Man sagt uns, dass die Wissenschaft eine Beerdigung nach der anderen voranschreitet 1, aber manchmal schreitet sie durch Auferstehungen voran.
Der französische Chemiker Antoine Béchamp (1816–1908) war ein lebenslanger Rivale des großen Mikrobiologen Louis Pasteur. Pasteur erfand die Pasteurisierung und Impfung gegen Tollwut und Milzbrand und entdeckte, dass viele Krankheiten durch unsichtbare Keime verursacht werden. Béchamp war ein bitterer Trottel, der argumentierte, dass Mikroben gefährlich würden, wenn sich die Gesundheit des Wirtes - sein „Terrain“oder seine Umwelt - verschlechterte. Béchamp irrte umfassend: Pasteurs Keimtheorie der Krankheit, die beschreibt, wie Krankheiten durch bakterielle Infektionen (sowie durch Viren, die in unsere Zellen eindringen) oder durch Genetik, Altern und Unfälle verursacht werden, wird durch die Evolutionstheorie und all das gestützt Beobachtungen der modernen Medizin. Heute wird Béchamp nur von Anti-Vaxxern und Schülern der Alternativmedizin angerufen, die glauben, dass Lebensmittel Medizin sind.
Jason Pontin (@jason_pontin) ist ein Ideengeber für WIRED. Zuvor war er Chefredakteur und Herausgeber von MIT Technology Review. Davor war er Herausgeber von Red Herring. Jetzt ist er Senior Partner bei Flagship Pioneering, einem Unternehmen in Boston, das Unternehmen finanziert, die Probleme in den Bereichen Gesundheit, Ernährung und Nachhaltigkeit lösen. Pontin schreibt weder über die Portfoliounternehmen von Flagship noch über deren Wettbewerber.
Béchamp hat sich umfassend geirrt, aber nicht absolut. Seine Vorstellung, dass Mikroorganismen für eine gute Gesundheit notwendig sind und nützliche Mikrobiota unter den falschen Bedingungen oder am falschen Ort pathogen sind, ist heute die Standardauffassung von Forschern, die sich mit der Mikrobiologie von Tieren und Pflanzen befassen. Eine neue Wissenschaft des Mikrobioms - das sind einfach die Mikroorganismen in einer Umgebung - betont, dass sich alle Pflanzen und Tiere auf der Erde in Kombination mit Mikroorganismen entwickelt haben, und fragt, wie Mikrobiota mit ihren Wirten interagieren. In den letzten 17 Jahren haben wir gelernt, dass unzählige Funktionen in Lebewesen, von der Nahrungsverdauung über die Regulierung des Immunsystems bis hin zum Keimen von Samen, auf Mikroorganismen beruhen. Noch in jüngerer Zeit hat die Mikrobiomforschung riesige Summen an Risikokapital angezogen, um Unternehmen zu finanzieren, die bisher schwer zu behandelnde Krankheiten behandeln oder die landwirtschaftlichen Erträge ansteigen lassen. (Offenlegung: Flagship Pioneering, wo ich Partner bin, hat mehrere Mikrobiom-Unternehmen in den Bereichen Therapeutika und Landwirtschaft gegründet.)
Was hat sich geändert? Laut Justin Sonnenburg, Professor für Mikrobiologie an der Stanford University und Autor von The Good Gut, ist unsere neue Betonung der funktionalen Bedeutung des Mikrobioms das Produkt von drei Ereignissen. Zunächst beobachteten Wissenschaftler ab 2001, dass Mäuse mit unterschiedlichen Mikrobiota unterschiedliche Biologien aufwiesen, was darauf hindeutete, dass ansässige Bakterien die Genexpression des Wirts modulieren könnten. Zweitens konnten die Forscher 2006 nachweisen, dass Darmmikroben Veränderungen des Phänotyps eines Wirts hervorrufen können, z. B. Fettleibigkeit. Schließlich wurden Gensequenzierungstechnologien, die für das Humangenomprojekt entwickelt wurden, in internationalen Projekten wie dem Human Microbiome Project auf Mikroben übertragen, um Wissenschaftler von den Beschränkungen der Bakterienkultur zu befreien und aufzudecken, wie sich mikrobielle Gene in ihren Wirten ausdrückten. "Die Leute erkannten, dass [das Mikrobiom] in der Biologie keine skurrile, schöne Sache war, sondern funktionell entscheidend", sagt Sonnenburg.
Die Mikrobiomforschung ist eine Revolution in der Art und Weise, wie Menschen die Biologie verstehen und kontrollieren. Pasteurs Krankheitstheorie vererbte der Medizin eine Metapher dafür, dass Keime ständig Tiere belagerten (Schlachten in Kriegen, die letztendlich verloren gingen, als Bakterien eine Leiche überholten und sie zerfielen). Die Metapher war nicht die Schuld des Mikrobiologen; Pasteur wusste, dass wir ohne Mikroorganismen nicht gesund wären. Aber wie Ed Young in seinem wundervollen Buch von 2016 erklärt, enthalte ich eine Vielzahl von Dingen: Die Mikroben in uns und eine großartige Sicht des Lebens. „Mikroben… wurden als Avatare des Todes besetzt. Es waren Keime, Krankheitserreger, Pestizidbringer … [Wissenschaftler] entdeckten die Bakterien, die hinter Lepra, Gonorrhö, Typhus, Tuberkulose, Cholera, Diphtherie und Pest stecken. Die Bakteriologie wurde zu einer angewandten Wissenschaft, die Mikroben untersuchte, um sie abzuwehren oder zu zerstören. “
Aber Sterilität ist in der Natur unmöglich. Mikroben bedecken alles und dringen überall ein. Am Grund des kalten Meeres und in den Quellen kochender heißer Quellen gedeihen Mikroorganismen. Bakterien können sogar in radioaktiven Abfällen überleben. Ein bis zehn Prozent der Masse und die Hälfte der Zellen in Tieren sind Mikrobiota. Sterilität ist auch unerwünscht. Symbionten bieten tiereigene metabolische Fähigkeiten wie die Vitamin-B-Synthese bei Termiten und die Verdauung von Gras bei Kühen und modulieren zelluläre Signalnetze, die die für die Tiergesundheit erforderlichen Funktionen regulieren, Nährstoffe zurückgeben und schützen. Viele Pflanzen sind gleichermaßen von Mikroben abhängig: Erbsen, Klee, Soja und Bohnen haben Knollen an ihren Wurzeln, die Bakterien beherbergen und Stickstoff aus der Luft in der Pflanze binden. Gegen Bezahlung füttern die Pflanzen ihre Freunde mit Zucker.
Sie auch: Ihre Zellen haben etwa 20.000 bis 25.000 Gene, aber Ihr Mikrobiom verfügt über 500-mal mehr. Mehr als 98 Prozent Ihrer Bakterien befinden sich in Ihrem Dickdarm. Aber andere Körperteile haben ihre eigenen Kolonien, in denen sich Mikroben entwickelt haben, um auf den öligen Ebenen Ihres Gesichts, in den feuchten Sümpfen Ihrer Achselhöhlen oder auf den glatten Felsen Ihres Mundes zu überleben. Ihre Mikrobiota sind größtenteils harmlos, aber viele sind auch für Sie funktional wichtig. Sie verdrängen schädlichere Mikroben, bringen Ihrem Immunsystem bei, Feinde zu erkennen, und beeinflussen Verhaltensweisen wie Ihren Appetit. Ein Drittel der Muttermilch besteht aus Zuckern, die als Oligosaccharide bezeichnet werden, aber Babys können sie nicht verdauen. Die Zucker sind Nahrung für Mikroben, die Säuglinge mit essentiellen Nährstoffen versorgen, die ihr Gehirn anbauen, und mit Proteinen, die ihren Darm versiegeln.
Mikrobiologen fordern uns oft auf, das Mikrobiom als Organ zu betrachten, und das ist es auch. Aber die Wahrheit ist seltsamer: Tiere und Pflanzen sind multiorganisierte Wesen, die sich sowohl aus tierischen oder pflanzlichen Zellen als auch aus mikrobiellen Zellen zusammensetzen. Wir können Tiere und Pflanzen nur verstehen, wenn wir verstehen, wie sie mit den Gemeinschaften von Mikroorganismen interagieren, die in und auf ihren Oberflächen leben. Aber diese Einsicht war ursprünglich die von Béchamp; Er verstand, dass das, was wir jetzt „Dysbiose“nennen, nur ein Ungleichgewicht oder eine Fehlanpassung des Mikrobioms ist. Er war der erste, der vorschlug, dass einige Krebsarten durch Bakterien verursacht wurden. Es hätte ihn nicht überrascht zu erfahren, dass ein Überwachsen der Bakterien im Dünndarm zu einer schlechten Aufnahme von Nährstoffen führt, die wiederum unangenehme oder schwerwiegende Symptome hervorrufen, oder dass Störungen des Mikrobioms der Vagina das Risiko einer HIV-Infektion erhöhen können. In der Mikrobiologie ist die Idee des Geländes heute leise wieder lebendig. Janelle Ayres, Professorin für Immunbiologie am Salk Institute, versucht, antimikrobielle Mittel wie Impfstoffe, Virostatika und Antibiotika, die zur Bekämpfung von Infektionen eingesetzt werden, durch die nützlichen Mikroben in unserem Darm zu ersetzen.
Diese Art der wissenschaftlichen Auferstehung geschieht von Zeit zu Zeit in einer Komplikation von Thomas Kuhns episodischem Modell des wissenschaftlichen Fortschritts (das besagt, dass Fortschritte in der Wissenschaft als „Paradigmen“gestürzt werden, wenn sie die Welt nicht mehr erklären). Der französische Naturforscher Jean-Baptiste Lamarck aus dem 18. Jahrhundert glaubte, dass im Leben erworbene Eigenschaften von nachfolgenden Generationen vererbt werden könnten, und stellte sich vor, dass der lange Hals der Giraffe das Ergebnis von Generationen erstaunlicher Dehnung war. Die Entdeckung der DNA-Struktur begrub den Lamarkismus, außer in der Sowjetunion, wo es sich um ein stalinistisches Dogma handelte. In den letzten fünfzehn Jahren hat ein neues Feld namens Epigenetik gezeigt, dass Methylierung, eine chemische Modifikation der durch die Umwelt induzierten DNA, unsere Gene verändern kann: ein bemerkenswertes Echo von Lamarks ursprünglicher These.
Sonnenburg warnt: „Viele würden sagen, wir verstehen die [Mikrobiom-] Funktionen noch immer nicht wirklich, aber wir verstehen ihre Bedeutung.“Gemeinsam mit vielen Wissenschaftlern möchte er einige Dinge wissen. Was ist überhaupt ein gesundes Mikrobiom? „Der Mensch entwickelte sich mit einem Mikrobiom seiner Vorfahren, das während der Industrialisierung verloren ging. Könnte das westliche Mikrobiom eine dysbiotische Gemeinschaft sein, die Westler für chronische Krankheiten prädisponiert? “Zweitens, wie schnell können Forscher das Mikrobiom für die präzise Gesundheitsversorgung entwickeln? "Es ist individuell, es ist mit dem größten Teil unserer Biologie verbunden und es ist formbar: Es scheint perfekt zu sein." Schließlich fragt sich Sonnenburg, ob wir unser angestammtes Mikrobiom überhaupt wieder aufbauen wollen. Stattdessen, so vermutet er, könnten wir unsere Mikrobiome für verschiedene Ziele zu verschiedenen Zeitpunkten im Leben optimieren. "Ein Marathonläufer möchte vielleicht etwas anderes als eine schwangere Frau, und eine Patientin, die eine Immuntherapie benötigt, möchte vielleicht etwas anderes."
Mit anderen Worten, können Menschen ein besseres Terrain für ihre Symbionten kultivieren? Also, es scheint nicht unplausibel. "Nichts ist die Beute des Todes, alles ist die Beute des Lebens", sagte Béchamp.
1 Die eigentliche Maxime des deutschen Physikers, Max Planck, ist weniger kernig: „Eine neue wissenschaftliche Wahrheit triumphiert nicht, indem sie ihre Gegner überzeugt und sie das Licht erblicken lässt, sondern weil ihre Gegner schließlich sterben und eine neue Generation heranwächst, die mit ihr vertraut ist."
