Mikrobiologie

100 Billionen Mikroben leben in und auf jedem von uns. Sie beeinflussen nicht nur unsere Gesundheit. Jetzt behaupten Wissenschaftler: »Die stillen Untermieter steuern auch unser Denken und Handeln«.

Können Sie sich noch an Ihren ersten Kuss erinnern? Was Sie wahrscheinlich nicht wissen: Sie beide waren dabei nicht allein. 250 unterschiedliche Bakterienarten ließen Sie damals an Ihrem Glück teilhaben – so viel sind nämlich bei der intimen Begegnung aus der einen Mundhöhle in die andere gewandert. Für die Bakterien war Ihr Zungenkuss so etwas wie der Bau einer Autobahn – sie hatten dadurch schnellen Zugang zu einem neuen Wirt, der sie ernährt und durch den sie ihre Art weiterverbreiten können.

Bakterien – mikroskopisch kleine, einzellige Organismen ohne echten Zellkern – sind für die meisten Menschen vor allem Biester, von denen man sich man sich besser fernhält. »Nach der Toilette die Hände waschen« – wer kennt nicht diese Mahnung aus seiner Kindheit? Doch ob wir wollen oder nicht: Mikroben begleiten uns auf Schritt und Tritt, vom ersten bis zum letzten Atemzug. »Wir tragen an die zwei Kilogramm Bakterien in uns herum«, sagte der französische Genetiker Dusko Ehrlich in einem Interview. »Sie bilden ein Organ, das schwerer ist als unser Gehirn – aber wir wissen nicht, was sie in uns anstellen.«

War uns das wirklich so klar, dass die ungefähr 100 Billionen Bakterien, die jeden von uns besiedeln, tun und lassen können, was sie wollen? Wenn so viele von den kleinen Biestern in uns stecken: Haben sie dann womöglich Macht über uns – in einem Ausmaß, das wir bisher noch nicht einmal ahnen können?

Um auf solche Fragen Antworten zu finden, wurde jetzt das »Human Microbiome Project« gestartet, finanziert von der US-Regierung. Ein internationales Forscherteam soll das kollektive Erbgut – das sogenannte Microbiom – unserer kleinen Gäste untersuchen. Die Initiatoren erwarten, dass sich bereits in wenigen Jahren Zehntausende von Wissenschaftlern an dem Mikroben-Projekt beteiligen werden. Schon jetzt ist klar, dass es dem berühmten humanen Genomprojekt in der Bedeutung in nichts nachstehen wird. Denn auch wenn der größte Teil unserer Gene (etwa 30 000) entschlüsselt ist – der größte Teil der Erbsubstanz im menschlichen Körper wurde noch gar nicht erfasst: die Gene jener 100 Billionen Bakterien.

Dass der größere Teil der DNA in uns fremdes Erbgut ist, könnte unsere Vorstellung vom autonomen Ich ziemlich durcheinanderwirbeln. Denn in uns wohnen Unmengen von Bakterien und Pilzen. »Der Mensch ist ein Mischwesen verschiedenster Kreaturen«, sagt der US-Biologe Bruce Birren. Und er geht noch weiter: Bakterien könnten unsere jeweilige Stimmung verändern – sogar unser Glück hinge möglicherweise von den Mikroben ab. Immer mehr Wissenschaftler stimmen zu: Der Mensch ist ein Plural – und Boss im Haus ist jenes Zwei-Kilo-Organ aus Mikroorganismen.

Zahlenmäßig haben sie ohnehin die Oberhand. Denn auf jede Körperzelle entfallen im Schnitt zehn Mikroben. Und auch genetisch ziehen wir den Kürzeren: Das Erbgut der Mikroben ist ingesamt hundertmal so groß wie unseres.

Wie eng sich die Untermieter damit verzahnen können, wurde erst klar, als Genforscher entdeckten, wie raffiniert eine Mikrobe der Gattung Wolbachia Macht über die Fruchtfliege gewinnt. Wolbachia gelingt es, ihr gesamtes Genom direkt in den Zellen ihres Wirtes unterzubringen. Die Folge: Jetzt vervielfältigt die Fliege die Gene ihres Mitbewohners und vererbt sie weiter.

Inzwischen haben Forscher den Verdacht, dass die Fruchtfliege in puncto genetische Verschmelzung zwischen Ein- und Vielzeller keine Ausnahme ist. Und sie betrachten seither auch unser Erbgut mit anderen Augen. Bislang hielt man Bakterien-DNA in unseren Körperzellen für Müll. Heute erscheinen sie eher als Teil unseres eigenen Genoms.

Das heißt, wir müssen jetzt zwischen dem menschlichen und dem bakteriellen Teil unserer Erbsubstanz unterscheiden. Unsere menschlichen Gene stammen zwar zu gleichen Teilen von Mutter und Vater – aber dies gilt nicht für die unzähligen Bakterien-Gene in unserem Körper. »Die meisten Bakterien bekommen wir von der Mutter«, erklärt Biochemiker und Nobelpreisträger Richard J. Roberts. »Die Geburt selbst ist ein Vorgang massiver Bakterienbesiedlung des Kindes.« Einen Beleg dafür lieferten Untersuchungen an Zwillingen und Geschwistern: Obwohl sie in verschiedenen Städten aufwuchsen, wiesen sie eine ähnliche Bakterienflora auf – mit Mikrobentypen, die sie von der Mutter erhalten hatten.

Dabei bilden die Gene der Mikroben so etwas wie eine eigene Individualität in uns. »Diese Bakterien-Typen unterscheiden sich von Familie zu Familie«, erklärt Roberts. Zwar spielen auch Faktoren wie Hygiene, Wetter, Licht und Medikamenteneinnahme eine Rolle. Dennoch stehe fest: »Die Bakterienbesiedlung zweier Menschen ist so unterschiedlich wie deren Genom«, sagt Roberts. Aus seiner Sicht bilden der Mensch und seine Bakterien nicht nur eine Einheit – diese Einheit reiche außerdem bis zu unseren evolutionären Ursprüngen zurück. »Bakterien haben uns erschaffen, um für sich selbst eine optimale Umgebung zu schaffen«, behauptete Roberts in einem Vortrag mit dem Titel »Why I love microbes« (»Warum ich Mikroben liebe«).

Seiner Vorstellung zufolge war der Motor der bakteriellen Evolution nicht der darwinsche Kampf aller gegen alle – sondern die friedliche Kooperation und Weiterentwicklung. »Wir wissen«, so Roberts, »dass sich Bakterien etwa vor 3,5 Milliarden Jahren entwickelt haben. Vielzeller entstanden erst vor 650 Millionen Jahren. Sie entstanden, indem sich Zellen zusammenschlossen und in sehr familiärer Weise auch ihre Gene teilten. So haben die Bakterien, indem sie sich zusammenschlossen, eine Umgebung geschaffen, in der sich schließlich auch andere Bakterien wohlfühlen können.«

Über die Kooperation zur Komplexität eines bakteriellen Organs in jedem Menschen: Dieser faszinierende Gedanke passt gut zu neuen Ideen in der Biologie, denen zufolge sich Lebewesen durch die Ausbildung immer engmaschigerer interner Informationsnetzwerke zu »Superorganismen« entwickeln. Diese Auffassung von der Evolution vertritt beispielsweise der US-Mikrobiologe Howard Bloom. Ähnlich wie Roberts glaubt er, dass der Genaustausch zwischen Bakterien die Grundlage für das Leben bildete, wie wir es heute auf der Erde antreffen.

Begonnen hat alles – so die neue Biologie – mit dem »Urbakterium« Sulfolobus acidocaldarius. Forscher am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg haben es ausfindig gemacht. Auf der Basis der Genomdaten von 191 Lebewesen – von Bakterien bis hin zu Menschen – entwarfen sie einen umfassenden Stammbaum des Lebens. Er zeigt auch, dass das Urbakterium, von dem alle heute lebenden Organismen abstammen, an hohe Temperaturen angepasst war, wie sie heute an vulkanischen Quellen des Festlandes oder der Tiefsee herrschen – ein Indiz dafür, dass das Leben in heißen Umgebungen entstanden sein könnte.

Dort setzten sich – nur 500 000 Jahre, nachdem die Erde ihre heutige Form angenommen hatte – die ersten Gemeinschaften eines Netzwerks aus riesigen Verbänden von Bakterien fest. Für Bloom war dies ein Informationsnetzwerk, das »schnell neue Erkenntnisse sammelte und sie seinem Wissensbestand hinzufügte«. Später lernten die Zellen, andere kollektive Formen zu bilden – aus vielen Milliarden Zellen bestehende Kollektive, die eine Pflanze, ein Tier oder einen Menschen ergeben. Und so besitze unser Körper bis heute eine Wissensdatenbank, die aus »Plug-ins« des Bakteriengehirns stamme.

Wenn wir also – etwas flapsig formuliert – nichts sind ohne die Bakterien: Müssten wir sie dann nicht hegen und pflegen, zumindest nicht verteufeln? Aber in Wahrheit tun wir immer mehr, damit sie aus unserem Leben verschwinden. Die Bandbreite an Mikroben, die uns besiedeln, hat sich drastisch verringert – durch den ständigen Gebrauch von Antibiotika und unsere saubere, keimfreie Umwelt.

Das Zurückdrängen der Bakterien werde zu einer Katastrophe führen, prophezeit der amerikanische Mikrobiologe Martin J. Blaser, der die Veränderungen in der menschlichen Mikroflora mit dem Klimawandel vergleicht. »Wir sehen im menschlichen Ökosystem das Äquivalent zur globalen Erwärmung«, warnt er in der US-Zeitung »Boston Globe«. »Hier finden große Veränderungen statt. Die Bakterien, die heute verschwinden, werden durch andere ersetzt. Und die sind oftmals nicht annähernd so gutartig wie unsere jetzigen Mitbewohner.«

Ein Paradebeispiel dafür ist Heliobacter pylori. Dieses Bakterium begleitete unsere Vorfahren, als sie sich vor etwa 60 000 Jahren von Afrika aus in alle Welt aufmachten. Zusammen verbreiteten sich Mensch und Bakterium dann über den ganzen Globus – und zwar zum gegenseitigen Nutzen, auch wenn das nicht sofort offensichtlich ist. Denn Heliobacter ist der Verursacher von Magengeschwüren – und wird deshalb mit Medikamenten massiv bekämpft. Aber mit diesem Ausrottungs-Feldzug fügen wir uns selbst auch Schaden zu.

In einer Studie mit 7600 Versuchspersonen hat Martin J. Blaser herausgefunden: »Die Träger von Heliobacter hatten ein um 40 Prozent geringeres Risiko für Asthma.« Auch vor Erkrankungen der Speiseröhre und vor Allergien schützt dieser Keim. »Heliobacter war Zehntausende Jahre lang das dominante Bakterium in unserem Magen. Wenn es nur schlecht für uns wäre«, so der Forscher, »wäre es nicht dort gewesen.«

Und tatsächlich: Wo das Bakterium verschwindet, nehmen andere Krankheiten zu. In Afrika tragen gut 90 Prozent der Kinder Heliobacter-Bakterien im Magen – in den USA jedoch nur noch etwa fünf Prozent. Wo aber die Zahl der Magenerkrankungen zurückgeht, treten andere Krankheiten wie Asthma, Allergien und auch Speiseröhrenkrebs viel häufiger auf.
Heliobacter ist nur ein Beispiel dafür, wie eng die Symbiose zwischen Mensch und Mikroben doch ist. Wie weit die Verschmelzung gehen kann, zeigt auch der schier unheimliche Einfluss, den der Parasit Toxoplasma gondii ausübt: Der Einzeller macht nämlich seinem Wirt geradezu Lust auf den eigenen Tod.

An Ratten und Mäusen ist das bereits untersucht. Diese Tiere nehmen normalerweise Reißaus, wenn sie den Geruch von Katzen-Urin in der Nase haben. »Das gilt selbst für Laborratten, die seit Hunderten von Generationen keine Gefahr zu fürchten hatten«, schreibt die amerikanische Biologin Marlene Zuk in ihrem Buch »Riddled with Life«. »Aber wenn Toxoplasma gondii diese infiziert, bevorzugt es die Gehirnregionen, welche Emotionen und Furcht steuern. Als Folge davon wird den Ratten die Katzenfurcht ausgetrieben. Dies erhöht natürlich die Chance, dass sie einer Katze zum Opfer fallen – und der Parasit in eine Katze zurückkehren kann.« Das nämlich ist für den Schmarotzer überlebenswichtig: Er kann nur im Darm von Katzen seine eierähnliche Brut (Oozysten) bilden.

Auch Menschen fangen sich Toxoplasma gondii ein – meist über verseuchtes, ungewaschenes Gemüse, rohes Fleisch oder eine Katze. In Deutschland ist sogar jeder Zweite damit infiziert. Meistens verläuft die Infektionskrankheit unbemerkt; die größte Gefahr besteht in der Schädigung von Embryos im Mutterleib.

Wie raffiniert der Parasit agiert, entdeckte der Prager Uni-Forscher Jaroslaw Flegr bei einem Persönlichkeitstest mit 338 Studenten. Ein Teil von ihnen war Toxoplasmose-infiziert, der andere toxoplasmose-frei. Bei den infizierten Probanden zeigten sich merkwürdige Verhaltensänderungen: »Frauen werden warmherziger, weltoffener, neigen zu einem spontaneren Lebensstil und haben häufig wechselnde Partner. Die Männer hingegen werden misstrauischer, eifersüchtiger und auch konservativer. Zudem neigen sie zu Aggressivität und höherer Risikobereitschaft.«

Um seine Beobachtungen zu überprüfen, untersuchte Flegr danach 857 Angehörige der Armee. Auch hier und in weiteren Tests fand er seine Ergebnisse bestätigt. Flegr entdeckte sogar noch mehr, als er Testpersonen einen Reaktionstest durchführen ließ: Sie mussten immer dann auf einen Knopf drücken, wenn auf dem Bildschirm ein leuchtendes Viereck erschien. Ergebnis: Die Toxoplasmose-Infizierten zeigten eine langsamere Reaktion. Genau das ist die Strategie des Parasiten: Eine langsamere Ratte wird leichter zur Beute.

Menschen werden zwar nicht von Katzen gefressen, aber auch bei ihnen ist die Reaktionszeit wichtig: zum Beispiel im Straßenverkehr. Flegr verglich 146 Prager Bürger, die in Verkehrsunfälle verwickelt waren, mit 446 unbeteiligten Personen, die lediglich in den Gegenden wohnten, in denen sich die Unfälle ereignet hatten. Das erstaunliche Ergebnis: Die Wahrscheinlichkeit, in einen Verkehrsunfall verwickelt zu werden, ist für Menschen mit Toxoplasmose 2,7-mal so hoch wie für toxoplasmafreie Personen. Dies gilt für Autofahrer ebenso wie für Fußgänger – beide Gruppen hatten schlechte Reaktionszeiten und zeigten eine höhere Risikobereitschaft.

Allerdings sollte niemand damit rechnen, dass der Verkehrsrichter eine »Toxoplasmose-Entschuldigung« akzeptiert. Gleichwohl zeigt das Beispiel, dass wir eine echte Beziehung zu unseren Untermietern haben. Eine Tatsache, die je nach Sichtweise Anlass zur Euphorie sein kann. So schwärmt der Biochemiker Gottfried Schulz davon, »dass gedankenverändernde Parasiten ein besonders großartiges Beispiel für die Einheit des Lebensnetzes auf unserem blauen Planeten sind«.

Zumindest aber stellt uns die enge Symbiose Mensch/Mikrobe vor die Frage nach unserem Selbstverständnis. So befasste sich kürzlich Kevin Lafferty von der Universität in Santa Barbara (USA) mit der Frage, ob Bakterien und Parasiten auch den typischen Charakter eines Volkes mitgeprägt haben könnten. Menschen in unterschiedlichen Ländern bekommen unterschiedliche Infektionen – und wo es beispielsweise mehr »Toxoplasma-Männer« gibt, könnte der Parasit mitverantwortlich dafür sein, dass traditionelle Geschlechterrollen dort stärker verteidigt werden als anderswo. Tatsächlich legen wissenschaftliche Untersuchungen diesen Zusammenhang nahe.

Und wo bleibt die Freiheit der Gedanken und des Willens? Schon die Biochemie wollte uns klarmachen, dass wir nicht die Herren in unseren Oberstübchen sind. Und jetzt die Macht der Mikroben über uns! »Ich zumindest werde meinen Untermietern künftig mehr Nachsicht entgegenbringen«, schreibt Forscherin Marlene Zuk. »Aber wer weiß, vielleicht komme ich auf diesen Gedanken ja gar nicht aus freien Stücken.«