Bakteriophagen und das Mikrobiom

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 vermutlich eine zentrale Rolle innerhalb mikrobieller Ökosysteme¹.

Doch 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 spezifisch Bakterien infizieren².

Der Begriff setzt sich zusammen aus:

Bakterium
Phagein, griechisch für „essen“

Phagen können sich an bestimmte Bakterien anheften und ihre genetische Information in die bakterielle Zelle einschleusen.

Besonders spannend:

Bakteriophagen gelten als die häufigsten biologischen Einheiten auf unserem Planeten³.

Schätzungen gehen davon aus, dass weltweit mehr als 10³¹ Phagen existieren.

Sie kommen überall dort vor, wo sich Bakterien befinden:

im Darm
im Boden
im Meer
in Lebensmitteln
im Abwasser
auf der Haut

Das Phageom im Darm

Das menschliche Darmmikrobiom besteht nicht nur aus Bakterien.

Es umfasst auch:

Pilze
Viren
Archaeen
Bakteriophagen

Die Gesamtheit der Phagen innerhalb des Darmmikrobioms wird als Phageom bezeichnet⁴.

Moderne Forschung zeigt zunehmend, dass Phagen die Zusammensetzung und Dynamik bakterieller Gemeinschaften beeinflussen können⁵.

Dadurch könnten sie eine wichtige Rolle bei:

mikrobieller Stabilität
bakterieller Vielfalt
Resistenzentwicklung
mikrobieller Kommunikation

spielen.

Warum interessieren sich Forscher für Bakteriophagen?

Phagen sind hochspezifisch.

Viele Phagen können nur bestimmte bakterielle Gruppen oder einzelne bakterielle Stämme infizieren⁶.

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

Besonders intensiv untersucht werden derzeit:

Phagen und Antibiotikaresistenzen
Phagen innerhalb des Darmmikrobioms
Phagen in Umwelt und Abwasser
Phagen als mögliche biologische Werkzeuge
Phagen und bakterielle Ökosysteme

Die Forschung in diesem Bereich entwickelt sich aktuell extrem schnell.

Bakteriophagen und Antibiotikaresistenzen

Antibiotikaresistenzen gehören heute zu den größten globalen Gesundheitsherausforderungen⁷.

Gleichzeitig untersuchen Wissenschaftler zunehmend, welche Rolle Phagen innerhalb sogenannter Resistome spielen.

Besonders interessant:

Phagen können teilweise genetisches Material zwischen Bakterien übertragen⁸.

Dadurch könnten sie an mikrobiellen Evolutionsprozessen beteiligt sein.

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.

Gerade deshalb gewinnen sie zunehmend Bedeutung innerhalb moderner Umweltmikrobiologie.

Abwasser enthält hochkomplexe mikrobielle Gemeinschaften aus:

Bakterien
Viren
Pilzen
Resistenzgenen
mobilen genetischen Elementen

Die Forschung zeigt, dass Phagen innerhalb solcher Systeme die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften beeinflussen könnten¹⁰.

Genau hier setzt auch ein Teil unserer Forschungsarbeit bei Bactera an.

Unsere Forschung bei Bactera

Bei Bactera beschäftigen wir uns intensiv mit moderner Shotgun Metagenomik und mikrobiellen Ökosystemen.

Ein besonderer Fokus unserer Forschung liegt auf:

Bakteriophagen
Resistenzgenen
Umweltmikrobiologie
Abwasser Mikrobiomen
mikrobieller Diversität

Im Rahmen unserer Forschungsarbeit analysieren wir unter anderem Sequenzdaten aus Umwelt und Abwasserproben, um bakterielle und virale Gemeinschaften besser zu verstehen.

Unser Ziel ist es, moderne Shotgun Sequenzierung und Bioinformatik zu nutzen, um tiefere Einblicke in komplexe mikrobielle Ökosysteme zu gewinnen.

Mehr über unsere Forschung findest du auf Bactera Research

Phagen und die Zukunft der Mikrobiomforschung

Die moderne Mikrobiomwissenschaft entwickelt sich zunehmend von einer reinen „Bakterienforschung“ hin zur Analyse kompletter mikrobieller Netzwerke.

Dazu gehören heute auch:

Pilze
Viren
Phagen
Resistenzgene
funktionelle mikrobielle Interaktionen

Viele Wissenschaftler gehen davon aus, dass Phagen in Zukunft eine immer größere Rolle innerhalb der Mikrobiomforschung spielen werden¹³.

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

Fazit

Bakteriophagen gehören zu den häufigsten biologischen Einheiten unseres Planeten und spielen vermutlich eine zentrale Rolle innerhalb mikrobieller Ökosysteme.

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

Dank moderner Shotgun Sequenzierung können heute auch virale Bestandteile des Mikrobioms deutlich besser analysiert werden als noch vor wenigen Jahren.

Gerade deshalb entwickelt sich die Phagenforschung aktuell zu einem der spannendsten Bereiche moderner Mikrobiomwissenschaft.

Wissenschaftliche Quellen

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

Bakteriophagen und das Mikrobiom: Das menschliche Darm-Phageom verstehen