Mikrobielle Begleiter von Mensch und Tier

Spezialisten unter den Bakterien dominieren

Menschen und Tiere sind nie allein. Jeder Mensch beherbergt über zweitausend Arten von Bakterien, die meisten davon besiedeln den Körper erst nach der Geburt. Generalisten unter den Bakterien, so sollte man meinen, hätten dabei einen Vorteil. Zoologen des Departements Umweltwissenschaften an der Universität Basel haben nun gezeigt, dass offensichtlich das Gegenteil der Fall ist. Mikrobielle Gemeinschaften auf Mensch und Tier sind weitgehend von Spezialisten dominiert.

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Bakterien auf der Haut eines Kleinkrebses: Mikroorganismen wie diese Bakterien auf der Haut eines Kleinkrebses sind die ständigen Begleiter von Mensch und Tier. Forscher der Universität Basel konnten nun zeigen, dass mikrobielle Gemeinschaften von Arten dominiert werden, die auf ihren Wirt spezialisiert sind. (© Universität Basel)

Fast alle Organismen haben mikrobielle Begleiter – das ist seit Längerem bekannt, doch erst vor etwa zehn Jahren haben Forscher herausgefunden, dass diese Bakteriengemeinschaften extrem artenreich sind. Menschen und andere Säugetiere beherbergen oft mehrere Tausend Arten, und selbst Kleinstorganismen wie zum Beispiel Wasserflöhe können über hundert Arten pro Individuum mit sich tragen.

Möglich wurde diese Erkenntnis durch die Verwendung von genetischen Methoden, bei denen Forscher sämtliche Gene ganzer Ökosysteme (zum Beispiel des menschlichen Darms) auf einen Schlag sequenzierten. So gewonnene Daten wurden auch in der neuen Studie der Arbeitsgruppe von Dieter Ebert, Zoologe am Department Umweltwissenschaften der Universität Basel, analysiert.

Spezialisten oder Generalisten?
Am Anfang stand die Frage, wie spezialisiert die Bakterien auf ihren Wirt sind. Da die meisten Bakterien erst nach der Geburt aus der Umwelt aufgenommen werden, würde man erwarten, dass es sich dabei meistens um Generalisten handelt. Denn Bakterien, die sowohl in der Umwelt wie auch auf unterschiedlichen Wirten leben können, wären gegenüber Spezialisten im Vorteil. Frühere Studien hatten aber bereits gezeigt, dass sich die mikrobiellen Gemeinschaften zwischen verschiedenen Wirtsarten oder verschiedenen Habitaten unterscheiden. Was diesen Unterschied ausmachte, war nicht klar. Eine Vermutung bestand darin, dass Wirte zwar von vielen Mikrobenarten besiedelt werden, aber nur wenige davon erfolgreich sind.

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Die Wissenschaftler um Dieter Ebert stellten die Hypothese auf, dass es sich bei diesen erfolgreichen Bakterien um Spezialisten handelt, das heißt um Arten, die bevorzugt auf einem Wirt wachsen können und damit lokal besonders häufig werden. Um diese Hypothese zu testen, entwickelten sie ein statistisches Verfahren, das es erlaubt, die relative Häufigkeit einer Bakterienart mit einem Maß für den Grad seiner lokalen Spezifität in Zusammenhang zu bringen.

Mit diesem neuen Verfahren analysierten die Wissenschaftler Daten aus drei sehr unterschiedlichen Quellen: Zooplankton aus dem Ägelsee bei Frauenfeld (Schweiz), unterschiedliche Habitate auf dem Menschen (darunter Ohr, Nase, Mund, Achselhöhle) und eine Set diverser Ökosysteme inklusive Wasser- und Sedimentproben aus Süßgewässern und aus dem Meer.

Spezialisten sind lokal häufig
Alle drei Datensets erbrachten das gleiche Ergebnis: Lokal häufige Mikrobenarten sind lokale Spezialisten. Und umgekehrt, umso geringer die relative Häufigkeit einer Art ist, umso wahrscheinlich ist es, dass man sie in mehreren Habitaten findet. Generalisten sind überall zu finden, aber nirgendwo häufig, während Spezialisten nur lokal häufig sind.

Die Arbeit, die durch einen Advanced Investigator Grant des European Research Councils unterstützt wurde, ist in der Zeitschrift Ecology Letters veröffentlicht worden. Die Ergebnisse haben weitreichende Konsequenzen für unser Verständnis der Struktur der Biodiversität von mikrobiellen Ökosystemen und öffnen die Tür für die Erforschung von habitatspezifischen Funktionen von Mikroben.

Orginalartikel:
Mahendra Mariadassou, Samuel Pichon and Dieter Ebert: Microbial ecosystems are dominated by specialist taxa. Ecology Letters (2015), DOI: 10.1111/ele.12478.

Weitere Auskünfte:
Dieter Ebert
Universität Basel, Department Umweltwissenschaften, Zoologie
E-Mail: dieter.ebert@unibas.ch

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