Viren werden normalerweise mit Krankheiten in Verbindung gebracht. Aber unser Körper ist voller Bakterien und Viren, die sich in unserem Magen-Darm-Trakt ständig vermehren und miteinander interagieren. Während wir seit Jahrzehnten wissen, dass Darmbakterien bei kleinen Kindern wichtig sind, um sie später im Leben vor chronischen Krankheiten zu schützen, ist unser Wissen über die vielen dort vorkommenden Viren minimal. Vor einigen Jahren kam Dennis Sandris Nielsen, Professor an der Universität Kopenhagen, auf die Idee, dieser Frage genauer nachzugehen. Daraufhin untersuchte ein Team von Forschern unter anderem von COPSAC (Copenhagen Prospective Studies on Asthma in Childhood) und dem Institut für Lebensmittelwissenschaft der UCPH fünf Jahre lang den Inhalt der Windeln von 647 gesunden einjährigen Kindern in Dänemark.
„Wir fanden eine außergewöhnlich hohe Anzahl unbekannter Viren im Stuhl dieser Babys. Nicht nur Tausende neuer Virusarten – zu unserer Überraschung gehörten die Viren zu mehr als 200 noch nicht beschriebenen Virusfamilien. Das bedeutet, dass gesunde Kinder von klein auf mit einer extremen Vielfalt an Darmviren konfrontiert sind, die wahrscheinlich einen großen Einfluss darauf haben, ob sie später im Leben verschiedene Krankheiten entwickeln“, sagt Professor Dennis Sandris Nielsen vom Institut für Lebensmittelwissenschaft, leitender Autor der Forschungsarbeit über die Studie, die in Nature Microbiology veröffentlicht wurde. Die Forscher fanden und kartierten insgesamt 10.000 Virusarten im Stuhl der Kinder – zehnmal mehr als die Anzahl der Bakterienarten bei denselben Kindern. Diese Virusarten verteilen sich auf 248 verschiedene Virusfamilien, von denen bisher nur 16 bekannt waren. Die übrigen 232 unbekannten Virusfamilien benannten die Forscher nach den Kindern, deren Windeln die Studie ermöglicht hatten. So gehören zu den neuen Virusfamilien nun Namen wie Sylvesterviridae, Rigmorviridae und Tristanviridae.
Bakterielle Viren sind unsere Verbündeten
„Es ist das erste Mal, dass eine so systematische Übersicht über die Virusvielfalt im Darm erstellt wurde. Sie liefert eine völlig neue Grundlage für die Erforschung der Bedeutung von Viren für die Entwicklung unseres Mikrobioms und unseres Immunsystems. Unsere Hypothese ist, dass das Immunsystem im Alter von einem Jahr noch nicht gelernt hat, die Spreu vom Weizen zu trennen, weshalb eine außerordentlich hohe Artenvielfalt von Darmviren entsteht, die wahrscheinlich zum Schutz vor chronischen Krankheiten wie Asthma und Diabetes im späteren Leben notwendig ist“, erklärt Shiraz Shah, Erstautor und leitender Forscher am COPSAC. Neunzig Prozent der von den Forschern gefundenen Viren sind bakterielle Viren – sogenannte Bakteriophagen. Diese Viren haben Bakterien als Wirte und greifen nicht die Zellen der Kinder an, sodass sie keine Krankheiten verursachen. Die Hypothese lautet, dass Bakteriophagen in erster Linie als Verbündete dienen: „Wir gehen davon aus, dass Bakteriophagen maßgeblich für die Gestaltung der Bakteriengemeinschaften und deren Funktion in unserem Darmtrakt verantwortlich sind.
Einige Bakteriophagen können ihrem Wirtsbakterium Eigenschaften verleihen, die es wettbewerbsfähiger machen, indem sie ihr eigenes Genom in das Genom des Bakteriums integrieren. In diesem Fall kann ein Bakteriophage die Fähigkeit eines Bakteriums verbessern, beispielsweise verschiedene Kohlenhydrate aufzunehmen, wodurch das Bakterium mehr Stoffe verstoffwechseln kann“, erklärt Dennis Sandris Nielsen. Es scheint auch, dass Bakteriophagen dazu beitragen, das Darmmikrobiom im Gleichgewicht zu halten, indem sie einzelne Bakterienpopulationen in Schach halten, wodurch sichergestellt wird, dass es nicht zu viele einer einzigen Bakterienart im Ökosystem gibt. Das ist ein bisschen wie die Populationen von Löwen und Gazellen in der Savanne. Viren, Bakterien und das Immunsystem interagieren höchstwahrscheinlich und beeinflussen sich gegenseitig in einer Art Gleichgewicht. Jedes Ungleichgewicht in dieser Beziehung erhöht höchstwahrscheinlich das Risiko für chronische Krankheiten. Die restlichen zehn Prozent der bei den Kindern gefundenen Viren sind eukaryotisch, das heißt, sie nutzen menschliche Zellen als Wirte. Diese können für uns sowohl Freunde als auch Feinde sein.
Wichtige Rolle bei Entzündungskrankheiten
Die Forscher haben noch nicht herausgefunden, woher die vielen Viren bei den Einjährigen stammen. Ihre beste Antwort lautet bislang: aus der Umwelt. Wie Shiraz Shah betont, weist das gesamte Forschungsgebiet auf ein enormes globales Gesundheitsproblem hin: „Viele Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die meisten uns bekannten chronischen Krankheiten – von Arthritis bis Depression – eine entzündliche Komponente haben. Das heißt, das Immunsystem funktioniert nicht so, wie es sollte – möglicherweise, weil es nicht richtig trainiert wurde. Wenn wir also mehr über die Rolle von Bakterien und Viren in einem gut trainierten Immunsystem erfahren, können wir hoffentlich viele der chronischen Krankheiten vermeiden, unter denen heute so viele Menschen leiden.“ Die Forschungsgruppen haben begonnen, die Rolle von Darmviren im Zusammenhang mit einer Reihe verschiedener Krankheiten zu untersuchen, die im Kindesalter auftreten, darunter Asthma und ADHS.
Bakteriophagen
- Es gibt im Allgemeinen zwei Arten von Bakteriophagen. Virulente Bakteriophagen übernehmen die Bakterien und produzieren in ihnen 30 bis 100 neue Viruspartikel. Danach explodiert die Bakterienzelle von innen und die neuen Viruspartikel gelangen in die Umgebung. Virulente Bakteriophagen tragen dazu bei, das Ökosystem im Darm im Gleichgewicht zu halten.
- Sogenannte temperierte Bakteriophagen können sich vermehren, indem sie ihr genetisches Material in das Genom der Wirtszelle integrieren. Wenn sich die Zelle teilt, teilt sich auch der Bakteriophage. Temperierte Bakteriophagen tragen dazu bei, neue Gene auf die Bakterien zu übertragen, wodurch diese wettbewerbsfähiger werden. Es gibt jedoch auch Studien, die darauf hindeuten, dass ein Ungleichgewicht in der Population temperierter Bakteriophagen mit verschiedenen Krankheiten, z. B. entzündlichen Darmerkrankungen, in Verbindung stehen.
Viren
- Ein Virus ist ein Mikroorganismus, der aus einem Genom – entweder DNA oder RNA – besteht, das von einer Proteinmembran umgeben ist. Viren können sich nicht vermehren. Stattdessen greift ein Virus eine Wirtszelle an, die es dazu nutzt, um Kopien von sich selbst zu erstellen.
- Viren werden in Virusfamilien klassifiziert, die wiederum in eine größere Anzahl von Virusgattungen und Virusarten unterteilt werden. Ein bekanntereres Beispiel für eine Virusfamilie ist das Coronavirus, zu dem die Viren Covid-19, MERS, SARS und mehrere Erkältungsviren gehören.
