Öffentliches Mikrobiom – Unsichtbare Wegbegleiter
Tatort U-Bahnstation: Wenn am 21. Juni jährlich Freiwillige in über 60 Städten mit sterilen Abstrichtupfern unterwegs sind, geht es um eine Spurensicherung der besonderen Art.
Das internationale Forschungsprojekt MetaSUB (Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomes) hat es sich zur Aufgabe gemacht, die mikrobielle Vielfalt in Städten weltweit zu untersuchen. Mithilfe modernster genetischer Analysemethoden arbeitet ein Forschungsteam sukzessive an einer globalen mikrobiellen Kartierung von Großstädten. Das Ziel ist dabei, den „mikrobiellen Fingerabdruck“ einer Stadt besser zu verstehen, neue Mikroorganismen zu entdecken, sie zu beobachten, um dadurch Weichen für die öffentliche Gesundheit von morgen zu legen.
Unterschiedlichste Mikroben prägen das urbane Mikrobiom
Das Grand Central Terminal in New York ist das Paradebeispiel für einen öffentlichen, hochfrequentierten Ort – und damit bestens als Schauplatz für das Forschungsprojekt MetaSUB qualifiziert. An dieser U-Bahnstation existiert eine ganz eigene Welt, die für unser menschliches Auge unsichtbar ist:
Auf Türklinken, an Kontrollgittern, auf Automatendisplays, Treppengeländern und auf dem Boden, überall dort leben Mikroben.
Bakterien, Viren, Pilze oder Einzeller gelangen aus der Umwelt, von Pflanzen, Tieren und Menschen über Kontaktquellen auf den Oberflächen.
Um die gesamtheitliche Untersuchung aller Mikroben, um das Mikrobiom eines ausgewählten Ortes geht es in der besonderen Forschungsaktion, in der Wissenschaftler und wissbegierige Freiwillige zusammenarbeiten.
Aus wissenschaftlicher Neugier. Für die öffentliche Gesundheit.
MetaSUB ist ein Forschungsprojekt, das Dr. Christopher Mason 2015 in New York initiiert hat. Das international gewachsene MetaSUB-Konsortium nimmt mit Unterstützung vieler Freiwilliger Oberflächenproben von städtischen Umgebungen, um sie anschließend im Labor zu analysieren.
Aus einem guten Grund: Die urbane Mikrowelt ist noch weitgehend unerforscht. Dabei spielt sie für die öffentliche Gesundheit eine entscheidende Rolle und beeinflusst darüber hinaus auch die bauliche, klimatische und infrastrukturelle Zukunft einer Stadt.
Mikroben sagen nämlich viel darüber aus, wie eine Stadt funktioniert. Sie spiegeln Umwelt- und Hygienestandards, menschliches Verhalten und sogar die Bauweise einer Stadt wider. Je nach Beschaffenheit können sie harmlos, nützlich oder krankheitserregend sein.
Metagenomik und Bioinformatik bringen Licht ins Dunkle
Über Jahre hinweg hat das MetaSUB-Forschungsteam insgesamt über 4700 Proben systematisch erfasst, aufbereitet und bestimmt. (Stand 2022)
Durch metagenomische Analysen im Labor gelang es den Wissenschaftlern unter anderem, die gesamte DNA aller Mikroorganismen zu extrahieren, mit Hochdurchsatz-Sequenzierern in Stücken zu analysieren und eine DNA-Datenbank anzulegen.
Anschließend wurden die gewonnenen Daten mithilfe bioinformatischer Verfahren weiterverarbeitet. Dabei zerteilte ein spezieller Algorithmus die rund 500 Basen langen DNA-Sequenzen in kleinere Abschnitte von 31 Basen. Diese wurden anschließend mit bekannten Gendatenbanken abgeglichen. Auf diese Weise konnte das Wissenschaftsteam bisher völlig unbekannte Mikroorganismen entdecken, potenzielle Resistenzgene identifizieren und systematische Vergleiche zwischen den Proben anstellen.
Jede Stadt hat ihren eigenen mikrobiellen Fingerabdruck
Die Analysen des MetaSUB-Projekts haben gezeigt, dass jede Stadt durch ihre mikrobielle Zusammensetzung einen einzigartigen Fingerabdruck hat.
Trotz der individuellen mikrobiellen Profile hat sich ein Kern von 31 Mikrobenarten herauskristallisiert, der in 97 % aller untersuchten Städten wiederzufinden ist.
Außerdem konnten die Forscherinnen und Forscher in den circa 4700 Oberflächenproben über 11 000 bisher unbekannte Virenstämme und mehr als 1300 neue Bakterienarten entdecken.
Besonders relevant für die öffentliche Gesundheit: In vielen Proben hat das MetaSUB-Team auch Gene für Antibiotikaresistenzen gefunden. Gleichzeitig deckten sie aber auch auf, dass viele Bakterien absolut unbedenklich oder sogar förderlich für die urbane Gesundheit und die Städteentwicklung sind.
Ein urbanes Mikrobiom ist Lupe und Glaskugel
Die Forschung im Rahmen des MetaSUB-Projekts zeigt, dass ein urbanes Mikrobiom wertvolle Informationen über die Gesundheit, die Struktur und die Weiterentwicklung einer Stadt liefert.
Bestenfalls lassen sich daraus frühzeitig Gesundheitsrisiken wie antibiotikaresistente Keime oder Angriffsflächen für hygienische oder infrastrukturelle Probleme einer urbanen Gemeinschaft erkennen. Im schlimmsten Fall zeigt das Mikrobiom, wo sich Krankheitserreger bereits unbemerkt ausgebreitet haben.
Das Fazit: Die Analyse und die Beobachtung des urbanen Mikrobioms hat das Potenzial, einen entscheidenden Beitrag zu zukünftiger Städteplanung, zur Arzneimittelforschung und zur Früherkennung potenzieller Epidemien zu leisten.
Auch wir liefern das richtige Equipment für Ihren Einsatz: Carl ROTH stattet Sie mit Hilfsmitteln rund um Forschungs- und Laborarbeit aus. Besuchen Sie gerne unseren Onlineshop: www.carlroth.com
Quellen:
https://www.laborjournal.de/rubric/special/special/2022_04_02.php
https://magazin.fh-campuswien.ac.at/artikel/weltweit-in-der-u-bahn-erwischt.html
https://www.scinexx.de/news/biowissen/stadt-mikroben-einzigartig-wie-ein-fingerabdruck
