Die gesamte Körperoberfläche des Menschen einschließlich Verdauungstrakt ist von einer komplexen Mikrobengemeinschaft besiedelt – dem Mikrobiom. Dagegen sind die inneren Organe, das Gehirn und der Blutstrom normalerweise keimfrei. Lassen sich hier Mikroben nachweisen, ist das in der Regel ein Zeichen für eine Infektion. Das sollte eigentlich auch für die Gebärmutter, die Plazenta, das Fruchtwasser und damit natürlich auch das ungeborene Kind gelten. Zwar prägen Säuglinge bereits kurz nach der Geburt ein spezifisches Mikrobiom aus, doch laut anerkannter Lehrmeinung werden diese Bakterien erst nach der Geburt aus der Umwelt aufgenommen.
Dieser Prozess beginnt meist schon beim natürlichen Geburtsvorgang, wenn das Kind mit der Vaginalflora der Mutter in Berührung kommt. Von daher ist es nicht überraschend, dass Kinder, die über einen Kaiserschnitt geboren werden, in der ersten Zeit nach der Geburt andere Bakterien aufweisen als vaginal geborene Kinder. Da das Mikrobiom eine wichtige Rolle bei der Reifung des Immunsystems spielt, wird das veränderte Mikrobiom von Kaiserschnitt-Kindern mit der Prädisposition für verschiedene Krankheiten wie Allergien, die auf ein fehlgesteuertes Immunsystem zurückgehen, in Verbindung gebracht.
Eigentlich unwahrscheinlich
In den letzten Jahren publizierten allerdings verschiedene Forschungsgruppen Daten, die sie als Beweise für ein spezifisches fötales Mikrobiom interpretierten. Zwar scheint es unwahrscheinlich, dass bereits das ungeborene Kind Bakterien ausgesetzt sein könnte: Dazu müssten diese Bakterien nicht nur innerhalb der Gebärmutter überleben, sondern auch in die Fruchtblase eindringen und/oder die Plazenta überwinden können. Letztere dient dem Schutz des Embryos vor schädlichen Substanzen einschließlich Infektionserregern. Sollte sich tatsächlich ein fötales Mikrobiom ausbilden können, müsste es Mechanismen geben, mit denen die Plazenta gesundheitsfördernde von schädlichen Mikroben unterscheiden kann. Für viele Fragestellungen, die beispielsweise die Reifung des menschlichen Immunsystems und die Entstehung von Krankheiten betreffen, hätte die Existenz eines fötalen Mikrobioms weitreichende Folgen.
Deshalb hat nun ein internationales und interdisziplinär ausgerichtetes Team unter der Leitung von Jens Walter vom University College Cork in Irland vier Studien aus den Jahren 2020/21 neu bewertet, die direkt nach einem Mikrobiom im Darm menschlicher Föten gesucht haben. Die Probennahme für derartige Studien ist schwierig; sie kann nur nach einem Schwangerschaftsabbruch oder bei einer Kaiserschnitt-Geburt erfolgen. Drei der Studien (Rackaityte et al., 2020; Mishra et al., 2021; Li et al., 2020) verwendeten Material von Föten, die nach einem Schwangerschaftsabbruch im zweiten Trimester vaginal geboren worden waren. In der vierten Studie (Kennedy et al., 2021) nahmen die Forscher während Kaiserschnitt-Geburten rektale Abstriche bei gesunden und reif geborenen Säuglingen, um das Meconium, den ersten – noch pränatalen – Stuhlgang zu erhalten.
Vorbildliche Methoden
Zwei der Studien wollen aus den fötalen Eingeweiden lebensfähige Mikroben in geringer Dichte isoliert haben: Rackaityte et al. konnten 18 bakterielle Taxa anreichern, unter denen besonders die Gattung Lactobacillus und Vertreter der Micrococcaceae häufig waren. Die Autoren führten verschiedene Kontrollen durch und verwendeten eine Vielzahl, sich ergänzende Methoden wie 16S-rRNA-Genanalysen, quantitative PCR, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Elektronenmikroskopie und Kultivierung, was in der aktuellen Nature-Publikation als vorbildlich bewertet wurde. Mishra et al. fanden sieben Gattungen von Bakterien, darunter ebenfalls Lactobacillus, aber auch potenziell pathogene Bakterien, etwa aus den Gattungen Staphylococcus und Pseudomonas. Beide Studien berichteten zusätzlich von experimentellen Anzeichen dafür, dass die aus dem Darm isolierten Bakterien tatsächlich zur Reifung des kindlichen Immunsystems beigetragen haben.
Li et al. konnten dagegen im fötalen Darm keinerlei Bakterien nachweisen, dafür aber viele mikrobielle Stoffwechselprodukte, die vermutlich aus dem mütterlichen Darm stammen und über den Blutkreislauf in den Fötus gelangt sein könnten. Kennedy et al. führten in ihrer Publikation die bakteriellen Signale aus dem über Abstriche gewonnenen Meconium auf Verunreinigungen durch Hautbakterien zurück. Katherine M. Kennedy ist übrigens auch Erstautorin der Nature-Veröffentlichung, in der die 46 Autoren aus Reproduktionsbiologie, Mikrobiom-Forschung und Immunologie zum Schluss kommen, dass sich aus den Ergebnissen der vier untersuchten Publikationen kein fötales Mikrobiom ableiten lässt. Stattdessen sei davon auszugehen, dass es sich bei den nachgewiesenen Bakterien um Kontaminationen handele.
Das Problem der kleinen Biomasse
Kontaminationen können prinzipiell bei jedem Arbeitsschritt entstehen, entweder bereits bei der Probennahme oder später im Labor bei der Probenanalyse. Einige der gefundenen Bakterien wie Lactobacillus sind Bestandteil der mütterlichen Vaginalflora, andere Bakterien wie Micrococcus sind typische Luftkeime, die sich auch häufig in Labor-Testkits wiederfinden. Auch der Nachweis von potenziell pathogenen Bakterien wie Staphylococcus-Vertretern deutet eher auf eine Kontamination hin. In einem fötalen Mikrobiom sollte man stattdessen bei allen Föten unabhängig von der Probennahme die gleichen oder zumindest ähnliche Darmmikroben finden.
Thomas Rattei, der die Forschungsabteilung für computergestützte Systembiologie am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft der Universität Wien leitet und für die Nature-Publikation die Aussagen zur Datenanalyse der vier Originalpublikationen evaluiert hat, kommt deshalb zum Schluss: „Fehlende Kontrollen schränken die Aussagekraft der Studien erheblich ein.“ Die Gefahr von Kontaminationen sei besonders groß bei Proben, in denen sehr wenige Mikroben erwartet werden können, erläutert der Wiener Bioinformatiker in der Pressemitteilung zur Publikation: „Die spezielle Problematik bei diesen Mikrobiomen besteht in den sehr kleinen Konzentrationen der anwesenden Bakterien. Datenbanken und Methoden der Bioinformatik spielen in solchen Analysen eine besondere Rolle.“
Auf Stoffwechselprodukte konzentrieren
Auch die Frage, wie das fötale Immunsystem reifen kann, ohne dass es in direkten Kontakt mit Mikroben kommt, adressiert die Nature-Publikation. Hierbei könnten Plazenta-gängige mikrobielle Stoffwechselprodukte helfen, auf die sich die Forschung in den nächsten Jahren konzentrieren solle. „Die Frage, wann und wie sich das Mikrobiom des Menschen nach der Geburt entwickelt, hat einen bleibenden Einfluss auf das spätere Leben und die Gesundheit", so Rattei in der Pressemitteilung. „Für ein gutes wissenschaftliches Verständnis müssen Studien in diesem Bereich international vergleichbar durchgeführt werden, und dazu trägt diese Publikation bei.“
Larissa Tetsch
Kennedy K. M. et al. (2023): Questioning the fetal microbiome illustrates pitfalls of low-biomass microbial studies. Nature, 613(7945):639-649
Bild: Pixabay/esudroff
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