Das individuelle Mikrobiom – mehr Zufall als Selektion

Die mikrobielle Gemeinschaft unterliegt wohl keinem evolutionären Auswahlprozess

Alle Lebewesen leben in Symbiose mit einer Fülle von Mikroorganismen, die sich auf und in ihren Geweben ansiedeln – dem sogenannten Mikrobiom. Forscher des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel haben die Zusammensetzung des Mikrobioms unterschiedlicher Tierarten mit Modellrechnungen verglichen und entdeckt, dass die Mikrobiome mancher Arten weitgehend so zusammengesetzt sind, wie es ohne Selektionsdruck zu erwarten ist. Die Arten in vielen Mikrobiomen sind also überwiegend zufällig verteilt. Manche Bakterien sind dagegen häufiger als von den Zufallsmodellen vorhergesagt und übernehmen daher vermutlich Schlüsselfunktionen für das Überleben des Organismus.

Forscher in Kiel und Plön schlagen ein Zufallsmodell zur Erklärung der Artenzusammensetzung des Mikrobioms vor.

Zufall oder Masterplan?

Forscher in Kiel und Plön schlagen ein Zufallsmodell zur Erklärung der Artenzusammensetzung des Mikrobioms vor.

Die Kieler Forscherinnen und Forscher haben untersucht, wie sich die Zusammensetzung des Mikrobioms eines Organismus entwickelt. Unklar ist dabei, ob die mikrobielle Gemeinschaft einem Auswahlprozess unterliegt oder ob die Zusammensetzung mehr oder weniger zufällig ist. Die Wissenschaftler haben mittels sogenannter neutraler Null-Modelle Mikrobiome errechnet, wie sie in Abwesenheit von Selektion entstehen würden. Diese Mikrobiome haben sie dann mit den tatsächlichen Mikrobengemeinschaften von so unterschiedlichen Tieren wie Schwämmen, Quallen, Fadenwürmern und Mäusen verglichen.

Theorie und reale Daten passen demzufolge bei vielen Organismen überraschend gut zusammen. „Die vorhergesagte Zusammensetzung findet sich zum Beispiel bei der Hausmaus auch in der tatsächlichen mikrobiellen Artengemeinschaft wieder“, sagt Michael Sieber vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie. Möglicherweise spielt Selektion bei der individuellen Zusammensetzung des Mikrobioms also eine geringere Rolle als bisher angenommen. „Dies bedeutet nicht, dass das Mikrobiom keine wichtigen Funktionen für den Organismus hat. Es könnte aber ein Hinweis darauf sein, dass viele unterschiedliche Zusammensetzungen des Mikrobioms diese Funktionen gleich gut erfüllen können. Welche dieser verschiedenen möglichen Zusammensetzungen sich dann tatsächlich in einem einzelnen Organismus ausbildet, ist weitgehend zufällig“, erklärt Sieber.

Neben hoher Übereinstimmung von Theorie und realer Zusammensetzung verzeichneten die Forschenden allerdings auch deutliche Unterschiede: So weichen einzelne Bakterien im Mikrobiom der Maus stark von der Vorhersage ab. Einige dieser Bakterien sind zum Beispiel an der Verdauung beteiligt. Ihr Vorkommen ist daher möglicherweise Ergebnis eines gezielten Selektionsprozesses. Auch die mikrobielle Artenzusammensetzung im Fadenwurm Caenorhabditis elegans insgesamt passt kaum zu den berechneten Zusammensetzungen. Möglicherweise lebt der Wurm mit seinen sehr schnellen Generationswechseln nicht lange genug, um eine stabile, weitgehend neutrale Zusammensetzung seines Mikrobioms auszubilden.

„Vermutlich deuten die Abweichungen von Modell und Realität bei Tieren wie der Maus auf besondere Funktionen bestimmter Mikroorganismen hin. Diese Arten besitzen also möglicherweise Schlüsselfunktionen für das Überleben des Organismus“, erklärt Sieber.

HR/BA

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