v1.0 . Untertitelung: BR 2024 Ein Gebirgssee in den Alpen. Forscher fahnden nach Leben. Sie finden: Bakterien. Ein Getreidefeld bei Kiel. Der Weizen lebt nicht allein, bildet eine Lebensgemeinschaft, mit Bakterien. Bakterien wachsen auf Wurzeln, auf Blättern von Weizen und spielen eine unglaublich wichtige Rolle für die Gesundheit der Pflanze. Sogar der Mensch ist abhängig von ihnen. Mittlerweile haben wir verstanden, dass jeder Prozess im Körper von Bakterien beeinflusst werden kann. Somit können sie mitentscheiden, ob wir gesund oder krank sind. Alles höhere Leben ist nur möglich in Gemeinschaft mit Bakterien, ob Pflanze, Mensch oder Tier. Diese symbiotische Gemeinschaft ist in der Evolution in Millionen von Jahren gemeinsam entstanden. Und wenn man so was entdeckt, dann muss das wichtig sein. Es gibt einen Grund, warum das so lange gemeinsam ist. Da sind wir dran, daran zu arbeiten. Der Biologe Ruben Sommaruga mit seinem Team auf einer besonderen Expedition. Das Ziel: ein Gebirgssee in den Alpen bei Innsbruck. Es ist Juni, Frühsommer, aber kalt und nass. Gegen Mittag erreichen sie ihre Forschungsstation auf 2400 m Höhe. Hier sind sie auch eingerichtet für längere Forschungsaufenthalte, mit Küche, Bad und Übernachtungsmöglichkeiten. Gleich nebenan: der Gossenköllesee. Die Suche gilt Bakterien, ganz besonderen. Das haben sie selbst vor zwei Jahren herausgefunden. Heute ist unsere Herausforderung, Wasserproben zu entnehmen, um zu schauen, ob wir die Bakterien noch mal finden. Und zusätzlich werden wir auch einige physikalische und chemische Parameter im Wasser direkt messen. Bakterien, sie leben an den unwirtlichsten Plätzen. Etwa in Wolken. In dünner Luft legen sie große Entfernungen zurück. In der Tiefsee. In heißen Quellen am Meeresgrund trotzen sie Temperaturen von über 100°. Außerirdisches Leben? Wenn, dann werden es wohl Bakterien sein. Sie können tief unten in einem Planeten genauso leben wie in einer Atmosphäre ohne Sauerstoff. Und sie leben mit anderen, höheren Lebewesen zusammen. Etwa mit Weizen. Wie, das untersuchen Kieler Forscher. Weizen ist eine Lebensgemeinschaft. Und was wir als Forscher gerne herausfinden wollen, ist: Welche Bakterien existieren auf dem Weizen? Und was machen die da? Wovon profitieren sie mit der Lebensweise von der Pflanze? Und wie profitiert die Pflanze von dieser Lebensgemeinschaft? Der Weizen hat einen Todfeind: Einen Pilz, gegen den bislang nur die herkömmlichen, chemischen Spritzmittel helfen. Die Forscher haben eine geniale Idee: Vielleicht kann ihm seine Lebensgemeinschaft mit den Bakterien nützen. Bakterien als Pflanzenschutzmittel? Die Diagnose der Krankheit im Labor. Der Pilz, hier grün, kriecht in die Spaltöffnungen der Blätter. Er verbreitet sich und tötet die Blattzellen. Das Forscherteam untersucht die Blätter und sammelt Bakterien, die mit dem Weizen zusammenleben. Sie machen einen Test: Die wie Sand aussehenden Einzeller werden zum Kampf auf Leben und Tod gezwungen. Die Arena: eine Glasschale. Der Gegner: der Pilz. Das Ergebnis: In großer Zahl töten die Bakterien den Pilz, wirken, zumindest im Labor, wie ein Immunsystem für den Weizen. Aber sie sind nicht selbstlos. Was haben die Bakterien jetzt davon? Die Pflanze ist ja auch ein Lebensraum für die Bakterien. Die profitieren von den Zuckerstoffen, die durch die Fotosynthese produziert werden. Die nehmen die Bakterien auf, und das erlaubt das Wachstum der Bakterien. Wenn so ein eindringender Pilz da ist, das nimmt ja auch Zuckerstoffe von der Pflanze weg. Das ist eigentlich eine Konkurrenz. Und wir vermuten, dass die Hemmung des Erregers durch die Bakterien wegen solcher Konkurrenz entsteht oder dass man die so erklären kann. Der Plan der Forscher: Die Lebensgemeinschaft des Weizens mit diesen Bakterien stärken. Also so viele Bakterien ins Feld einbringen, dass die Pflanze den Pilz besiegen kann. Gesunder Weizen weltweit, ohne Chemie, dank eines neuen Pflanzenschutzmittels: Mit Bakterien. 12 Uhr mittags in den Innsbrucker Alpen: Die Suche nach den Bakterien im See beginnt. Die Lebensbedingungen ändern sich drastisch mit den Jahreszeiten. Im Winter gefriert der See, und im Wasser ist es fast dunkel. Im Sommer kann er richtig warm werden, und die UV-Strahlung reicht bis zum Grund. Der Klimawandel verschärft diese Gegensätze. Die Bakterien sind angepasst, besser als wir angepasst sind. Also, da sind sehr große Veränderungen im Ökosystem. Und die Organismen müssen sich anpassen, sonst wären sie nicht da. Das, was uns interessiert, ist: Wie schaffen sie das? Welche Anpassungsmechanismen haben sie während der Evolution akquiriert, um hier zu leben? Der See ist für die Forscher wie ein Labor. Er ist ein unberührtes Ökosystem. Keine Eingriffe vom Menschen überdecken die Veränderungen der Natur, etwa durch den Klimawandel. Über das ganze Jahr hinweg nehmen die Forscher Wasserproben. Die zeigen: Mineralsalze sind kaum vorhanden. Zehn Mal weniger als im Innsbrucker Trinkwasser. Auch bietet der See wenig Nährstoffe. Die Bakterien selbst sind Nährstoffe, hier im See etwa für Kleinstlebewesen wie Wimpertierchen. Wir wissen, dass Bakterien wichtig sind in den Nahrungsnetzen. Viele Organismen fressen diese Bakterien und transferieren einfach die Energie und Materie zu einer höheren trophischen Ebene. Und das ist eine ganz wichtige Funktion. Ohne das funktioniert ein Ökosystem nicht. Wenn wir eine Welt ohne Bakterien hätten ... Dann hätten wir keine Umwelt, so wie wir sie kennen. Das ist klar. Ohne Mikroorganismen geht es nicht. Ohne Bakterien wäre sogar niemals höheres Leben entstanden. Und das passierte wohl vor über einer Milliarde Jahre. Es fing an mit zwei Einzellern. Der größere, vielleicht ein Archaebakterium mit ringförmigem Erbgut, nimmt ein kleineres Bakterium auf. Die aufgenommene Zelle verliert ihre Eigenständigkeit, sogar Teile des Erbguts, und stellt Energie her, wird zum Kraftwerk der neuen Wohngemeinschaft. Ein Zellkern mit dem Erbgut entsteht. Schließlich zieht noch ein Cyanobakterium in die WG ein und betreibt Fotosynthese. Fertig ist die erste Pflanzenzelle, gemacht aus Bakterien. Ohne Pflanzen keine Pflanzenfresser, keine Fleischfresser, keine Nahrungskette, keine Menschen. Die Kieler Biologen Thomas Bosch und Alexander Klimovich am Pohlsee bei Kiel. Im See lebt ihr Forschungsobjekt: Ein Tier, das mit Bakterien eine Lebensgemeinschaft pflegt. Die Forscher halten sich die Tiere im Labor, aber heute wollen sie einen Wildfang wagen. Die besten Chancen bieten die Unterseiten der Wasserrosen. Guck mal, Thomas. Eins und zwei ... - Großartig. Das ist super, großartig. Fantastisch. Der Süßwasserpolyp: Musterbeispiel für eine Lebensgemeinschaft aus Tier und Bakterien. Wie leben denn die Polypen mit den Bakterien zusammen? Was haben sie voneinander? Wie halten sie sich über so lange Zeiträume zusammen in dieser Wohngemeinschaft auf? Was ist die Sprache? Was ist der Benefit, den man voneinander hat? Das sind Fragen, die uns interessieren. Jeder Polyp lebt als Wirt in einer Wohngemeinschaft mit bestimmten Bakterien als Untermieter. Das Tier tauscht sich aus mit seinen Bakterien. Sie "sprechen" miteinander. Aber wie? Das haben die Forscher nun herausgefunden: Der Polyp unterhält sich mit den Bakterien über seine Nervenzellen, hier grün. Die erhalten wiederum Post von den hier stäbchenförmigen Bakterien: Botenstoffe. Die Nervenzellen und die hier roten Bakterien unterhalten sich chemisch miteinander. Die Forscher stören diesen Postverkehr oder verändern die Zusammensetzung der Wohngemeinschaft. Der Wirt wird krank. Ein Beispiel: ein Polyp mit gesundem Darm. Der Darm bewegt sich regelmäßig. Ist die Kommunikation gestört, dann auch diese Bewegung. Der Polyp bekommt Verdauungsbeschwerden. Er kann sogar den Mund nicht mehr richtig öffnen. Ein Polyp ganz ohne Bakterien: Er hat viele, aber unbrauchbare Fußansätze, hier orange. Das Tier hat normalerweise nur einen gesunden Fuß, in intakter Wohngemeinschaft. Der Vergleich zu einer Wohngemeinschaft ist nicht ganz falsch. Aber die Hosen haben eigentlich alle an, die in dieser Wohngemeinschaft leben, weil wenn ich die Bakterien wegnehme, geht es der Hydra nicht gut. Und wenn ich die Hydra wegnehme, hat das Bakterium oder die Bakterien keine Wohnung mehr. Also ist es das Faszinierende für uns, herauszufinden, wie sich denn diese WG aufrecht erhält, im Laufe von Millionen von Jahren. Und übrigens auch, wie sie sich auch überhaupt in der Stammesgeschichte entwickelt hat. Noch eine riesige Überraschung: Jeder Polyp unterhält seine ganz spezielle Wohngemeinschaft, lebt mit immer den gleichen bakteriellen Untermietern zusammen. Warum sitzt die zusammen in der Wohnung mit dem Polypen? Als wir das gesehen haben, haben wir gemerkt, dass diese Wohngemeinschaft von Wirt und Bakterien eine ganz stabile ist. Und die Tiere, die Sie bei uns im Labor sehen, die sitzen in Plastikschalen, die haben künstliches Wasser und künstliches Futter. Trotzdem behalten sie ihr gleiches Mikrobiom wie die Tiere, die wir draußen im Pohlsee finden. Fazit: Süßwasserpolypen können alleine nicht leben, sondern nur mit Bakterien zusammen. Diese WG ist keine Besonderheit, sondern der Normalfall. Unser Leben, was wir als tierisches, pflanzliches Leben bezeichnen, wäre ohne Bakterien gar nicht denkbar. Und alle Organismen, so weit wir sie kennen, alle vielzelligen Organismen, sind stabil mit Bakterien assoziiert. Und offensichtlich sind diese Bakterien wichtig für Gesundheit und Abwesenheit von Krankheit. Im Gebirgssee haben die Innsbrucker Biologen ihre Wasserproben genommen. In der Forschungsstation gleich nebenan machen sie sich an die Arbeit. Sie selbst hatten hier ganz besondere Bakterien entdeckt und hoffen, sie wiederzufinden, für weitere Untersuchungen. Und tatsächlich, sie sind fündig geworden. Diese Bakterien haben sich den immer heftigeren Klimawechseln angepasst, gewinnen Energie aus Sonnenlicht auf zwei Arten, können zwischen ihren beiden Kraftwerken hin- und herschalten, je nach Jahreszeit. Bakterien, die zäheste, vielleicht erfolgreichste Lebensform der Erde. Ich denke, das zeigt uns, wie anpassungsfähig diese Mikroorganismen sind und dass diese Mikroben eigentlich die Ersten waren, die die Erde kolonisiert haben, die Cyanobakterien. Und aufgrund dieser Fähigkeit, sich so anzupassen an Umweltveränderungen, werden sie wahrscheinlich die letzten sein, wenn unsere Umwelt oder unsere Erde nicht mehr so, wie wir sie kennen, existiert. Also, sie werden es sicher noch schaffen zu überleben, anders als alle anderen Formen von Leben. In Innsbruck werden die Wissenschaftler die Bakterien weiter untersuchen: Die zäheste Lebensform, die Ur-Lebensform, ohne die bis heute Pflanzen, Tiere und der Mensch nicht leben könnten. Die heimlichen Herrscher der Erde. Mittagspause an der Universität Tübingen. Das Forscherteam von Lisa Maier untersucht Bakterien einer besonderen Lebensgemeinschaft: Die mit dem Menschen. Die Wohngemeinschaft des Menschen mit seinen Bakterien ist so unverwechselbar wie sein Fingerabdruck. Dabei ist der Mensch in seinem eigenen Körper in der Unterzahl. Er hat mehr Bakterien als menschliche Zellen und überall andere. Auf der rechten Hand überwiegend andere als auf der linken. Auf jedem Zahn leben unterschiedliche Bakterien. Die Ernährung des Menschen ist auch ihre Ernährung. Der Darm ist bevölkert von Mikroben aller Art: Viren, Pilze und Bakterien. Die Mikroben im Darm enthalten weit mehr Erbgut als alle menschlichen Zellen zusammen. Zusammen wiegen sie gut 250 g. Mit der verdauten Nahrung werden viele ausgeschieden. Rund ein Drittel des Stuhls sind Bakterien. Die Tübinger Mikrobiologen untersuchen die Darmbakterien. Was sie schon wissen: In einem gesunden Darm leben die meisten Bakterien in guter Gemeinschaft mit dem Menschen, viele sind sogar nützlich. Dieses Bakterium ist ein sehr gutes Beispiel dafür, warum wir Ballaststoffe essen sollten. Ballaststoffe können von unserem Körper selber nicht verdaut werden, aber dieses Bakterium kann die Ballaststoffe zerkleinern, runterbrechen zu kurzkettigen Fettsäuren. Diese kurzkettigen Fettsäuren wiederum beeinflussen dann z.B. unseren Blutzuckerspiegel. Diese Bakterien übernehmen gleich mehrere Aufgaben. Sie spielen eine wichtige Rolle, z.B. als Energielieferant für Zellen aus dem Darmepithel. Sie sind wichtig, um die Barriere der Darmwand aufrechtzuerhalten. Und sie können mit den Zellen des Immunsystems interagieren und das Immunsystem regulieren. Manche helfen nicht so sehr ihrem Wirt, sondern anderen Bakterien: Das Lieblingsbakterium von ganz, ganz vielen Mikrobiologen. Und es hat den Vorteil, dass es für die anderen den Sauerstoff wegfressen kann. Und dadurch entsteht eine Atmosphäre, die einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist. Und die anderen Bakterien, die sauerstoffsensitiv sind, können dann tatsächlich in diesem Darm leben. Daher untersuchen die Forscher die Einzeller unter Plastikplanen, in sauerstofffreier Atmosphäre. Die größte Gefahr für die Darmbakterien droht paradoxerweise vonseiten der Medizin. Die Bakterien werden verschiedenen Medikamenten ausgesetzt. Das Ergebnis: Rund ein Viertel aller Substanzen schaden der Wohngemeinschaft im Darm, auch wenn sie, anders als Antibiotika, gar nicht gegen Bakterien wirken sollen. Und das kann passieren: Die Medikamente gelangen wie das Essen über die Speiseröhre und den Magen in den Darm. Die Wirkstoffe töten wahllos Bakterien, schädliche, gesunde oder nur stille Bewohner. Plätze werden frei. Gefährliche Bakterien, hier rot, können sie einnehmen und machen den Menschen krank. Die Grafik zeigt die Zahl und Art der Untermieter einer Darm-WG, des sog. Darm-Mikrobioms, etwa vor und nach einer Medikamentengabe. Also auch, wie sich die Belegung verändert. Wir können unser Mikrobiom beeinflussen. Durch unsere Ernährung und die Medikamente, die wir einnehmen. Und das kann man ganz eindeutig auch messen. Und jetzt kann man sagen: "Was soll's? Das Mikrobiom hat sich verändert." Wenn man aber den Gedanken hat, dass das Mikrobiom gut oder schlecht auf den Rest des Körpers einwirken kann, ist es wichtig zu wissen, wie wir gut darauf einwirken können. Daher ist gesunde Ernährung so wichtig, v.a. für die Untermieter im Darm. Die haben genauso großen Einfluss auf die Gesundheit des Menschen wie umgekehrt. Die Bakterien essen ja praktisch mit. Auch sie verdauen und sondern Abbauprodukte ab. Das ist, wenn man so will, "Bakterienstuhl". Der gelangt über die Darmwand ins Blut. Der Blutkreislauf ist voll davon. Fast alle kleineren organischen Substanzen im Blut stammen von Bakterien. So gelangen sie in jede Zelle des Menschen und wirken dort gut oder schlecht. Gesunde Ernährung fördert die "guten" Untermieter. Der Dank kommt postwendend über das Blut zurück. Regensburger Forscher untersuchen das Zusammenspiel zwischen Mensch und Bakterien. Aus den Grafiken eines Darm-Mikrobioms lesen die Forscher wie Sherlock Holmes aus einem Fingerabdruck. Ein Beispiel: Nicht nur Ernährung oder Medikamente, auch Rauchen beeinflusst das Mikrobiom. Erste Botschaft: Das Darm-Mikrobiom von Rauchern ist anders als das von Nichtrauchern. Rauchen hat einen Einfluss auf unsere Körpermikroben, nicht nur auf die Zellen des Menschen, sondern auf die Bakterien, die in ihm wohnen. Verändert sich der Zigarettenkonsum, verändert sich auch das Mikrobiom, mit unterschiedlichen Folgen. Wenn die dann aufhören zu rauchen, sieht es plötzlich ganz anders aus wie auf dieser Seite, was zeigt, wie stark diese Veränderungen im Mikrobiom des Darmes sind. Dann gibt es leider bei vielen eine Gewichtszunahme. Und die Frage ist: Wie kommt die denn eigentlich zustande, auch wenn man nicht mehr Gummibärchen isst zur Kompensation? Das liegt ebenfalls an Mikrobiom-Verschiebungen. Und Sie sehen, wie stark sich das unterscheidet bei Rauchern, die Gewicht zunehmen, und bei Rauchern, die nach Rauch-Stopp Gewicht nicht zunehmen. Das Ziel: Die Wirkung möglichst vieler Darmbakterien kennenlernen. Dafür entschlüsseln diese Maschinen das Bakterien-Erbgut. Dann könnten die Forscher nicht nur Gewichtsprobleme von Ex-Rauchern aus den Mustern herauslesen, sondern alle möglichen Gesundheitsrisiken. Ich kann mir sehr gut vorstellen, dass der Patient vielleicht in einigen Jahren zu seinem Hausarzt kommt, und dort werden dann solche Mikrobiom-Untersuchungen sachgerecht durchgeführt. Und mithilfe von Computerprogrammen und künstlicher Intelligenz, KI, können diese Muster dann gut interpretiert werden, um Risiken für Erkrankungen für den Patienten zu erfassen, um dann natürlich auch am besten präventive Maßnahmen den Patienten zu empfehlen. Das können z.B. Ernährungsumstellungen sein oder andere Dinge, dass es gar nicht erst dazu kommt, dass sich eine Krankheit entwickelt. In Zukunft sollen die Darmbakterien nicht nur bei der Diagnose helfen, sondern sogar bei der Therapie. Dazu werden aus dem Stuhl gesunder Menschen Bakterien gefiltert und in Kapseln gefüllt. Diese "guten" Bakterien sollen die Darm-WG von Kranken aufrüsten. Eine "Bakterienpille", gegen alle möglichen Krankheiten, von Depression bis Fettleibigkeit. Da wollen wir hin. Das ist aber jetzt schon klar, dass uns das alle natürlich nicht davon entbindet, eine gesunde Lebensweise anzustreben. Das Ziel kann nicht sein, dass wir alle ständig nur Burger und Sahnetorte essen gehen und versuchen, das durch Darmbakterien zu kompensieren, die wir uns über solche Wege wieder neu zuführen. Lisa Maier und ihr Team genießen öfters süßen Nachtisch. Heute eine Geburtstagstorte. "Die Dosis macht das Gift", das gilt für den Menschen, aber auch für seine Untermieter. Bakterien, sie bestimmen mit, ob ein Mensch gesund oder krank ist. Sie haben höheres Leben hervorgebracht. Dieses Leben wäre auch heute ohne sie nicht denkbar. Sie leben und wirken im Verborgenen, sind unsichtbar und doch so mächtig: Die heimlichen Herrscher der Welt. Die allermeisten tierischen und pflanzlichen Organismen, einschließlich des Menschen, sind stabil besiedelt von einer Vielzahl von Mikroorganismen. Ich sehe hier den Polypen, ich sehe hier die Pflanzen, ich sehe hier andere Tiere, die in diesem See hier drin sitzen. Wir müssen daran denken, dass es da noch eine unsichtbare Welt gibt, die unsichtbare Welt der Mikroben, die diesen Organismus mitprägen. Und sie prägen nicht nur seine Gesundheit und seine Fitness, sie prägen zum Teil auch sein Aussehen, seine Farbe. Die Mikroorganismen haben einen vielfältigen Einfluss darauf, wie der Wirt denn am Ende wirklich funktioniert, aussieht und sich evolutionär auch behauptet. Untertitelung: BR 2024