Pollenkörner in Koprolith quetschen. (Wilbowo et al., Nature, 2021) Die in unserem Darm lebenden Mikroben sind viel weniger vielfältig als vor 2.000 Jahren.
Das ist eines der wichtigsten Ergebnisse einer Genomanalyse von versteinerten menschlichen Fäkalien aus Felsunterständen in Nordamerika und Mexiko. Acht Proben aus der Zeit vor 1.000 bis 2.000 Jahren offenbaren Mikroben, die für die Wissenschaft völlig neu sind, sowie andere, die heute im Darmmikrobiom völlig fehlen.
Im Gegensatz dazu enthält das moderne Darmmikrobiom weitaus mehr antibiotikaresistente Mikroben als die unserer Vorfahren. Diese Erkenntnisse könnten uns helfen, den Zusammenhang – sofern es einen gibt – zwischen unserem verminderten Mikrobiom und der höheren modernen Inzidenz „industrieller“ chronischer Krankheiten wie z Diabetes und Fettleibigkeit.
Das menschliche Mikrobiom ist eine faszinierende und komplexe Maschine, und in den letzten Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es eine viel wichtigere Rolle bei der Gesunderhaltung unseres Körpers spielt, als wir bisher dachten. Unser Verständnis darüber, wie sich das menschliche Mikrobiom im Laufe der Zeit verändert hat, ist jedoch begrenzt.
Betreten Sie versteinerten Kot, wissenschaftlich bekannt als Koprolithen. Obwohl diese Fossilien eher unangenehm erscheinen mögen, können sie eine reichhaltige Informationsquelle über das Leben der Tiere in der Antike sein und komplexe Informationen über die Ernährung sowie Darmparasiten und -krankheiten enthüllen.
Sie enthalten auch einige der Mikroben, die den Darm auskleiden, sodass jeder mit den richtigen Werkzeugen eine Momentaufnahme des Mikrobioms erstellen kann. Das hat ein internationales Team von Mikrobiologen unter der Leitung des Joslin Diabetes Center in den USA bis ins kleinste Detail für jedes alte menschliche Darmmikrobiom getan.
Die Forscher nahmen perfekt konservierte Koprolithen in drei Felsunterkünften – dem Boomerang Shelter in Utah, einem unbekannten Ort irgendwo im Südwesten der USA (die Proben wurden vor fast 100 Jahren gesammelt und waren schlecht beschriftet) und der Fundstelle La Cueva de los Muertos Chiquitos in Durango , Mexiko.
Diese Koprolithen wurden mithilfe einer Ernährungsanalyse als menschlich validiert und mithilfe einer Radiokohlenstoffanalyse datiert. Anschließend führten die Wissenschaftler die komplizierte Arbeit durch, die wertvolle konservierte DNA zu extrahieren, mit der die Mikroben identifiziert werden konnten.
Den Forschern gelang es, 498 mikrobielle Genome zu rekonstruieren; Davon stammten 181 höchstwahrscheinlich aus dem menschlichen Darm und nicht aus dem umgebenden Boden.
Von diesen Sequenzen schienen 158 eine bestimmte mikrobielle Spezies darzustellen. Diese wurden dann mit 789 Mikrobiomen aus heutigen Gemeinden verglichen, sowohl aus industriellen als auch nicht-industriellen Gemeinden.
Die Ergebnisse waren frappierend. Die alten Mikrobiome ähnelten nicht nur eher denen moderner nichtindustrieller Gemeinschaften, sondern enthielten auch Arten, die in keinem modernen Mikrobiom vorkommen. Von den 158 Genomen waren 61 der Wissenschaft völlig unbekannt – das sind fast 40 Prozent.
Diese Vielfalt im Mikrobiom, so glauben die Forscher, könnte etwas mit der Diversität in der Ernährung zu tun haben.
„In alten Kulturen sind die Nahrungsmittel, die man isst, sehr vielfältig und können eine vielseitigere Ansammlung von Mikroben beherbergen.“ sagte der Mikrobiologe Alexsandar Kostic des Joslin Diabetes Center.
„Aber wenn man sich der Industrialisierung zuwendet und sich immer mehr einer Ernährung im Supermarkt orientiert, verliert man viele Nährstoffe, die dazu beitragen, ein vielfältigeres Mikrobiom zu unterstützen.“
Auch innerhalb der Mikroben gab es einige faszinierende Unterschiede. Sie hatten weniger Gene, die mit der Antibiotikaresistenz in Verbindung gebracht werden, aber auch weniger Gene zur Produktion von Proteinen, die Glykane, die im Schleim vorkommenden Zuckermoleküle, abbauen.
Der Abbau des Dickdarmschleims ist damit verbunden Krankheiten wie Morbus Crohn, Zöliakie und Colitis ulcerosa.
Die alten Mikroben verfügten auch über eine höhere Anzahl an Transposasen – Enzyme, die DNA-Elemente ausschneiden und einfügen und replizieren können und so unter anderem Dinge umstellen, um sich an veränderte Bedingungen anzupassen.
„Wir glauben, dass dies eine Strategie für die Mikroben sein könnte, sich an eine Umgebung anzupassen, die sich viel stärker verändert als das moderne industrialisierte Mikrobiom, in dem wir mehr oder weniger das ganze Jahr über die gleichen Dinge essen und das gleiche Leben führen.“ sagte Kostic .
„In einer traditionelleren Umgebung hingegen ändern sich die Dinge und Mikroben müssen sich anpassen.“ Sie könnten diese viel größere Sammlung von Transposasen nutzen, um Gene zu erfassen und zu sammeln, die ihnen helfen, sich an die verschiedenen Umgebungen anzupassen.“
Wie das sich entwickelnde Mikrobiom unsere Gesundheit verändert haben könnte, ist unklar und die Stichprobengröße ist relativ klein, aber die Studie zeigt, dass wir Koprolithen verwenden können, um die Eingeweide unserer Vorfahren zu untersuchen und herauszufinden, was sich verändert hat. Dies könnte wiederum zu besseren Gesundheitsergebnissen in der Zukunft führen.
„Ähnliche zukünftige Studien, die den Reichtum der Paläofeces erschließen, werden nicht nur unser Wissen über das menschliche Mikrobiom erweitern, sondern könnten auch zur Entwicklung von Ansätzen führen, um heutige Darmmikrobiome wieder in ihren angestammten Zustand zu versetzen“, schrieb das Team in seiner Arbeit.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .