Ein internationales Forschungsteam hat in einer aktuellen Studie einen bisher wenig erforschten Teil der menschlichen Darmflora untersucht und dabei eine interessante Entdeckung gemacht. Es besteht die M\u00f6glichkeit, dass eine bestimmte Gensequenz, die in der Darmflora von mehr als 90 Prozent der Menschen in Industrienationen vorhanden ist, zu einem Biomarker wird. Das sogenannte Plasmid k\u00f6nnte genutzt werden, um beispielsweise f\u00e4kale Verunreinigungen aufzusp\u00fcren oder den Verlauf entz\u00fcndlicher Darmerkrankungen zu \u00fcberwachen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Cell“ ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Plasmide sind winzige genetische Strukturen, die unabh\u00e4ngig von den Chromosomen existieren und oft in Bakterienzellen vorkommen. Sie k\u00f6nnen die Lebensweise der Mikroorganismen beeinflussen. Bisher gibt es nur begrenztes Verst\u00e4ndnis f\u00fcr die Vielfalt von Plasmiden in der nat\u00fcrlichen Umgebung.<\/p>\n
In einer k\u00fcrzlich ver\u00f6ffentlichten Studie berichtete ein internationales Forschungsteam um Prof. Dr. A. Murat Eren vom Helmholtz-Institut f\u00fcr Funktionelle Marine Biodiversit\u00e4t an der Universit\u00e4t Oldenburg (HIFMB), dass ein spezifisches Plasmid eines der am h\u00e4ufigsten vorkommenden genetischen Elemente im menschlichen Darm ist. Dieses Plasmid k\u00f6nnte als Biomarker dienen, zum Beispiel zur Identifizierung von Gesundheitsrisiken wie f\u00e4kale Verunreinigungen von Gew\u00e4ssern oder zur Beobachtung von Dickdarmentz\u00fcndungen.<\/p>\n
Das Forschungsteam entdeckte, dass das Plasmid im Darm von \u00fcber 90 Prozent der Menschen in Industrienationen vorhanden ist. Plasmide sind DNA-Abschnitte, die au\u00dferhalb der Chromosomen in Zellen aller Organismen vorkommen. Wie Eren erkl\u00e4rt, handelt es sich bei Plasmiden in der Regel um zus\u00e4tzliche, kleine Genome. Sie k\u00f6nnen sowohl zwischen verschiedenen Bakterienzellen als auch zwischen verschiedenen Bakterienarten ausgetauscht werden. Plasmide ben\u00f6tigen f\u00fcr ihre Vermehrung die Unterst\u00fctzung von Wirtszellen, von denen sie gelegentlich Vorteile erlangen k\u00f6nnen. Laut Eren tragen einige Plasmide dazu bei, dass ihre bakteriellen Wirte eine Antibiotikabehandlung \u00fcberleben k\u00f6nnen, was zu einer Verbreitung von Antibiotikaresistenzen beitr\u00e4gt – einem der gr\u00f6\u00dften medizinischen Probleme weltweit. Andere Plasmide hingegen haben nach bisherigem Wissen keine Gene, die eine n\u00fctzliche Funktion f\u00fcr ihren Wirt haben. H\u00e4ufig werden diese genetischen Strukturen, die als „kryptische Plasmide“ bekannt sind, als genetische Parasiten bezeichnet.<\/p>\n
Bislang stellte die Identifizierung von Plasmiden eine Herausforderung dar, da sie ein R\u00e4tsel f\u00fcr die mikrobielle \u00d6kologie bleiben und aus evolution\u00e4rer Sicht eigentlich gar nicht existieren sollten. Es ist seit einiger Zeit m\u00f6glich, genetisches Material direkt aus Umweltproben zu isolieren, um beispielsweise die gesamte Mikrobengemeinschaft im menschlichen Darm zu analysieren, ohne dass eine Kultivierung der Mikroorganismen erforderlich ist. Jedoch stellte es sich als schwierig heraus, Plasmide in diesem genetischen Gemisch, bekannt als Metagenom, zuverl\u00e4ssig zu identifizieren.<\/p>\n
Um die Herausforderung zu bew\u00e4ltigen, hat das Team um Prof. Dr. Eren einen innovativen Ansatz entwickelt, der auf maschinellem Lernen basiert. In einer aktuellen Ver\u00f6ffentlichung in der Fachzeitschrift „Nature Microbiology“ berichtete das Team k\u00fcrzlich \u00fcber die Identifizierung von insgesamt 68.000 Plasmiden in der Darmflora des Menschen. Dabei bemerkten sie, dass ein spezifisches, als pBI143 bezeichnetes kryptisches Plasmid besonders h\u00e4ufig vorkam. In der ver\u00f6ffentlichten Studie in der Zeitschrift „Cell“ untersuchte das Team das Plasmid genauer und stellte \u00fcberraschenderweise fest, dass es nur aus zwei Genen besteht. Ein Gen ist f\u00fcr die Vermehrung des Plasmids selbst verantwortlich, w\u00e4hrend das andere Gen den Transfer in andere Bakterienzellen erm\u00f6glicht. Es gibt keine offensichtlichen Vorteile oder Nutzen.<\/p>\n
Das Forschungsteam analysierte insgesamt 100.000 Metagenome, um die \u00d6kologie von pBI143 genauer zu erforschen. Dabei wurden 60.000 Proben aus dem menschlichen Darm und 40.000 aus verschiedenen nat\u00fcrlichen Umgebungen verwendet. Es wurde festgestellt, dass pBI143 bei \u00fcber 90 Prozent der Menschen in Industriel\u00e4ndern vorhanden ist und zu den am h\u00e4ufigsten vorkommenden genetischen Elementen im menschlichen Darm geh\u00f6rt. Interessanterweise wurde es im Durchschnitt \u00fcber zehnmal h\u00e4ufiger gefunden als ein bisher als h\u00e4ufigstes genetisches Element au\u00dferhalb der Chromosomen im menschlichen Darm geltendes Virengenom.<\/p>\n
Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Plasmid nahezu ausschlie\u00dflich im menschlichen Darm vorhanden ist und nicht in anderen Umgebungen wie dem Meer, B\u00f6den, Pflanzen, den Verdauungsorganen von Tieren oder deren Ausscheidungen nachgewiesen werden konnte. Die charakteristische Gensequenz wurde jedoch auch in Proben gefunden, die von vom Menschen beeinflussten Orten stammen, wie beispielsweise Abwasser, Oberfl\u00e4chen in Krankenh\u00e4usern oder bei Laborratten. Aufgrund dieser Eigenschaften kam das Forschungsteam auf die Vermutung, dass pBI143 als Biomarker fungieren k\u00f6nnte, beispielsweise als Indikator f\u00fcr f\u00e4kale Verunreinigungen.<\/p>\n
Die herk\u00f6mmlichen Verfahren zur Identifizierung von Verunreinigungen im Trinkwasser basieren auf der Amplifikation spezifischer Gensequenzen von menschlichen Darmbakterien. Das Forschungsteam konnte jedoch nachweisen, dass das Plasmid pBI143 als Marker f\u00fcr Verunreinigungen im Trinkwasser empfindlicher ist als die derzeit verwendeten Standardverfahren. Dies er\u00f6ffnet neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die \u00dcberwachung der Wasserqualit\u00e4t.<\/p>\n
Ein weiteres Anwendungsfeld sieht das Forschungsteam in Bezug auf entz\u00fcndliche Darmerkrankungen, welche ein medizinisches Problem darstellen und in Europa allein drei Millionen Menschen betreffen. Die Forscher konnten nachweisen, dass Menschen mit chronischen Darmentz\u00fcndungen im Metagenom fast viermal so viele Kopien des Plasmids aufweisen wie gesunde Personen. Dies l\u00e4sst darauf schlie\u00dfen, dass dieser Wert m\u00f6glicherweise verwendet werden kann, um den Verlauf oder die Schwere der Krankheit auf nicht-invasive Weise zu \u00fcberwachen.<\/p>\n
Prof. Dr. Eren und sein Team am HIFMB arbeiten daran, an der Verbindung von Informatik und Mikrobiologie neue Tools zu entwickeln. Diese sollen dazu dienen, nat\u00fcrlich vorkommende Plasmide und andere mobile genetische Elemente in den Bakterien, die im Ozean leben, zu erkennen und zu analysieren. Das Hauptanliegen besteht darin, ein besseres Verst\u00e4ndnis f\u00fcr die \u00d6kologie und Evolution von Mikroorganismen zu erlangen und zu ergr\u00fcnden, wie sie es schaffen, sich an sich st\u00e4ndig ver\u00e4ndernde Umweltbedingungen anzupassen. Basierend darauf beabsichtigen die Forscher, neue biotechnologische Anwendungen zu entwickeln und damit zur Bew\u00e4ltigung aktueller Herausforderungen beizutragen.<\/p>\n
Schlagw\u00f6rter: Cell + pBI143 + Oldenburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Ein internationales Forschungsteam hat in einer aktuellen Studie einen bisher wenig erforschten Teil der menschlichen Darmflora untersucht und dabei eine interessante Entdeckung gemacht. Es besteht die M\u00f6glichkeit, dass eine bestimmte Gensequenz, die in der Darmflora von mehr als 90 Prozent der Menschen in Industrienationen vorhanden ist, zu einem Biomarker wird....<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":6610,"comment_status":"","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-6611","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-uncategorized"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6611","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=6611"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6611\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/6610"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=6611"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=6611"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/byte-bucket.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=6611"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}