Mikrobiota: was sie ist und warum es wichtig ist, sie zu untersuchen

Der Begriff Mikrobiota ist definiert als die Gesamtheit der Mikroorganismen, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer bestimmten Umgebung aufhalten, nicht zu verwechseln mit dem Mikrobiom, das stattdessen die Gesamtheit des genetischen Materials dieser Mikroorganismen bezeichnet.

 

In der wissenschaftlichen Forschung gewinnt die Darmmikrobiota zunehmend an Bedeutung, die fälschlicherweise als neues Organ des Menschen definiert wird und aus der Gesamtheit der Bakterien, Pilze und Viren besteht, die den Verdauungstrakt von Tieren bevölkern. Die Bedeutung der Untersuchung der Organismen, die Wasser, Boden und Luft besiedeln, darf jedoch nicht unterschätzt werden (Berg et al., 2020).

 

Die Analyse der Mikrobiota umfasst einen multidisziplinären Ansatz, der die Vielfalt der beteiligten Organismen (Pilze, Bakterien, Protisten, Archaeen), ihre Verteilung und ihre Interaktion mit ihrer Umwelt berücksichtigt. Die tatsächliche biologische Vielfalt der Mikroorganismen ist immer noch unbekannt, obwohl sie auf etwa 1012 mikrobielle Arten geschätzt wird. Ihre Erforschung ist von grundlegender Bedeutung und bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die Entwicklung einer nachhaltigen Zukunft:

 

• für die verantwortungsbewusste Nutzung von Ackerland und die Nahrungsmittelproduktion, beispielsweise durch die Einführung nützlicher Mikroorganismen, die die landwirtschaftlichen Erträge steigern können, indem sie den Einsatz von chemischen Düngemitteln verringern;
• für die wirtschaftliche Entwicklung durch die Schaffung mikrobieller Industrien, um nachhaltige Praktiken und Produkte zu erreichen, z. B. mikrobielle Bioraffinerien für die Herstellung von Alternativen zu fossilen Brennstoffen; durch die Nutzung neuer Arten, die chemisch-physikalische Prozesse effizienter durchführen können, wie z. B. die Verwertung von Agrar- und Lebensmittelabfällen; zur Sequestrierung von atmosphärischem CO2 und zur Gewinnung von Verbindungen von Interesse (Enzyme, Biokunststoffe);
• für die Krankheitsbekämpfung und im Gesundheitsbereich für die Lebensmittelsicherheit, die Wasserkontrolle, die Erforschung von Infektionen; für die Entwicklung neuer Arzneimittel.

 

Welche Techniken werden zur Untersuchung der Mikrobiota eingesetzt?

 

Historisch gesehen wurden Mikroben seit ihrer Entdeckung Mitte des 16. Jahrhunderts untersucht, indem man Arten im Labor isolierte, sie unter dem Mikroskop beobachtete und ihren Stoffwechsel analysierte. Die Informationen, die auf diese Weise gewonnen werden können, sind jedoch begrenzt (nicht alle Organismen sind in der Lage, unter den im Labor gewählten Bedingungen zu leben), und aufgrund der Ähnlichkeit der verschiedenen Arten können viele Fehler gemacht werden.

 

Zusätzlich zu diesen Methoden haben die seit den 1990er Jahren entwickelten molekularbiologischen Techniken zur DNA-Sequenzierung es ermöglicht, diese Probleme zu lösen, indem Arten anhand ihres genetischen Materials identifiziert werden. Dies kann entweder durch die Gewinnung von DNA aus isolierten Arten oder aus komplexen Umgebungen geschehen. Im letzteren Fall erhält man ein genaues Bild der vorhandenen Mikrobiota: Mit den neuen Sequenzierungstechnologien können die Genome (d. h. das gesamte genetische Material) von Zehntausenden von Mikroben in einem einzigen Experiment gewonnen werden. Auf diese Weise erhält man Informationen über die Häufigkeit der einzelnen Arten in einer bestimmten Umgebung, die Beziehungen zwischen diesen Arten innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft und die Beziehungen zum Lebensraum, ihre Entwicklung, die potenziellen Anwendungen der vorhandenen Arten für die Energie-, Agrar- und Pharmaindustrie (Gotschlich et al., 2019).

 

Die Mikrobiota des euganeischen Thermalschlamms

 

Die Untersuchung der Mikrobiota, die die euganeischen Thermalschlämme während des Reifungsprozesses besiedelt, folgte demselben historischen Weg: Die ersten Studien in Zusammenarbeit mit der Universität Padua aus den 1970er Jahren umfassten die Analyse der photosynthetischen Organismen (oder Mikroflora) mit Hilfe von Mikroskopietechniken, da diese sehr zahlreich sind und für die grüne Färbung des Biofilms verantwortlich sind, der die reifen Schlämme bedeckt (Andreoli et al., 1975). Lesen Sie auch Thermische Schlammkieselalgen.

 

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden verschiedene Arten der Mikroflora (insbesondere Cyanobakterien) isoliert und mit Hilfe fortgeschrittener molekularbiologischer Techniken charakterisiert (siehe auch Cyanobakterien und Schlammtherapie).

 

In jüngster Zeit ist es jedoch dank der Einführung von DNA-Sequenzierungssystemen für die gesamte Mikrobiota möglich, nicht nur die Mikroflora und die Cyanobakterien, sondern die gesamte mikrobielle Gemeinschaft zu analysieren, die für euganeische Schlämme charakteristisch ist. Für weitere Informationen lesen Sie Die Mikrobiota der Thermalschlämme.