Jeffrey Gordon

Vater des Mikrobioms

Der Wissenschaftler

Jeffrey Gordon leitet das Institut Genomwissenschaft und Systembiologie in Washington. Er gilt als der Vater des Mikrobioms und liefert mit seinem Team seit mehr als zwei Jahrzehnten wichtige Forschungsergebnisse und Erkenntnisse bezüglich des menschlichen Mikrobioms und seiner Auswirkung auf die Gesundheit des Menschen.

Insbesondere war Jeffrey Gordons Team daran interessiert, die Rolle des Mikrobioms in der menschlichen Ernährung zu studieren, beginnend mit den entgegengesetzten Extremen des Ernährungsstatus – Fettleibigkeit und Unterernährung.

Beginn der Mikrobiom-Forschung

Zu Beginn seiner Studien untersuchte Jeffrey Gordon die faszinierende Regenerationsfähigkeit des Darms. Die meisten innenliegenden Zellen des Darms erneuern sich alle zwei Wochen. Die besondere Schwierigkeit der Erneuerung liegt darin, dass sich die Zellen und deren Aufgaben in den einzelnen Darmabschnitten unterscheiden. Wie also wandern neue Stammzellen an die richtige Stelle? Woher wissen sie, was ihre zukünftige Aufgabe ist und ab wann sie diese ausführen müssen?

Jeffrey Gordon untersuchte dies, indem er bestimmte Zellen von Mäusen manipulierte, so dass sie langsamer als vorgesehen an ihren Zielort wanderten. Es stellte sich heraus, dass die Zellen dennoch zum exakt richtigen Zeitpunkt zu arbeiten begannen. Ein interner Timer kann also nicht die Ursache sein, sonst hätten die Zellen zu früh ihre Arbeit aufgenommen. Die Suche nach dem Trigger, der die Zellen steuert, führte Jeffrey Gordon zum Mikrobiom, welches er seither erforscht.

Erste Erkenntnisse

Für seine Experimente verwendet er Gnotobioten – keimfrei und isoliert aufgezogene Mäuse ohne eigenes Mikrobiom. Die ersten interessanten Erkenntnisse entstanden bereits beim Vergleich dieser speziellen Mäuse mit normalen Mäusen. Gordons Team fand heraus, dass die Mikroben den Darm steuern, so dass er komplexe Kohlenhydrate bildet und diese den Mikroben zur Verfügung stellt. Dieser Prozess beginnt am Ende des Dünndarms und steigert sich im Lauf der weiteren Verdauung. Er fand sowohl in Gnotobioten als auch in normal aufgezogenen Mäusen statt. Doch bei den Gnotobioten stoppte die Produktion, sobald die jungen Mäuse von der Mutter entwöhnt waren. Übertrug man aber das Mikrobiom der normalen Mäuse auf die Gnotobioten, setzte dies den Prozess wieder in Gang. Diese Erkenntnis lieferte den ersten Beweis, dass das Mikrobiom den Darm direkt beeinflusst.

Die folgenden Untersuchungen beschränkten sich auf einzelne Bakterientypen. Bacteroides Thetaiotaomicron bewohnt auch den menschlichen Darm. Es verarbeitet dort komplexe Zuckermoleküle, für deren Aufspaltung dem Darm selbst die nötigen Enzyme fehlen. Bereits die Zufuhr dieses einzelnen Bakterientyps brachte den bei den Gnotobioten gestoppten Produktionsprozess wieder zum Laufen. Diese Experimente zeigten auf, dass Darm und Mikroben in Symbiose leben. Jeder Partner produziert Zuckermoleküle, die der andere aufnehmen kann.

Anschließend untersuchte Jeffrey Gordon die Gene von Bacteroides Thetaiotaomicron, was zu dieser Zeit noch zwei Jahre in Anspruch nahm. Nach der Entschlüsselung konnte die Kommunikation zwischen Darm und Mikroben auf molekularer Ebene untersucht werden. Gnotobioten wurden mit Kombinationen aus verschiedenen Bakterientypen besiedelt. Diese Modellgemeinschaften gaben Antworten auf grundlegende Fragen, z.B. wie sich Mikroben in verschiedenen Regionen des Darms zusammensetzen, wie sie zusammenarbeiten und konkurrieren, wie unterschiedliche Diäten ihr Verhalten beeinflussen und wie das Mikrobiom den Wirt selbst beeinflusst.

Inspiration

Die Studien von Jeffrey Gordon inspirierten viele weitere Wissenschaftler, sich mit dem Mikrobiom zu befassen. Dank diesem neuen Forschungszweig ist mittlerweile bewiesen, dass das Mikrobiom für den Menschen enorm wichtig ist. So wichtig, dass man es mittlerweile sogar als neu entdecktes Organ bezeichnet. Denn Jeffrey Gordons Arbeit zeigte, dass das Mikrobiom spezifische und lebenswichtige Funktionen im menschlichen Körper erfüllt, genau wie die bisher bekannten Organe.