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Mikrobiom: Der winzige Motor unseres Planeten

14.03.2022 | Planet research | FoE Human & Biotechnology

Von Birgit Baustädter

Wir tragen rund zwei Kilogramm Mikroorganismen auf und in uns mit durchs Leben. Warum das weniger erschreckend und viel mehr lebensnotwendig ist, erklärt die vielfach ausgezeichnete TU Graz-Forscherin Gabriele Berg.

Gabriele Berg forscht seit rund 25 Jahren am Mikrobiom von Pflanzen und Menschen. © Lunghammer – TU Graz

„Am Anfang waren wir ganz überrascht, wer da alles ist!“ Gabriele Berg ist heute noch entzückt, wenn sie vom Jahr 2000 erzählt. Zur Jahrtausendwende startete, was sich in den vergangenen 20 Jahren als wahre Schatzkiste für unzählige wissenschaftliche Disziplinen erwiesen hat: Die Forschung rund um das Mikrobiom.

Das Mikrobiom ist eine Gemeinschaft von Mikroorganismen, die in einem bestimmten Habitat bzw. in oder auf lebenden Organismen existieren. Unter anderem auch auf uns Menschen. Zu ihnen gehören Bakterien, Archeen, Pilze, Algen und andere mikroskopisch kleine Lebewesen. „Früher wussten wir, dass Mikroorganismen Krankheiten verursachen“, erklärt Gabriele Berg. „Heute wissen wir, dass die Mehrheit unserer kleinsten Mitbewohner für unsere Gesundheit verantwortlich sind.“

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Was ist ein Mikrobiom? Gabriele Berg erklärt.

Mikrobiota – also die einzelnen Mikroben – formen Gemeinschaften mit einer unglaublichen Vielfalt, kommunizieren, teilen sich Aufgaben und steuern so lebenswichtige Vorgänge in unserem Körper und in unserer Umwelt – wie den Kohlenstoff-, Stickstoff und Schwefelkreislauf. Wir tragen sie auf der Haut, in unseren Organen, nehmen sie über unsere Lebensmittel auf und scheiden oder atmen sie wieder aus. Sie wandern durch Abflussleitungen, breiten sich in unserer Atemluft oder in Wasserläufen aus. „Die Mikroorganismen bauen so ein weltweites Netz auf“, erklärt Berg. „Deshalb ist es so unglaublich wichtig, dass wir ihre Vielfalt erhalten. Derzeit wird viel über das Artensterben von Insekten oder Pflanzen berichtet, das extreme Dimensionen angenommen hat. Bei den Mikroorganismen beginnen wir erst die Diversität und Funktion zu verstehen. Aber wenn bestimmte Arten von Mikroorganismen aussterben, dann wir das unser Planet nicht überleben.“

Darminfekte und Partnerwahl

Einen großen Einfluss auf unser Leben haben zum Beispiel die Darmbakterien, die für eine ausgewogene Darmflora und somit für das reibungslose Funktionieren unserer Verdauung sorgen. Ist das Mikrobiom durch etwa einen Infekt aus der Balance geraten, dann kann das für uns Menschen ungute Folgen haben. „Wir alle wissen, wie elend sich ein Darminfekt anfühlt“, erklärt Berg. Neu ist aber, dass die Mikroorganismen im Darm auch Auswirkungen auf unsere Psyche haben. „Die Forschung konnte einen Zusammenhang zwischen mentalen Krankheiten wie Depressionen und einem verarmten Darmmikrobiom herstellen“, erklärt Berg. „Zum Beispiel werden 80 Prozent des Serotonins in unserem Darm gebildet. Aber wir stehen da noch ganz am Anfang – das System ist sehr komplex.“

Aber nicht nur auf unsere Gesundheit hat das Mikrobiom einen direkten Einfluss. Es beeinflusst auch unsere Partnerwahl. „Die Mikroorganismen sind für unseren Körpergeruch verantwortlich. Und die wiederum werden von unserem Immunsystem gesteuert“, erklärt die Forscherin. Wie wir riechen sagt also viel über unser eigenes Immunsystem aus. Damit unsere Nachkommen mit den besten Überlebenschancen zur Welt kommen, wollen wir sie mit einem robusten Immunsystem ausstatten. Und das wiederrum entsteht, wenn wir ihnen ein möglichst vielfältiges Mikrobiom mitgeben. „Wir suchen uns zur Fortpflanzung also unterbewusst keine besonders schöne, intelligente oder starke Person aus. Sondern die Person, die wir am besten riechen können.“

Hygiene – was ist angebracht?

Wenn die winzig kleinen Lebewesen also so sehr unser Leben beeinflussen, wie können wir sicherstellen, dass sie (und damit wir selbst) gesund und leistungsfähig bleiben?

Die für uns wichtigen Mikroorganismen bekommen wir schon bei der Geburt im Geburtskanal von unserer Mutter mitgegeben. Im Laufe unseres Lebens kommen immer weitere Mikroorganismen hinzu: Solche, die wir mit unserer Nahrung aufnehmen, aber auch solche, die wir aus unserer Umgebung bekommen. „Zum Beispiel haben Forschende festgestellt, dass es wesentliche Unterschiede im Mikrobiom von Kindern gibt, die auf einem Bauernhof aufgewachsen sind und solchen, die in einer urbanen Umgebung groß werden. In Städten haben wir mittlerweile ein sehr verarmtes Mikrobiom.“ Die Hinweise, dass diese Verarmung mit häufigen Zivilisationskrankheiten wie Asthma, Reizdarm oder Allergien zusammenhängt, häufen sich.

„Wir wissen heute, dass wir durch Hygienemaßnahmen wahrscheinlich bereits einige Arten von Mikroorganismen ausgerottet haben“, sagt Gabriele Berg. „Hygiene ist in einem Umfeld wichtig, das steril sein muss. Zum Beispiel in einem Operationssaal. Aber wir sterilisieren mittlerweile auch unsere Lebensmittel. Und das ist weniger gut.“
An diesem Punkt setzen auch Gabriele Berg und ihre Mitarbeitenden am Institut für Umweltbiotechnologie an. „Meine Vision ist es, an einem gesunden Lebensmittelmikrobiom zu forschen. Eine gesunde Nahrung ist die beste Prophylaxe“, erklärt Berg. Das Forschungsteam will Landwirten und der Lebensmittelindustrie Werkzeug liefern, mit denen sie gesunde Nahrungsmittel produzieren können.

Drei Personen stehen in einem Labor. Links steht ein Mann mit einem Labormantel und einer Brille. Er hält einen durchsichtigen Probenbehälter mit einer braunen Masse in der Hand. In der Mitte steht eine Frau mit einem schwarzen Blaser. Sie hält einen roten Apfel in der Hand. Rechts sitzt eine Frau mit einem Labormantel. Sie hält eine aufgeschnittene Hälfte eines Apfels in der Hand.

Das Forschungsteam zum Thema Apfel: Peter Kusstatscher, Gabriele Berg und Birgit Wassermann.

Ein beliebtes Forschungsobst am Institut ist der Apfel. Ein viel beachtetes Forschungsprojekt hat sich beispielsweise mit dem Mikrobiom der frischen Herbstfrucht beschäftigt. Hier geht es zu der Arbeit. Zwei weitere von der EU geförderte Projekte haben ebenfalls das Apfelmikrobiom im Fokus. Im ersten geht es um Apfelplantagen und darum, wie man Pestizide reduzieren und sie durch biologische Alternativen ersetzen kann. Im zweiten Projekt erforschte das Team, bereichert um den Marie Sklodowska-Curie-Stipendiaten Ahmed Abdelfattah, wie das vielfältige Kernmikrobiom des Apfels, das erst 2018 entdeckt wurde, eigentlich in den Apfel hinein kommt. Dazu untersuchten die Forschenden die Frucht von der Blüte bis zur Lagerung das ganze Jahr über. Ein Ergebnis – nämlich das Apfelbäume ihr Mikrobiom in gleichem Maße vererben wie ihre Gene – wurde Ende 2021 in einer Pressemeldung präsentiert.

Preisregen für Grazer Mikrobiomforschung

Mit ihren Forschungserfolgen setzen Gabriele Berg und ihr Team sichtbare Zeichen für wissenschaftliche Exzellenz. Berg selbst zählte bereits mehrmals zu den meistzitierten Personen „top 1% highly cited researchers“ in den Natur- und Sozialwissenschaften weltweit. 2022 wurde sie mit dem Forschungspreis des Landes Steiermark ausgezeichnet. „Gabriele Berg beweist, wie spannend Forschung ist, und dass selbst ein Apfel noch Geheimnisse preisgeben kann", erklärte TU Graz-Rektor Harald Kainz in seiner Laudatio.

Eine Frau mit Blumen, eine mit Urkunde und ein Mann posieren vor Österreich- und EU-Fahnen

Forschungspreis des Landes Steiermark 2021 für Gabriele Berg: Die erfolgreiche Mikrobiomforscherin, flankiert von Landesrätin Barbara Eibinger-Miedl (l.) sowie Laudator und TU Graz-Rektor Harald Kainz. © Foto Fischer

Auch Bergs Mitarbeiterin am Institut für Umweltbiotechnologie Birgit Wassermann wurde für ihre Forschung vom Land Steiermark geehrt und erhielt 2021 den Förderungspreis. Im gleichen Jahr wurde Wassermann außerdem der Förderpreis des Forums Technik und Gesellschaft zuteil. Sehr wahrscheinlich, dass hier in Zukunft noch viele weitere Preise folgen werden.

Die Zukunft ist klein. Winzig klein.

Stichwort "Zukunft": Was wird da noch alles auf uns zukommen? „Vor allem viele Fragen“, schmunzelt Gabriele Berg. „Wir werden wohl unseren Umgang mit dem Mikrobiom überdenken müssen. Sterilität und Desinfektion hinterfragen.“ Und ergänzt: „Die Vielfalt in dieser winzigen Welt ist faszinierend. Wir hätten uns früher nie denken können, wer da alles auf uns wartet.“

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Derzeit arbeitet Gabriele Berg daran, eine gemeinsame Definition für Mikrobiome zu finden, damit sich die internationale Forschung besser vernetzen kann. Die jüngst erschienene Open-Access-Publikation Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges zu diesem Thema finden Sie in Springer Nature.

Mehr Forschungsnews finden Sie auf Planet research. Monatliche Updates aus der Welt der Wissenschaft an der TU Graz erhalten Sie über den Forschungsnewsletter TU Graz research monthly.

Information

Mit ihrem Team entwickelte Gabriele Berg auch ein neue biologische Methode, um Äpfel besser lagern zu können. Den Artikel lesen Sie unter Lebensmittelverluste nach der Ernte minimieren.

Kontakt

Gabriele BERG
Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr.rer.nat.
Institut für Umweltbiotechnologie
Petersgasse 10-12
8010 Graz
Tel.: +43 316 873 8310
gabriele.bergnoSpam@tugraz.at