Mikrobiom: Forschende verbessern Bakterienanalysen für klinische Anwendungen

Bakterien besiedeln verschiedene Lebensräume in komplex zusammengesetzten Gemeinschaften, so auch im menschlichen Darm oder auf der Haut. Die Untersuchung dieser bakteriellen Gemeinschaften – des Mikrobioms – ist eine äußerst komplexe Aufgabe. Ein zentrales Problem bei der Mikrobiomanalyse sind sogenannte „Verzerrungseffekte“ (englisch: bias), die in den verschiedenen Schritten der Mikrobiomforschung von der Probengewinnung bis zur Probenauswertung auftreten.

Besonders herausfordernd sind diese Verzerrungseffekte während der Extraktion, also der Gewinnung der bakteriellen DNA. Unterschiedliche Extraktionsmethoden können die DNA bestimmter Bakterienarten unterschiedlich gut gewinnen, was die ermittelte Mikrobiom-Zusammensetzung erheblich verfälschen kann. Die Genauigkeit wichtiger wissenschaftlicher und klinischer Erkenntnisse ist so gefährdet.

Computerbasierte Methode für alle Arten von Mikrobiom-Proben

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Lehrstuhl für Umweltmedizin haben nun standardisierte Verfahren entwickelt, um dieses Problem zu adressieren. In einer aktuellen Studie hat Dr. Luise Rauer aus dem Team von Prof. Avidan Neumann, Leiter des Fachbereichs Umwelt-Bioinformatik, eine innovative, computerbasierte Methode zur Korrektur des Extraktionsbias entwickelt. „Die Methode basiert auf den allgemeinen morphologischen Eigenschaften der Bakterien, also zum Beispiel der Form ihrer Zellen und der Stabilität ihrer Zellwände. Damit können wir sie unabhängig von der verwendeten Extraktionsmethode und der spezifischen Bakterienart anwenden. Im Prinzip also für alle Arten von Mikrobiom-Proben, also zum Beispiel von Darm-, Haut- oder Umweltproben“, erklärt Luise Rauer.

In der Studie verglichen die Forscher Mikrobiom-Proben aus Hautproben und  sogenannten Mock-Communities, das sind künstliche Bakteriengemeinschaften mit bekannter Zusammensetzung, unter verschiedenen Extraktionsmethoden. Dabei konnten die Verzerrungseffekte der Extraktion durch die neue Berechnungsmethode erfolgreich reduziert werden, was zu einer signifikant genaueren Bestimmung der Zusammensetzung des Mikrobioms führte.

„Mikrobiom-Tests helfen, Krankheiten besser zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Studie könnten die Mikrobiomanalyse in klinischen Anwendungen wie in der Diagnostik und personalisierten Medizin erheblich verbessern. Zuverlässigere und konstantere Ergebnisse können in der klinischen Praxis entscheidend sein“, ergänzt Prof. Dr. Claudia Traidl-Hoffmann, Inhaberin des Lehrstuhls für Umweltmedizin an der Universität Augsburg und Direktorin der Hochschulambulanz für Umweltmedizin am Universitätsklinikum.