Mikrobiom. ADKA Mannheim 2015 Dr. Matthias Fellhauer

Transkript

1 Mikrobiom ADKA Mannheim 2015 Dr. Matthias Fellhauer

2 Definition, Zahlen & Fakten

3 Mikrobiom: Definition, Zahlen & Fakten Mikrobiota Gesamtheit aller Mikroorganismen im/auf dem menschlichen Körper Mikrobiom Gesamtheit aller mikrobieller Genome (materieller Träger der vererbbaren Informationen) im/auf dem menschlichen Körper Eubiose Dysbiose Normales Mikrobiom Von der Norm abweichendes Mikrobiom

4 Mensch & Mikrobiom Menschliche Körperzellen Besiedelnde Mikrobiota Menschliche Gene pro Individuum Bakterielle Gene pro Individuum Mikrobielle Gene: >3,3 Mio 10 x mehr mikrobielle als menschliche Zellen 300 x mehr mikrobielle als menschliche Gene Das Mikrobiom kann als weiteres menschliches Organ betrachtet werden

5 Wie wird das Mikrobiom erforscht?

6 Mikroben-Inventur Human Microbiome Project Initiative des NIH Start 2008, geplant für 5 Jahre, 140 Mio USD Ziel: Landkarte des menschlichen Mikrobioms 300 gesunde Erwachsene, 1-3 x untersucht, 5 (4) Körperregionen (Habitate), 18 (15) Materialien 9 x Mundhöhle/Zähne 4 x Haut 1 x Nase 1 x Gastrointestinal-Trakt (Stuhl) 3 x Vagina

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8 Was charakterisiert unsere verschiedenen Biotope?

9 ERGEBNISSE aus HMP und MetaHIT > Arten (überwiegend Bakterien) Die meisten Arten lassen sich nicht kultivieren Größte Artenvielfalt im Mund und Stuhl Habitate werden von bestimmten Gattungen dominiert The Human Microbiome Project Consortium. Nature 2012;486:207

10 Mikrobiota der Haut Grice EA et al. The Skin Microbiome. Nature Rev Microbiol 2011;9:

11 (ERGEBNISSE aus HMP und MetaHIT) Geringe zeitliche Schwankungen bei Erwachsenen Zwischen Individuen: Größte Unterschiede bei der Haut (hohe Variabilität äußerer Einflüsse) Geringe Unterschiede bei Mundhöhle und Vagina Metabolische Aktivität der Spezies innerhalb eines Habitats ist sehr ähnlich

12 (ERGEBNISSE aus HMP und MetaHIT) a: Mikrobiom im Habitat b: Metabolische Aktivität The Human Microbiome Project Consortium. Nature 2012;486:207

13 Streptokokken in der Mundhöhle Jeder hat sein (relativ stabiles) persönliches Mikrobiom The Human Microbiome Project Consortium. Nature 2012;486:207

14 Wie erwerben wir unser persönliches Mikrobiom?

15 Wie erwerben wir unser persönliches Mikrobiom? Geburt auf normalem Weg: Kaiserschnitt: Weitere Quellen: Besiedelung mit Bakterien des Geburtskanals (Lactobacilli, Prevotella) Bakterien der Haut von Hebamme, Mutter, Krankenschwester... (Staphylococcus, Corynebacterium, Propionibacterium) Nahrung, Haut der Mutter z.b. beim Stillen Mehr MRSA-Infektionen nach Kaiserschnitt Gregory KE Microbiome aspects of perinatal and neonatal health. J Perinat Neonatal Nurs. 2011; 25(2):158 Watson J, Jones RC, Cortes C, et al. Community-Associated Methicillin-Resistant. JAMA. 2006;296:36

16 Maria G. Dominguez-Bello et al. PNAS 2010;107:

17 Entwicklung des Mikrobioms Einflussfaktoren: Pränatale Exposition Art der Geburt Stillen Ernährung Hygiene Geographie Antibiotika Umgebung Mikrobiom im GIT: Bewohner von Pflegeheimen unterschieden sich relevant von Älteren, die zu Hause wohnten (Dominanz von Bacteroidetes vs. Firmicutes) Claesson et al Arrieta MC et al. The intestinal microbiome in early life: Health and Disease. Front Immunol 2014;5:1

18 Wie erwerben wir unser persönliches Mikrobiom? Das Mikrobiom wird vor allem durch die Mutter vererbt. Die Art der Geburt beeinflusst die Grundausstattung der Mikrobiota Etwa ab dem 3. Lebensjahr bleibt das Mikrobiom relativ stabil Die Entwicklung ist von äusseren Einflüssen abhängig und verläuft wahrscheinlich in Schüben Mikrobiome der Habitate sind kontrolliert (z.b. durch ph-wert, Defensine)

19 Gibt es ein Referenz-Mikrobiom?

20 Yanomami-Indianer

21 (Foto Yanomami)

22 Was ist das Referenz-Mikrobiom? Clemente et al. The microbiome of uncontacted Amerindians. Sci. Adv. 2015;1:1-12

23 Größte bisher bekannte Vielfalt des fäkalen Mikrobioms Resistenzgene (Resistom) auch gegen moderne Antibiotika Clemente et al. The microbiome of uncontacted Amerindians. Sci. Adv. 2015;1:1-12

24 Welche physiologischen Aufgaben erfüllt unser Mikrobiom?

25 Physiologische Aufgaben der Mikrobiota des Verdauungstraktes Magen: 10 3 Bakterien/g Dünndarm: 10 6 Bakterien/g Dickdarm: Bakterien/g v.a. Firmicutes v.a. Bacteroidetes Mikrobiota unterstützen den Abbau von Nahrungsbestandteilen... synthetisieren Vitamine und Cofaktoren... beeinflussen/stimulieren das Immunsystem... halten Balance zwischen pathogenen und apathogenen Keimen... bilden Infektionsbarrieren (colonization barriers)

26 Good guys and bad guys: Mikrobiota und Immunsystem wikimedia.commons

27 Interaktion der Mikrobiota mit Xenobiotika (Arzneistoffe, Nahrung) Rachel N et al. J Clin Invest. 2014;124(10):

28 Eubiose & Dysbiose: Mikrobiota an der Grenze zwischen gesund und krank

29 Eubiose und Dysbiose Untersucht werden... metabolische Aspekte (Adipositas, Diabetes mellitus...) immunologische Aspekte (CID, Asthma, Allergien) pharmakologische Effekte (Antibiotika, Probiotika) neurologische Aspekte ( brain-gut-achse ) Transplantation (C. difficile-assoziierte Diarrhoe)

30 Antibiotikatherapie und intestinale Mikrobiota Ciprofloxacin und Clindamycin erreichen wirksame Konzentrationen Bakterienspezies im Wirkspektrum nehmen ab, andere bleiben unverändert oder nehmen zu Kurz nach Therapieende ist der Effekt am größten Das Erholungsintervall ist abhängig von der Bakterienspezies Effekte halten bis zu 12 Monaten an Rashid MU et al. Clin Infect Dis 2015;60(Suppl2):S77 Rashid MU et al. Anaerobe 2012;18:249 Sullivan A et al. Lancet Infect Dis 2001;1:101

31 Beispiel: Dysbiose bei Inflammatory Bowel Disease Larry Smarr s TEDMED Lecture

32 Intestinale Dysbiose und chronisch entzündliche Darmerkrankungen Sushila R et al. J Clin Invest. 2014;124(10) :

33 Mikrobiota an der Grenze zwischen gesund und krank: Weitere Beispiele 64-82% der MRSA-Infektionen bei Neugeborenen wurden bei Kindern nach Kaiserschnitt beobachtet (CDC 2006) Kinder nach Kaiserschnitt litten mehr unter Asthma und Allergien (Bager et al. 2008) Die Inzidenz von Allergien ließ sich durch die Gabe von Probiotika in den ersten 6 Lebensmonaten nach Kaiserschnitt verringern, nicht aber nach normaler Geburt (Kuitunen et al. 2009) Adipositas lässt sich per Mikrobiom auf sterile Mäuse übertragen

34 Die disappearing microbiota Hypothese Ökologische Veränderungen mit Auswirkung auf das menschliche Mikrobiom (nach MJ Blaser): Sauberes Wasser Kleinere Familien Kaiserschnittgeburt Säuglingsnahrung Amalgamfüllungen in der Zahnmedizin Antibiotika Hypothese: Veränderungen im Mikrobiom begünstigen Adipositas

35 Offene Fragen & Herausforderungen für die Mikrobiom-Forschung

36 Microbiome science needs a healthy dose of scepticism W.P. Hanage, Nature 2014;512:247 Relevanz inter- und intraindividueller Unterschiede? Kausalität oder Korrelation? Was ist Ursache, was Wirkung? Welche Mechanismen liegen den Beobachtungen zugrunde? Gibt es weitere Einflussfaktoren? Sind mit germ-free mice erzielte Forschungsergebnisse übertragbar?

37 (Foto Korallenriff)