Steinzeitliche Vielfalt an Darmbakterien

Tag für Tag schleppen wir ein gutes Kilogramm Untermieter mit uns herum. Es sind unzählige Mikroben, die in unserem Darm leben und dem Menschen beim Verdauen seiner Nahrung helfen. Schon lange untersuchen Forscher, wie diese Massen unterschiedlicher Bakterienarten, das Mikrobiom, den Stoffwechsel, die Gesundheit, ja sogar das Verhalten des Menschen beeinflussen. Keine leichte Aufgabe, denn offenbar ändert sich das Mikrobiom recht kurzfristig und erheblich, abhängig davon, was ein Mensch isst. Auf der Suche nach dem „Urzustand“ des menschlichen Mikrobioms analysierten Forscher daher nun das Mikrobiom eines der wenigen verbliebenen Völker von Jägern und Sammlern, den Hadza in Tansania. Im Fachblatt „Science“ schreibt das Team von Justin Sonnenburg von der Stanford-Universität in Kalifornien, dass sich die Bakterienarten im Darm der Hadza im Wechsel der Jahreszeiten drastisch veränderten. Ausserdem enthalte ihr Mikrobiom Bakterienarten, die bei modern lebenden und essenden Menschen nicht mehr vorkommen. Im Schwund der Vielfalt an Darmbakterien vermuten Forscher eine der Ursachen für „Zivilisationskrankheiten“ wie Übergewicht, Altersdiabetes, Asthma oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Die Forscher wählten für ihre Studie die Hadza, weil ihre Lebensweise der dem Alltag von Steinzeitmenschen vor Erfindung der Landwirtschaft ähnelt. Während der Trockenzeit von Mai bis Oktober sind ihre Jäger so erfolgreich, dass mehr Fleisch gegessen wird. Im Darm der Hadza fanden die Forscher entsprechend andere Mikroben als in der Regenzeit, wo eher Beeren, Früchte und Honig auf dem Speiseplan des Volkes aus dem Norden Tansanias stehen.

„Mit ihrer Untersuchung liefert die Gruppe eine sehr wichtige Grundlage für die Mikrobiom-Forschung“, sagt Till Strowig vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig. Denn um untersuchen zu können, ob der Verlust der Bakterienvielfalt im Darm modern lebender Menschen mit dem Entstehen von Volkskrankheiten zusammenhängt, reichen Studien an Menschen aus den entwickelten Regionen des Globus nicht aus. „Das sagt uns nichts über den Grundzustand, wie das Mikrobiom früher ausgesehen hat“, sagt Strowig.

Mit Zustimmung der Behörden Tansanias und der Hadza sammelten der Mikrobiom-Forscher Justin Sonnenburg und seine Kollegen also möglichst frische Stuhlproben von insgesamt 188 Individuen. Die Exkremente steckten die Forscher sofort in ein Gefäss mit flüssigem Stickstoff, in dem die Proben bei minus 196 Grad Celsius tiefgekühlt und unbeschadet aus der Savanne Tansanias nach Kalifornien transportiert wurden.

Dort analysierten die Forscher dann das Erbgut der mit dem Stuhl ausgeschiedenen Mikroorganismen aus dem Darm und einige weitere Inhaltsstoffe, wie zum Beispiel von den Bakterien produzierte Biomoleküle, etwa Enzyme. 2014 veröffentlichten die Forscher dann erste Ergebnisse: Das Mikrobiom der Jäger und Sammler ist erheblich vielfältiger als das eines Menschen des 21. Jahrhunderts in Europa oder in den USA. Allerdings waren die Daten nur eine Momentaufnahme, das Mikrobiom zu einem bestimmten Zeitpunkt im Jahr, was leicht in die Irre führen kann. Schliesslich isst man auch im 21. Jahrhundert im Winter anders als im Sommer, was die Darmbakterien-Vielfalt beeinflussen könnte.

Daher sammelten die Forscher um Justin Sonnenburg zwölf Monate lang weitere Proben der Hadza ein, insgesamt 350, um eventuelle Veränderungen im Mikrobiom abhängig von der sich jahreszeitlich ändernden Ernährungsweise erkennen zu können. Und tatsächlich: Waren in einer Jahreszeit bestimmte Bakterienstämme sehr häufig, verschwanden sie beim Übergang zur nächsten Saison weitgehend – nur um wieder aufzutauchen, wenn zwölf Monate später die erste Saison wiederkehrte. Diese teils drastischen Veränderungen des Mikrobioms liessen sich im Darm jedes einzelnen Hadza-Jägers feststellen.

Gerade jene Bakterienstämme, deren Anzahl sich im jahreszeitlichen Verlauf stark verändert, sind in den Därmen der Menschen des 21. Jahrhunderts in hoch entwickelten Gesellschaften allerdings weitgehend verschwunden. Das ergab der Vergleich mit Mikrobiomen von 18 Menschengruppen aus 16 Ländern. Insgesamt fehlt den Europäern oder Nordamerikanern also ein grosser Teil der Vielfalt, die unsere Vorfahren offensichtlich noch hatten – und die sie vermutlich vor den heutigen „Zivilisationskrankheiten“ bewahrte. Offenbar hat die weniger variantenreiche Ernährungsweise in den industrialisierten Regionen dazu geführt, dass auch die Bakterienvielfalt und die jahreszeitlichen Schwankungen zurückgegangen sind: Während Bakterientypen der Bacteroidaceae fast ein Viertel des Mikrobioms von Europäern und Nordamerikanern ausmachen, sind diese Arten im Darm der Hadza mit nicht einmal einem Prozent vertreten.

Beim Vergleich der „modernen“ und „steinzeitlichen“ Mikrobiome entdeckten die Forscher aber auch interessante Parallelen. So verschwinden bei den Hadza in der beerenreichen und fleischarmen Regenzeit vorübergehend eben jene Bakterienarten, die auch bei Vegetariern in Europa und Nordamerika selten sind. Das geht mit der Theorie einher, dass die Mikroorganismen bei der menschlichen Verdauung mithelfen. Essen die Hadza in der Regenzeit weniger Fleisch, das reichlich tierische Fette enthält, und nehmen stattdessen mehr Beeren und Früchte zu sich, die viele Kohlenhydrate liefern, werden sie praktisch zu Vegetariern und ihr Mikrobiom passt sich an die neue Ernährung an.

Das spiegelt sich auch in den Enzymen wider, die die Bakterien im Darm produzieren und die bei der Verdauung helfen. Als das Forscherteam diese Enzyme aus den Stuhlproben analysierte, fiel auf, dass die Hadza mit ihrer reichhaltigen Pflanzenkost erheblich mehr bakterielle Enzyme zur Verfügung haben als US-Amerikaner, um Kohlenhydrate aus Pflanzen zu zerkleinern und verdaubar zu machen.

Was noch fehlt, ist eine Untersuchung, wie sich kurzkettige Fettsäuren (Short Chain Fatty Acids oder SCFA), die Bakterien aus Ballaststoffen wie den Schalen von Getreide, Kartoffeln und anderen Pflanzen herstellen, mit den Jahreszeiten verändern. „Diese SCFAs spielen zum Beispiel eine wichtige und positive Rolle beim Unterdrücken von Entzündungen“, sagt Strowig. Es wäre keine Überraschung, wenn diese nützlichen Helfer in den Hadza ebenfalls häufiger wären. Schliesslich gehört das Schälen von Früchten nicht zu ihrem typischen Lebensstil. Ebenso wenig wie das Schlucken von Antibiotika. Erwartungsgemäss finden sich im Darm der Hadza auch kaum Bakterien, die resistent gegen Antibiotika sind. Jedenfalls deutlich seltener, als sie bei US-Amerikanern und Europäern im Verdauungstrakt zu finden sind.