Bakteriophagen und das Darmmikrobiom

Bakteriophagen gehören zu den faszinierendsten Bestandteilen des menschlichen Mikrobioms. Obwohl sie überall um uns herum vorkommen, wissen viele Menschen kaum etwas über sie.

Dabei spielen Bakteriophagen wahrscheinlich eine zentrale Rolle in mikrobiellen Ökosystemen¹.

Aber was genau sind Bakteriophagen? Und warum interessieren sich moderne Mikrobiomforscher zunehmend für diese winzigen biologischen Strukturen?

Was sind Bakteriophagen?

Bakteriophagen, oft einfach Phagen genannt, sind Viren, die gezielt Bakterien infizieren².

Der Begriff setzt sich zusammen aus:

• Bakterium
• „phagein“, dem griechischen Wort für „fressen“

Phagen können sich an bestimmte Bakterien anheften und ihr Erbmaterial in die Bakterienzelle injizieren.

Besonders faszinierend:

Bakteriophagen gelten als die häufigsten biologischen Einheiten unseres Planeten³.

Wissenschaftler schätzen, dass weltweit mehr als 10³¹ Phagen existieren.

Sie kommen überall dort vor, wo Bakterien leben:

• im Darm
• im Boden
• in Ozeanen
• in Lebensmitteln
• im Abwasser
• auf der Haut

Das Darm-Phageom

Das menschliche Darmmikrobiom besteht nicht nur aus Bakterien.

Es umfasst auch:

• Pilze
• Viren
• Archaeen
• Bakteriophagen

Die Gesamtheit der Phagen im Darmmikrobiom wird als Phageom bezeichnet⁴ – selbst Teil des größeren Darm-Viroms.

Die moderne Forschung zeigt zunehmend, dass Phagen die Zusammensetzung und Dynamik bakterieller Gemeinschaften beeinflussen könnten⁵.

Damit könnten sie eine wichtige Rolle spielen für:

• mikrobielle Stabilität
• bakterielle Diversität
• Resistenzentwicklung
• mikrobielle Kommunikation

Warum interessieren sich Forscher für Bakteriophagen?

Phagen sind hochspezifisch.

Viele Phagen können nur bestimmte Bakteriengruppen oder sogar einzelne Bakterienstämme infizieren⁶.

Genau deshalb gelten sie für die moderne Mikrobiomforschung und zukünftige mikrobiologische Anwendungen als hochinteressant.

Intensiv erforscht werden derzeit unter anderem:

• Phagen und Antibiotikaresistenzen
• Phagen im Darmmikrobiom
• Phagen in Umwelt und Abwasser
• Phagen als potenzielle biologische Werkzeuge
• Phagen und bakterielle Ökosysteme

Die Forschung in diesem Feld entwickelt sich extrem schnell.

Bakteriophagen und Antibiotikaresistenzen

Antibiotikaresistenzen gelten heute als eine der größten globalen Gesundheitsherausforderungen⁷.

Gleichzeitig untersuchen Wissenschaftler zunehmend, welche Rolle Phagen in sogenannten Resistomen spielen könnten.

Besonders interessant:

Phagen können mitunter genetisches Material zwischen Bakterien übertragen⁸.

Damit könnten sie zu mikrobiellen Evolutionsprozessen beitragen.

Die moderne Metagenomik untersucht deshalb intensiv die Zusammenhänge zwischen:

• Bakteriophagen
• Resistenzgenen
• mikrobiellen Gemeinschaften
• Umweltmikrobiologie

Phagen in Umwelt und Abwasser

Bakteriophagen kommen in extrem hoher Zahl in Abwassersystemen vor⁹.

Auch deshalb werden sie in der modernen Umweltmikrobiologie immer wichtiger.

Abwasser enthält hochkomplexe mikrobielle Gemeinschaften aus:

• Bakterien
• Viren
• Pilzen
• Resistenzgenen
• mobilen genetischen Elementen

Die Forschung deutet darauf hin, dass Phagen in solchen Systemen die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften beeinflussen könnten¹⁰.

Auch das ist eines der Themen unserer Forschung bei Bactera.

Unsere Forschung bei Bactera

Bei Bactera beschäftigen wir uns intensiv mit moderner Shotgun-Metagenomik und der Erforschung mikrobieller Ökosysteme.

Ein besonderer Fokus unserer Arbeit liegt auf:

• Bakteriophagen
• Resistenzgenen
• Umweltmikrobiologie
• Abwasser-Mikrobiomen
• mikrobieller Diversität

Im Rahmen unserer Forschung analysieren wir Sequenzierungsdaten aus Umwelt- und Abwasserproben, um bakterielle und virale Gemeinschaften besser zu verstehen.

Unser Ziel ist es, mit moderner Shotgun-Sequenzierung und Bioinformatik tiefere Einblicke in hochkomplexe mikrobielle Ökosysteme zu gewinnen.

Mehr über unsere Forschung erfährst du auf Bactera Research

Phagen und die Zukunft der Mikrobiomforschung

Die moderne Mikrobiomwissenschaft entwickelt sich zunehmend von reiner „Bakterienforschung“ hin zur Analyse vollständiger mikrobieller Netzwerke.

Dazu gehören heute:

• Pilze
• Viren
• Phagen
• Resistenzgene
• funktionelle mikrobielle Interaktionen

Viele Wissenschaftler gehen davon aus, dass Phagen in der Mikrobiomforschung künftig eine immer wichtigere Rolle spielen werden¹³.

Besonders spannend ist die Frage, wie Phagen bakterielle Gemeinschaften regulieren und beeinflussen könnten.

Fazit

Bakteriophagen gehören zu den häufigsten biologischen Einheiten der Erde und spielen wahrscheinlich eine zentrale Rolle in mikrobiellen Ökosystemen.

Die moderne Forschung untersucht intensiv, wie Phagen mit Bakterien, Resistenzgenen und mikrobiellen Netzwerken interagieren.

Dank moderner Shotgun-Sequenzierungstechnologien lassen sich virale Bestandteile des Mikrobioms heute weit umfassender analysieren als noch vor wenigen Jahren.

Genau deshalb entwickelt sich die Phagenforschung derzeit zu einem der spannendsten Bereiche der modernen Mikrobiomwissenschaft.

Wissenschaftliche Quellen

1. Sutton TDS, Hill C. Gut bacteriophage communities in human health and disease. Viruses. 2021.
2. Bacteriophage overview and biology.
3. Clokie MRJ, Millard AD, Letarov AV et al. Phages in nature. Bacteriophage. 2021.
4. The human gut phageome and microbiome interactions. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2021.
5. Shkoporov AN, Hill C. Bacteriophages of the human gut. Cell Host & Microbe. 2021.
6. Hsu BB, Gibson TE, Yeliseyev V et al. Dynamic modulation of the gut microbiota by bacteriophages. Cell Host & Microbe. 2022.
7. World Health Organization. Antimicrobial resistance global report. 2023.
8. Exploring the contribution of bacteriophages to antibiotic resistance. Environmental Pollution. 2021.
9. Bacteriophages in sewage abundance roles and applications. 2022.
10. Bacteriophages in biological wastewater treatment systems. Frontiers in Microbiology. 2021.
11. Quince C, Walker AW, Simpson JT et al. Shotgun metagenomics from sampling to analysis. Nature Biotechnology. 2021.
12. PhaBOX and modern phage metagenomics approaches. 2023.
13. Sustainable diversity of phage bacteria systems. 2023.