- In den Gehirnen gesunder Wirbeltiere – Lachsen und Forellen – wurden lebende Bakteriengemeinschaften entdeckt. Das liefert neue Hinweise auf die Möglichkeit, dass auch gesunde menschliche Gehirne ein Mikrobiom haben könnten.
- Forschende der University of New Mexico verglichen Hirngewebe, Blut, Darm und das Mikrobiom des gesamten Körpers und entfernten Blut aus den Hirnkapillaren, um die Wahrscheinlichkeit von Verunreinigungen zu verringern. Anschließend wiederholten sie die Experimente über fünf Jahre hinweg.
- Einige Bakterien könnten in frühen Entwicklungsphasen eingedrungen sein, bevor die Blut-Hirn-Schranke vollständig ausgebildet war. Andere besitzen Merkmale, die ihnen durch Moleküle wie Polyamine das Passieren der Schranke und das Umgehen der Immunabwehr erleichtern.
- Ein menschliches Hirn-Mikrobiom ist bislang nicht nachgewiesen. Da es schwierig ist, gesundes menschliches Hirngewebe ohne Verunreinigung zu erhalten, gelten Mausexperimente als nächster Weg zur Überprüfung.
- Sollten Bakterien tatsächlich dauerhaft im Gehirn leben, könnten sie selbst in geringer Zahl den Hirnstoffwechsel und das Immunsystem beeinflussen – und damit verändern, wie wir neuronale Regulation verstehen.
Können Mikroben in einem gesunden Gehirn leben?
- Bakterien werden in nahezu jeder Umgebung gefunden – in hydrothermalen Tiefseequellen, Wolken, Ohren, Mund, Nase und Darm. Das menschliche Gehirn galt jedoch wegen der starken Blut-Hirn-Schranke lange als weitgehend vor äußeren Eindringlingen geschützt.
- Frühe Studien der vergangenen zehn Jahre zur möglichen Mikrobiota gesunder menschlicher Gehirne lieferten widersprüchliche Hinweise. Zudem bleibt die Schwierigkeit, gesundes und unverunreinigtes menschliches Hirngewebe zu erhalten.
- Eine in Science Advances veröffentlichte Studie liefert starke Hinweise darauf, dass es in den Gehirnen gesunder Wirbeltiere – Fischen – ein Mikrobiom geben kann.
- Forschende der University of New Mexico fanden Bakteriengemeinschaften in den Gehirnen von Lachsen und Forellen; viele Arten verfügten über Anpassungen, die ihnen helfen, im Hirngewebe zu überleben oder die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden.
Wie Bakterien im Fischgehirn gefunden wurden
- Irene Salinas fiel auf, dass der Abstand zwischen Nase und Gehirn sehr kurz ist. Daraus entwickelte sie die Hypothese, dass Bakterien aus der Nase in den Riechkolben gelangen könnten, der Geruchsinformationen verarbeitet.
- Das Forschungsteam extrahierte DNA aus den Riechkolben wild gefangener Fische sowie im Labor gehaltener Forellen und Lachse, um mikrobielle Arten zu identifizieren.
- Da Proben leicht durch Laborbakterien oder Bakterien aus anderen Körperregionen der Fische verunreinigt werden können, wurden mehrere Kontrollanalysen durchgeführt.
- Weitere Hirnregionen, Darm, Blut und das Mikrobiom des gesamten Körpers wurden ebenfalls beprobt.
- Blut aus den Hirnkapillaren wurde entfernt, um zu prüfen, ob die gefundenen Bakterien im Hirngewebe selbst vorhanden waren.
- Die Experimente wurden mehrfach wiederholt; das gesamte Projekt dauerte fünf Jahre.
- Entgegen Salinas’ Erwartung fanden sich nicht nur im Riechkolben, sondern auch in anderen Teilen des Gehirns zahlreiche Bakterien – so viele, dass sich Bakterienzellen unter dem Mikroskop innerhalb weniger Minuten finden ließen.
- Das Team bestätigte, dass die gefundenen Bakterien nicht ruhend oder tot waren, sondern aktiv lebten.
Wege über die Blut-Hirn-Schranke
- Die Blut-Hirn-Schranke von Wirbeltieren gilt als Torwächter, der nur bestimmte Moleküle ins Gehirn hinein und hinaus lässt und größere Eindringlinge wie Bakterien blockiert.
- Das Team verglich mikrobielle DNA aus dem Gehirn mit DNA aus anderen Organen und identifizierte einige Arten, die an anderen Stellen des Körpers nicht zu sehen waren.
- Salinas vermutet, dass diese Arten das Gehirn in frühen Entwicklungsphasen besiedelt haben könnten, bevor die Blut-Hirn-Schranke vollständig ausgebildet war.
- Viele mikrobielle Arten wurden auch im gesamten Körper gefunden. Salinas geht davon aus, dass der Großteil des Fischhirn-Mikrobioms aus Blut und Darm stammt und kontinuierlich ins Gehirn gelangen kann.
- Einige Bakterien besitzen Eigenschaften, die das Passieren der Schranke erleichtern.
- Sie können Polyamine herstellen, die Verbindungen öffnen und schließen können, die wie kleine Tore in der Schranke funktionieren.
- Sie können Moleküle produzieren, die helfen, Immunreaktionen zu umgehen oder mit anderen Bakterien zu konkurrieren.
- Mikroskopische Beobachtungen zeigten auch Bilder von Bakterien in einem Zwischenzustand beim Passieren der Blut-Hirn-Schranke.
Ob Bakterien frei im Gehirn leben, ist noch unklar
- Matthew Olm bewertete die Daten zu lebenden Mikroben in Fischgehirnen als überzeugend, erklärte jedoch, dem Konzept eines Hirn-Mikrobioms ursprünglich skeptisch gegenübergestanden zu haben.
- Eine mögliche Interpretation ist, dass die Mikroben nicht frei im Hirngewebe leben, sondern in Immunzellen eingeschlossen sind.
- Wenn Bakterien frei leben, könnten sie Teile der Physiologie der Fische regulieren – ähnlich wie das Darmmikrobiom Verdauungssystem und Immunsystem beeinflusst.
- Die Physiologie von Fischen und Menschen ist in vielerlei Hinsicht ähnlich, weist aber auch wichtige Unterschiede auf. Ergebnisse aus Fischen können daher kein menschliches Hirn-Mikrobiom beweisen.
Die Debatte um ein menschliches Hirn-Mikrobiom
- In fast allen Organsystemen des Menschen wurden Bakterien gefunden, doch für viele Wissenschaftler galt das Gehirn nahezu als Ausnahme.
- Wenn Mikroben im menschlichen Gehirn gefunden wurden, wurde dies meist mit aktiven Infektionen oder einem Zusammenbruch der Schranke durch Krankheiten wie Alzheimer’s in Verbindung gebracht.
- 2013 fanden Wissenschaftler, die die neurologischen Auswirkungen von HIV/AIDS untersuchten, genetische Spuren von Bakterien in den Gehirnen sowohl kranker als auch gesunder Menschen. Das wurde zu einem frühen Hinweis, dass es auch ohne Erkrankung ein menschliches Hirn-Mikrobiom geben könnte.
- Danach gab es nur wenige Folgestudien, und die Ergebnisse blieben uneindeutig.
- Olm betont, dass mikrobielle DNA praktisch überall vorkommt; daher sei es leicht, fälschlich die Existenz von Mikroben anzunehmen, und es brauche viele Belege, um ein menschliches Hirn-Mikrobiom anzuerkennen.
Nächste Wege zur Überprüfung und mögliche Bedeutung
- Ein menschliches Hirn-Mikrobiom nachzuweisen, ohne gesunden Menschen zu schaden, ist nahezu unmöglich.
- Christopher Link schlug vor, die Fischexperimente bei Nagetieren zu wiederholen; auch Salinas’ Team begann mit der Überprüfung an gesunden Mäusen.
- Erste Hinweise deuten darauf hin, dass im Riechkolben gesunder Mäuse Mikroben vorhanden sein könnten.
- Auch im gesamten Gehirn zeigten sich Hinweise auf niedrigerem Niveau.
- Link sagt, wenn es bei Fischen Mikroben gebe, gebe es keinen Grund anzunehmen, dass es bei Menschen oder Mäusen überhaupt keine gebe. Zugleich hält er es für unwahrscheinlich, dass sie beim Menschen in derselben Menge wie bei Fischen vorkommen.
- Falls es tatsächlich im Gehirn ansässige Mikroben gibt, könnten sie selbst in geringer Zahl den Hirnstoffwechsel und das Immunsystem beeinflussen.
- Darmmikroben produzieren bereits über die Darm-Hirn-Achse Stoffwechselprodukte, die von Nervenzellen im Darm erkannt werden und die Hirnaktivität beeinflussen.
- Die Möglichkeit, dass Bakterien im Gehirn direkt auf die Physiologie einwirken, ist noch nicht belegt. Forschende sind jedoch offener für die Idee, dass auch ein gesundes menschliches Gehirn Mikroben enthalten könnte.
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Interessant, dass das Mikrobiom des Gehirns bisher als absurde Idee galt.
Wenn man bedenkt, was wir heute über Mikrobiome und Mikrobiologie wissen, wirkt es aus Laiensicht eher wie eine radikale Annahme, dass die Blut-Hirn-Schranke 100 % aller Bakterien blockiert.
Plausibler erscheint eher, dass einige Bakterien hineingelangen, aber überwiegend symbiotisch sind.
Vor allem bei einem so wichtigen Organ wie dem Gehirn hat nicht einmal unser Immunsystem direkten Zugang; dort gibt es eigene Zellen, die diese Rolle übernehmen.
Damit Bakterien die Blut-Hirn-Schranke überwinden können, müssten sie zunächst im Blut sein; normalerweise gibt es aber keine Bakterien im Blut, und wenn doch, werden sie sofort angegriffen.
Darmbakterien sind viel klarer und ergeben mehr Sinn.
Allerdings kann sich das ändern, wenn die Integrität der Schranke durch Krankheiten oder andere Gesundheitsprobleme beeinträchtigt wird.
Man kann sich leicht vorstellen, dass irgendein Bakterium — schädlich oder nützlich — genau die Oberflächenproteine besitzt, die als Zulassungssignal interpretiert werden könnten.
Dieser Review/Artikel scheint die meisten bekannten Mechanismen zu behandeln, mit denen Pathogene die Blut-Hirn-Schranke überwinden: https://asm.org/articles/2020/april/how-pathogens-penetrate-...
Wenn man welche sieht, dann in Form einer bakteriellen Meningitis; daher ist Skepsis unvermeidlich.
Ich kenne mich mit Biologie nicht gut aus, dachte aber, dass Bakterienwachstum im Körper grundsätzlich als etwas Schlechtes gilt.
Topologisch betrachtet kann man den Verdauungstrakt als außerhalb des Körpers ansehen.
Vor einigen Jahren hat unser Team meiner Ansicht nach die damals größte Suche nach so etwas in volumetrischen Elektronenmikroskopie-Daten von Hirngewebe durchgeführt [1].
Ich glaube fest daran, dass es durchaus ein Mikrobiom des zentralen Nervensystems gibt, aber Spoiler: Bei dieser Suche fanden wir keine Belege.
Falls diese Arbeit interessant ist: Die Datensätze sind vollständig und kostenlos in BossDB verfügbar [2] und umfassen mehr als ein Dutzend Petavoxel.
Ich bin wirklich gespannt, ob heutige Modelle etwas finden können, das wir übersehen haben.
[1]: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.07.12.499807v1
[2]: https://bossdb.org
Wenn man Hirnschnitte unter dem Mikroskop betrachtet, sollte ein Biome doch ziemlich schnell auffallen; wenn man trotz negativer Ergebnisse optimistisch bleibt, dürfte es mehrere Gründe geben, warum es existiert, aber schwer nachzuweisen ist.
Schon herauszufinden, wonach man sucht, dauert lange, und wir haben im wahrsten Sinne des Wortes kaum an der Oberfläche gekratzt.
Diese Suche muss interessant gewesen sein, und ich denke, dass man am Ende etwas finden wird.
Michelson und Morley suchten nach dem Äther, und Einstein fand die Relativitätstheorie.
Besonders bei Tumoren, die keinen Kontakt zur Außenwelt haben.
Vor zwei Monaten gab es auf HN schon fast dasselbe Thema, und ich hatte eine Frage gestellt, auf die ich keine Antwort bekam.
In einem anderen Kontext erwähnte ich Adam Savages „Scariest [Podcast] Episode Yet“[0], in der Joe DeRisi, soweit ich mich erinnere, sagte, Gehirn und Rückenmarksflüssigkeit gesunder Menschen seien im Hinblick auf das Vorhandensein eines Mikrobioms „vollständig sauber“.
Der Tenor war: Wenn es dort ein Mikrobiom gäbe, wäre das wirklich ein Problem.
Als Laie brauche ich eine Erklärung, wie man das mit Sätzen wie „die graue Substanz ist voller Bakterien, Viren und Pilze“ in Einklang bringen kann.
[0] https://news.ycombinator.com/item?id=41765112
Danach verwendet ein Journalist dann reißerische Wörter wie „teeming“, ohne zu wissen, dass das, was er schreibt, nicht einmal einer grundlegenden Plausibilitätsprüfung standhält.
Das dürfte auch ein ähnlicher Grund dafür sein, warum solche Papers jahrelang liegen bleiben und es nicht durch das Peer Review strenger Journals schaffen.
Es ist wirklich erstaunlich, dass erst 2023 eine ganze dünne Membran entdeckt wurde, die das Gehirn bedeckt und von der wir bis dahin nichts wussten.
Diese im vergangenen Jahr entdeckte dünne Membran heißt Subarachnoid Lymphatic-like Membrane (SLYM) und scheint als Schutzbarriere zu wirken, die „saubere“ von „schmutziger“ Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit trennt.
Wir wissen wirklich sehr vieles nicht.
https://news.ycombinator.com/item?id=41517059
Der Gedanke, dass ein wichtiger Teil der Hirnanatomie praktisch jahrelang direkt vor unseren Augen verborgen war, ist ziemlich verrückt.
Wenn das auch beim Menschen stimmt, frage ich mich, welche Auswirkungen Antibiotika auf das Verhalten hätten.
Ist das vielleicht eine Art, wie Menschen psychische Erkrankungen entwickeln?
Ein wirklich faszinierendes Thema; ich hoffe, es bekommt die nötige Forschungsfinanzierung.
In allen Bereichen unseres Körpers sind Viren und Pilze verbreitet, und wenn man genau genug hinsieht, gibt es vermutlich auch Bakterien
Vielleicht sind ihre Konzentrationen nur so niedrig, dass sie schwer nachzuweisen sind
Es könnte auch eine zufällige Kontamination sein, die der Körper gerade beseitigt
Wenn es ein Mikrobiom wäre, würde man erwarten, dass es ein vielfältiges und gut angepasstes Quorum von Arten gibt, das irgendeine Form von Symbiose sucht
Ohne solche Belege ist Biologie eine Frage von Wahrscheinlichkeiten: Wegen Zufall und Statistik passiert irgendwo immer irgendetwas, aber das bedeutet nicht, dass es eine Funktion hat
Viren sind normalerweise kleiner und ohne Wirtszelle völlig inaktiv
Bakterien sind nicht nur größer, sondern haben auch eigene Stoffwechselprozesse und unterscheidbare Strukturen; außerdem kann man ihre Gemeinschaften in Laborkulturen wachsen lassen, wodurch sie viel sichtbarer werden
Wenn man bereits Viren identifiziert, scheint es einfacher zu sein, Bakterien zu finden
Natürlich gibt es auch Viren, die größer sind als die kleinsten Bakterien mit etwa 200 nm, wie Mycoplasma, aber im Allgemeinen sind Viren kleiner
Gibt es nicht Arten von Amöben, die die Blut-Hirn-Schranke überwinden und sich im Gehirn ansiedeln können?
Es gibt auch Pilzinfektionen — oder denke ich da gerade an die Handlung eines Horrorfilms?
Amöben können über die Nase aus kontaminiertem Wasser eindringen
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleriasis
Da sie buchstäblich das Gehirn auffressen, ist das definitiv etwas, das man niemals erleben möchte
Es gelangt über die Nase und die Siebplatte hinein
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleria_fowleri
Ich bin skeptisch, aber es gibt viele intrazelluläre bakterielle Pathogene
Vielleicht gibt es auch symbiotische Bakterien oder Symbionten, die in Zellen leben
Wenn sie außerhalb der Zellen wären, hätte man sie wohl häufiger in der Liquorflüssigkeit gesehen, die in der Medizin recht oft entnommen wird, und sie wären auch mit gewöhnlichen histologischen/pathologischen Schnitten und Färbungen nachweisbar gewesen
Es ist vorstellbar, dass es kleine intrazelluläre symbiotische Bakterien gibt, die kaum von Organellen wie Mitochondrien oder Lysosomen zu unterscheiden sind
Mitochondrien waren schließlich auch einmal Bakterien — warum sollte es also keinen weiteren Endosymbionten geben?
Mitochondrien haben ringförmige DNA und eine phagenähnliche Polymerase; vielleicht ließen sich geheime Symbionten also ebenfalls durch DNA-Studien finden
Beispiele für intrazelluläre bakterielle Pathogene sind unter anderem Brucella abortus, Listeria spp., Chlamydia spp., Rickettsia spp., Ehrlichia spp., Anaplasma spp., Coxiella spp., Mycobacterium tuberculosis, Salmonella spp.
Was bedeutet das für die Einnahme von Antibiotika?
Hält die Blut-Hirn-Schranke Antibiotika fern?
Antibiotika sind Moleküle, und die Schranke lässt solche Moleküle durch
Dr. Salinas ist großartig
Er wurde einmal in „The Children's Hours“ über Lungenfische interviewt, und das war wirklich faszinierend
Seine Fischforschung trägt stark zum Verständnis der menschlichen Immunologie bei