Wir altern nicht allein
Was ein Bodenbakterium, ein winziger Wurm und eine 117-jährige Frau über Langlebigkeit erzählen
Teil 1 – Die Frage, die niemand beantworten kann
Im Jahr 1900 lag die durchschnittliche Lebenserwartung eines Menschen in Europa bei kaum mehr als 45 Jahren. Heute werden in vielen Ländern mehr als 80 Jahre erreicht. Wir haben gelernt, Infektionen zu behandeln, Herzen zu operieren, Blutdruck zu kontrollieren und Krankheiten frühzeitig zu erkennen. Die Medizin hat dem menschlichen Leben Jahrzehnte hinzugefügt.
Doch eine Frage ist geblieben:
Warum altern manche Menschen anders als andere?
Nicht einfach langsamer, sondern erstaunlich gesund.
Es gibt Menschen, die ihren 90. Geburtstag feiern und noch selbst einkaufen gehen, und Hundertjährige, die geistig wach sind, Gespräche führen, lesen, lachen und am Leben ihrer Familien teilnehmen. Andere wiederum beginnen Jahrzehnte früher körperlich abzubauen.
Gene erklären einen Teil davon. Ebenso Ernährung und Bewegung, soziale Beziehungen, Umwelt und Zufall. Aber möglicherweise fehlt in dieser Rechnung noch ein Mitspieler – einer, den wir lange kaum beachtet haben.
Der Mensch altert nicht allein
Wir betrachten unseren Körper gern als abgeschlossenes biologisches System. Herz, Leber, Gehirn, Muskeln, Hormone, Immunsystem – all das gehört zu uns.
Doch streng genommen reisen wir niemals allein durchs Leben.
Auf und in unserem Körper leben Billionen Mikroorganismen. Vor allem der Darm beherbergt eine gewaltige mikrobielle Gemeinschaft. Bakterien zerlegen Bestandteile unserer Nahrung, produzieren Stoffwechselprodukte, verändern Moleküle, kommunizieren miteinander und stehen in ständigem Austausch mit ihrer Umgebung.
Das Mikrobiom ist damit nicht einfach eine Ansammlung von Mitbewohnern.
Es ist eine biochemische Fabrik, und diese Fabrik verändert sich mit uns.
Bei jungen Menschen sieht die mikrobielle Gemeinschaft häufig anders aus als bei alten. Krankheiten, Medikamente, Ernährung und Lebensweise hinterlassen Spuren. Manche Mikroorganismen verschwinden, andere werden häufiger, Stoffwechselwege verändern sich.
Doch bei Menschen, die außergewöhnlich alt werden, scheint diese Entwicklung nicht einfach linear weiterzugehen. Hundertjährige besitzen nicht bloß das „alte Mikrobiom“ eines 70- oder 80-Jährigen in noch stärkerer Ausprägung. In verschiedenen Untersuchungen fanden Forscher Besonderheiten in Zusammensetzung und Stoffwechsel ihrer Darmmikrobiota.
Das wirft eine faszinierende Frage auf:
Ist das Mikrobiom außergewöhnlich alter Menschen lediglich das Ergebnis ihres langen Lebens – oder trägt es selbst etwas dazu bei?
Die Antwort kennen wir noch nicht.
Aber genau hier beginnt eine wissenschaftliche Spurensuche.
Eine Frau, 117 Jahre – und eine ungewöhnliche Probe
Als María Branyas Morera im August 2024 im Alter von 117 Jahren starb, galt sie als ältester lebender Mensch der Welt.
Ihr außergewöhnliches Alter allein machte sie für Wissenschaftler interessant. Doch ebenso bemerkenswert war ihr Gesundheitszustand. Trotz ihres extrem hohen Alters entsprach ihre Krankheitsgeschichte nicht einfach dem Bild eines Organismus, dessen körperliche Funktionen über Jahrzehnte kontinuierlich abgebaut hatten.
Forscher untersuchten deshalb nicht nur ihre Gene und ihren Stoffwechsel, sondern auch ihre Mikroorganismen.
Und dort fanden sie etwas, das auf den ersten Blick paradox erscheint.
Bestimmte Merkmale ihrer Darmmikrobiota erinnerten eher an das, was man bei deutlich jüngeren Menschen erwarten würde. Besonders auffällig war eine hohe Präsenz von Bifidobakterien – Mikroorganismen, deren Häufigkeit im Alter normalerweise eher zurückgeht.
Ob diese ungewöhnliche mikrobielle Gemeinschaft zu Branyas' gesundem Altern beitrug oder selbst eine Folge ihrer Gene, ihrer Ernährung und ihrer Lebensweise war, lässt sich aus dieser Beobachtung nicht entscheiden.
Doch gerade diese offene Frage führt zu einer viel größeren Idee:
Vielleicht müssen wir Altern nicht nur als Vorgang menschlicher Zellen betrachten.
Vielleicht altert auch das ökologische System, das uns ein Leben lang begleitet – und vielleicht gibt es Mikroorganismen, die dieses System auf erstaunliche Weise beeinflussen können.
Die Suche nach den Funktionen
Damit verändert sich die Fragestellung.
Es reicht nicht mehr zu fragen, welche Bakterien im Darm eines Hundertjährigen leben.
Viel interessanter ist:
Was tun sie dort?
Denn zwei Bakterien können nebeneinander existieren und biologisch vollkommen unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Das eine produziert eine Säure, ein anderes zerlegt Proteine, ein drittes bildet Enzyme, während ein viertes Moleküle herstellt, mit denen andere Mikroorganismen kommunizieren.
Selbst zwei Bakterien derselben Art müssen keineswegs dasselbe können.
Und genau an dieser Stelle wird die Geschichte überraschend.
Bei der Suche nach mikrobiellen Mechanismen, die mit gesundem Altern in Verbindung stehen könnten, begegnet man einem Organismus, den die Wissenschaft schon seit mehr als einem Jahrhundert kennt.
Er lebt im Boden, auf Pflanzen, in Lebensmitteln und zeitweise auch im menschlichen Darm. Er kann extreme Bedingungen überstehen, indem er eine widerstandsfähige Spore bildet, und verfügt über die Fähigkeit, eine erstaunliche Vielfalt an Enzymen und biologisch aktiven Molekülen zu produzieren.
In Experimenten geschieht jedoch etwas, das kaum zu der Vorstellung eines gewöhnlichen Bodenbakteriums passen will:
Unter bestimmten Bedingungen kann seine Anwesenheit die Lebensspanne eines anderen Organismus beeinflussen.
Sein Name ist Bacillus subtilis.
Doch damit beginnt erst der merkwürdige Teil der Geschichte.
Denn um zu verstehen, was dieses Bakterium möglicherweise mit dem Altern zu tun hat, müssen wir zunächst einen Organismus kennenlernen, der kaum einen Millimeter lang wird:
einen kleinen, durchsichtigen Wurm.
In einem Experiment mussten Wissenschaftler feststellen, dass es offenbar einen Unterschied macht, welche Bakterien ein Lebewesen frisst.
Teil 2 – Das Experiment mit der Zeit
Um herauszufinden, was eine Mikrobe mit dem Altern zu tun haben könnte, wenden sich Wissenschaftler einem Lebewesen zu, das kaum einen Millimeter lang wird.
Caenorhabditis elegans ist ein nahezu durchsichtiger Fadenwurm, dessen unscheinbares Äußeres darüber hinwegtäuscht, welche Bedeutung er für die moderne Biologie besitzt.
Sein besonderer Vorteil liegt ausgerechnet in seiner kurzen Lebenszeit. Unter Laborbedingungen lässt sich innerhalb weniger Wochen beobachten, wofür beim Menschen Jahrzehnte notwendig wären.
Der Wurm wächst heran, erreicht das Erwachsenenalter und verliert anschließend zunehmend jene Funktionen, die einmal selbstverständlich waren. Seine Bewegungen werden langsamer, die Fortpflanzungsfähigkeit nimmt ab, Gewebe verändern sich.
Altern wird in diesem kleinen Organismus zu einem Prozess, den Forscher beinahe im Zeitraffer verfolgen können.
Genau deshalb gehört C. elegans seit Jahrzehnten zu den wichtigsten Modellorganismen der Alternsforschung. Zahlreiche Gene und Signalwege, die Wissenschaftler heute mit Langlebigkeit verbinden, wurden zunächst in diesem unscheinbaren Tier untersucht.
Doch irgendwann stellte sich eine Frage, die zunächst fast nebensächlich erscheinen musste:
Welche Rolle spielen eigentlich die Bakterien, von denen der Wurm lebt?
Normalerweise erhalten die Tiere im Labor bestimmte Escherichia-coli-Stämme als Nahrung. Forscher begannen jedoch, diese Bakterien gegen andere Mikroorganismen auszutauschen.
Damit veränderten sie scheinbar nur das Futter.
Tatsächlich griffen sie in ein biologisches Netzwerk ein, dessen Bedeutung erst allmählich sichtbar wurde.
Als Wissenschaftler aus Rosario Bacillus subtilis untersuchten, beobachteten sie etwas Bemerkenswertes. Die Anwesenheit bestimmter B.-subtilis-Stämme konnte die Lebensspanne der Würmer verlängern.
Noch interessanter war jedoch, dass sich dieser Effekt nicht einfach auf einen höheren Nährwert der Bakterien reduzieren ließ.
Die Mikrobe selbst schien biologische Prozesse zu beeinflussen, die mit dem Altern ihres Wirts verbunden waren.
Damit begann die Suche nach dem Mechanismus.
Eine wichtige Spur führte zu einer Fähigkeit, die Bacillus subtilis bereits aus seinem Leben in natürlichen Gemeinschaften kennt. Bakterien existieren nicht zwangsläufig als isolierte Einzelzellen. Sie können sich organisieren, miteinander kommunizieren und komplexe Biofilme bilden.
Auch im Darm von C. elegans zeigte Bacillus subtilis ein solches Verhalten. Als die Forscher Bakterien verwendeten, deren Fähigkeit zur Biofilmbildung genetisch beeinträchtigt war, ging ein wesentlicher Teil des beobachteten Langlebigkeitseffekts verloren.
Damit war Bacillus subtilis plötzlich mehr als Nahrung.
Das Bakterium wurde zum biologischen Akteur.
Sein Einfluss reichte bis in einen Signalweg hinein, der in der Alternsforschung seit Langem bekannt ist. Im Wurm steuern insulinähnliche Signale über Proteine wie DAF-2 und DAF-16 zahlreiche Prozesse, die mit Stoffwechsel, Stressresistenz und Lebensspanne zusammenhängen.
Die Experimente deuteten darauf hin, dass die Aktivität von Bacillus subtilis im Darm bis in dieses regulatorische Netzwerk hineinwirken konnte.
Jahre später gingen Forscher noch einen Schritt weiter.
Statt einzelne Eigenschaften des Bakteriums zu untersuchen, durchsuchten sie nahezu systematisch sein genetisches Arsenal.
3.984 verschiedene genetisch veränderte B.-subtilis-Stämme, bei denen jeweils ein bestimmtes Gen ausgeschaltet worden war, wurden daraufhin untersucht, wie sich diese Veränderung auf Alterungsmerkmale des Wirts auswirkte.
Unter den Treffern befanden sich Gene, die mit dem bakteriellen Umgang mit Stickstoffmonoxid zusammenhängen.
Dieses kleine Molekül ist weit mehr als ein beiläufiges Stoffwechselprodukt. Es kann in biologischen Systemen als Signalstoff wirken und Prozesse beeinflussen, die von Zellkommunikation bis zur Stressantwort reichen.
Wurden bestimmte bakterielle Gene ausgeschaltet, veränderten sich auch die zuvor beobachteten Effekte auf Lebensspanne, Beweglichkeit und Proteinablagerungen im Wurm.
Damit verschob sich die Perspektive grundlegend.
Die entscheidende Frage lautete nicht mehr nur, welche Mikroorganismen in einem Darm vorhanden sind.
Ebenso wichtig wurde, welche Gene sie besitzen, welche Moleküle sie unter bestimmten Bedingungen herstellen und wie diese Moleküle mit der Biochemie ihres Wirts zusammentreffen.
Ein millimeterlanger Wurm hatte damit etwas sichtbar gemacht, das weit über ihn hinausweist.
Ein Tier besteht biologisch nicht ausschließlich aus seinen eigenen Zellen und Genen. Es lebt in ständigem Austausch mit Mikroorganismen, deren Stoffwechsel bis in seine eigene Biochemie hineinreichen kann.
Noch war das eine Geschichte aus dem Labor und aus einem winzigen Fadenwurm.
Doch die entscheidende Beobachtung sollte nicht auf Würmer beschränkt bleiben.
Als Forscher begannen, einen bestimmten Bacillus-subtilis-Stamm über einen großen Teil des Lebens von Mäusen zu untersuchen, tauchte dieselbe Frage auf einer völlig neuen biologischen Ebene wieder auf:
Kann eine Mikrobe tatsächlich beeinflussen, wie ein Säugetier altert?
Teil 3 – Der Sprung zum Säugetier
Zwischen einem Fadenwurm und einem Menschen liegen Hunderte Millionen Jahre Evolution.
Caenorhabditis elegans besitzt weder ein Herz noch eine Lunge, sein Nervensystem besteht aus nur wenigen Hundert Zellen, und sein gesamter Körper ist so klein, dass man ihn unter dem Mikroskop vollständig überblicken kann.
Was seine Lebensspanne verlängert, muss deshalb beim Menschen noch lange nicht dasselbe bewirken.
Genau an dieser Grenze enden viele faszinierende Geschichten der Alternsforschung.
Ein Mechanismus funktioniert im Wurm, vielleicht noch in einzelnen Zellen, doch sobald ein Säugetier ins Spiel kommt, wird aus einer eleganten biologischen Beobachtung ein wesentlich schwierigeres Experiment.
Mäuse leben nicht wenige Wochen, sondern Jahre. Sie besitzen ein komplexes Immunsystem, spezialisierte Organe, einen eigenen Hormonhaushalt und ein Darmmikrobiom, das in seiner Organisation sehr viel näher an dem eines Menschen liegt.
Umso bemerkenswerter ist eine 2026 veröffentlichte Untersuchung mit einem bestimmten Stamm von Bacillus subtilis:
WTC019.
Die Forscher beschränkten sich nicht auf einen einzigen Modellorganismus, sondern verfolgten dieselbe biologische Spur über mehrere Ebenen hinweg – vom Fadenwurm über menschliche Zellen bis zur Maus.
Bei C. elegans zeigte sich zunächst ein vertrautes Bild. Tiere, die mit WTC019 behandelt wurden, erreichten eine um 17,48 Prozent höhere mediane Lebensspanne.
Doch wieder war nicht allein entscheidend, wie lange die Würmer lebten. Auch ihre Beweglichkeit blieb länger erhalten.
Die zusätzliche Zeit war also zumindest in diesem Modell mit einem verzögerten Verlust körperlicher Funktion verbunden.
Die Wissenschaft unterscheidet an dieser Stelle zwischen zwei Begriffen, die in der öffentlichen Diskussion über Langlebigkeit häufig vermischt werden.
Lifespan beschreibt, wie lange ein Organismus lebt.
Healthspan fragt danach, wie lange er dabei gesund und funktionsfähig bleibt.
Ein Organismus, der lediglich länger in einem Zustand ausgeprägter Gebrechlichkeit existiert, wäre für die Alternsforschung ein vollkommen anderes Ergebnis als einer, dessen Funktionsverlust später beginnt.
Anschließend wechselten die Forscher vom vollständigen Organismus in die Zellkultur.
Menschliche Fibroblasten – Zellen des Bindegewebes – wurden einem aus WTC019 gewonnenen Zelllysat ausgesetzt. Dabei veränderten sich Marker, die mit zellulärer Seneszenz in Verbindung stehen.
Seneszente Zellen teilen sich nicht mehr, bleiben aber metabolisch aktiv und können ihre Umgebung über freigesetzte Signalstoffe beeinflussen. Ihre zunehmende Ansammlung gehört zu den Prozessen, die heute intensiv im Zusammenhang mit dem Altern untersucht werden.
Damit lagen zwei Hinweise vor, aber noch immer kein Säugetierexperiment.
Der entscheidende Schritt bestand deshalb darin, WTC019 über einen langen Zeitraum an Mäuse zu verabreichen und ihre tatsächliche Lebensdauer zu beobachten.
Solche Versuche unterscheiden sich grundlegend von vielen Studien, in denen lediglich einzelne Blutwerte, Entzündungsmarker oder Veränderungen des Mikrobioms gemessen werden.
Eine Lebenszeitstudie verlangt Geduld.
Man wartet nicht darauf, ob sich nach vier oder acht Wochen ein Laborwert verändert, sondern begleitet die Tiere über einen erheblichen Teil ihres Lebens und beobachtet ihre tatsächliche Lebensspanne.
Das Ergebnis fiel vergleichsweise unspektakulär aus – und gerade deshalb ist es interessant.
Die mediane Lebensspanne der weiblichen Mäuse erhöhte sich um 5,97 Prozent, bei den männlichen Tieren um 6,05 Prozent. Die Überlebenskurven unterschieden sich statistisch.
Aus dem spektakulären Effekt eines winzigen Fadenwurms war im wesentlich komplexeren Säugetier kein Wunder geworden.
Aber die biologische Spur war auch nicht verschwunden.
Eine um etwa sechs Prozent verlängerte mediane Lebensspanne bei Mäusen lässt sich nicht einfach auf den Menschen übertragen.
Bemerkenswert ist etwas anderes:
Ein Effekt, der zunächst in einem millimetergroßen Wurm beobachtet wurde, war beim Wechsel zu einem Säugetier nicht verschwunden.
Damit rückt eine andere Frage in den Vordergrund:
Was genau macht das Bakterium?
Die Antwort könnte größer sein als ein einzelner Stoff.
Bacillus subtilis ist keine chemische Verbindung mit einer einzigen Zielstruktur, sondern ein lebender Organismus mit einem eigenen Stoffwechsel.
Je nach Stamm und Umweltbedingungen kann er Enzyme, Peptide, Signalmoleküle und weitere Stoffwechselprodukte bilden, auf andere Mikroorganismen reagieren und seinerseits von seiner Umgebung beeinflusst werden.
Gerade diese Komplexität unterscheidet eine Mikrobe von vielen klassischen Vorstellungen der Longevity-Forschung.
Dort richtet sich die Aufmerksamkeit häufig auf einzelne Moleküle: einen Wirkstoff, ein Vitamin, einen Signalweg oder ein Protein, dessen Aktivität verändert werden soll.
Ein Mikroorganismus dagegen bringt kein einzelnes Molekül mit.
Er bringt eine biochemische Maschinerie mit, die auf ihre Umgebung reagieren kann.
Damit kehren wir zu María Branyas zurück.
Vielleicht war das Bemerkenswerteste an ihrem Darm nicht die Anwesenheit eines einzelnen „Langlebigkeitsbakteriums“, sondern die Tatsache, dass mit 117 Jahren noch immer ein außergewöhnlich vielfältiges mikrobielles System existierte, dessen Mitglieder unzählige Stoffwechselreaktionen ausführten.
Ihr Darm beherbergte keine einzelne Substanz, sondern ein lebendes Netzwerk.
Genau hier beginnen zwei bislang häufig getrennte Forschungsgebiete ineinanderzugreifen.
Die Alternsforschung untersucht, warum Zellen ihre Funktion verlieren.
Die Mikrobiomforschung untersucht, wie Mikroorganismen mit ihrem Wirt und miteinander interagieren.
Doch wenn bakterielle Stoffwechselprodukte Signalwege beeinflussen können, die mit Alterungsprozessen verbunden sind, lässt sich die Grenze zwischen beiden Welten nicht mehr so einfach ziehen.
Damit stellt sich eine grundlegendere Frage:
Altern wir wirklich allein?
Oder hängt ein Teil dessen, was wir Gesundheitsspanne nennen, auch davon ab, welche biochemischen Fähigkeiten das mikrobielle Ökosystem bewahrt, das uns durch unser Leben begleitet?
Um dieser Frage näherzukommen, müssen wir nicht nach der nächsten vermeintlichen Langlebigkeitssubstanz suchen.
Wir müssen uns ansehen, was Mikroorganismen tatsächlich tun.
Und dafür gibt es kaum ein geeigneteres Beispiel als Bacillus subtilis.
Teil 4 – Das zweite Labor
Jede Sekunde laufen im menschlichen Körper unzählige chemische Reaktionen ab.
Proteine werden zerlegt und neu zusammengesetzt, Fette umgebaut, Signalmoleküle erzeugt und wieder entfernt. Aus Nahrung entstehen Bausteine für Zellen, Hormone und Energie.
Möglich wird diese permanente chemische Aktivität vor allem durch Enzyme – Moleküle, die Reaktionen beschleunigen, die unter den Bedingungen unseres Körpers sonst viel zu langsam ablaufen würden.
Lange betrachteten wir dieses biochemische Labor als etwas ausschließlich Menschliches.
Die Bauchspeicheldrüse liefert Verdauungsenzyme, die Leber verfügt über ein gewaltiges Arsenal zur Umwandlung verschiedenster Substanzen, und praktisch jede Körperzelle besitzt ihre eigenen enzymatischen Systeme.
Doch mit der Erforschung des Mikrobioms wurde deutlich, dass ein Teil der Chemie in unserem Körper von Genen gesteuert wird, die gar nicht zu unserem menschlichen Genom gehören.
Unsere Mikroorganismen besitzen ihre eigenen Enzyme und damit Fähigkeiten, über die menschliche Zellen nicht oder nur eingeschränkt verfügen.
Sie können Bestandteile der Nahrung erschließen, Moleküle verändern und Stoffwechselprodukte erzeugen, die anschließend anderen Mikroorganismen oder dem menschlichen Organismus zur Verfügung stehen.
Im Darm existieren deshalb nicht zwei sauber voneinander getrennte Stoffwechselwelten.
Menschliche und mikrobielle Chemie greifen ineinander.
Man könnte sagen:
Wir tragen ein zweites Labor in uns.
Dieses Labor besitzt allerdings keinen zentralen Bauplan.
Es besteht aus unzähligen Mikroorganismen mit unterschiedlichen genetischen Fähigkeiten. Manche chemischen Reaktionen können von vielen Arten ausgeführt werden, andere nur von wenigen.
Verschwindet ein Organismus, kann ein anderer unter Umständen einen Teil seiner Aufgabe übernehmen. Bei anderen Funktionen entsteht dagegen eine Lücke.
Für die biologische Bedeutung eines Mikrobioms ist deshalb nicht allein entscheidend, wer dort lebt, sondern was diese Gemeinschaft noch leisten kann.
Gerade beim Altern wird diese Unterscheidung interessant.
Die Vorstellung, der menschliche Körper produziere im Alter einfach immer weniger Enzyme und altere deshalb, ist zu einfach.
Einige enzymatische Leistungen verändern sich tatsächlich, andere bleiben erstaunlich stabil, wieder andere werden stärker oder schwächer reguliert.
Altern ist kein gleichmäßiges Erlöschen unserer Biochemie, sondern eine Verschiebung zahlreicher miteinander verbundener Prozesse.
Gleichzeitig verändert sich das mikrobielle Labor.
Mit Ernährung, Medikamenten, Krankheiten und zunehmendem Alter verschieben sich Zusammensetzung und Aktivität der Darmgemeinschaft. Manche Mikroorganismen werden seltener, andere häufiger.
Damit kann sich auch das Repertoire an Stoffwechselwegen verändern, das dem gesamten Ökosystem zur Verfügung steht.
Vor diesem Hintergrund bekommt die ungewöhnliche Darmgemeinschaft von María Branyas eine weitere Bedeutung.
Bemerkenswert war nicht nur das Auftreten einzelner Bakteriengruppen, sondern die hohe Diversität ihres Mikrobioms im Alter von 117 Jahren.
Ihr Beispiel zeigt, warum die Suche nach einem einzigen „Langlebigkeitsbakterium“ wahrscheinlich zu kurz greift.
Denn Mikroorganismen arbeiten nicht isoliert.
Ein Stoff, den eine Art produziert, kann einer anderen als Nahrung dienen. Stoffwechselprodukte können das Wachstum von Konkurrenten beeinflussen oder die Aktivität benachbarter Zellen verändern.
Bakterien reagieren auf chemische Signale, bilden Gemeinschaften und passen ihren Stoffwechsel daran an, welche Nährstoffe und welche anderen Organismen sie vorfinden.
Das zweite Labor ist deshalb keine Fabrik mit einem festen Produktionsplan, sondern ein reagierendes Netzwerk.
Bacillus subtilis ist ein besonders anschauliches Beispiel dafür.
Verschiedene Stämme können extrazelluläre Enzyme bilden, mit denen Proteine, Fette oder komplexe Kohlenhydrate verändert werden. Hinzu kommen Peptide, Lipopeptide und Signalmoleküle.
Einige dieser Substanzen dienen der Erschließung von Nährstoffen, andere beeinflussen Konkurrenten oder ermöglichen die Kommunikation innerhalb mikrobieller Gemeinschaften.
Wie präzise solche Wechselwirkungen sein können, zeigt das Verhältnis zu Staphylococcus aureus.
Dieses Bakterium besitzt ein chemisches Kommunikationssystem, über das Zellen innerhalb einer Population ihr Verhalten koordinieren. Bestimmte von Bacillus subtilis gebildete Fengycine können in dieses sogenannte Agr-System eingreifen.
Der Bacillus muss seinen Konkurrenten dabei nicht einfach vernichten, sondern kann dessen Kommunikation stören.
Aus dieser Beobachtung entwickelte sich schließlich eine bemerkenswerte Untersuchung am Menschen.
In einer randomisierten, placebokontrollierten Studie mit 115 S.-aureus-besiedelten Erwachsenen wurde ein bestimmter Bacillus-subtilis-Stamm verabreicht.
Anschließend war S. aureus im Stuhl um 96,8 Prozent und in der Nase um 65,4 Prozent reduziert. Gleichzeitig fanden die Wissenschaftler keine signifikante Veränderung der Zusammensetzung des übrigen untersuchten Darmmikrobioms.
Gerade dieser zweite Befund ist ökologisch interessant.
Er zeigt, dass eine mikrobielle Gemeinschaft nicht zwangsläufig dadurch beeinflusst werden muss, dass möglichst viele ihrer Mitglieder beseitigt werden.
Wechselwirkungen können wesentlich selektiver verlaufen.
Ein Organismus kann einen Konkurrenten beeinflussen, dessen Kommunikation stören oder ihm eine ökologische Nische streitig machen, während große Teile des umgebenden Systems bestehen bleiben.
Die Untersuchung zeigt damit etwas Grundsätzlicheres: Mikroorganismen verändern ihre Umgebung nicht nur durch ihre Anwesenheit, sondern durch das, was sie können.
Und genau hier berührt die Mikrobiomforschung erneut die Frage des Alterns.
Wenn Gesundheit im hohen Alter tatsächlich teilweise davon abhängt, wie funktionsfähig ein mikrobielles Ökosystem bleibt, dann genügt es möglicherweise nicht, seine Bewohner zu zählen.
Entscheidend könnten ebenso ihre Fähigkeiten sein: welche Moleküle sie herstellen, welche chemischen Reaktionen sie ermöglichen, mit wem sie kooperieren, wen sie verdrängen und wie sie auf Veränderungen ihrer Umgebung reagieren.
Damit verändert sich auch der Blick auf Bacillus subtilis.
Der Name klingt zunächst wie die Bezeichnung eines einzelnen biologischen Akteurs.
Doch eine Bakterienart ist keine Ansammlung genetisch identischer Individuen.
Innerhalb derselben Spezies existieren zahlreiche Stämme, deren Ausstattung und biologische Fähigkeiten sich erheblich unterscheiden können.
Je mehr Stämme die Forschung untersucht, desto deutlicher wird deshalb, wie groß das biologische Repertoire sein kann, das sich hinter einem einzigen Artnamen verbirgt.
Damit wird aus einer scheinbar nebensächlichen Bezeichnung hinter einem lateinischen Namen eine entscheidende Information.
Denn wenn unterschiedliche Stämme unterschiedliche Werkzeuge besitzen, reicht es nicht mehr zu fragen:
Was kann Bacillus subtilis?
Die präzisere Frage lautet:
Welcher Bacillus subtilis kann was?
Und genau diese Frage führt uns zu einem Stamm mit einer ungewöhnlichen Geschichte.
Teil 5 – Ein Stamm mit einer ungewöhnlichen Geschichte
Die Spur führt mehr als drei Jahrzehnte zurück – in das Russland der frühen 1990er Jahre.
Damals beschäftigten sich Wissenschaftler intensiv mit einer Frage, die heute erstaunlich modern klingt:
Wie unterschiedlich können sich Bakterien verhalten, obwohl sie derselben Art angehören?
Gesucht wurde nicht einfach nach Bacillus subtilis.
Gesucht wurde nach einzelnen Stämmen mit besonderen biologischen Eigenschaften.
Der Aufwand war beträchtlich.
Die Mikrobiologin Tatjana Gryazneva, die an dieser Forschung beteiligt war, berichtete später von annähernd 1.000 Bacillus-Stämmen, die im Verlauf der Arbeiten untersucht wurden.
Historische Forschungsunterlagen dokumentieren zudem eine Gruppe von 116 Bacillus-Isolaten, deren Eigenschaften vergleichend geprüft wurden.
Es war eine Suche in einer mikrobiellen Vielfalt, die von außen kaum sichtbar ist.
Unter dem Mikroskop mögen sich viele dieser Bakterien ähneln.
Biochemisch können zwischen ihnen Welten liegen.
Einer der Stämme, die aus dieser Forschung hervorgingen, trug zunächst einen denkbar unspektakulären Namen:
B-11.
Seine Spur lässt sich bis mindestens 1991 zurückverfolgen.
Später wurde der Stamm in der russischen Stammsammlung VKPM unter der Bezeichnung B-10172 geführt.
Schließlich gelangte er zur Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, der heutigen DSMZ.
Dort erhielt er jene biologische Adresse, unter der er heute eindeutig identifizierbar ist:
Bacillus subtilis DSM 21097.
Was wie eine bürokratische Nummer aussieht, berührt eine der wichtigsten Erkenntnisse unserer bisherigen Reise.
Eine Stammsammlungsnummer macht aus dem allgemeinen Namen einer Spezies einen definierten biologischen Organismus.
Wer DSM 21097 untersucht, untersucht nicht irgendeinen Bacillus subtilis, sondern einen Stamm mit einer konkreten Herkunft und einer nachvollziehbaren Geschichte.
Und gerade bei Bacillus subtilis kann diese Unterscheidung entscheidend sein.
Denn hinter der Fähigkeit, eine widerstandsfähige Spore zu bilden, verbirgt sich ein Organismus, dessen eigentliches biologisches Repertoire erst sichtbar wird, wenn aus dieser Spore wieder eine aktive Zelle entsteht.
Dann beginnt das Bakterium auf seine Umgebung zu reagieren. Es erschließt Nährstoffe, bildet Enzyme, kommuniziert über chemische Signale und produziert Moleküle, die das Verhalten anderer Mikroorganismen beeinflussen können.
Die bekannte Stoffwechselwelt von Bacillus subtilis ist dabei erstaunlich groß.
In der wissenschaftlichen Literatur werden im Zusammenhang mit der Spezies annähernd 1.000 unterschiedliche Moleküle und Stoffwechselprodukte beschrieben.
Dazu gehören Enzyme, Peptide, Lipopeptide, Bacteriocine, Signalmoleküle und zahlreiche weitere Sekundärmetabolite.
Doch diese Zahl erzählt nur die halbe Geschichte.
Ein Bakterium trägt schließlich keine Liste mit tausend Stoffen bei sich, die es unabhängig von seiner Umgebung abarbeitet.
Welche Gene aktiv werden, welche Enzyme benötigt werden und welche Moleküle entstehen, hängt davon ab, wo sich die Zelle befindet und auf welche Bedingungen sie trifft.
Nährstoffangebot, Temperatur, Wachstumsphase, Stress und die Anwesenheit anderer Mikroorganismen können darüber mitentscheiden, welche Teile des genetischen Werkzeugkastens überhaupt geöffnet werden.
Aus einem scheinbar einfachen Bakterium wird damit etwas wesentlich Dynamischeres:
eine biochemische Maschinerie, die auf ihre Umwelt reagiert.
Was das praktisch bedeuten kann, lässt sich bei DSM 21097 auf einer Agarplatte beobachten.
In einer Untersuchung von 2019 wurde seine antagonistische Aktivität mit einem anderen Bacillus-subtilis-Stamm verglichen, ATCC 6633.
Beide gehörten derselben Spezies an.
Unter denselben Versuchsbedingungen verhielten sie sich dennoch unterschiedlich.
DSM 21097 erzeugte deutliche Hemmzonen gegenüber dem untersuchten methicillinresistenten Staphylococcus aureus – MRSA – und gegenüber Proteus vulgaris.
Beim Vergleichsstamm ATCC 6633 wurde diese Aktivität in diesem Versuch nicht beobachtet.
Plötzlich bekommt die Frage vom Ende des vorherigen Kapitels eine sichtbare Form:
Gleiche Art. Unterschiedliche Stämme. Unterschiedliche Fähigkeiten.
Und die antagonistische Wirkung ist nur eine mögliche Seite dieser Biologie.
Bacillus subtilis ist für ein breites Repertoire extrazellulärer Enzyme und bioaktiver Moleküle bekannt.
Proteasen können Proteine spalten, Lipasen Fette verändern und verschiedene kohlenhydratabbauende Enzyme komplexe Nahrungsbestandteile erschließen.
Hinzu kommen Lipopeptide wie Surfactin, Fengycin und Iturin, die in der Forschung wegen ihrer vielfältigen biologischen Eigenschaften untersucht werden – darunter Wechselwirkungen mit Bakterien und Pilzen sowie ihre Rolle in mikrobiellen Gemeinschaften.
Damit erscheint auch die Spore in einem anderen Licht.
Ihre außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit ist biologisch faszinierend, aber sie ist nicht das eigentliche Ende der Geschichte.
Die Spore ist vor allem das Transportmittel durch ungünstige Zeiten.
Entscheidend wird, was danach geschieht:
wenn Bedingungen günstig werden, die Zelle erwacht und ihr Stoffwechsel beginnt, auf die Umgebung zu reagieren.
Genau darin liegt eine Besonderheit von Bacillus subtilis.
Ein solcher Organismus muss nicht für immer Teil einer mikrobiellen Gemeinschaft werden, um während seiner Anwesenheit mit ihr zu interagieren.
Er kann vorübergehend auftauchen, auf vorhandene Nährstoffe und Konkurrenten reagieren, Moleküle freisetzen, chemische Bedingungen verändern – und später wieder verschwinden.
Vielleicht haben wir die Bedeutung solcher vorübergehenden Besucher lange unterschätzt.
Die Mikrobiomforschung konzentrierte sich verständlicherweise zunächst stark auf jene Mikroorganismen, die dauerhaft oder regelmäßig im Darm nachweisbar sind.
Doch ein Ökosystem wird nicht nur von seinen festen Bewohnern geprägt.
Auch Organismen, die es durchqueren, können während ihrer Anwesenheit Stoffe umsetzen, ökologische Nischen beeinflussen oder mit anderen Mitgliedern der Gemeinschaft interagieren.
Damit führt DSM 21097 unmittelbar zurück zum Gedanken des zweiten Labors.
Nicht seine bloße Anwesenheit ist biologisch interessant, sondern die Summe dessen, was ein solcher Stamm unter den jeweiligen Bedingungen tun kann.
Und diese Geschichte ist keineswegs abgeschlossen.
Mehr als drei Jahrzehnte nach den frühen russischen Arbeiten wird DSM 21097 weiterhin untersucht.
Nach Angaben des Stamminhabers wurde der Stamm inzwischen auch in einer randomisierten, placebokontrollierten Doppelblindstudie mit 72 Teilnehmern über zwölf Wochen eingesetzt.
Untersucht wurden dabei unter anderem Parameter des Glukose- und Insulinstoffwechsels, Zonulin, Blutfette, Entzündungsmarker und Veränderungen der Darmmikrobiota.
Eine wissenschaftliche Publikation dieser Untersuchung war zum Zeitpunkt der Recherche allerdings noch nicht auffindbar.
Die öffentlich nachvollziehbare Forschungsgeschichte reicht damit von den frühen Selektionsarbeiten über mikrobiologische Laboruntersuchungen bis zu ersten Untersuchungen am Menschen – auch wenn nicht alle Ergebnisse bislang wissenschaftlich publiziert wurden.
Doch vielleicht ist die bemerkenswerteste Geschichte von DSM 21097 gar nicht die eines einzelnen Stammes.
Es ist die Geschichte dessen, was seine Auswahl sichtbar macht.
Nahezu 1.000 untersuchte Stämme. Weitere dokumentierte Vergleichsreihen. Unterschiedliche biologische Eigenschaften innerhalb derselben Spezies. Ein Organismus, dessen Aktivität sich mit seiner Umgebung verändert.
Und dahinter ein metabolisches Repertoire, dessen Umfang die Forschung bis heute Stück für Stück erschließt.
Je genauer Wissenschaftler Bacillus subtilis untersuchen, desto weniger erscheint diese Spezies deshalb wie ein einzelner biologischer Akteur.
Sie gleicht vielmehr einer gewaltigen Bibliothek unterschiedlicher Möglichkeiten.
Jeder Stamm trägt eine eigene Kombination genetischer Werkzeuge in sich.
Welche davon zum Einsatz kommen, entscheidet sich erst im Zusammenspiel mit seiner Umwelt.
Das verändert auch die Frage, mit der unsere Reise begonnen hat.
Vielleicht liegt die Bedeutung von Mikroorganismen für gesundes Altern nicht in einem einzigen „Langlebigkeitsbakterium“ und nicht in einem geheimnisvollen Molekül, das irgendwo den Schalter der Lebensuhr umlegt.
Vielleicht ist etwas anderes viel interessanter:
die Fähigkeit eines biologischen Systems, über Jahrzehnte ein möglichst breites Repertoire an Funktionen, Wechselwirkungen und Reaktionsmöglichkeiten zu bewahren.
Und damit führt uns die Geschichte eines einzelnen Stammes wieder zurück zum großen Ganzen.
Zum Ökosystem, mit dem wir geboren werden, das sich mit jeder Mahlzeit, jeder Krankheit, jedem Medikament und jedem Lebensjahr verändert.
Und das möglicherweise auf seine ganz eigene Weise mit uns altert.
Teil 6 – Das kollektive Altern
Am Ende führt die Suche nach Langlebigkeit zu einer überraschend einfachen Erkenntnis:
Ein Mensch altert nicht allein.
Wir sehen das Altern zunächst an uns selbst.
Haare werden grau, Muskeln verlieren an Kraft, Gewebe regeneriert sich langsamer, das Immunsystem verändert sich.
In unseren Zellen sammeln sich Schäden an, Proteine verlieren ihre ursprüngliche Form, Stoffwechselwege verschieben sich.
Seit Jahrzehnten versucht die Alternsforschung zu verstehen, warum ein Organismus auf diese Weise nach und nach an Widerstandsfähigkeit verliert.
Doch während unsere Zellen altern, verändert sich noch etwas anderes.
Das Ökosystem, das uns begleitet, altert mit uns.
Unsere Darmmikroorganismen stehen nicht außerhalb dieser Geschichte.
Ernährung verändert ihre Lebensbedingungen. Medikamente greifen in ihre Gemeinschaften ein. Krankheiten verschieben ökologische Gleichgewichte.
Das Immunsystem reagiert im Alter anders auf seine mikrobiellen Nachbarn, während sich zugleich Darmbarriere und chemisches Milieu verändern.
Der Körper verändert die Mikroorganismen, mit denen er lebt – und deren Stoffwechsel trifft wiederum auf einen Körper, der mit 70 nicht mehr derselbe ist wie mit 20.
Altern erscheint aus dieser Perspektive nicht mehr ausschließlich als Geschichte menschlicher Zellen.
Es wird auch zur Geschichte eines biologischen Netzwerks, dessen Mitglieder sich über Jahrzehnte gegenseitig beeinflussen.
Vielleicht erklärt das, warum Wissenschaftler bei außergewöhnlich alten Menschen inzwischen so genau auf das Mikrobiom schauen.
Nicht weil dort zwangsläufig ein verborgenes Rezept für ein langes Leben wartet, sondern weil diese Menschen zeigen, wie unterschiedlich biologische Systeme altern können.
María Branyas war dafür ein außergewöhnliches Beispiel.
Als sie mit 117 Jahren untersucht wurde, fanden Wissenschaftler nicht den einen biologischen Schalter, der ihr langes Leben erklärte.
Sie fanden ein Zusammenspiel aus genetischen Besonderheiten, Stoffwechselmerkmalen, Lebensgewohnheiten – und einer ungewöhnlichen mikrobiellen Gemeinschaft.
Besonders die hohe Präsenz von Bifidobakterien fiel auf, obwohl diese Mikroorganismen im höheren Alter normalerweise eher zurückgehen.
Vielleicht ist deshalb nicht einmal die Frage entscheidend, ob ihr Mikrobiom Ursache oder Folge ihres außergewöhnlich gesunden Alterns war.
Interessanter ist, dass beides über mehr als ein Jahrhundert miteinander verbunden war:
ein menschlicher Organismus und ein mikrobielles Ökosystem, die sich gemeinsam durch die Zeit veränderten.
Denn Gesundheit entsteht in einem solchen System nicht an einem einzigen Ort.
Sie entsteht aus Beziehungen.
Bewegung verändert den Stoffwechsel. Ernährung verändert die Bedingungen im Darm. Mikroorganismen reagieren darauf und erzeugen Stoffwechselprodukte.
Diese treffen auf Darmbarriere, Immunzellen und andere Mikroorganismen.
Medikamente greifen in das Netzwerk ein, Krankheiten verändern seine Bedingungen, und genetische Voraussetzungen beeinflussen wiederum, wie der menschliche Organismus auf all diese Veränderungen reagiert.
In diesem Geflecht bekommen die Experimente mit Bacillus subtilis ihre eigentliche Bedeutung.
Beim Fadenwurm haben wir gesehen, dass ein Bakterium über Biofilme, Gene und Signalmoleküle bis in jene biologischen Netzwerke hineinwirken kann, die mit Stressresistenz und Lebensspanne verbunden sind.
WTC019 führte dieselbe Spur weiter: vom Wurm über menschliche Zellmodelle bis zur Maus.
Andere Bacillus-subtilis-Stämme zeigen wiederum, wie präzise Mikroorganismen auf Konkurrenten reagieren und sogar deren chemische Kommunikation beeinflussen können.
Und DSM 21097 führt uns zu einer weiteren Ebene derselben Geschichte:
der enormen Vielfalt innerhalb einer einzigen Bakterienart.
Hinter dem Namen Bacillus subtilis verbirgt sich kein einheitlicher Werkzeugkasten.
Unterschiedliche Stämme bringen unterschiedliche genetische Möglichkeiten mit – und welche davon tatsächlich genutzt werden, entscheidet sich im Zusammenspiel mit der jeweiligen Umgebung.
Zusammengenommen entsteht daraus ein anderes Bild des Mikrobioms.
Nicht das eines zoologischen Katalogs, in dem möglichst viele Bakteriennamen aufgelistet werden.
Sondern das eines biochemischen Ökosystems voller Möglichkeiten.
Ein Mikroorganismus kann Nahrung erschließen. Ein anderer produziert ein Molekül, das seinem Nachbarn als Substrat dient. Ein dritter konkurriert um eine ökologische Nische.
Wieder andere kommunizieren, bilden Biofilme, produzieren Enzyme oder verändern die chemischen Bedingungen ihrer Umgebung.
Und selbst ein vorübergehender Besucher kann Teil dieses Geschehens werden, solange er biologisch aktiv ist.
Damit bekommt auch der Begriff Healthspan eine größere Dimension.
Gesundheitsspanne könnte nicht nur davon abhängen, wie lange einzelne menschliche Zellen funktionieren.
Interessant wird ebenso, wie lange das gesamte System seine Anpassungsfähigkeit bewahrt: Stoffwechselwege, Immunreaktionen, Barrierefunktionen – und möglicherweise auch ein mikrobielles Netzwerk, das weiterhin über genügend funktionelle Vielfalt verfügt, um auf Veränderungen reagieren zu können.
Vielfalt bedeutet dabei mehr als die bloße Zahl verschiedener Bakterienarten.
Sie bedeutet Möglichkeiten:
unterschiedliche Gene, Enzyme, Stoffwechselwege, chemische Signale und ökologische Beziehungen.
Ein vielfältiges Mikrobiom ist deshalb nicht automatisch ein gesundes Mikrobiom.
Aber hinter seiner Vielfalt kann sich ein Repertoire biologischer Funktionen verbergen, dessen Bedeutung wir gerade erst zu verstehen beginnen.
Vielleicht ist das auch der Grund, warum die Suche nach der einen Substanz, dem einen Gen oder dem einen „Langlebigkeitsbakterium“ der Biologie des Alterns irgendwann nicht mehr gerecht wird.
Die Natur arbeitet selten mit einem einzigen Hebel.
Sie arbeitet mit Netzwerken.
Jahrzehntelang haben Wissenschaftler den menschlichen Körper zerlegt, um die Zeit zu verstehen.
Sie untersuchten Gene, Proteine, Hormone, Mitochondrien, Immunzellen und Signalwege.
Diese Forschung hat unser Verständnis des Alterns revolutioniert und wird es weiter tun.
Doch nun kommt eine weitere Ebene hinzu.
Die Mikroorganismen, mit denen wir leben.
Noch kennen wir nur einen Teil ihrer Rolle.
Aber die Experimente der vergangenen Jahre zeigen, dass ihre Bedeutung weit über die Verdauung hinausreichen kann.
Ihre Gene erzeugen Moleküle.
Ihre Moleküle treffen auf unsere Zellen.
Ihre Stoffwechselwege greifen in eine chemische Welt ein, die wir lange ausschließlich unserem eigenen Körper zugerechnet haben.
Und vielleicht liegt gerade darin die eigentliche Überraschung dieser Geschichte.
Bacillus subtilis begann für uns als Bodenbakterium.
Dann begegnete es einem millimetergroßen Wurm.
Wir sahen, wie einzelne bakterielle Gene den Unterschied machen konnten.
Wir folgten einem Stamm bis in ein Lebenszeitexperiment mit Mäusen.
Wir begegneten einem anderen, der die Kommunikation eines mikrobiellen Konkurrenten beeinflussen konnte.
Und schließlich führte uns die Suche zu DSM 21097 und zu einer jahrzehntelangen Geschichte der Auswahl einzelner Stämme aus einer biologischen Vielfalt, deren Möglichkeiten noch längst nicht vollständig erschlossen sind.
Aus einem Bakterium wurde damit keine Antwort auf das Rätsel der Langlebigkeit.
Es wurde etwas Interessanteres:
ein Fenster in ein biologisches System, das wir lange übersehen haben.
María Branyas trug dieses unsichtbare Ökosystem durch 117 Jahre ihres Lebens.
Es veränderte sich mit ihr, reagierte auf ihre Ernährung, ihre Umwelt, Krankheiten, Medikamente und auf einen Körper, der mehr als ein Jahrhundert alt wurde.
Welche Rolle dieses Netzwerk dabei spielte, wissen wir noch nicht.
Aber vielleicht stellt ihr außergewöhnliches Leben deshalb eine viel größere Frage als die nach dem Geheimnis eines einzelnen Hundertjährigen:
Wie lange kann ein Mensch gesund bleiben, wenn nicht nur sein Körper, sondern auch das biologische Netzwerk, mit dem er lebt, seine Funktionsfähigkeit bewahrt?
Die Antwort darauf kennt die Wissenschaft noch nicht.
Doch eines beginnt sich abzuzeichnen:
Wir durchqueren die Zeit nie allein.
