Freund oder Feind? Studie enthüllt Evolution umstrittener menschlicher Darmmikroben

Nov 27, 2023

Blastocystis – ein mutmaßlicher Parasit – kommt bei jedem sechsten Menschen vor, aber nur einige von uns werden krank.

14. Juli 2023 Von Gillian Rutherford

Neue Forschungsergebnisse werfen Licht auf die paradoxe Natur von Blastocystis, einem häufigen, aber wenig verstandenen möglichen Parasiten, der sich offenbar so entwickelt, dass er in der sauerstofffreien Umgebung des menschlichen Darms gedeiht. (Foto: Getty Images)

Blastocystis ist einer der am häufigsten in unserem Darm vorkommenden Mikroben, seine Rolle für die menschliche Gesundheit ist jedoch kaum bekannt. Eine Blastocystis-Infektion kann zu Durchfall, Übelkeit, Gewichtsverlust und Müdigkeit führen, doch die Anwesenheit der Mikrobe wird von manchen auch als Zeichen eines gesunden Darms angesehen.

„Jeder sechste Mensch auf dem Planeten hat es und wir wissen nicht, ob es Ihnen schaden kann oder nicht. Wahrscheinlich sollten wir wissen, wie das Ding funktioniert“, sagt Joel Dacks, Professor für Infektionskrankheiten an der Fakultät für Medizin und Zahnmedizin und Co-Leiter einer neuen, in Current Biology veröffentlichten Forschung, die die Evolutionsbiologie von Blastocystis beleuchten soll.

„Wir verstehen, dass das Darmmikrobiom ein unglaublicher Modulator der menschlichen Gesundheit ist. Wenn es gesund ist, scheint es ziemlich schützend zu sein, aber wenn es fehlreguliert ist, verursacht es alle möglichen Probleme“, sagt Dacks, der auch außerordentlicher Professor für Biowissenschaften an der Fakultät für Naturwissenschaften ist.

Dacks leitete zusammen mit Anastasios Tsaousis, dem Hauptforscher des Labors für molekulare und evolutionäre Parasitologie an der School of Biosciences der University of Kent im Vereinigten Königreich, ein internationales Forschungsteam, das verstehen wollte, wie und warum Blastocystis einer Evolution zu folgen scheint Wir entwickeln einen Weg zum Gedeihen in der sauerstofffreien Umgebung unseres Darms – ein Weg, der dem ähnelt, den bereits andere Parasiten eingeschlagen haben, beispielsweise diejenigen, die Vaginitis, Amöbenruhr und Biberfieber verursachen.

„Sie haben alle diesen Prozess durchlaufen. Wenn man also die verschiedenen Parasiten unabhängig voneinander untersucht, ähnlich wie ein Historiker, kann man verstehen, ob es etwas gemeinsam hat“, erklärt Dacks. „Was sind die größeren Kräfte? Wie kommt es zur Verschiebung? Was passiert mit den Zellen und den Genomen?

„Parasiten sind interessant, weil sie für die menschliche Gesundheit wichtig sind – und auch, weil sie wunderbar seltsam sind.“

Blastocystis ist ein Eukaryont oder eine Zelle mit einem Zellkern, ähnlich denen, die in menschlichen Körpern und Pflanzen vorkommen. Es ist ein Mitglied der Stramenopila, einer Gruppe von Organismen, zu der Algen, Seetang und der Wasserpilz Phytophthora infestans gehören, der die Hungersnot in Irland verursachte. Stramenopila stammen von Organismen ab, die spezielle haarähnliche Strukturen auf ihren Geißeln haben, die ihnen helfen, sich in Flüssigkeit fortzubewegen, obwohl Blastocystis keine solchen mehr hat. Unter dem Mikroskop sieht es eher wie ein Tennisball aus. Blastocystis wird durch Kontakt mit infiziertem Kot oder kontaminiertem Wasser von Mensch zu Mensch übertragen.

Um die Entwicklung von Blastocystis zu untersuchen, verglich das Team es mit seinem sehr nahen Verwandten Proteromonas lacertae, der im Darm von Reptilien lebt und noch viele der zellulären Merkmale der Stramenopila-Gruppe aufweist, und konnte so mehrere wichtige Merkmale aufdecken Entdeckungen.

Bisher wurden beispielsweise nur drei Gene für Flagellen verantwortlich gemacht. Durch den Vergleich der Gensequenzen der beiden verwandten Mikroben identifizierte das Team fast 40 Gene, die möglicherweise eine Rolle spielen könnten. Diese können nun in zukünftigen Studien eingegrenzt werden, indem man sie einzeln deaktiviert.

„Wir konnten einen Weg zur Erforschung einer grundlegenden Struktur dieser Organismen eröffnen, die massive globale Auswirkungen haben, wie zum Beispiel Kieselalgen, die für etwa 30 Prozent der Sauerstoffproduktion auf dem Planeten verantwortlich sind, oder Myceten, die es immer noch sind.“ „schwere Krankheitserreger für Pflanzen“, sagt Dacks.

Im Allgemeinen stellten die Forscher fest, dass Blastocystis viele Gene seines gemeinsamen Vorfahren mit Proteromonaslacertae verloren hat, da es sich auf das Leben im menschlichen Darm spezialisiert hat. Eine weitere Funktion, von der man annahm, dass beide Mikroben im Laufe der Zeit verloren gingen, ist die von Peroxisomen, Teilen einer Zelle, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Wie erwartet fand das Team in Blastocystis keine Spuren von Peroxisomen; Durch die Entwicklung von Antikörpern für den Nachweis entdeckten sie jedoch Spuren von Peroxisomen in P. lacertae. Auch dies ist eine Entdeckung, die weitere Untersuchungen erfordert, um besser verstanden zu werden, sagt Dacks.

„Soweit uns bekannt ist, ist dies die am stärksten reduzierte Form dieser Organelle, über die jemals berichtet wurde“, sagt er. „Dies scheint ein fehlendes Glied im degenerativen Evolutionsprozess zu sein. Nun stellt sich die Frage, ob es da draußen noch andere Organismen gibt, die etwas Ähnliches zeigen.“

Das Forschungsteam entdeckte außerdem neue Hinweise auf evolutionäre Veränderungen in den Membrantransportsystemen der beiden Mikroben, die es den Zellen ermöglichen, Brennstoff, Abfall und andere Fracht in die Zelle hinein, um sie herum und aus ihr heraus zu transportieren, ähnlich wie ein Postsortiersystem. Dies ist das Spezialgebiet des Dacks-Labors, und er schlägt vor, dass die neuen Informationen Wissenschaftlern helfen könnten, zu verstehen, wie Blastocystis Material von seinem menschlichen Wirt aufnimmt.

Dacks weist darauf hin, dass es noch viel mehr über Blastocystis und seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit zu lernen gibt. Er weist darauf hin, dass mittlerweile mindestens 12 Subtypen der Mikrobe beim Menschen identifiziert wurden.

„Es ist möglich, dass einige von ihnen Menschen krank machen und andere nicht, aber wir nennen sie immer dasselbe“, sagt er. „Die andere Möglichkeit ist, dass es unter bestimmten Bedingungen in Ordnung ist, aber wenn man die Umwelt belastet, kann es Krankheiten verursachen.“

Dieser Effekt ähnelt stark dem, was bei Meereskorallen passiert, wo symbiotische Algen gesund für die Korallen sind, bis die Meerestemperaturen steigen und Veränderungen an den Algen zum Bleichen der Korallen und schließlich zum Tod führen, erklärt Dacks.

Dacks‘ Forschung für die Arbeit wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und der Royal Society finanziert, und einer seiner als Co-Autor der Veröffentlichung aufgeführten Studenten wurde durch ein Vanier Canada Graduate Scholarship unterstützt. Dacks ist Mitglied des Women and Children's Health Research Institute und war von 2011 bis 2021 Canada Research Chair in Evolutionary Cell Biology.

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