhltransplantation:

    lebensrettend in schweren Fällen von Clostridium difficile Infektionen

    In unserem Darm lebt eine Menge von gutartigen, unschädlichen Mikroorganismen sowie Krankheitserregern, wobei die Krankheitserreger in Normalfall eine Minderheit darstellen. Eine intensive Antibiotika-Behandlung kann die Balance in unserem Darm zerstören, wobei schädliche Mikroorganismen den Überhang gewinnen. Eines dieser Mikroorganismen ist Clostridium difficile: der häufigste Erreger Antibiotika-assoziierter lebensbedrohlicher Diarrhöen.

    Bei besonders schweren Verläufen von Clostridium difficile Infektionen wirken Antibiotika nicht mehr. Dann kommt der Mikrobiom-Einsatz zur Hilfe! Bei einer sogenannten Stuhltransplantation wird das Mikrobiom eines gesunden Spenders mittels einer Stuhlsuspension den betroffenen Patienten übertragen. Was erstmal „ekelig“ klingt, zeigt eine bis zu 95%-ige Erfolgsrate und rettet Leben, wenn alle andere Methoden versagen. Wie genau diese Methode wirkt, ist noch nicht genügend erforscht. Dazu kommt, dass man nicht ausschließen kann, dass auch krankheitserregende Mikroorganismen zusammen mit den lebensrettenden mitübertragen werden.

    Nichtdestotrotz gibt es viele Vorschläge Stuhltransplantation auch gegen andere wichtige Krankheiten einzusetzen, bei denen die Veränderungen im Darmmikrobiom beobachtet werden. Zu diesen Krankheiten zählen u.A. auch chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (z.B. Morbus Crohn), Übergewicht, oder das Metabolische Syndrom.

    Es gibt aber auch Beispiele von erfolgreichen Einsätzen von Stuhltransplantation gegen Parkinsons und Autismus.

  2. Hautkrankheiten mit Mikrobiom heilen

    Ähnlich wie in unserem Darm, lebt eine Menge von unterschiedlichsten Mikroorganismen auch in und auf unserer Haut. Die meisten von ihnen sind gut für uns oder zumindest unschädlich. Die Zusammensetzung von Mikroorganismen (sprich, das Mikrobiom) der kranken Haut unterscheidet sich aber stark von dem gesunden Hautmikrobiom.

    Bernhard Paetzold aus S-Biomedic in Belgien und seine Kolleg*innen zeigten in 2019, dass es möglich ist, bestimmte schwere Verläufe von Schuppenflechte und Acne vulgaris mit Hilfe von Mikrobiomtransplantation vom gesunden Spender zu vermindern. Dafür haben die Wissenschaftler*innen die Mikroorganismen von den Stirnen der gesunden Probanden gesammelt, im Labor kultiviert und untersucht.

    Die Mischung von den unschädlichen Mikroorganismen wurde dann den kranken Probanden auf die Haut aufgetragen. Es wurde festgestellt, dass nach mehrmaliger Übertragung des Hautmikrobioms, die Krankheitsverläufe der Rezipienten deutlich vermindert wurden. Dieses Verfahren ist ein Beispiel für neuartige und nachhaltige Lösung für unterschiedlichste Hautkrankheiten mit Hilfe von der Mikrobiomforschung.

  3. Mikrobiom gegen Covid-19?

    Eine Reihe von modernen Studien zeigt, dass bei COVID-19 Patienten die Darmmikrobiome stark von gesunden Probanden unterscheiden. Die kranken Patienten weisen eine viel geringere Vielfalt (Diversität) von Mikroorganismen in ihren Lungen und Darm. Dieser Zustand nennt man Dysbiose. Sie wird oft mit verschiedensten schweren Krankheiten assoziiert.

    Die Vorschläge wie man mit Hilfe von Mikrobiom die schweren Verläufe von COVID-19 mildern kann, reichen von Stuhltransplantationen (sieh oben), Gaben von Probiotika (einzelnen gutartigen Bakterienstämmen) und Anpassungen der Diät.

Mikrobiom Lösungen für unsere Umwelt

  1. Microbiom gegen Plastikmüll!

    In einer sehr neuen Publikation (2020) wird vorgeschlagen, die Hilfe gegen Plastikmüll in den Schätzen der Natur zu suchen, und zwar in den Mikroorganismen aus dem Ozean selbst. Man geht davon aus, dass je mehr Plastik sich in den Ozeanen befinden, desto mehr Mikroorganismen wird es geben die sich davon ernähren können. Nach solchen Mikroorganismen, oder besser gesagt, nach ihren Enzymen (biologischen Bausteinen die bestimmten Aufgaben im Organismus „erledigen“) wird in den Ozean-Mikrobiomen gesucht. Solche Enzyme kann man dann aus den Mikrobiomen herausfischen, im Labor vervielfachen und gegen Plastikmüll gezielt einsetzen.

    Eine andere Arbeitsgruppe hat sich auf die Suche nach Gesamtorganismen gemacht, die Plastik in den Ozeanen zersetzen können. Die von ihnen gefundene bzw. gentechnisch veränderten Mikroorganismen haben innerhalb von 5 Monaten 11 % von Polystyrol „weggefressen“.

    Auch in Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig arbeitet man gerade an der nachhaltigen Lösung für das globale Plastikmüll-Problem mithilfe von Mikroorganismen. Die von den Wissenschaftler*innen identifiziertem Mikroben nutzen nämlich Plastik als Nahrungsmittel.

  2. Mikrobiome und Klimawanderung

    Mikroorganismen werden einerseits von der Klimawanderung beeinflusst, anderseits beeinflussen sie selber die Änderung des Klimas. Zum Beispiel, können Treibhausgase von Mikroben zersetzt, aber auch gebildet werden.

    Kann man diese mikrobiellen Vorgänge so steuern, dass sie gegen Klimawandel wirken? Das wäre ein spannender Forschungsansatz für die Zukunft, der u.A. in diesem Forschungsbeitrag untersucht wird.

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