Neue Erkenntnisse über das Darmbakterium Segatella copri

Das Darmbakterium Segatella copri ist weit verbreitet, aber wenig erforscht. Die Arbeitsgruppe um Prof. Till Strowig am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) wollte wissen, wie es sich an die Umgebung anpasst und auf welche Signale es reagiert.

Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms ist nicht immer gleich. Zwischen verschiedenen Regionen der Erde gibt es deutliche Unterschiede, in der westlichen hochindustrialisierten Welt etwa sind andere Bakterien vorherrschend als in Entwicklungsländern. Andererseits variiert das Darmmikrobiom – hinsichtlich vertretener Bakterienarten und deren Besiedelungsdichte – von Mensch zu Mensch. Trotz dieser Unterschiede gibt es grundlegende Muster der Darmbesiedelung, bei denen jeweils ein bestimmter Leitkeim dominiert. Bei einem dieser drei sogenannten Enterotypen ist Segatella copri der prominenteste Keim. Vor allem in Entwicklungs- und Schwellenländern kommt dieses Darmbakterium sehr häufig vor.

Bekannt ist, dass sich das Bakterium auf den Abbau von Ballaststoffen spezialisiert hat. Unklar ist dagegen, welche Rolle es mit Blick auf die menschliche Gesundheit spielt.

Wenn sich Segatella copri vermehrt und ausbreitet, werden komplexe Stoffwechselvorgänge in Gang gesetzt. Dafür müssen die zuständigen Gene abgelesen werden. Für diese Transkription wird die Erbinformation umgeschrieben, und zwar von DNA (Desoxyribonukleinsäure) in RNA (Ribonukleinsäure).

Welche Gene gerade aktiv sind, erfährt man durch Untersuchung des so genannten Transkriptoms. „Bei der Untersuchung des Transkriptoms von Segatella copri sind wir auf einen winzigen RNA-Schnipsel gestoßen, der offenbar bei der Vermehrung und Ausbreitung des Bakteriums eine essenzielle Rolle spielt“ berichtet Erstautor Dr. Youssef El-Mouali. Das kleine Stückchen RNA – small RNA – ist maßgeblich beteiligt, wenn Segatella copri Neuland besiedelt. Das konnten die Forscher an Mäusen mit definiertem Darmmikrobiom zeigen. Dass „small RNAs“ bei der Regulation zellulärer Prozesse als wichtige Steuerelemente fungieren, ist auch von anderen Lebewesen einschließlich des Menschen bekannt.

Den bei Segatella copri entdeckten RNA-Schnipsel nannten die Forscher SrcF (Segatella RNA colonization factor) und nahmen ihn genauer unter die Lupe. Eine Frage, die sie klären wollten: Wann wird SrcF in den Zellen exprimiert? Die Vermutung liegt nahe, dass die Vermehrung des Bakteriums vom Nahrungsangebot abhängig ist. Bei einem hohen Angebot an Ballaststoffen, aus denen S. copri Energie gewinnt, werden sich die Bakterien ausbreiten und neue Lebensräume erobern. Tatsächlich konnten die Forscher zeigen, dass die Bildung von SrcF durch bestimmte komplexe Kohlenhydrate getriggert wird. Eine hohe Konzentration an Fruktanen – Mehrfachzucker, die vor allem aus Fruchtzucker (Fruktose) bestehen – unterdrückt dagegen die SrcF-Aktivität.

Und noch etwas fanden die Forscher heraus: Die Zusammensetzung des Mikrobioms hat einen Einfluss darauf, ob Segatella copri den Signalweg über SrcF aktiviert. Die vielen unterschiedlichen Bakterienspezies, die im Darm in friedlicher Koexistenz leben und um vorhandene Ressourcen konkurrieren, kommunizieren miteinander. Nur so ist der ausbalancierte Zustand des Mikrobioms zu erklären: Die individuelle Zusammensetzung des Darmmikrobioms ist erstaunlich konstant, und selbst nach vorübergehenden Turbulenzen stellt sich meist die alte Balance innerhalb dieses Ökosystems wieder ein.

„Laut unseren Forschungsergebnissen scheint der Abbau größerer Mengen an Fruktanen die Kommunikation zwischen verschiedenen Darmbakterien zu beeinflussen“, so Till Strowig. „Wir werden weiter in diese Richtung forschen und hoffen, dass man das bessere Verständnis des Darmmikrobioms, zu dem wir beitragen möchten, irgendwann gezielt mit Blick auf die menschliche Gesundheit wird nutzen können.“

Originalpublikation

El Mouali, Y., Tawk, C., Huang, K.D., Amend, L., Lesker, T.R., Ponath, F., Vogel, J., Strowig, T., The RNA landscape of the human commensal Segatella copri reveals a small RNA essential for gut colonization, Cell Host & Microbe (2024). https://doi.org/10.1016/j.chom.2024.09.008

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