DIE WELT DER MIKROBEN

Wir stellen uns die Welt als von den Menschen beherrscht vor. Unsere Spezies hat komplexe Gesellschaften gegründet, durchgeplante Städte gebaut und großartige Gemälde, Musikstücke und Literatur erschaffen. Die Zeugnisse der menschlichen Aktivitäten auf diesem Planeten wie Autobahnen, Dämme und hell erleuchtete Skylines sind sogar vom Weltraum aus sichtbar! Es ist also unbestritten, dass das menschliche Dasein starke Auswirkungen auf die Erde hatte, aber in Relation zu der mehrere Milliarden Jahre umfassenden Erdgeschichte ist der Mensch noch ein ziemlicher Neuling auf diesem Planeten und rein zahlenmäßig eine vernachlässigbare Größe. Wir leben in einer mikrobiellen Welt. Die Erde ist heute wie zu ihren Anfängen dicht besiedelt mit mikroskopisch kleinen Organismen, den Mikroben. Zu den Mikroben gehören Bakterien und Archaeen. Auf Ihrer rechten wie Ihrer linken Hand befinden sich mehr Mikroben als Menschen auf der Erde. Wenn alle Bakterien, die sich auf der Erde tummeln, einen Klumpen formen würden, wäre dessen Biomasse höher als die aller Pflanzen und Tiere zusammengenommen (denken Sie daran, wenn wir später in diesem Buch auf den Krieg der Antibiotika gegen die Mikroben zu sprechen kommen). Laut einer Schätzung gibt es auf der Erde 5 Millionen Billionen Billionen Bakterien (fachsprachlich ausgedrückt 5 Nonillionen, das ist eine 5 gefolgt von 54 Nullen).

Bakterien sind überall, ob in kalten, dunklen Seen 800 Meter unter dem antarktischen Eis oder in hydrothermalen Tiefseespalten, die bis 94 Grad Celsius heiß werden, oder im Knoten in Ihrem Hals, den Sie spüren, wenn Sie an diese Massen von Bakterien denken. Sollten wir jemals außerirdisches Leben entdecken, ist die Chance groß, dass es sich dabei um Mikroben handelt (deshalb besteht eine der Aufgaben der Mars-Rover darin, nach Anzeichen für eine Umgebung zu suchen, die mikrobielles Leben unterstützt). Einzellige Mikroben gibt es schon seit 3,5 Milliarden Jahren, sie sind damit die älteste Lebensform auf unserem Planeten. Menschen sind erst seit rund 200 Jahren fossil belegt. Stellt man sich die Erdgeschichte als einen 24-Stunden Tag vor, wobei die Erde um 0 Uhr entstand, tauchten die ersten Mikroben um 4 Uhr morgens auf, Menschen dagegen erst einige Sekunden vor Mitternacht. Ohne Mikroben gäbe es keine Menschen, aber umgekehrt brauchen sie uns nicht.

Die heutigen Mikroben, so primitive Lebewesen sie auch sein mögen, sind das Produkt einer Milliarden Jahre dauernden Evolution. Auch sie mussten sich also allmählich entwickeln. Bedenkt man, dass die Mikroben wesentlich mehr Vorfahrengenerationen haben als wir (sie reproduzieren sich sozusagen im Stundentakt), kann man wohl behaupten, dass sie besser an die heutige Umgebung angepasst sind als die Menschen. Ein gutes Beispiel hierfür ist Tschernobyl: Innerhalb von 20 Jahren nach der nuklearen Katastrophe breiteten sich im explodierten Reaktorblock sogenannte radiotrophe Pilze aus, deren Stoffwechsel sich von Radioaktivität nährt. Sollte es irgendwann zu einer globalen Umweltkatastrophe auf diesem Planeten kommen, würden sich sehr wahrscheinlich zahlreiche Mikroben schnell an die neue Situation anpassen können und sich wieder vermehren. Der menschliche Körper kann sich nicht so einfach umstellen.

Jedes Neugeborene ist für Mikroben ein noch unbesiedelter Lebensraum, in dem sie sich gerne niederlassen. Da es sie in so großer Zahl gibt und sie über eine bemerkenswerte Fähigkeit verfügen, sich an neue Umgebungen anzupassen, können sie jeden Körper – menschliche und andere – auf dem Planeten besiedeln. Sie finden überall ein Zuhause – auf unserer Haut ebenso wie in den Ohren, im Mund und in allen weiteren Körperöffnungen. Die meisten Mikroben im menschlichen Körper leben im Verdauungssystem. Ursprünglich suchten Mikroben beim Menschen einfach Unterkunft und Nahrung, aber im Laufe unserer Koevolution wurden sie dann zu einem fundamentalen Teil unserer Biologie.

EIN SCHLAUCH, DER MIT BAKTERIEN GEFÜLLT IST

Der menschliche Körper ist im Grunde ein ausgeklügelter Verdauungsschlauch, der mit dem Mund beginnt und dem Anus endet. Wie Mary Roach in ihrem höchst unterhaltsamen Buch Schluck. Auf Entdeckungsreise durch unseren Verdauungstrakt erklärt, sind wir diesbezüglich nicht anders als der Regenwurm. Das Essen gelangt auf der einen Seite des Schlauchs hinein, wird beim Durchgang verdaut und in veränderter Form am anderen Ende wieder ausgeschieden. Bevor es Sie deprimiert, wie „primitiv“ unser Verdauungssystem ist, denken Sie daran, dass der Schlauch mit zwei Öffnungen schon einen großen Fortschritt zu den Vorgängerschläuchen mit nur einer Öffnung darstellt. Süßwasserpolypen (mikroskopisch kleine Tiere, die in Teichen leben) haben lediglich einen Mund. Das heißt, dass aufgenommene Nahrung und Ausscheidungen sich eine Öffnung teilen. Da sind wir mit unserem „Schlauch“ doch ganz gut bedient, oder?

Anders als beim Wurm ist unser Verdauungsschlauch mit einigen Zusätzen ausgestattet, die ihn nähren und schützen sollen. Arme und Hände sind dazu da, dem Schlauch Nahrung zuzuführen. Beine und Füße bringen ihn zu den Nahrungsquellen. Unsere Sinnesorgane und unser höchst komplexes Gehirn sind weitere Ausstattungsmerkmale, um unseren Schlauch zu füttern, ihn vor Schaden zu bewahren und seine Fortpflanzung zu ermöglichen. Neugeborene Schläuche bilden wieder Lebensräume, die mit weiteren Bakterien besiedelt werden.

Auch wenn die Darmmikroben eine enorme Bedeutung für die Verdauung haben, hat das Essen schon den größten Teil unseres Verdauungstrakts passiert, bevor es mit der Hauptmasse dieser Mikroben in Berührung kommt. Was wir verzehren, wird durch die Speiseröhre transportiert und gelangt in eine Flüssigkeit aus Säure und Enzymen, die die Aufgabe hat, das Essen zu verdauen und die Nährstoffe herauszuziehen. Dort wird es etwa drei Stunden in einer säurehaltigen und weitgehend mikrobenfreien Umgebung mechanisch durchgerührt. Dieser halb verdaute Speisebrei wird anschließend allmählich in den Dünndarm abgegeben. Erst dann sieht das Verdauungssystem wirklich wie ein Schlauch aus. Dieser elastische Durchgang ist etwa 5 bis 7 Meter lang und hat einen Durchmesser von 2,5 Zentimetern. Er liegt aufeinandergeschichtet wie ein Haufen Spaghetti in der Mitte Ihres Körpers. Die Dünndarminnenwand ist besetzt mit fingerförmigen Ausstülpungen, den Darmzotten. Sie dienen der Absorption von Nährstoffen, die anschließend in den Blutkreislauf transportiert werden.

Eine mit einem Rasterelektronenmikroskop erstellte Mikrofotografie der Darmzotten im Dünndarm einer Maus. © Justin Sonnenburg, Jaime Dant, Jeffrey Gordon

Die durch den Dünndarm wandernden Nahrungsmittelüberreste werden in von der Bauchspeicheldrüse und der Leber abgesonderten Enzymen eingeweicht. Diese Enzyme unterstützen die Verdauung der von uns verzehrten Proteine, Fette und Kohlenhydrate. Im Dünndarm befinden sich relativ wenige Mikroben, nur etwa 50 Millionen Bakterien pro Teelöffel Darminhalt.

Der letzte Halt bei der etwa 50 Stunden dauernden Reise der Nahrungsbestandteile ist der Dickdarm, wo sie sich nur noch im Schneckentempo fortbewegen. Der etwa 9 Zentimeter weite Dickdarm ist mit seinen 1,5 Metern kürzer als der Dünndarm und innen mit einer Schleimhaut ausgekleidet. Hier nun treffen die Überreste dessen, was wir verzehrt haben, auf die gefräßige Gemeinschaft der Mikroben, die Mikrobiota genannt wird. (Der Dickdarm enthält etwa 10.000-mal mehr Bakterien pro Teelöffel als der Dünndarm.) Darmbakterien leben – und gedeihen – von Resten, vor allem von den pflanzlichen Polysacchariden, gemeinhin auch als Ballaststoffe bezeichnet. Was die Bakterien nicht aufspalten können, zum Beispiel Samen oder die Außenhaut von Maiskörnern, wird im Zeitraum von 24 bis 72 Stunden nach dem Verzehr wieder ausgeschieden. Diese Ausscheidungen enthalten auch viele Bakterien, abgestorbene und noch lebendige, die sozusagen mit dem Strom mitgerissen werden. Geschätzt die Hälfte der Stuhlmasse sind Bakterien, aber sie lassen genug ihrer Brüder und Schwestern zurück, die sicherstellen, dass der Darm weiterhin dicht mit Bakterien besiedelt bleibt. Je nach dem Standard der vorhandenen sanitären Einrichtungen reisen einige der überlebenden Mikroben vielleicht weiter zu einer Wasserquelle, von wo sie ein neues Zuhause im Schlauch eines anderen Menschen finden.

Wie kamen diese Bakterien denn überhaupt in unser Verdauungssystem? Wenn wir an unsere inneren Organe denken, stellen wir uns diese irgendwie als, nun ja, eben „innen“ vor, als seien sie von der Außenwelt abgeschottet. In Wirklichkeit aber hat das Innere unseres Schlauchs nicht weniger Kontakt mit der äußeren Umgebung als zum Beispiel unsere Haut. Das ist bei allen Schläuchen so, sie sind ja an zwei Enden offen. Die Mikroben auf unseren Händen, Lebensmitteln oder auch Haustieren gelangen problemlos in unseren Verdauungsschlauch hinein. Einige verlassen ihn wieder, andere bleiben Jahre oder sogar ein ganzes Leben lang.

Das Dasein einer Darmmikrobe gestaltet sich gar nicht so einfach. Zuerst muss sie mal das Säurebad im Magen überstehen und dann irgendwo Unterschlupf in der dunklen, feuchten Höhle des Darms finden, in dem sich mehr als 1.000 verschiedene Arten tummeln. Der Kampf um die immer wieder neu in den Darm fließende Nahrung ist hart. Das Überleben einer Mikrobe hängt davon ab, ob sie sich genug einverleiben kann, bevor andere ihr alles wegfressen. Wenn mal kein Nachschub kommt, ernähren sich einige Mikroben zwischenzeitlich von der Darmschleimhaut (Mukosa).

Es war schon immer so, dass Darmbakterien ein ungemütliches Leben hatten, aber nie war es härter als...