Poop ist nichts weniger als ein wissenschaftliches Wunder. Es hilft Forschern, die Ernährung von Dinosauriern zu verstehen, die Ausbreitung antiker Krankheiten zu verfolgen und parasitäre Infektionen zu erkennen. Frischer menschlicher Kot bietet auch einen direkten Einblick in unseren Darm und die Milliarden mikroskopisch kleiner Tiere, die dazu beitragen, unsere Nahrung zu verdauen, uns vor Krankheiten zu schützen und sogar unsere Stimmung zu beeinflussen.
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Diese Idee hat Rob Knight, einen der Gründerväter der Darmmikrobiomforschung, veranlasst, 2012 das American Gut Project zu starten. Knight nutzte die Crowdfunding-Plattform FundRazr, um mehr als 9.000 Freiwillige dazu zu bewegen, zunächst Geld zu spenden und anschließend Proben von ihre Kacke durch die Post. Ein Forscherteam untersuchte diese Proben auf bakterielle DNA, um die erste Zählung der rund 40 Billionen Bakterien zu erstellen, die unseren Darm als ihr Zuhause bezeichnen.
Was er lernte, war aufschlussreich. Aber egal wie informativ, aufschlussreich und geradezu cool die Kacke war, es fehlte immer noch etwas: Woher kommen all diese Billionen Bakterien? Es stellt sich heraus, dass wir sie zum größten Teil freiwillig dreimal täglich in den Mund nehmen. "Sie erhalten einen kontinuierlichen Input von Mikroben aus Ihrer Umgebung - Mikroben, die Sie von Lebensmitteln selbst essen", sagt Knight, der das Center for Microbiome Innovation an der Universität von Kalifornien in San Diego leitet.
Eines der Geheimnisse, die durch das American Gut Project ausgelöst wurden, war, warum zwei Personen, die behaupteten, die gleiche Diät zu befolgen, so unterschiedliche Gemeinschaften von Darmmikroben haben könnten. Für die Studie hatten Freiwillige ihre Diäten selbst gemeldet, wobei die überwiegende Mehrheit nach Allesfresserdiäten und weniger als 3 Prozent jeweils als "Vegetarier" oder "Veganer" identifizierten. Als die Forscher die Zahlen ermittelten, fanden sie jedoch keine erkennbaren Zusammenhänge zwischen Darmgemeinschaften und solchen mit scheinbar ähnlichen Diäten.
"Diät-Kategorien waren völlig nutzlos und korrelierten überhaupt nicht mit den Mikrobiom-Gemeinschaften", sagt Knight.
Mit anderen Worten, die Bakterien in der Kacke erzählten eine andere Ernährungsgeschichte als die Menschen, die diese Kacke machten. "Sie können ein Veganer sein, der hauptsächlich Grünkohl isst, oder Sie können ein Veganer sein, der hauptsächlich Pommes frites isst", erklärt Knight. "Das hat ganz andere Konsequenzen für Ihr Mikrobiom." Es scheint, dass jeder behaupten kann, der Paleo-Diät treu geblieben zu sein, aber die Daten deuten darauf hin, dass das Mikrobiom sich an all diese Mitternachtseisüberschreitungen erinnert.
Knight erkannte, dass den Ergebnissen des amerikanischen Gut-Projekts etwas Entscheidendes fehlte: Ein tieferes Eintauchen in das Essen, das wir essen. Diese Lücke zu schließen, würde bedeuten, das gesamte eingehende Essen zu analysieren und zu sehen, wie es mit den Mustern in dem, was herauskommt, korreliert. Aber während das Sammeln von Kacke in gewisser Weise einfach war - jede Person "reicht eine Probe ein" auf die gleiche Weise -, wäre es viel ehrgeiziger, all die vielen Lebensmittel zu zählen, die die Menschen essen.
Jedes Mal, wenn Sie aufnehmen, ändern Sie die innere Landschaft von Ihnen. Da der größte Teil der Bakterien im Mikrobiom im Darm lebt, füttern wir sie auch, wenn wir uns selbst füttern. Die Chemie unseres Essens, sei es Pommes oder Grünkohl, verändert die chemische Landschaft des Darms und macht ihn für einige gemütlicher und für andere weniger gastfreundlich.
Es wird lebendiger. Da sich überall Mikroben befinden - auf dem Tisch, in der Luft, auf der Oberfläche des Muffins, den Sie auf der Theke liegen gelassen haben - fügen Sie der Mischung auch neue Mikroben hinzu. Manche schlendern durch deinen Körper wie höfliche Touristen. Andere bleiben und interagieren mit den Einheimischen. Jeder Biss kann das Mikrobiom und damit die menschliche Gesundheit verändern. Aber Forscher müssen noch herausfinden, wie.
Das liegt daran, dass wir bis jetzt nicht die Plattform hatten, um uns massiv darum zu bemühen, Lebensmittelproben aus der ganzen Welt zu sammeln und zu analysieren. Dank des American Gut Project fangen Knight und sein Team nicht bei Null an. Zunächst planen die Forscher, 1.000 Proben von jedem Ziegel der bekannten Lebensmittelpyramide zu sammeln, und dann werden sie es der Öffentlichkeit öffnen, um alle Lebensmittel einzureichen, auf die sie neugierig sind.
Zusammen mit Knight wird das Lebensmittel-Mikrobiom-Projekt von der Mikrobiologin Rachel Dutton, die Käse als Modellsystem für das Verständnis der mikrobiellen Gemeinschaften und der Fermentation verwendet, und Pieter Dorrestein, der die Chemie der biologischen Wechselwirkungen zwischen Mikroben untersucht, am Center for Microbiome Innovation geleitet . Sie wollen diese Crowd-Sourcing-Initiative noch vor Jahresende starten.
„Wir kennen uns mit der Kalorienzählung und den verschiedenen Lebensmittelgruppen aus, aber die ganze Welt der Moleküle und Mikroben in unseren Lebensmitteln ist eine Black Box“, sagt Julia Gauglitz, Postdoktorandin am Zentrum, die das Projekt leiten wird. Wie das alte Sprichwort sagt: "Wir sind, was wir essen", sagt sie. Und doch, wenn Sie auf die mikroskopische Ebene kommen, "wissen wir sehr wenig darüber, was wir verbrauchen."
Die andere "Black Box", die Forscher untersuchen wollen, ist die chemische Zusammensetzung von Lebensmitteln. Es stellt sich heraus, dass es weit mehr gibt als auf dem Nährwertetikett angegeben: Mit herkömmlichen Techniken können nur Fette, Zucker und Vitamine gemessen werden, „aber das ist nur ein kleiner Bruchteil des Gesamtgewichts von Lebensmitteln“, sagt Dorrestein. Wir könnten neue Antioxidantien, Krebsmedikamente oder sogar blinde Antibiotika übersehen.
Durch die Verwendung von Massenspektrometern - im Grunde genommen ausgefallene Skalen, die genau genug sind, um einzelne Moleküle zu wiegen - kann Dorrestein die chemische Zusammensetzung von Lebensmitteln auf einem nie zuvor erreichten Niveau bestimmen. Während die Lebensmittelproben eintreffen, wartet Gauglitz im Labor. Sie nimmt zum Beispiel einen Müsliriegel, extrahiert das gesamte genetische Material aus den Mikroben, die es besiedeln, und verwendet dann die DNA-Sequenzierung, um die Identität der Tiere herauszufinden.
Sie wird dann einen Bissen dieses Müsliriegels durch das Massenspektrometer laufen lassen, um jedes einzelne Molekül, aus dem es besteht, zu zerreißen. Am Ende bleibt ihr ein sehr detailliertes Müsliriegelrezept. Diese Moleküle bilden die Landschaft, in der Lebensmittelmikroben leben, und beeinflussen wahrscheinlich, wer da ist und was sie tun.
Ich fragte Gauglitz, wie sie die chemische Zusammensetzung der auf dem Müsliriegel lebenden Mikroben von den von den Mikroben hergestellten Chemikalien unterscheiden könne. "Ich würde Ihr Denken ein wenig verändern", sagt Gauglitz mit wachsender philosophischer Stimme. „Was im Müsliriegel enthalten ist, sind auch mikrobielle Metaboliten.“ Anders ausgedrückt, der Müsliriegel sind die Mikroben.
Alles, was wir essen, ist das kumulative Produkt der Chemie und der Mikroben im Boden, in dem es angebaut wurde, in der Fabrik, in der es verarbeitet wurde, und in allem, was Sie unmittelbar vor dem Verzehr berührt haben. Warum ist das so wichtig? Letztendlich hofft das Team, durch die Entmystifizierung der mikrobiellen Muster in unseren Lebensmitteln unsere Ernährungsgewohnheiten verbessern zu können, um unsere Gesundheit zu verbessern und Krankheiten abzuwehren.
Knight zeichnet eine historische Parallele zur Entdeckung essentieller Nährstoffe. Im letzten Jahrhundert stellten Forscher fest, dass industriell verarbeitete Lebensmittel nährstoffarm geworden waren. Durch künstliche Zufuhr von Vitaminen und Mineralstoffen wurden Mangelkrankheiten wie Rachitis und Beriberi in der westlichen Welt weitgehend beseitigt. Ebenso könnte es uns das Verständnis der gesundheitlichen Auswirkungen des Mikrobioms ermöglichen, die fehlenden Mikroben wieder in unsere Mahlzeiten zu integrieren.
"Es ist ziemlich wahrscheinlich, dass unser moderner Lebensstil eine Menge lebender Mikroben entfernt, die wir zur Erhaltung unserer Gesundheit benötigen", sagt Knight. "Ein Verständnis davon zu erlangen könnte genauso wichtig sein wie das Verständnis, dass Vitamin C notwendig ist, und sicherzustellen, dass jeder genug davon hat."
Das Team hat bereits 1.000 Lebensmittel für die Erstuntersuchung ausgewählt, darunter Grundnahrungsmittel wie Brot und Käse. "Wir möchten Rohkostzutaten, Obst und Gemüse aller Art, Fleisch, Snacks und Babynahrung einbeziehen", sagt Gauglitz. Sie wollen aber auch mikrobielle Gemeinschaften in Lebensmitteln vergleichen, die aus biologischem und konventionellem Anbau stammen, und sich eingehender mit Produkten befassen, die auf mikrobieller Fermentation beruhen, wie Kaffee, Schokolade und Wurst.
Das Projekt könnte auch einige der medizinischen Rätsel lösen, die durch die vorherige Mikrobiomforschung aufgeworfen wurden. Zum Beispiel haben einige Tests im American Gut Project jede Stuhlprobe auf Spuren von Antibiotika untersucht. Seltsamerweise hatte fast die Hälfte der Personen, deren Proben nachweisbare Antibiotika enthielten, im vergangenen Jahr angegeben, keine Antibiotika einzunehmen.
Dorrestein glaubt, dass es sich um gebrauchte Antibiotika handelt, die wir aus der Nahrung aufnehmen, Zusatzstoffe oder Reste von Viehfutter. Dies ist besorgniserregend, da ihre Anwesenheit zur Ausbreitung antibiotikaresistenter Bakterien führen könnte. Indem das Team die Chemie jeder Probe auseinander nimmt, kann es herausfinden, ob er Recht hat, und herausfinden, was diese Drogenreste für unseren Darm bewirken könnten.
Die Anerkennung für die Kraft des Mikrobioms wächst, auch dank Initiativen wie dem American Gut Project und Büchern wie Ed Yongs I Contain Multitudes . Es gibt sogar ein aufkeimendes Feld, das dem Mikrobiom der gebauten Umwelt gewidmet ist und wie unsere mikroskopisch kleinen Mitbewohner, die in der Luft und auf unbelebten Objekten leben, mit uns interagieren. Menschen sind in dieser Hinsicht nicht einzigartig. Untersuchungen von Mikrobiomen in Lebewesen von Korallenriffen bis zu Honigbienen zeigen, dass die Gesundheit eines jeden Organismus eng mit den Mikroben verknüpft ist, die ihn zu Hause nennen.
Infolgedessen beginnen Mikroben, ihren Ruf umzukehren. Sie sind nicht länger nur eine Bedrohung in einer keimunverträglichen Kultur. Innerhalb des letzten Jahrzehnts haben „Ernährungswissenschaftler erkannt, wie wichtig es für die Darmgesundheit und die menschliche Gesundheit ist, gesunde Mikroben in unserem Dick- und Dünndarm zu haben“, sagt Helena Pachón, eine leitende Ernährungswissenschaftlerin an der Emory University, die nicht am Lebensmittelmikrobiom-Projekt beteiligt ist.
Pachón weist darauf hin, dass die von Knight genannten historischen Mangelkrankheiten heute von Krankheiten des 21. Jahrhunderts wie Adipositas, Diabetes und Herzerkrankungen übertroffen wurden. "Es gibt einen Begriff namens" Globesity "", sagt Pachón. "Das Potenzial, dass Mikroben damit zu tun haben könnten, ist völlig unerforscht, und es könnte sein, dass sie in hohem Maße miteinander verwandt sind."
Ritter stimmt zu. "Es wäre erstaunlich, einen Weg durch die Nahrung zu finden, um sie genauso zu eliminieren wie diese chronischen Krankheiten vor einem Jahrhundert", sagt er. Dazu "brauchen wir die Hilfe von Tausenden von Menschen, um alles zusammenzubringen."
