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Ausgewogenes Gleichgewicht

Die Symbiose zwischen Wirt und Bakterien

Dass Darmbakterien einen Einfluss auf die Gesundheit haben, ist lange bekannt. Der Evolutionsbiologe Professor John Baines untersucht im Institut für Experimentelle Medizin, in Laboren am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel und am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön, wie sich die Zusammensetzung der Darmflora in Abhängigkeit von bestimmten Genotypen verändert.

Von der Hämatologie zur Evolutionsbiologie

Ein Gen, das Professor John Baines zum Beispiel genauer untersucht, ist B4galnt2. Es kodiert für ein Enzym, das Zuckerbausteine im Darm auf Proteine und Peptide überträgt. Das Enzym heißt Blutgruppen-verwandte Glykosyltransferase. Es beeinflusst sowohl symbiotische als auch pathogene Bakterien im Darm. „Hämatologen sind schon seit den 1980er Jahren an dem Gen interessiert“, erklärt der Cluster-Wissenschaftler. Sie haben den Phänotyp des Gens, also das Erscheinungsbild, genauer charakterisiert und einen Zusammenhang mit dem von-Willebrand- Syndrom, einer Blutungskrankheit, beschrieben. Bei diesen Patientinnen und Patienten bildet der Körper einen bestimmten Blutgerinnungsfaktor nur in sehr geringen Mengen. Betroffene haben eine erhöhte Blutungsneigung. Bei Mäusen mit der gleichen Erkrankung ist dies auf eine Genmutation zurückzuführen, die bewirkt, dass das Enzym B4galnt2 statt im Darm in Blutgefäßen gebildet wird.

Für B4galnt2 fand das Team um Baines eine extreme Vielfalt an genetischen Variationen (Mol. Biol. Evol. 2011, 28(11):2999-3003). Zusätzlich ist diese Variation bei vielen Maus-Spezies sehr stark konserviert, also evolutionär sehr lange erhalten geblieben. „Da Zuckermoleküle in der Darmschleimhaut eine wichtige Rolle für die Interaktion von Wirt und Bakterien spielen, vermuteten wir, dass B4galnt2 die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften im Darm beeinflusst“, erklärt Baines sein Forschungsvorhaben. Und es hätte auch nicht besser laufen können, sagt er, denn B4galnt2 hat tatsächlich eine Auswirkung auf die Darmflora (Mikrobiota). Im Darm von Mäusen ohne B4galnt2 ist die bakterielle Gemeinschaft eine ganz andere als bei Kontrollmäusen (ISME J. 2012, 6(7):1345-55). Zum Bespiel finden sich große Unterschiede für pathogene Keime der Gattung Helicobacter. Dieses Ergebnis hätten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Baines so nicht erwartet, erklärt der Evolutionsgenetiker.

John Baines
ist seit 2009 Professor für Evolutionäre Genomik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Er ist gemeinsam von der Medizinischen Fakultät der CAU und dem Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön berufen. Forschungsschwerpunkte sind die Evolution von Krankheitsgenen sowie die genetische Grundlage der Symbiose zwischen Säugetieren mit ihrer Mikrobiota, insbesondere in Bezug auf chronisch-entzündliche Erkrankungen.

John Baines

Anfälligkeit für Infektionen

In Kooperation mit Professor Guntram Grassl, der ebenfalls am Institut für Experimentelle Medizin angesiedelt ist, untersucht Baines, ob der Genotyp von B4galnt2 mit bestimmten Krankheitserregern zusammenhängt. Dafür infizieren sie Mäuse, die kein B4galnt2 mehr bilden können (B4galnt2 Knockout-Mäuse), mit Salmonellen. Die Mäuse entwickeln eine Darminfektion, die sich über mehrere Tage verfolgen lässt. Dabei zeigt sich: „Die Knockout-Mäuse unterscheiden sich von den Kontrollmäusen in der frühen Phase der akuten Entzündung“, erklärt Baines. Sie hätten ganz andere pathogene Muster und weniger Entzündungen als Kontrolltiere. Wie sich die Pathologie, also die krankhaften Veränderungen, in Abhängigkeit der Darmflora unterscheiden, ist Gegenstand weiterer Untersuchungen.

 Darmkrebs und Darmflora

Es ist beschrieben, dass die Glykosyltransferase B4galnt2 auch im Zusammenhang mit Darmkrebs steht. Während der Tumorentstehung wird das Gen über bestimmte Mechanismen ausgeschaltet. Zusätzlich gibt es Hinweise dafür, dass auch die Zusammensetzung der Darmflora bei Darmkrebs eine immer größere Rolle spielt. Auch diesen Hinweis verfolgt der Wissenschaftler mit seiner Arbeitsgruppe weiter. „Vielleicht wird es irgendwann einmal möglich sein, Darmkrebs über die Zusammensetzung der Mikrobiota zu erkennen“, spekuliert Baines.

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