Verwandte Bakterien im Meer und im Darm

Nützliche Darmbakterien und ihre Verwandten im Meer nutzen die gleichen Tricks beim Fressen  

Auf den Punkt gebracht

• Darm und Meer: Akkermansia-Bakterien leben sowohl im menschlichen Darm als auch im Meer und nutzen ähnliche Mechanismen, um komplexe Zucker zu zersetzen.
• Ähnliche Fähigkeiten: Forschende haben entdeckt, dass Akkermansia-Bakterien aus verschiedenen Lebensräumen ähnliche Proteine zum Zuckerabbau verwenden, etwa Fucoidan im Meer und Mucin im Darm.
• Evolution und Spezialisierung: Der Darmbewohner entwickelte sich wahrscheinlich aus einem aquatischen Vorfahren und passte ein altes Werkzeugset an unterschiedliche Umgebungen an.
• Ökologische Relevanz: Im Meer tragen diese Bakterien zur Zersetzung von Zuckermolekülen von Algen bei und spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf.

Unzählige Bakterien besiedeln unseren Darm, versorgen uns mit Nährstoffen und dienen unserer Gesundheit. Dazu gehören auch die Akkermansia-Bakterien, die bei der Behandlung etwa von Adipositas und Diabetes hilfreich sein könnten.

Forschende des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen haben nun entdeckt, dass diese Bakterien nicht nur in unserem Darm, sondern auch im Ozean leben. In beiden Lebensräumen nutzen sie die gleichen Fähigkeiten. Offensichtlich besitzen sie ein althergebrachtes und weit verbreitetes Set an Werkzeugen, um zu überleben und erfolgreich zu sein.

Geheimnisse aus dem Genom

„Wir haben uns gefragt: Wären die Eigenschaften, mit denen diese Bakterien in unserem Darm so erfolgreich sind – insbesondere die Art, wie sie Zucker essen – nicht auch in anderen Lebensräumen nützlich?”, berichtet Gruppenleiter Luis Humberto Orellana Retamal (Coto) vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen. Deswegen machten sich die Forschenden auf die Suche nach Akkermansiaceae. Sie durchsuchten an die 250.000 DNA-Datensätze aus unterschiedlichsten Lebensräumen auf der ganzen Welt. Und tatsächlich: Im Darm von Tieren, im Meer, in Seen und Flüssen – überall stießen sie auf Vertreter dieser Gruppe.

Daraufhin untersuchte das Team ihren genetischen Fingerabdruck, das sogenannte Genom, und suchte nach besonders wichtigen Proteinen zum Zuckerabbau. “Die Akkermansia-Bakterien in unserem Darm und im Meer waren sich erstaunlich ähnlich“, so Coto. „Im Meer zersetzen diese Bakterien Fucoidan, einen Zucker, der aus Seetang stammt. Im Darm spezialisieren sie sich auf Mucin, ein komplexes, mit Zucker überzogenes Proteingel, das unsere Darmwand auskleidet. Die Forschenden stellten fest, dass die beteiligten Bakterien im Kern den gleichen molekularen Mechanismus benutzen, um die Zucker zu zerlegen – obwohl sie in völlig unterschiedlichen Lebensräumen zuhause sind.

Bewährte Strategie

Der ökologische Erfolg der Akkermansia-Bakterien in so unterschiedlichen Lebenräumen wie dem Darm und dem Meer basiert auf einer gemeinsamen, uralten Strategie: Sie hängen sich an komplexe Zuckermoleküle, nehmen diese auf und zersetzen sie im Inneren der Zelle. Der grundlegende Mechanismus ist in allen Lebensräumen gleich, Unterschiede gibt es nur bei den spezifischen Proteinen, die für die Feinabstimmung an die jeweilige Nahrung sorgen.

Der Darmbewohner Akkermansia muciniphila entwickelte sich vermutlich aus einem aquatischen Vorfahren, der bereits in der Lage war, chemisch ähnliche Zucker zu nutzen. Es handelt sich eher um eine Spezialisierung als um eine evolutionäre Neuerfindung. „Diese Ähnlichkeit legt nahe, dass sich diese Bakterien bei der ersten Besiedlung des Darms nicht neu erfunden haben, sondern ein bereits vorhandenes Werkzeugset angepasst haben“, erklärt Coto.

Eine Fähigkeit, die therapeutisch und ökologisch wichtig ist

Akkermansia muciniphila ist ein besonders wichtiger Organismus für die Forschung am Darm-Mikrobiom und seine Bedeutung für unsere Gesundheit. Ein besseres Verständnis des molekularen Werkzeugkastens von Akkermansia könnte dabei helfen, mikrobiom-basierte Therapien für beispielsweise Fettleibigkeit, Diabetes und Darmentzündungen zu entwickeln.

Die nun vorliegenden Ergebnisse sind aber auch ökologisch interessant: Sie zeigen die wichtige und bisher weitgehend übersehene Bedeutung dieser Bakterien für den Ozean. Indem sie den schwer abbaubaren und kohlenstoffreichen Algenzucker Fucoidan zersetzen, sind sie wichtige Akteure im Kohlenstoffkreislauf des Meeres. „Unsere Ergebnisse liegen an der Schnittstelle zweier wichtiger gesellschaftlicher Themenbereiche: der menschlichen Gesundheit und der Umwelt“, betont Coto. „In Sachen Gesundheit unterstützen sie die Entwicklung mikrobiombasierter Therapien. In Sachen Umwelt zeigen sie uns, wie Meeresbakterien Kohlenstoff verarbeiten. Das hilft dabei, vorherzusagen, wie marine Ökosysteme auf den Klimawandel reagieren werden.“ Diese Studie verdeutlicht zudem: Grundlegende Entdeckungen können an unerwarteten Orten gemacht werden. „Aus dem Meer können überraschende Einblicke in das Geschehen in unserem eigenen Darm kommen“, schließt Coto.