Nach mehr als 20 Jahren am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA kam Univ.-Prof. Martin Polz vor fünf Jahren nach Österreich zurück, weil hier kompetitive Spitzenforschung gemacht wird, wie er sagt. Seither arbeitet er am Zentrum für Mikrobiologie und Umwelt-Systemwissenschaften der Universität Wien und erforscht die Evolution und Ökologie von Mikroben.
Was sind Mikroben?
Martin Polz: Eine sehr alte Definition sagt, dass alles, was zu klein ist, um mit freiem Auge gesehen zu werden, Mikroben sind. Über die Jahre hat man gesehen, dass hier die größte Diversität von Organismen auf der Erde liegt. Mikroben gab es lange, bevor sich Tiere und Pflanzen entwickelt haben. Zu ihnen zählen Bakterien, Viren, bestimmte Pilze, Protozoen, Archaeen oder Mikroalgen.
Was interessiert Sie speziell an Bakterien?
Es gibt Millionen, wahrscheinlich sogar Milliarden Bakterienarten auf der Welt. Uns interessiert die unglaubliche Anpassungsfähigkeit von Bakterien, denn sie können die vielfältigsten Habitate besiedeln – von heißen, schwefelsäurehaltigen Quellen bis zu unserem Körper. Allein unser Darm enthält Milliarden von Bakterien, die sich an uns angepasst haben und verschiedene Funktionen ausführen. Wir versuchen zu verstehen, wie diese Anpassung entstehen kann, wie die Umweltselektion sich auf genetische Diversität auswirkt. Dabei muss man auch den Genfluss unter Bakterien verstehen, denn sie können neue Gene aufnehmen und sie in ihr Erbgut einbauen.
Prof. Martin Polz, Zentrum für Mikrobiologie und Umwelt-Systemwissenschaften der Universität Wien
Wie können Bakterien neue Gene aufnehmen?
Tiere und Pflanzen reproduzieren sich sexuell, wobei sich die Gene von den Eltern vermischen, also der Genaustausch innerhalb der Art passiert. Bei Bakterien ist das ganz anders. Sie vermehren sich durch Teilung, wobei das Genom genau repliziert wird, können aber jederzeit Gene von anderen Organismen aufnehmen und in ihr Erbgut einbauen. Dadurch kann ein Bakterium neue Funktionen erhalten und darin ist auch die unheimlich große evolutionäre Innovation und letztlich Anpassungsfähigkeit der Bakterien begründet.
Entstehen so neue Arten?
Ja. Wir erforschen, wie sich neue Bakterienarten bilden, ob diese Genotypen besser angepasst sind und dadurch in ökologischen Nischen nahe verwandte Organismen verdrängen. Uns interessiert auch, welche Auswirkungen das auf die Umwelt hat.
Wir haben gerade eine Studie publiziert, wo wir zeigen konnten, dass der Einbau von neuen Genen in Bakterien zu hochangepassten Populationen im menschlichen Darmmikrobiom führen kann. Diese Populationen können sich innerhalb von zehn bis 100 Jahren über die globale menschliche Population verbreiten, ein Prozess, den man bisher nur von Krankheitserregern kannte. Sie kommen allerdings nicht gleichmäßig oft in allen Menschen vor, sondern sind mit spezifischen Phänotypen assoziiert. Das bedeutet: Sequenziert man das gesammelte Genom der Darmbakterien und weiß daher, welche Populationen etwa bei Krebspatient*innen oder Morbus-Crohn-Erkrankten vertreten sind, kann man sie zur Früherkennung heranziehen.
Konnten Sie noch weitere Erkenntnisse gewinnen?
Wir beschäftigen uns mit der Interaktion von Viren und Bakterien. Spezifische Viren, die uns Menschen nicht schaden, können Bakterien befallen und abtöten. Wir erforschen, wie sich die Bakterien dagegen verteidigen. Diese Prozesse zu kennen, ist essenziell um zu verstehen, wann und wo Viren Bakterienpopulationen in Schach halten können: Viele pathogene Bakterien sind bereits gegen alle gängigen Antibiotika resistent. Daher suchen wir händeringend nach Alternativen. Da kommen Viren, die bestimmte Bakterienstämme angreifen können, ins Spiel. Die Hoffnung ist, dass man sie den Patient*innen anstelle von Antibiotika geben kann.
Werden Viren Antibiotika künftig vollständig ersetzen?
Es ist in Härtefällen schon möglich, bestimmte Viren zu isolieren und eine individualisierte Therapie einzuleiten. Bei der Entwicklung eines allgemeinen Medikaments, das man bei jeder Antibiotikaresistenz einsetzen kann, steht man noch am Anfang. Wenn ich Ihnen sage, dass man bis vor Kurzem dachte, dass Bakterien zwei Verteidigungssysteme gegen Viren haben, jetzt aber weiß, dass es mehr als 200 sind, können Sie sich vorstellen, dass es keine einfache Sache ist. Man muss also zunächst erforschen, wie Viren dieses System überwinden, denn das ist das Prinzip, aus dem Anwendungen entstehen können – und das ist Ziel unserer Arbeit.
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