Clostridium niakharense sp. nov., a novel species isolated from the breast milk of a Senegalese mother breastfeeding a healthy child

Der menschliche Körper ist kein einsames Gefäß, sondern ein geschäftiges Ökosystem, das von mikrobiellem Leben bevölkert wird, das jede Oberfläche und jede Öffnung besiedelt. Unter diesen Gemeinschaften waren die in der Muttermilch vorkommenden Bakterieninhalte schon lange ein Gegenstand des Interesses für Wissenschaftler, da diese Flüssigkeit die erste Nahrung für Säuglinge und eine entscheidende Quelle der frühen mikrobiellen Kolonisation ist. Jahrzehntelang glaubten Forscher, dass die Bakterien in der Milch hauptsächlich harmlose Passagiere oder in einigen Fällen Kontaminationen aus der Umgebung waren. Die Werkzeuge zur Untersuchung dieser winzigen Organismen haben sich jedoch weiterentwickelt. Wissenschaftler können nun Bakterien züchten, die zuvor im Labor als unmöglich kultivierbar galten, was es ihnen ermöglicht, die tatsächlichen lebenden Zellen zu sehen, anstatt ihre Anwesenheit nur aus genetischen Fragmenten abzuleiten. Dieser Wandel hat ein neues Fenster zur Vielfalt des Lebens eröffnet, das in der menschlichen Körper befindet, und enthüllt Arten, die noch nie zuvor gesehen wurden, sowie stellt alte Annahmen darüber infrage, woher diese Mikroben kommen und was sie tun.

In einer kürzlich durchgeführten Studie entdeckten Forscher eine neue Bakterienart, die in der Muttermilch einer gesunden Mutter in Senegal lebt. Das Team, das in Laboren in Frankreich und Senegal arbeitete, sammelte Milchproben von einer Mutter, die ein gesundes Kind in der Niakhar-Region stillt. Sie verwendeten eine spezialisierte Technik namens Kulturomik, bei der Bakterien unter einer Vielzahl von Bedingungen gezüchtet werden, um selbst die am schwersten einzufangenden Mikroben zum Wachsen zu bewegen. Durch diese Bemühungen isolierten sie einen einzelnen Bakterienstamm, den sie Marseille-QA1073 nannten. Auf den ersten Blick ähnelte dieses Bakterium einem bekannten Typ. Unter einem Mikroskop erschien es als gekrümmter, spindelförmiger Stab, der sich eigenständig bewegen konnte und widerstandsfähige, ruhende Sporen bilden konnte, um unter harten Bedingungen zu überleben. Es war ein grampositives Bakterium, was bedeutet, dass es eine dicke Zellwand besaß, die in einem Standardtest violett färbte, und es gedieh nur in Umgebungen ohne Sauerstoff.

Als die Wissenschaftler zum ersten Mal versuchten, das Bakterium mittels Standard-Protein-Fingerprinting zu identifizieren, konnte die Maschine es keiner bekannten Spezies zuordnen. Sie wandten daraufhin eine leistungsfähigere Methode an: das Lesen des gesamten genetischen Codes des Bakteriums. Durch den Vergleich der Gensequenz des neuen Stammes mit einer Datenbank bekannter Bakterien fanden sie heraus, dass es dem zwei existierenden Arten, Clostridium argentinense und Clostridium faecium, am ähnlichsten war. Die genetische Ähnlichkeit war so hoch – etwa 99 Prozent –, dass der Standard-Genmarker, der zur Identifizierung verwendet wird, sie nicht voneinander unterscheiden konnte. In der Vergangenheit wäre dies möglicherweise ausgereicht gewesen, um den neuen Stamm als eine dieser bekannten Arten zu klassifizieren. Die Forscher wussten jedoch, dass die Betrachtung eines einzelnen Gens nicht ausreichte, um eine definitive Entscheidung zu treffen. Sie mussten das gesamte Genom betrachten, den vollständigen Satz an Instruktionen, der den Organismus ausmacht.

Als sie den vollständigen genetischen Bauplan des neuen Stammes mit seinen nächsten Verwandten verglichen, wurden die Unterschiede deutlich. Das neue Bakterium teilte nur etwa 94 Prozent seines genetischen Materials mit Clostridium argentinense und etwa 87 Prozent mit Clostridium faecium. In der Welt der bakteriellen Taxonomie sind diese Zahlen der entscheidende Faktor. Um als dieselbe Spezies zu gelten, müssen zwei Bakterien mindestens 95 Prozent ihrer genetischen Identität teilen. Da der neue Stamm deutlich unter diesen Schwellenwert fiel, kamen die Forscher zu dem Schluss, dass es sich nicht um eine bekannte Spezies, sondern um etwas völlig Neues handelte. Sie schlugen den Namen Clostridium niakharense vor, eine Anspielung auf die Niakhar-Region, in der die Probe gesammelt wurde.

Die Entdeckung war besonders bedeutsam aufgrund des Ortes, an dem das Bakterium gefunden wurde. Viele Bakterien aus der Familie der Clostridium sind dafür bekannt, im Boden zu leben, und können manchmal gefährliche Pathogene sein, die Toxine produzieren, welche schwere Krankheiten verursachen. Der engste Verwandte dieser neuen Spezies, Clostridium argentinense, wurde historisch mit einer Art von Botulismus-Toxin in Verbindung gebracht. Dies warf die unmittelbare Frage auf: War dieses neue Bakterium gefährlich? Die Forscher scannten das gesamte Genom nach Genen, die Toxine oder Virulenzfaktoren produzieren. Sie fanden keine. Der neue Stamm trug weder die Gene für das Botulinum-Neurotoxin noch für andere bekannte schädliche Agenzien. Es war ein sicheres, nicht-toxisches Mitglied einer Familie, die oft gefährliche Verwandte umfasst.

Die Studie enthüllte auch, wie dieses Bakterium gegen bestimmte Antibiotika resistent ist. Das Genom zeigte, dass das Bakterium einen spezifischen Satz von Genen auf seinem Hauptchromosom trägt, die es ihm ermöglichen, Vancomycin zu widerstehen, einem starken Antibiotikum, das oft als letzte Instanz eingesetzt wird. Diese Resistenz wurde im Labor bestätigt, wo das Bakterium in Gegenwart des Medikaments wuchs. Es blieb jedoch gegenüber Teicoplanin, einem verwandten Antibiotikum, empfindlich – ein Muster, das typisch für diese spezifische Art der genetischen Resistenz ist. Die Forscher merkten an, dass das Bakterium auch Resistenzen gegen andere gängige Antibiotika zeigte, dies jedoch eher ein natürliches Merkmal der Gruppe als eine neu erworbene Superkraft war.

Der vielleicht faszinierendste Aspekt des Fundes war der wahrscheinliche Ursprung des Bakteriums. Obwohl es in der Muttermilch gefunden wurde, nutzten die Forscher Computermodelle, um vorherzusagen, wo dieser Typ von Bakterien normalerweise lebt. Die Modelle deuteten darauf hin, dass das Bakterium primlich ein Bewohner des Bodens und der Rhizosphäre ist, dem Bereich des Bodens, der Pflanzenwurzeln umgibt. Dies impliziert, dass das in der Muttermilch gefundene Bakterium wahrscheinlich kein dauerhafter Bewohner des menschlichen Körpers war, sondern vielmehr ein vorübergehender Besucher. Es gelangte wahrscheinlich durch Umweltexposition, wie etwa durch das Hantieren der Mutter mit Erde oder Pflanzen, in die Milch und überlebte die Reise, weil es robuste Sporen bilden kann. Dies deckt sich mit dem Verhalten vieler Bakterien aus dieser Familie, die weit verbreitet in der Umwelt sind und gelegentlich ohne Schaden beim Menschen vorkommen können.

Die erfolgreiche Isolierung dieses Bakteriums unterstreicht den Wert fortgeschrittener Kultivierungstechniken zur Erforschung des menschlichen Mikrobioms. Viele Bakterien wachsen langsam oder haben spezifische Bedürfnisse, die durch Standard-Labormethoden nicht erfasst werden. Durch den Einsatz längerer Inkubationszeiten und spezialisierter Wachstumsmedien gelang es dem Team, diesen anspruchsvollen Organismus zum Leben zu erwecken. Diese Entdeckung fügt der wachsenden Liste der in der Muttermilch gefundenen Bakterienspezies einen neuen Eintrag hinzu und erweitert unser Verständnis der mikrobiellen Vielfalt, die uns umgibt. Sie dient als Erinnerung daran, dass selbst in den vertrautesten Umgebungen, wie der Muttermilch einer Mutter, noch unbekannte Lebensformen darauf warten, entdeckt zu werden, und dass diese Neuentdeckungen oft mit Beruhigungen über die Sicherheit statt mit Warnungen vor Gefahr einhergehen. Der Stamm wurde in Kulturkollektionen für zukünftige Studien konserviert, um sicherzustellen, dass diese neu benannte Spezies, Clostridium niakharense, Wissenschaftlern über Jahre hinweg zum Lernen zur Verfügung steht.