Obwohl das Darmmikrobiom seit Langem mit immunologischen, metabolischen und entzündlichen Erkrankungen in Verbindung gebracht wird, basierten die meisten Hinweise bisher auf Korrelationen. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen waren weitgehend unerforscht. „Unser Ziel war es, einige der zugrunde liegenden Prozesse besser zu charakterisieren, durch die Darmbakterien die menschliche Biologie beeinflussen“, sagt Veronika Young, Erstautorin der Studie gemeinsam mit Bushra Dohai. „Durch die systematische Kartierung direkter Protein-Protein-Interaktionen zwischen bakteriellen und menschlichen Zellen können wir nun molekulare Mechanismen hinter diesen Zusammenhängen vorschlagen.“

Proteininjektionssysteme in Bakterien des gesunden Darms

Die Studie zeigt, dass viele harmlose, alltägliche Darmbakterien über Typ-III-Sekretionssysteme verfügen – mikroskopisch kleine, spritzenähnliche Strukturen, mit denen bakterielle Proteine direkt in menschliche Zellen injiziert werden können. Bislang ging man davon aus, dass solche Systeme ausschließlich in pathogenen Bakterien wie Salmonella vorkommen.

„Das verändert unser Bild von kommensalen Bakterien grundlegend“, sagt Prof. Pascal Falter-Braun, Direktor des Instituts für Netzwerkbiologie bei Helmholtz Munich und korrespondierender Autor der Studie. „Es zeigt, dass diese nicht-pathogenen Bakterien nicht nur passive Bewohner sind, sondern menschliche Zellen aktiv beeinflussen können, indem sie ihre Proteine in sie einschleusen.“

Wie Bakterien mit menschlichen Zellen kommunizieren

Um die Funktionen dieser bakteriellen Proteine in menschlichen Zellen zu verstehen, kartierten die Forschenden über tausend Interaktionen zwischen bakteriellen Effektorproteinen und menschlichen Proteinen. So entstand ein groß angelegtes Interaktionsnetzwerk. Die Analysen zeigten, dass bakterielle Proteine bevorzugt auf menschliche Signalwege abzielen, die an der Immunregulation und dem Stoffwechsel beteiligt sind. Weitere Laborversuche bestätigten, dass diese Proteine zentrale Signalwege des Immunsystems modulieren können, darunter NF-κB- und Zytokinantworten.

Zytokine sind Signalmoleküle, die das Immunsystem koordinieren und übermäßige Reaktionen verhindern, die zu Autoimmunerkrankungen führen können. So ist beispielsweise die Hemmung des Zytokins Tumornekrosefaktor (TNF) eine weit verbreitete Therapie bei Morbus Crohn, einer Autoimmunerkrankung des Darms.

Zusammenhang mit entzündlichen Darmerkrankungen

Darüber hinaus stellten die Forschenden fest, dass Gene, die für diese bakteriellen Effektorproteine kodieren, in den Darmmikrobiomen von Patient:innen mit Morbus Crohn angereichert sind. Dies deutet darauf hin, dass die direkte Proteinübertragung von Darmbakterien auf menschliche Zellen zur chronischen Darmentzündung beitragen könnte – eine mögliche mechanistische Erklärung für die zuvor beobachteten Zusammenhänge zwischen Mikrobiom und Erkrankungen.

Eine neue Perspektive auf Mikrobiom-Wirt-Interaktionen

Mit der Identifizierung dieser bislang unbekannten molekularen Ebene zwischen Darmbakterien und dem menschlichen Immunsystem erweitert die Studie unser Verständnis darüber, wie das Mikrobiom menschliche Zellen beeinflusst. Die Forschung bewegt sich damit von reinen Korrelationen hin zu kausalen Zusammenhängen. Zugleich wirft sie neue Fragen auf: Haben sich diese Injektionssysteme ursprünglich für pathogene Zwecke entwickelt, oder dienten sie zunächst dem harmonischen Zusammenleben mit dem Wirt und wurden erst später von Krankheitserregern übernommen?

Zukünftige Studien sollen klären, wie einzelne bakterielle Effektor-Wirt-Interaktionen in spezifischen Geweben und Krankheitskontexten funktionieren. Ziel ist es, diese Erkenntnisse in präzisere Strategien zur Prävention und Behandlung von Krankheiten zu überführen.

Originalpublikation:
Young, V., Dohai, B., Falter-Braun, P., et al. (2026). Effector–host interactome map links type III secretion systems in healthy gut microbiomes to immune modulation. Nature Microbiology. DOI:10.1038/s41564-025-02241-y

Quelle: Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH)