Das menschliche Mikrobiom Mehr, als wir erwartet haben Tom Fox 16.04.2021 1 © Copyright 2021 Energetica Natura 2 © Copyright 2021 Energetica Natura 3 © Copyright 2021 Energetica Natura Appanna 2018 4 © Copyright 2021 Energetica Natura Pasolli 2019 5 © Copyright 2021 Energetica Natura Man kann schnell die Übersicht verlieren … Gupta 2017 6 © Copyright 2021 Energetica Natura Dennoch: das Mikrobiom ist sehr individuell Gilbert 2018 7 © Copyright 2021 Energetica Natura Besiedelung: die klassische Erklärung … Beckmann / Rüffler 2007 8 © Copyright 2021 Energetica Natura … reicht nicht mehr Stinson 2019 9 © Copyright 2021 Energetica Natura IgG / IgA Bakterienmetaboliten Potentielle aus Muttermilch Plazentabakterien > Darm - Muttermilch Mechanismen stimulieren epigenetische Mechanismen Bakterien > Darm - Muttermilch Mutter-IgG fördert transplazentare Übertragung von Bakterien Pränatale Kolonisation programmiert die spätere Flora Bakterientranslokation Nyangahu 2019 Darm-Plazenta 10 © Copyright 2021 Energetica Natura Weitere Einflussfaktoren Heijtz 2016 11 © Copyright 2021 Energetica Natura Das Mikrobiom ist mehr … Marks 2018 12 © Copyright 2021 Energetica Natura Bakterien: Hauptgruppen (99%) Actinobakterien Bacteroidetes Firmicuten Proteobakterien 13 © Copyright 2021 Energetica Natura Bevor wir total verrückt werden - ein Beispiel: • Stamm (Phyla) • Bacteroidetes • Klasse • Bacteroidia • Ordnung • Bacteroidales • Familie • Bacteroidaceae • Gattung • Bacteroides • Art • Bacteroides faeces 14 © Copyright 2021 Energetica Natura Beispiel: Stamm Actinobakterien • Klasse Acidimicrobiia • Familie Cellulomonadaceae • Familie Patulibacteraceae • Ordnung Acidimicrobiales • Familie Demequinaceae • Familie Solirubrobacteraceae • Unterordnung „Acidimicrobineae“ • Familie Dermabacteraceae • Klasse Thermoleophilia • Familie Acidimicrobiaceae • Familie Dermacoccaceae • Ordnung Thermoleophilales • Familie Iamiaceae • Familie Dermatophilaceae • Familie Thermoleophilaceae • Klasse Actinobacteria • Familie Intrasporangiaceae • Ordnung Acidothermales • Familie Jonesiaceae (inklusive ehemaliger Sanguibacteraceae) • Familie Acidothermaceae • Familie Kytococcaceae • Ordnung Actinomycetales • Familie Microbacteriaceae • Unterordnung Actinomycineae • Familie Micrococcaceae • Familie Actinomycetaceae • Familie Ornithinimicrobiaceae • Unterordnung Actinopolysporineae • Familie Promicromonosporaceae • Familie Actinopolysporaceae • Familie Rarobacteraceae • Unterordnung Catenulisporineae • Familie Ruaniaceae • Familie Actinospicaceae • Familie Tropherymataceae • Familie Catenulisporaceae • Familie Yaniellaceae • Unterordnung Corynebacterineae • Ordnung Micromonosporales • Familie Corynebacteriaceae • Familie Micromonosporaceae • Familie Dietziaceae • Ordnung Mycobacteriales (alternativ: Corynebacteriales) • Familie Mycobacteriaceae • Familie Corynebacteriacea • Familie Nocardiaceae • Familie Dietziaceae • Familie Segniliparaceae • Familie Gordoniaceae • Familie Tsukamurellaceae • Familie Lawsonellaceae • Unterordnung Glycomycineae • Familie Mycobacteriaceae • Familie Glycomycetaceae • Familie Nocardiaceae • Unterordnung Jiangellineae • Familie Segniliparaceae • Familie Jiangellaceae • Familie Tsukamurellaceae • Unterordnung Micromonosporineae • Ordnung Nakamurellales • Familie Micromonosporaceae • Familie Nakamurellaceae • Unterordnung Propionibacterineae • Ordnung Propionibacteriales • Familie Nocardioidaceae • Familie Actinopolymorphaceae • Familie Propionibacteriaceae • Familie Kribbellaceae • Unterordnung Pseudonocardineae • Familie Nocardioidaceae • Familie Pseudonocardiaceae • Familie Propionibacteriaceae • Unterordnung Streptomycineae • Ordnung Pseudonocardiales • Familie Streptomycetaceae • Familie Pseudonocardiaceae • Unterordnung Streptosporangineae • Ordnung Sporichthyales • Familie Nocardiopsaceae • Familie Sporichthyaceae • Familie Streptosporangiaceae • Ordnung Streptosporangiales • Familie Thermomonosporaceae • Familie Streptomycetaceae • Ordnung Actinopolysporales • Klasse Coriobacteriia • Familie Actinopolysporaceae • Ordnung Coriobacteriales • Ordnung Bifidobacteriales • Unterordnung „Coriobacterineae“ • Familie Bifidobacteriaceae • Familie Atopobiaceae • Ordnung Catenulisporales • Familie Coriobacteriaceae • Familie Actinospicaceae • Ordnung Eggerthellales • Familie Catenulisporaceae • Familie Eggerthellaceae • Ordnung Cryptosporangiales • Klasse Nitriliruptoria • Familie Cryptosporangiaceae • Ordnung Egibacterales • Ordnung Frankiales (alternativ: Motilibacterales) • Familie Egibacteraceae • Familie Frankiaceae • Ordnung Egicoccales • Familie Motilibacteraceae • Familie Egicoccaceae • Ordnung Geodermatophilales • Ordnung Euzebyales • Familie Antricoccaceae • Familie Euzebyaceae • Familie Geodermatophilaceae • Ordnung Nitriliruptorales • Ordnung Glycomycetales • Familie Nitriliruptoraceae • Familie Glycomycetaceae • Klasse Rubrobacteria • Ordnung Jatrophihabitantales • Ordnung Gaiellales • Familie Jatrophihabitantaceae • Familie Gaiellaceae • Ordnung Jiangellales • Ordnung Rubrobacterales • Familie Jiangellaceae • Unterordnung „Rubrobacterineae“ • Ordnung Kineosporiales • Familie Rubrobacteraceae • Familie Kineosporiaceae • Ordnung Solirubrobacterales • Ordnung Micrococcales • Familie Baekduiaceae 15 • Familie Beutenbergiaceae • Familie Conexibacteraceae • Familie Bogoriellaceae • Familie Paraconexibacteraceae • Familie Brevibacteriaceae • Familie Parviterribacteraceae © Copyright 2021 Energetica Natura Allein die Mundflora beherbergt 12 verschiedene „phylae (= Stämme)“ Firmicutes Fusobacteriae Proteobacteriae Actinobacteriae Bacteroidetes Chlamydiae Chloroflexi Spirochaetes SR1 Synergistetes Saccharibacteria Gracilibacteria 16 © Copyright 2021 Energetica Natura Bakterien: wer ist wo? Jandhyala 2015 17 © Copyright 2021 Energetica Natura Pilze … Witherden 2017 18 © Copyright 2021 Energetica Natura Viren … Liang 2021 19 © Copyright 2021 Energetica Natura Die grösste Gruppe Viren: Bakteriophagen Shkoporov 2019 20 © Copyright 2021 Energetica Natura Parasiten … 21 © Copyright 2021 Energetica Natura Das menschliche Parasitom A Blastocystis hominis B Enteromonas hominis C Retortamonas intestinalis D Pentratrichomonas hominis E Dientamoeba fragilis F Chilomastix mesnili G Entamoeba hartmani H Endolimax nana I Entamoeba coli J Entamoeba dispar K Isospora belli L Iodamoeba buetschli M Encephalitozoon cuniculi N Candida albicans Lukeš 2015 22 © Copyright 2021 Energetica Natura Parasiten … Definition: „Lebewesen, das aus dem Zusammenleben mit anderen Lebewesen einseitig Nutzen zieht, die es oft auch schädigt und bei denen es Krankheiten hervorrufen kann.“ 23 © Copyright 2021 Energetica Natura 24 © Copyright 2021 Energetica Natura Im Prinzip ist es dann doch einfach: Bakterien (Parasiten) (Archaea) Viren Kontrolle Pilze 25 © Copyright 2021 Energetica Natura Phagen kontrollieren Bakterien Keen 2018 26 © Copyright 2021 Energetica Natura Die Diversität ändert sich im Laufe des Lebens Kapitan 2019 27 © Copyright 2021 Energetica Natura Beispiel: Kontrolle des Candida albicans Kapitan 2019 28 © Copyright 2021 Energetica Natura Pilze kontrollieren Viren Linnakoski 2018 29 © Copyright 2021 Energetica Natura Und wir wissen auch wie … Linnakoski 2018 30 © Copyright 2021 Energetica Natura Störung im Gleichgewicht Balfour 2016 31 © Copyright 2021 Energetica Natura Parasiten: Die gute Seite Maizels 2019 32 © Copyright 2021 Energetica Natura Unser Mikrobiom ist sehr, sehr alt … 33 © Copyright 2021 Energetica Natura COMMUNICATIONS BIOLOGY | (2021)4:169 | https://doi.org/10.1038/s42003-021-01689-y | www.nature.com/commsbio 34 © Copyright 2021 Energetica Natura Aber: der Mensch hat leider ‚wenig‘ Diversität … entwickelt Gupta 2017 35 © Copyright 2021 Energetica Natura Und das fängt schon bei Primaten an … Clayton 2016 36 © Copyright 2021 Energetica Natura plant-based diet animal-based diet Nahrung ändert das Mikrobiom innerhalb von Tagen David 2014 37 © Copyright 2021 Energetica Natura Dies hat Einfluss auf die kurzkettigen Fettsäuren plant-based diet animal-based diet A: KKFS aus Polysaccharid-Fermentation David 2014 B: KKFS aus Aminosäuren-Fermentation 38 © Copyright 2021 Energetica Natura Faserstoffe: der Treibstoff für Bakterien Myhrstad 2020 39 © Copyright 2021 Energetica Natura Das Ergebnis der Fermentation: Kurzkettige Fettsäuren Butyrat Hauptsächlich durch Firmicuten Acetat Hauptsächlich durch Bakteroidetes Propionat 40 © Copyright 2021 Energetica Natura Hauptaufgaben dieser Fettsäuren • Energieversorgung • Signalgebung 41 © Copyright 2021 Energetica Natura Wie werden diese Fettsäuren aufgenommen? • passiver Membrantransport • MCT-1 • SMCT-1 42 © Copyright 2021 Energetica Natura MCT-1 und SMCT-1 Goncalves 2016 43 © Copyright 2021 Energetica Natura Anzahl MCT-1 bei Entzündung … Thibault 2007 44 © Copyright 2021 Energetica Natura … führt zu weniger KKFS Aufnahme 45 © Copyright 2021 Energetica Natura Anzahl SMCT-1 bei Entzündung … Borthakur 2010 46 © Copyright 2021 Energetica Natura … und in Anwesenheit von Laktobazillen Borthakur 2010 47 © Copyright 2021 Energetica Natura KKFS als Botenstoffe G protein-coupled receptors (GPR): • GPR41 • GPR43 • GPR109a 48 © Copyright 2021 Energetica Natura GPR41 Nakajima 2018 49 © Copyright 2021 Energetica Natura GPR43 Kimura 2014 50 © Copyright 2021 Energetica Natura GPR109a Jobin 2014 51 © Copyright 2021 Energetica Natura Zusammengefasst: Venegas 2019 52 © Copyright 2021 Energetica Natura Das Mikrobiom optimiert das Immunsystem …? 53 © Copyright 2021 Energetica Natura 54 © Copyright 2021 Energetica Natura Effekte ausgewählter