Mikrobenzirkus

Keine Panik vor Bazille, Virus & Co


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Sherlock Holmes und die Mikrobenwolke

„Trauen Sie niemals allgemeinen Eindrücken, mein Junge, sondern konzentrieren Sie sich auf Einzelheiten.“ (Sherlock Holmes. Eine Frage der Identität)

 

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Basil Rathbone als Sherlock Holmes (common licence wikimedia)

Sherlock Holmes müsste heute schon einige mikrobiologische Kenntnisse haben, um noch zeitgemäß Verbrecher zu jagen. Ganz zu schweigen von einem Minimum an molekular-biologischen Grundlagen.

Fingerabdrücke, die eineiige Zwillinge unterscheiden, oder die Identifizierung über unser Erbgut -die DNA- sind schon wieder ein alter Hut in der modernen Forensik. Inzwischen versuchen Forscher sich auch ein anderes biologisches Phänomen zu nutze zu machen.  Jeder Mensch besitzt seine ganz persönliche Mikroben-Wolke und ist auch darüber identifizierbar. Sie ist so unverwechselbar wie ein Fingerabdruck.

Wir teilen unseren Körper mit Milliarden von Mikroben. Diese finden sich auch überall in unserer Umgebung wieder. Menschen hinterlassen, wo sie gehen und stehen, mikrobielle Spuren. Die Mikroben rieseln von uns herab mit Hautschüppchen aus den Haaren, wir atmen sie mit unserer Atemluft als ein Bioaerosol aus. Unser Schweiß verdunstet und wir geben sie darüber an die Umwelt ab. Und wir sind natürlich nicht allein. Mit uns verteilen auch unsere Mitmenschen ihre Keime.

 

Mehrere tausend unterschiedliche Bakterientypen

Argonne National Laboratory

Jeder Mensch besitzt seine ganz persönliche Mikrobenwolke (Argonne National Laboratory)

 

James Meadow und seine Kollegen von der University of Oregon wollten ganz genau wissen, welche und wieviel Bakterien ein völlig still sitzender Mensch in zwei bis vier Stunden an seine Umwelt abgibt. Sie ließen in einem Experiment elf Menschen, frisch geduscht und nur mit Shorts und T-Shirt bekleidet in speziellen Klimakammern sitzen. Sterile Luft wurde über spezielle Filter wieder abgesaugt und herabsinkende Bakterien wurden in Petrischalen am Boden aufgefangen. Die Forscher analysierten über die 16S ribosomale RNA, ganz spezifische Fragmente der RNA, zu welcher Bakteriengruppe die Mikroben gehörten. Obwohl sich die elf Probanden in der Testkammer nicht bewegt hatten, fanden sich dort mehrere tausend Bakterientypen, die vor allem auf oder im Körper des Menschen leben, z.B. Streptokokken aus dem Mund oder Propioni- oder Corynebakterien von der menschlichen Haut.

 

Persönliche Signatur in der Mikrobenwolke

 

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Unsere persönliche Mikrobenwolke (PeerJ)

Überraschend für die Forscher war, dass sie sogar verschiedene Personen anhand ihrer einzigartigen Mikrobenwolke unterscheiden konnten. So wurden bei einem Versuchteilnehmer  große Mengen des Bakteriums Dolosigranulum pigrum gefunden, welches in den oberen Atemwegen des Menschen vorkommt. Typisch für einen weiteren Probanden war vermehrt das Bakterium Staphylokokkus epidermis, welches auf der Haut und auf Schleimhäuten des Menschen zu finden ist. Proben der einzigen Frau im Experiment enthielten  Lactobacillus crispatus, ein Bakterium aus der gesunden Vaginalflora.
Fast alle Keimproben konnten früher oder manchmal später eindeutig ihrem ursprünglichen Besitzer zugeordnet werden. Die persönliche Mikrobiom-Signatur ergab sich aus den Unterschieden in der Kombination der Keime.

Die Entdeckung der individuellen Keimwolke eines jeden Menschen hat durchaus Potenzial für praktische Anwendungen. Zum Beispiel könnten die neuen Erkenntnisse eingesetzt werden, um die Verbreitung von Krankheitserregern in Gebäuden besser zu verstehen.

Nützliche Hinweise für die Verbrecherjagd

Anhand der persönlichen Bakterienaura könnte man in der Forensik mit diesem Verfahren feststellen, wo sich eine verdächtige Person zuletzt aufgehalten hat. Ganz ausgereift und massentauglich ist die Methode aber noch nicht, so James Meadow. Daher ist das wohl noch Zukunftsmusik, zumal es dabei auch sensible Daten zu Krankheitserregern geben kann.
Trotzdem gewinnt der mikrobiologische Detektiv-Ansatz an Beliebtheit. US-Forscher aus Illinois untersuchten vor kurzem die Schuhsohlen von Konferenzteilnehmern aus Vancouver, Washington DC und Kalifornien und konnten anhand der mikrobiologischen Bodenspuren nachweisen, wer an welchem Ort war. Das wären doch schon erste Erfolge für einen modernen Sherlock Holmes.

„Watson, ich kombiniere.“ (Arthur Conan Doyle)

 

Quelle:

 

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Buchtipp: „Die Herrscher der Welt“ von Bernhard Kegel: Wie Mikroben unser Leben bestimmen

Kegel

Leseprobe:Bernhard Kegel: Die Herrscher der Welt – Wie Mikroben unser Leben bestimmen Dumont-Verlag (S. Thiele)

Mikroben sind die „Die Herrscher der Welt“. Ob auf unserer Zunge oder in unserem Darm, ob unter dem Meeresboden oder in der Troposphäre. Überall kommen Bakterien, Viren und andere Mikroben vor. Sie sind die eigentlichen Herrscher der Welt. Erst seit wenigen Jahren wissen die Forscher wie schwindelerregend hoch ihre Zahl und wie groß ihre Bedeutung ist.

Bernhard Kegel, seines Zeichens Biologe und versierter Romanautor, hat ein spannendes und sehr informatives Sachbuch geschrieben. Ich hatte das Glück ihn im Juni 2015 bei einer Lesung zum Buch im Haus der Wissenschaft in Braunschweig zu erleben. Danach stand das Buch mangels Zeit bei mir einige Monate im Bücherregal. Im Nachhinein hat mir die Lektüre des Buches viel besser gefallen als die Buchlesung – hält das Sachbuch doch einige sehr spannende bis revolutionäre Gedankengänge bereit.

 

Leben kann man nicht alleine !

Wir lernen von Kegel, dass „wir alle nicht allein sind“. Es ist Zeit, den Menschen und andere Lebewesen nicht mehr nur als Individuum zu betrachten, sondern als einen „Holobionten“. Als eine Gemeinschaft verschiedener Lebewesen, die sich zu einem größeren Organismus zusammengetan haben – zum gegenseitigen Vorteil.

Nur wenn tierische Polypen, Algen und Bakterien zusammenarbeiten, können etwa Korallen im nährstoffarmen Meer überleben. Es geht immer um Kooperation!
Viele Lebewesen sind gleichzeitig auch immer ein Ökosystem. Und das gilt für Organismen vom Blauwal bis zum Regenwurm. Alle sind Holobionten. Natürlich auch der Mensch. Viele Bakterien bevölkern unsere Haut und an Verdauung wäre ohne Bakterien gar nicht zu denken!
Unser Darm ist sogar der am dichtesten besiedelte Ort der Welt. Hier brauchen wir die Mikroben als „Verdauungshelfer“. Es gibt keine Tierart auf unserem Planeten, die ohne die kleinen Stoffwechselhelfer auskommt. Bakterien sind einfach die „besseren Chemiker“. Nachweisbar ein Drittel aller Stoffe, die durch unseren Körper transportiert werden, stammen von Mikroben. Damit reicht deren chemischer Einfluss über das Kreislaufsystem bis in entlegenste Körperregionen, z.B. bis zum Gehirn, wo mikrobielle Substanzen an ganz elementaren Nervenfunktionen mitwirken.

Immunsystem mal anders erklärt

Auch unsere Vorstellung von Mikroben war jahrelang verzerrt. Völlig fixiert auf die Krankheitserreger, sahen die Forscher das Immunsystem immer als „Abwehrbollwerk“ im Krieg gegen die Mikroben. Dieses etwas militärische Bild ist laut Kegel völlig überholt. War no more. Er spricht sogar von einer „Willkommenskultur für Symbionten“.
Unser Immunsystem ist wählerisch. Nicht jeder darf beim „Holobionten“ mitmischen. Unsere Zellen und Antikörper haben die Aufgabe, schädliche Bewohner zu erkennen und abzuwehren und freundlichen Bewohner ihren Platz im Superorganismus zuzuweisen – zum Erhalt der artspezifischen Partnergemeinschaft. Das ist mal eine fundamental andere Art der Welt außerhalb unseres Körpers gegenüberzutreten.

Besonders spannend fand ich auch die Beschreibungen, wie das Mikrobiom einer Schwangeren an das Baby übertragen wird. Kegel erklärt gut verständlich, warum Kaiserschnitte ohne medizinischen Grund keine gute Idee sind und warum manche Säuglinge mit den berüchtigten Dreimonats-Koliken ständig schreien und ihre Eltern fast in den Wahnsinn treiben.

Startschuss für eine neue Evolutionstheorie?

Eine Frage stellt sich nun, da wir alle keine Individuen sondern Holobionten sind -also aus Hunderten oder tausenden von Organsimen zusammengesetzt. Ist dann der Superorganismus Gegenstand der natürlichen Selektion oder haben wir eine „Gruppenselektion“ – ein höchst strittiges Thema unter Evolutionsbiologen? Nach Kegels Meinung sind Mikroorganismen sogar maßgeblich an der Bildung neuer Arten beteiligt. Müssen wir unser Konzept davon, was eigentlich Lebewesen sind vielleicht radikal verändern? Viele neue Fragen müssen gestellt und viele biologische Phänomene neu bewertet werden.

Planet der Phagen?

Auf den letzten Seiten des Buches wartet Kegel noch mit einem neuen Szenario und einer Überraschung auf. Tiere haben nicht nur ihr eigenes Mikrobiom, sondern auch ihr artspezifisches Viriom, eine Ausstattung an artspezifischen Viren. Sechzig Prozent dieser Kleinstpartikel sind die so genannten Phagen. Phagen infizieren ausschließlich Bakterien mit einer sehr hohen Wirtspezifität. Forscher vermuten sogar, dass Viren die eigentlichen Kontrolleure des speziesspezifischen Mikrobioms sind. Aber das wäre dann ein Thema für ein neues Buch.

 

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Bernhard Kegel (links) signierend bei der Buchlesung Im Haus der Wissenschaft in Braunschweig (Thiele 6/2015)

 

Fazit:

Das informative Sachbuch liest sich dank Kegels einfacher Sprache und schönen sprachlichen Bildern sehr gut. Wenn man mit zu den Forschern nach Jordanien reist, um Korallen zu untersuchen ist man fast live dabei. Leser, die nicht so für die Meeresbiologie interessieren, wird die erste Hälfte des Buches wahrscheinlich nicht so vom Hocker reißen. Aber wenn man diesen Teil durchhält, wird man mit einigen Überraschungen zur innermenschlichen Mikrowelt entschädigt.

 „Mögen Deine Symbionten immer mit Dir sein!“

 

Bernhard Kegel: „Die Herrscher der Welt- Wie Mikroben unser Leben bestimmen“. Dumont-Verlag, 382 Seiten, 22, 90 Euro ISBN 978-3832197735

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Was sind Mikroben?

Wenn wir uns in diesem Blog mit Mikroben beschäftigen, sollten wir vorher kurz abklären – worüber sprechen wir hier eigentlich genau? Ein kleiner Crash-Kurs in Mikrobenkunde gefällig? Fangen wir für einen schnellen Überblick einfach und ganz vorne an.

Am Anfang waren die Mikroben

Das sind winzig kleine Lebewesen, die uns überall umgeben. Man nennt sie auch Mikroorganismen. Sie befinden sich im Wasser, in der Erde und auch in der Luft. Auch unser menschlicher Körper ist mit Millionen dieser Winzlinge bevölkert. Sie wuseln auf der Erde schon seit knapp vier Millarden Jahren herum, viel länger als es Menschen überhaupt gibt. Zu ihnen gehören Bakterien, Viren, Mini-Pilze, Algen und Protozoen. Protozoen sind Kleinstlebewesen, die für Krankheiten wie die Toxoplasmose oder Malaria verantwortlich sind.

Entdeckung des Mikrokosmos

Animacules observed by antoni van Leewenhook Quelle: By Anton van Leeuwenhoek [Public domain], via Wikimedia Commons

Animacules observed by antoni van Leewenhook
Quelle: By Anton van Leeuwenhoek [Public domain], via Wikimedia Commons

Wie die Vorsilbe Mikro (griechisch mikrós steht für ‚klein‘) schon sagt, sind Mikroben viel zu klein, um sie mit dem bloßen Auge zu erkennen. Dazu brauch man schon ein Mikroskop. Sie sind so klein, dass Hunderte von ihnen auf einer Stecknadelspitze Platz haben. Der erste Mensch, der Mikroben überhaupt gesehen hat, war Antoni van Leeuwenhoek, ein holländischer Kaufmann und Naturforscher aus Liebhaberei. Im Jahre 1675 beobachtete er mit einem einfachen selbstgebauten Mikroskop Protozoen und Bakterien – beide nannte er animalcules – im Teichwasser, Regenwasser und im menschlichen Speichel. Bakterien haben zum Beispiel unterschiedliche Formen, wie kleine Kügelchen oder Stäbchen.

Portrait of Anthonie van Leeuwenhoek (1632-1723). Quelle: Jan Verkolje (I) [Public domain], via Wikimedia Commons

Portrait of Anthonie van Leeuwenhoek (1632-1723). Quelle: Jan Verkolje (I) [Public domain], via Wikimedia Commons

Klein aber oho!

Bei Mikroben, wie Bakterien oder Viren, denken die meisten sofort an gefährliche Krankheitserreger, die „Killerkeime“ aus der Presse, die viele Opfer bei Epidemien fordern. Die Wahrheit ist aber, dass zum Beispiel weniger als 1 Prozent aller Bakterien für Krankheiten verantwortlich sind. Die meisten Mikroben sind für unsere Gesundheit z.B. unsere Verdauung sehr wichtig. Ohne Mikroorganismen würde der Mensch über kurz oder lang aussterben. Aber Mikroben wandeln nicht nur Nährstoffe so um, dass Pflanzen sie aufnehmen können, (Stickstofffixierung bei Knöllchenbakterien) sondern mit ihrer Hilfe werden auch Lebensmittel wie Käse, Brot, Sauerkraut oder auch Medikamente hergestellt. Außerdem haben Mikroben ganz essentielle Funktionen im Stoffkreislauf der Erde.

Ohne Mikroben kein Sauerstoff

Mikroben sind richtige Überlebenskünstler. Sie können an den extremsten Standorten leben. Als sie die Erde vor langer Zeit besiedelten, gab es noch gar keinen Sauerstoff. Die ersten Mikroorganismen kamen sehr gut ohne Sauerstoff zurecht. Später nach einigen Millionen Jahren entstand eine neue Bakterienart, die Cyanobakterien, die wie unsere heutigen Pflanzen aus Licht, Kohlenstoff und Wasser Sauerstoff herstellten. Die Mikroben haben das Leben auf dem Planet Erde erst möglich gemacht.

Ohne Mikroben keine Autos und Schiffe

Nachdem die Mikroben für den Sauerstoff auf der Erde gesorgt hatten, reagierte dieser mit dem Eisen, welches im riesigen Meer, welches damals den ganzen Planeten bedeckte, vorkam. So entstanden erst die großen Eisenvorkommen, Basis für all die Autos, Schiffe usw. Als sich das Eisen verfestigte und der Sauerstoff sich auf der Erdoberfläche mit anderen Gasen vermischte, entstand die Luft in der Sauerstoff-Stickstoff-Zusammensetzung wie wir sie heute kennen. Erst in dieser typischen Erdatmosphäre entwickelten sich die Pflanzen, Tiere und später die Menschen.

Mikroben in der Überzahl

Auch heute noch sind die Mikroben auf unserem Planeten in der Überzahl. Allein in einem Teelöffel Blumenerde kommen ungefähr zehntausend verschiedenen Mikrobenarten vor. Die Artenvielfalt in diesem Mikrokosmos ist dabei viel höher als bei Tieren oder Pflanzen.

Auf einem Quadratzentimeter menschlicher Haut befinden sich alleine mindestens 100.000 Mikroorganismen. Jeder Mensch hat dabei sogar seine ganz individuelle „Mikrobenwolke“. Das ist besonders spannend für die forensische Aufklärung an Tatorten von Verbrechen. Der genetische Fingerabdruck von eineiigen Zwillingen ist nämlich gleich, aber sie unterscheiden sich in ihren Mikroben-Mitbewohnern.

Mehr über Bakterien, Pilze und Viren gibt es in den nächsten Teilen der kleinen Mikrobenkunde.

Hier noch ein Video dazu.

 

Über Fragen oder Kommentare freue ich mich!

 

Ein Zoo für Mikroben

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MICROPIA – Mikrobenzoo in Amsterdam (BIldquelle Micropia)

Micropia“ heißt der erste Zoo für Mikroben, genauer gesagt ein Museum für Bakterien, Schimmelpilze, Mikroalgen und Viren, die auf uns und in unserer Umgebung leben. Er wurde vor ein paar Monaten in Amsterdam eröffnet.

„Wie kommt man denn auf die Idee so etwas „Nerdiges“ zu machen? Aber werde ich mir anschauen…“, war der Gastkommentar unter einem Artikel, der die Eröffnung ankündigte. Als ehemalige Mikrobiologin bin ich natürlich auch ganz begeistert von dieser Idee. Warum soll man nur einen Teil der Natur zeigen und sich nur mit den großen Tieren beschäftigen?

Diese kleinen Organismen machen einen unvorstellbar großen und nicht sichtbaren Anteil der Biospäre aus. Viel zu wenig ist noch bekannt über die Welt der Mikroben. Bakterien erzeugen meistens eher ein „Iiihh, wie eklig“ und man kennt sie vor allem als Verursacher von Krankheiten. Es ist an der Zeit, sich mehr den Mikroorganismen in unserer Welt zu widmen. Vor Dingen die man kennt, hat man weniger Angst.

Also ein Mikrobenzoo! Nun ja sicher, Mikroben sind winzig klein und brauchen nicht viel Platz. Das war auch der eigentliche Hintergrund des neuen Zookonzeptes. Der Zoodirektor und Ökologe Haig Balian konnte den Zoo Artis in der Großstadt Amsterdam nicht unendlich erweitern, also mussten die Tiere kleiner werden. Aber wer sich nun vorstellt, ein Zoo für Mikroben wäre eine ganz günstige und platzsparende Angelegenheit liegt leider auch falsch. Nicht umsonst musste ein Team von Wissenschaftlern zwölf Jahre tüfteln und kräftig die Köpfe rauchen lassen, um sich ein richtig gutes Museumskonzept zu überlegen.

Zuerst haben wir das Problem, dass man die Mikroorganismen bei ihrer Größe von 1-5 Mikrometer gar nicht sieht. Das klappt mit Käfigen oder Aquarien schon gar nicht. Erst wenn Milliarden Organismen auf einer Stelle sitzen, z. B. in einer Kolonie auf einem Nährmedium in einer Petrischale, können wir sie sehen. Um die Winzlinge ganz groß vor die Linse zu bekommen, arbeitet man im Museum mit medialen Exponaten, Videofilmen und Vergrößerungen über 3-D-Ferngläser mit Mikroskopen.

Ein zweites Problem: Nicht alle Mikroorganismen gehören zu den netten und freundlichen Mitbewohnern auf der Erde. Einige darf man im Zoo überhaupt nicht zeigen, da sie Krankheiten verursachen können. Im Labor teilt man die Mikroben in Risikogruppen von 1 bis 4 nach ihrer Infektiosität, der „krankmachenden Wirkung“ für den Menschen ein. In der Gruppe 1 findet man etwa solche harmlosen, wie Essigsäurebakterien oder Lactobacillen, die den Joghurt produzieren. Gar kein Problem für Besucher! Aber es gibt auch ein paar unangenehme Vertreter, wie das Ebola-Virus, das EHEC-Erreger oder das AIDS-Virus. Diese Krankheitserreger zeigt Micropia natürlich nur in großen Modellen.

Aber ganz ehrlich: so richtig spannend wird es doch trotzdem erst, wenn man sich lebende Mikroorganismen live anschauen kann, oder? Wenn man beobachten kann, wie Mikrobe & Co wachsen und sich vermehren. Bei der Artenvielfalt der Bakterien und Pilze kann das schnell zur Materialschlacht werden.
Jeder Mikroorganismus ist eine ganz eigene Diva und hat besondere Ansprüche und Vorlieben für bestimmte Wachstumsbedingungen oder die Ernährung. Es gibt salzliebende Bakterien, welche die Sauerstoff nicht mögen, Mikroben, die nicht ohne heiße Quellen oder hohe Drücke können und viele mehr. Um alle Temperaturen für seine Lieblinge zu bieten, hat man schnell eine „Klima-Schrankwand“ stehen, mit Temperaturen von 20 bis 100 Grad Celsius.

Thematisch spannt Micropia den Bogen bisher von den Mikroorganismen in und auf unserem Körper bis zur Biotechnologie und Ökologie. Sogar die natürlichen Lebenslandschaften einiger Mikroben kann man sich anschauen, wie z. B. die „Black Smoker“ in der Tiefsee mit ihren hitzetoleranten Bakterien.

Ich habe mir den Besuch in Amsterdam jedenfalls rot angemarkert und bin schon ganz gespannt.

 

Ein Kuss ist nur ein Kuss?

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Kiss

(@Fotolia/ Serge Zastavkin)

Diese Frage bekommt jetzt dank einer aktuellen „Kuss-Studie“ der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung (TNO) eine ganz neue wissenschaftliche Sichtweise.

Wenn sich zwei vor dem leidenschaftlichen Zungenkuss sehnsüchtig in die Augen schauen, sitzen gleichzeitig etwa 80 Millionen Bakterien in den „Startlöchern“, um ihre Behausung, sprich die Mundhöhle, zu verlassen. Und alles, was mein ist, das ist auch dein… ?

Küsst man sich neunmal am Tag, gleicht sich sogar das „Mikrobiom“ beider Partner an. Das sollte aber nur wirkliche „Hypochonder“ vom Küssen abhalten, oder? Schließlich sind 80 Millionen Bakterien ja Peanuts, bei den 100 Billionen Mikroorganismen, die in unserem Körper leben.