Das menschliche Mikrobiom: Das vergessene Organ, das uns steuert.



Als Antoni van Leeuwenhoek 1676 sein selbstgebautes Mikroskop auf einen Tropfen Zahnbelag richtete, sah er „Tierchen, kleiner als die im Essig sichtbaren“. Diese „Animalcula“ – Bakterien, Archaeen, Pilze und Viren – bilden das menschliche Mikrobiom: eine Gemeinschaft von etwa 10¹³–10¹⁴ Mikroorganismen, die in ihrer Masse (~0,2–1 kg) mit dem Gehirn eines Erwachsenen vergleichbar ist. In der Zellzahl entspricht das Mikrobiom oder übertrifft es die Anzahl menschlicher Zellen (etwa 3 × 10¹³). Das Genom des Mikrobioms enthält 2–20 Millionen Gene – 100- bis 1000-mal mehr als das menschliche Genom (etwa 20 000 Gene). Das sind keine bloßen Passagiere: Das Mikrobiom ist ein vollwertiges metabolisches Organ, das sich Millionen Jahre lang mit uns gemeinsam entwickelt hat und an Verdauung, Immunität, Vitaminsynthese, Gewichtsregulierung, Stimmung und sogar Krebsrisiko beteiligt ist.Der Begriff „Mikrobiom“ wurde 2001 von Joshua Lederberg eingeführt, doch die Idee der Symbiose ist uralt. 1907 verband Ilja Metschnikow die Langlebigkeit bulgarischer Bauern mit Milchsäurebakterien in Sauermilch. 1958 entdeckte Benjamin Duggar Tetracyclin – das erste Breitbandantibiotikum, das gleichzeitig der erste massenhafte Störer des Mikrobioms wurde. 2007 startete das Human Microbiome Project (HMP), 2016 das Integrative HMP (iHMP), die Tausende Proben sequenzierten und bewiesen: Ein gesundes Mikrobiom ist kein Chaos, sondern ein strukturiertes Ökosystem mit einem „Kern“ aus 50–100 Arten, die den meisten Menschen gemeinsam sind.Warum wird das Mikrobiom als „vergessenes Organ“ bezeichnet? Erstens ist es mit bloßem Auge unsichtbar. Zweitens konnten bis zur Ära der Metagenomik (2010er-Jahre) 99 % der Mikroben nicht im Labor kultiviert werden. Drittens konzentrierte sich die medizinische Tradition auf Pathogene und ignorierte Kommensalen. Heute ändert sich das Bild: Dysbiose (Störung der Mikrobiom-Zusammensetzung) wird mit Adipositas, Typ-2-Diabetes, Depression, Morbus Crohn, Darmkrebs und sogar Autismus in Verbindung gebracht. Die fäkale Mikrobiom-Transplantation (FMT) heilt rezidivierende Clostridium difficile-Infektionen in 90 % der Fälle – besser als jedes Antibiotikum. Probiotika und Präbiotika finden Eingang in klinische Leitlinien. Startups bieten „Mikrobiom-Analysen per Post“ für 199 $ an. Hinter dem Hype verbirgt sich jedoch Komplexität: Dieselbe Art kann in einem Kontext nützlich, in einem anderen schädlich sein, und das persönliche Mikrobiom ändert sich alle 24 Stunden

1. Maßstab und Diversität. Im Durchschnitt enthält 1 Gramm Stuhl 10¹¹ Bakterien – eine Dichte vergleichbar mit dem Boden eines tropischen Regenwaldes. Der Dickdarm ist der bevölkerungsreichste Biotop: bis zu 10¹² Zellen/ml. Die Haut: 10⁶/cm², der Mund: 10⁸/ml Speichel. Die Gesamtzahl der Arten in einem Menschen: 500–1000, global beschrieben: über 10 000. Dominierend sind vier Phyla: Firmicutes (50–70 %, Clostridien, Lakto- und Bifidobakterien);  Bacteroidetes (20–40 %, Bacteroides);  Actinobacteria (1–10 %, Bifidobakterien, Corynebakterien);  Proteobacteria (<5 %, Enterobakterien, Helicobacter).

Archaeen (Methanobrevibacter smithii) machen 0,1–10 % aus, Pilze (Candida, Saccharomyces) weniger als 0,1 %, Viren (hauptsächlich Bakteriophagen) 10⁹ Partikel/g Stuhl.

 2. Historischer Überblick17. Jh. – van Leeuwenhoek beschreibt „Animalcula“.  19. Jh. – Pasteur und Koch beweisen die Rolle von Mikroben bei Krankheiten, ignorieren aber Symbionten.  1908 – Metschnikow erhält den Nobelpreis für Phagozytose, seine Ideen zu „nützlichen Bakterien“ werden jedoch abgelehnt.  1950er – Antibiotika retten Millionen, verursachen aber die erste massenhafte Dysbiose.  2001 – Lederberg führt den Begriff „Mikrobiom“ ein.  2007–2012 – HMP sequenziert 300 Personen, 5 Biotope.  2016 – MetaHIT (Europa) veröffentlicht Katalog mit 10 Mio. mikrobiellen Genen.  2023 – Million Microbiome of Humans Project (China) startet Sammlung von 1 Mio. Proben.

3.Warum ist das Mikrobiom ein Organ? Anatomische Lokalisierung: strenge Verteilung in Nischen (Haut, Mund, Darm).  Funktionale Integration: Synthese von Vitaminen (K, B₁₂, Folate), Stoffwechsel von Gallensäuren, Immunschulung.  Regulation: Rückkopplung mit dem Wirt über SCFA, Neurotransmitter, Hormone.  Pathologie bei Entfernung: Gnotobioten (keimfreie Mäuse) haben unterentwickeltes Immunsystem, dünnen Darm, erhöhtes Infektionsrisiko.

1.1. Koevolution von Mensch und Mikroben: Von einzelligen Vorfahren bis zu Homo sapiensDie Koevolution des Menschen mit seinem Mikrobiom ist keine bloße Geschichte des Zusammenlebens, sondern ein fundamentaler biologischer Prozess, der lange vor dem Auftreten mehrzelliger Organismen begann und bis heute anhält. Das Mikrobiom ist kein „Anhängsel“, kein zufälliger Satz von Mikroorganismen, sondern ein vollwertiger evolutionärer Partner, der Anatomie, Physiologie, Immunsystem und sogar Verhalten des Menschen über Hunderte Millionen Jahre hinweg mitgestaltet hat. Um die Natur dieser Symbiose zu verstehen, müssen wir zu den Ursprüngen des Lebens auf der Erde zurückkehren – zu jenen Momenten, als Mikroben aufhörten, bloße Umwelt zu sein, und zu einem inneren Bestandteil von uns wurden. Endosymbiotische Revolution: Mikroben als Vorfahren von Organellen (2,1–1,8 Mrd. Jahre)Der erste und radikalste Akt der Koevolution geschah im Archaikum, als eine Archaea – Vorfahrin aller Eukaryoten – eine Alphaproteobakterie verschlang, ohne sie zu verdauen. Statt zu sterben, blieb die Bakterie im Inneren der Wirtszelle leben und übertrug ihr ihr Atmungssystem. So entstand die Mitochondrie – die Energiezentrale, die Eukaryoten ermöglichte, Sauerstoff zu nutzen und die Grenzen des anaeroben Stoffwechsels zu überwinden.Die Theorie von Lynn Margulis, 1967 in Journal of Theoretical Biology unter dem Titel „On the Origin of Mitosing Cells“ veröffentlicht, galt lange als randständig, wurde aber in den 1980er-Jahren durch molekulare Daten vollständig bestätigt. Das mitochondriale Genom enthält 37 Gene, darunter 13 für Proteine der Atmungskette, und verwendet den bakteriellen genetischen Code (UGA kodiert Tryptophan, nicht Stop-Codon wie im Kern-Genom). Doppelmembran, eigene 70S-Ribosomen, ringförmige DNA – alles Spuren uralter bakterieller Herkunft.2015–2016 entdeckte die Gruppe von Thijs Ettema (Uppsala University) in Tiefsee-Hydrothermalquellen vor Norwegen die Asgard-Archaeen (Lokiarchaeota, Thorarchaeota, Odinarchaeota), deren Genome eukaryotische Signaturen enthalten: Gene für Aktin, Ubiquitinierung, ESCRT-Komplex – Mechanismen, die bisher als ausschließlich eukaryotisch galten. Diese Entdeckung, publiziert in Nature (Spang et al., 2015), bewies endgültig: Der erste Eukaryot war eine Chimäre zweier mikrobieller Domänen – Archaea und Bakterien.„Wir sind nicht nur Träger von Mikroben – wir bestehen teilweise aus ihnen. Die Mitochondrie ist ein uralter Symbiont, der bis heute Autonomie bewahrt und nach Milliarden Jahren entwickelten Prinzipien mit dem Kern interagiert.“ (Gray, Nature Reviews Genetics, 2012) Mehrzelligkeit und erste Darmsymbionten (635–541 Mio. Jahre)Mit dem Auftreten mehrzelliger Tiere (Metazoa) im Ediacarium übernimmt das Mikrobiom eine neue Funktion – extrazelluläre Verdauung. Die einfachsten Tiere hatten weder Mund noch Darm, waren aber bereits auf Mikroben angewiesen.Schwämme (Porifera) – primitivste Vielzeller – leben in Symbiose mit Cyanobakterien, Gammaproteobakterien und chloroplastenähnlichen Organellen. Das Mikrobiom macht bis zu 38 % der Gesamtbiomasse des Schwamms aus und synthetisiert sekundäre Metabolite (Polyketide, Terpene) zum Schutz vor Räubern (Wilkinson, 1984). Hohltiere (Cnidaria) – Hydren, Seeanemonen, Korallen – besitzen eine primitive Darmhöhle, besiedelt mit Pseudoalteromonas, Vibrio, Endozoicomonas. Diese Bakterien spalten Chitin, Kollagen und Lipide, die für die Enzyme des Wirts unzugänglich sind.

Ein Schlüsselsperiment führte die Gruppe von Susanne Fraune durch (Fraune et al., PNAS, 2014): In sterilen Bedingungen gezüchtete Hydren (Gnotobioten) konnten die Integrität ihres Epithels nicht aufrechterhalten und starben nach 3–4 Wochen an Apoptose. Die Rückgabe des nativen Mikrobioms stellte den Homöostase wieder her. Dies ist der erste direkte Beweis für obligatorische Symbiose bei Tieren: Ohne Mikroben ist Mehrzelligkeit unmöglich.

Bei Amphibien erscheint erstmals die Mucinschicht – ein Glykoprotein-Gel, das das Epithel schützt. Hier siedelt sich Akkermansia muciniphila an – ein spezialisierter Mucinabbauer, der später auch beim Menschen zentral wird. Bei Reptilien bildet sich der Blinddarm – Analogon des Pansen der Wiederkäuer, wo Anaerobier Zellulose zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFA: Acetat, Propionat, Butyrat) fermentieren.Die Gruppe von John Rawls (Rawls et al., Cell, 2006) zeigte: Bei Zebrafischen ohne Mikrobiom entwickeln sich keine Darmzotten, die Expression von Genen für Lipidtransport und Epithelproliferation sinkt. Die Mikrokolonisation mit Bacteroides thetaiotaomicron stellt diese Prozesse wieder her – Beweis für mikrobielles Programmieren der Entwicklung. Primaten: Vertikale Übertragung und diätetische Spezialisierung (~25 Mio. Jahre)Der gemeinsame Vorfahr von Menschenaffen und Mensch lebte in tropischen Wäldern und ernährte sich hauptsächlich von Blättern, Früchten und Insekten. Sein Mikrobiom war an eine hochfaserreiche, proteinarme Diät angepasst.Gorillas: 80–85 % Prevotella, 10 % Treponema, <5 % Bacteroides. Hohe Aktivität von Xylanasen und Pektinasen. Schimpansen: 55–60 % Firmicutes, 30 % Bacteroidetes, erhöhtes Faecalibacterium prausnitzii – Butyratproduzent. Bonobos: noch höher Faecalibacterium und Roseburia – entzündungshemmendes Profil.

Die Studie von Howard Ochman (Ochman et al., Science, 2010; Moeller et al., Science, 2016) sequenzierte Mikrobiome von über 50 Primaten und zeigte: Die Zusammensetzung des Mikrobioms clustert nach der Phylogenie des Wirts, nicht nach Geographie. Dies ist Beweis für vertikale Übertragung – das Mikrobiom wird über Dutzende Millionen Jahre von der Mutter an die Nachkommen weitergegeben.„Das Primaten-Mikrobiom ist evolutionäres Gedächtnis. Es speichert Spuren der Ernährung der Vorfahren besser als Zähne oder Knochen.“ (Moeller, 2016)

Schlüsselmoment: Verlust der Gene für Cellulasen und Hemicellulasen bei Hominiden-Vorfahren (~4 Mio. Jahre). Im Gegensatz zu Gorillas hat der Mensch keine eigenen Enzyme zur Spaltung pflanzlicher Zellulose. Stattdessen kam es zu horizontalem Gentransfer (HGT) von Bakterien:Bei Japanern enthält Bacteroides plebeius Gene für Porphyranase und Agarase, übernommen von der Meeresbakterie Zobellia galactanivorans (Hehemann et al., Nature, 2010). Bei Afrikanern – Gene für Trehalose von Treponema.

„Expensive Tissue“-Hypothese (Aiello & Wheeler, Current Anthropology, 1995): Die Reduktion des Darmvolumens um 40 % ermöglichte die Vergrößerung des Gehirns von 400 auf 1350 cm³. Das Mikrobiom kompensierte den Verlust an Verdauungskapazität: SCFA liefern bis zu 10 % des Energiebedarfs des Gehirns, besonders bei Hunger (Butyrat – bevorzugtes Substrat für Neuronen).Moderner Mensch: Industrialisierung und „verschwundenes Mikrobiom“Jäger und Sammler Hadza (Tansania, 2017):1200–1500 OTU (operationelle taxonomische Einheiten). Saisonale Schwankungen: Regenzeit – Prevotella, Trockenzeit – Bacteroides. Vorhanden: Treponema, Succinivibrio, Spirochaeta – uralte Fermentierer, bei Stadtbewohnern fehlend.

Stadtbewohner (USA, Italien, 2018):400–600 OTU. Zunahme Proteobacteria (Entzündung). Verlust von Akkermansia muciniphila, Oxalobacter formigenes, Christensenella minuta.

Experiment von Justin Sonnenburg (Sonnenburg et al., Nature, 2016): Mäuse, kolonisiert mit Hadza-Mikrobiom, zeigten bessere Faser-Toleranz, höhere SCFA-Produktion und weniger systemische Entzündung als Mäuse mit US-Mikrobiom. Bei Übertragung des „städtischen“ Mikrobioms auf die nächste Mäuse-Generation sank die Diversität um 30 % pro Generation – Effekt des „verschwundenen Mikrobioms“.Genetische Spuren der Koevolution Haplogruppe L0 (Afrikaner): Korrelation mit hohem Prevotella. HLA-B*57 (HIV-Resistenz): Assoziation mit Faecalibacterium prausnitzii. FUT2-Gene (Sekretorstatus): „Sekretoren“ (80 % der Bevölkerung) – mehr Bifidobacterium; „Non-Sekretoren“ – höheres Crohn-Risiko (Rausch et al., Cell, 2011). AMY1-Kopien (Speichel-Amylase): 6–8 Kopien bei Europäern, 2–4 bei Hadza – Korrelation mit Bacteroides.

1.2. Die Hauptdomänen des Mikrobioms: Bacteria, Archaea, Eukarya, Viren, Pilze Das menschliche Mikrobiom ist ein mehrschichtiges, poly-dominantes Ökosystem, in dem Bakterien 99,9 % aller Zellen und 90–95 % des funktionellen genetischen Potenzials ausmachen, jedoch Archaeen, Pilze, Viren und seltene Protisten kritische, oft unterschätzte Rollen bei Stoffwechsel, Immunität, Kolonisationsresistenz und Evolution des Wirts spielen. Ihre Interaktion bildet ein komplexes Netzwerk, in dem jede Domäne die anderen beeinflusst und Stabilität oder Vulnerabilität des Systems bestimmt. In 1 Gramm Stuhl eines gesunden Erwachsenen befinden sich 10¹¹–10¹² bakterielle Zellen – eine Dichte vergleichbar mit einem tropischen Regenwald. Laut Integrative Human Microbiome Project (iHMP, 2019) machen vier bakterielle Phyla mehr als 95 % aller Bakterien aus: Firmicutes (50–70 %, Faecalibacterium prausnitzii, Roseburia intestinalis, Ruminococcus bromii, Lactobacillus reuteri, Clostridium clusters IV/XIVa), Bacteroidetes (20–40 %, Bacteroides thetaiotaomicron, Prevotella copri, Alistipes putredinis), Actinobacteria (1–10 %, Bifidobacterium longum, Collinsella aerofaciens, Corynebacterium, Propionibacterium acnes) und Proteobacteria (<5 %, Escherichia coli, Helicobacter pylori, Sutterella wadsworthensis, Desulfovibrio). Das Kern-Mikrobiom umfasst 57 Gattungen, die bei mehr als 90 % der Menschen vorhanden sind (Turnbaugh et al., Nature, 2009), das funktionelle Kern etwa 1,6 Millionen Gene, die universelle Enzyme kodieren (HMP, 2012). Zu den Schlüsselspielern gehören: Bacteroides thetaiotaomicron – „universeller Fermentierer“ mit über 100 Polysaccharidasen; Faecalibacterium prausnitzii – Hauptproduzent von Butyrat, das bis zu 15 % der Energie des Darmepithels liefert; Akkermansia muciniphila – Mucin-Abbauer, Marker metabolischer Gesundheit; Lactobacillus – Lactose-Fermentierer und Vaginalbarriere. Bakterien sind strikt biotop-spezifisch: auf der Haut dominieren Staphylococcus epidermidis und Corynebacterium, im Mund Streptococcus salivarius und Veillonella, im Magen Helicobacter pylori (bei 50 % der Bevölkerung), im Dickdarm Anaerobier mit Dichte bis 10¹² Zellen/ml. Archaeen (Archaea) machen 0,1–10 % der Zellen aus, bei hochfaserreicher Ernährung bis zu 20 %. Sie sind „unsichtbare Regulatoren des Gas-Haushalts“, bilden keine Sporen und sind nicht pathogen. Dominiert Methanobrevibacter smithii (90 % aller Archaeen), der Wasserstoff für Methansynthese nutzt: 4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O. Dieser Prozess beschleunigt die Fermentation um 30 %, verhindert H₂-Ansammlung und Stoffwechselhemmung (Samuel & Gordon, PNAS, 2006). M. smithii arbeitet in Syntrophie mit Bacteroides und Ruminococcus und steigert die SCFA-Ausbeute. Weitere Archaeen: Methanosphaera stadtmanae (5–8 %), Methanomassiliicoccus (bei veganer Ernährung), Spuren von Thermoplasmata im Magen. Klinisch ist ein hoher Methanogen-Spiegel mit Verstopfung und SIBO assoziiert, ein niedriger mit Durchfall und Adipositas (Mäuse ohne Archaeen verlieren Gewicht). Pilze (Mycobiom, Domäne Eukarya) – weniger als 0,1 % der Zellen, aber bis zu 10 % der Transkripte in Mundhöhle und Haut. Sie sind „Dirigenten lokaler Entzündung“ mit hoher metabolischer Aktivität. Hauptgattungen: Candida albicans (60–80 % des Myzels in Darm und Mund), Saccharomyces cerevisiae (<5 %, Probiotikum), Malassezia furfur/restricta (90 % des Hautmyzels), transiente Aspergillus und Penicillium in der Lunge. Candida konkurriert mit Bacteroides um Glukose, Malassezia induziert IL-17 → Psoriasis. Bei HIV, CED oder Antibiotikatherapie kommt es zu explosivem Candida-Wachstum, das mit Serratia und E. coli Biofilme bildet (Hoarau et al., mBio, 2016). Viren (Virom) – 10⁹–10¹¹ virale Partikel pro Gramm Stuhl, davon 90 % Bakteriophagen. Sie sind „Dirigenten des Ökosystems“, die die Anzahl und Genetik von Bakterien kontrollieren. Dominierende DNA-Phagen-Familien: CrAss-phage (bis 90 % der Menschen, infiziert Bacteroides), Siphoviridae, Myoviridae. Phagen wirken über lytischen Zyklus (Wirtstötung) oder Lysogenie (Integration ins Genom → Transfer von Resistenz-/Virulenzgenen). Eukaryotische Viren (Norovirus, Rotavirus) sind transient, persistierend Torque teno virus (TTV) und Anelloviridae (bei 90 % der Menschen, Marker für Immunsuppression). Phagen sind entscheidend bei FMT: Spender-Viren stellen Kolonisationsresistenz wieder her.Protisten und Einzeller treten selten auf, sind aber bedeutsam. Blastocystis spp. – bei 30–50 % der Menschen, korreliert mit hoher α-Diversität und niedrigem BMI (Andersen et al., Gut, 2015); Dientamoeba fragilis – umstrittener Kommensale/Pathogen; Giardia lamblia – verursacht Durchfall.Kreuz-dominante Interaktionen bilden ein Netzwerk, in dem ein Ungleichgewicht einer Domäne das gesamte System stört: Syntrophie Bakterien Archaeen erhöht Fermentation um 30 %; Konkurrenz Bakterien Pilze (Candida ↓ Bacteroides); Lyse Viren Bakterien reduziert C. difficile bei FMT; Biofilme Pilze Bakterien (Candida + Serratia + E. coli) fördern CED.Visualisierung der Domänen im Stuhl eines gesunden Erwachsenen (iHMP, 2019):

1.3. Vertikale und horizontale Übertragung des Mikrobioms. Das menschliche Mikrobiom entsteht nicht spontan – es wird durch zwei fundamentale Mechanismen gebildet: die vertikale Übertragung, die genetische und ökologische Kontinuität von den Eltern auf die Nachkommen sichert, und die horizontale Übertragung, die adaptive Plastizität durch Kontakt mit Umwelt, Familie, Tieren und Kultur hinzufügt. Diese Prozesse beginnen in den ersten Sekunden des Lebens und setzen sich bis ins hohe Alter fort. Sie bestimmen nicht nur die Zusammensetzung des Mikrobioms, sondern auch seine Resistenz gegen Pathogene, metabolische Effizienz und sogar die Neigung zu chronischen Erkrankungen. Die Unterbrechung eines dieser Wege – sei es durch Kaiserschnitt, frühe Antibiotika oder sterile urbane Umgebungen – führt zu langfristigen Folgen, die die moderne Wissenschaft erst zu verstehen beginnt. Vertikale Übertragung: Von der Mutter zum Kind – das Fundament des Mikrobioms Die vertikale Übertragung ist ein biologisches Erbe, zuverlässiger als die Genetik, denn es wird nicht nur DNA übertragen, sondern ein ganzes Ökosystem. Sie beginnt im Moment der Geburt und setzt sich über die Muttermilch fort, wobei in den ersten drei Lebensjahren das Kern-Mikrobiom geformt wird – eine Phase, in der das Immunsystem noch plastisch ist und der Darm lernt, „Eigenes“ von „Fremdem“ zu unterscheiden. Geburt – die erste massive BesiedlungBei einer vaginalen Geburt wird das Kind mikrobiell getauft. Beim Durchtritt durch den Geburtskanal schluckt es 10⁶–10⁸ mikrobielle Zellen aus dem Vaginalsekret und dem Stuhl der Mutter. Dominierend sind Lactobacillus crispatus, Lactobacillus iners, Prevotella, Sneathia, Gardnerella – Bakterien, die den pH-Wert auf 4,0–4,5 senken und so Pathogene wie Escherichia coli und Clostridium perfringens unterdrücken. Diese Lakto- und Bifidobakterien bereiten die Nische für die anschließende Kolonisation durch Bifidobacterium longum subsp. infantis vor, das zur Grundlage des Säuglings-Mikrobioms wird.Beim Kaiserschnitt kommt das Kind zuerst mit der Hautmikrobiota der Mutter und des medizinischen Personals in Kontakt: Staphylococcus epidermidis, Corynebacterium, Propionibacterium acnes, Streptococcus. Dies führt zu einer Verzögerung der Kolonisation durch anaerobe Fermentierer – Bacteroides und Bifidobacterium erscheinen 6–12 Monate später. Eine Meta-Analyse von 2021 (Lancet) zeigte: Kinder, die per Kaiserschnitt geboren wurden, haben ein 30 % höheres Risiko für Adipositas, 20 % für Typ-1-Diabetes, 25 % für Asthma und 50 % für allergische Rhinitis bis zum 12. Lebensjahr. Grund: das Fehlen des vaginalen „Startpakets“, das die korrekte Reifung des Immunsystems anstößt – weniger Treg-Zellen, mehr Th2-Antwort, Neigung zu Allergien. Muttermilch – die zweite Stufe der vertikalen ÜbertragungMuttermilch ist nicht nur Nahrung, sondern eine mikrobielle Impfung. Sie enthält 5–15 g/l HMO (Human-Milk-Oligosaccharide) – komplexe Kohlenhydrate, die vom Menschen nicht verdaut werden, aber das ideale Substrat für Bifidobacterium infantis sind. Dieser Stamm exprimiert sechs einzigartige Glykosid-Hydrolasen, die HMO zu Acetat und Laktat abbauen, den pH senken und eine Barriere gegen Pathogene schaffen. Zudem enthält die Milch 10³–10⁵ KBE/ml lebende Bakterien: Staphylococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Bifidobacterium sowie sekretorisches IgA, Lysozym, Laktoferrin – Moleküle, die das Immunsystem des Kindes „schulen“.Künstliche Ernährung unterbricht diese Kette: ↓ Bifidobacterium, ↑ Clostridium, ↑ Enterobacteriaceae. Bei Frühgeborenen erhöht dies das Risiko für nekrotisierende Enterokolitis (NEC) um das 5- bis 10-Fache. Selbst bei Reifgeborenen führt das Fehlen der HMO-Fermentation zu einer Reduktion der Mukusschicht und erhöhten Darmpermeabilität – „leaky gut“, das später mit Autoimmunität assoziiert ist. Plazenta und Fruchtwasser – Mythos oder Realität?Bis 2014 galt die Gebärmutter als steril. Dann fanden Aagaard und Kollegen (Sci. Transl. Med., 2014) in der Plazenta niedrigschwellige Signale von E. coli, Prevotella, Lactobacillus. Dies löste einen Sturm aus: wird das Mikrobiom intrauterin übertragen? Spätere Studien (Gut Microbes, 2016; Nature, 2020) zeigten jedoch: diese Signale sind Kontaminationen bei der Geburt oder im Labor. Dennoch enthält der Mekonium (erste Stuhl) Neugeborener Enterococcus, Lactobacillus, Streptococcus – vermutlich aus dem Fruchtwasser, das der Fötus schluckt. Fazit 2023 (ISME J.): intrauterine Übertragung ist minimal, aber nicht null – möglicherweise über mütterliches Blut oder plazentare Makrophagen. Horizontale Übertragung: Umwelt, Familie, KulturDie horizontale Übertragung ist eine ökologische Anpassung in Echtzeit. Sie beginnt in den ersten Lebensmonaten und dominiert nach 2–3 Jahren, wenn das Kind aus dem „mütterlichen Kokon“ herauskommt.Familie – der HauptvektorMutter Kind: bis zu 50 % gemeinsame Stämme (Bifidobacterium, Bacteroides).  Vater Kind: bis zu 30 % (Corynebacterium, Staphylococcus).  Ehepartner: 15–20 % (Prevotella, Ruminococcus).  Geschwister: bis zu 45 % (Faecalibacterium, Roseburia).

Mechanismen: fäkal-oral (Küsse, gemeinsame Löffel, Spielzeug), Haut-zu-Haut, luftgetragen (Mundhöhle). Song et al. (Nature, 2013) zeigten: Mikrobiome von Familienmitgliedern clustern nach Haushalt, selbst bei nicht verwandten Personen (Adoptivkinder).Haustiere – „mikrobielle Spender“Kinder, die mit Hunden oder Katzen aufwachsen, erhalten Ruminococcus, Oscillospira, Megamonas – Zellulose-Fermentierer, die in sterilen Wohnungen fehlen. Kontakt mit Fell, Speichel, Kot erhöht die α-Diversität und senkt das Allergierisiko. Tun et al. (Microbiome, 2017): Kinder mit Hunden erkranken 30 % seltener an Asthma, 50 % seltener an atopischer Dermatitis. Mechanismus: Übertragung von Lactobacillus johnsonii, das den Th1/Th2-Balance moduliert. Geographie und Kultur – das Mikrobiom als PassJapaner: Bacteroides plebeius mit Genen für Porphyranase – von Meeresbakterien Zobellia galactanivorans durch Nori-Verzehr übernommen.  Hadza (Tansania): Treponema, Succinivibrio, Spirochaeta – uralte Symbionten, bei Stadtbewohnern fehlend.  Amerikaner: ↓ Prevotella, ↑ Bacteroides – Folge verarbeiteter Nahrung.  Inder: ↑ Ruminococcus îmi, Megasphaera – durch Gewürze und fermentierte Produkte.

Migration verändert das Mikrobiom innerhalb einer Generation: Kinder asiatischer Einwanderer in den USA verlieren Prevotella und gewinnen Bacteroides, mit steigendem CED-Risiko (Vangay et al., Cell, 2018).Dynamik der Übertragung im Lebensverlauf0–3 Monate: vertikale Dominanz – Bifidobacterium, Lactobacillus.  3–24 Monate: horizontale Aktivierung – Bacteroides, Clostridium.  2–12 Jahre: soziales Netzwerk – Schule, Freunde, Ernährung.  Erwachsene: stabiles Kern (80 % der Stämme stabil, Mehta et al., Nature, 2018).  Ältere: Verlust der Diversität, ↑ Proteobacteria durch Kliniken, Antibiotika.

Klinische Folgen von ÜbertragungsstörungenKaiserschnitt + künstliche Ernährung: ↓ Bifidobacterium, ↑ Clostridium, ↑ NEC, Allergien.  Frühe Antibiotika (<1 Jahr): Verlust von Bifidobacterium, ↑ Proteobacteria, ↑ Adipositas (+30 % bis 7 Jahre).  Krankenhausaufenthalt: ↑ Klebsiella, Enterococcus – nosokomiale Infektionen.  Migration: Verlust von Prevotella, ↑ CED.

Wiederherstellung der ÜbertragungFMT von der Mutter – experimentell, aber vielversprechend.  Probiotika: B. infantis mit HMO.  Kontakt mit der Natur: Bauernhöfe, Tiere, Erde.

1.4. Mikrobiom von Primaten und Paläomikrobiom (Koprolithen).Das menschliche Mikrobiom ist kein isoliertes System, sondern ein evolutionäres Kontinuum, das sich durch Menschenaffen und antike Koprolithen verfolgen lässt. Der Vergleich mit Schimpansen, Gorillas, Orang-Utans, Neandertalern, Jägern und Sammlern der Hadza, alten Ackerbauern und mittelalterlichen Europäern enthüllt verlorene Symbionten, diätetische Anpassungen und Marker der Zivilisation. Diese Daten zeigen überzeugend, dass das moderne städtische Mikrobiom eine verarmte, degradierte Version des antiken ist und viele nützliche Bakterien in den letzten 100–200 Jahren unter dem Einfluss von Antibiotika, verarbeiteter Nahrung, Hygiene und Urbanisierung verschwunden sind.Menschenaffen – die nächsten Verwandten (Pan troglodytes – Schimpansen, Gorilla gorilla – Gorillas, Pongo pygmaeus – Orang-Utans) – besitzen ein Mikrobiom, das durch Blattdiät, soziale Kontakte und vertikale Übertragung über 25 Millionen Jahre geformt wurde. Ihre Mikrobiome clustern nach der Phylogenie des Wirts, nicht nach Geographie, was eine langfristige Koevolution beweist (Moeller et al., Science, 2016). Bei Schimpansen, die Früchte, Blätter und Insekten fressen, spiegelt das Mikrobiom eine gemischte pflanzlich-tierische Ernährung wider: Firmicutes machen 55–60 % aus (Faecalibacterium prausnitzii, Ruminococcus bromii, Roseburia intestinalis), Bacteroidetes – 30–35 % (Prevotella copri, Bacteroides). Im Gegensatz zum Menschen weisen Schimpansen einen hohen Anteil an Treponema auf – bis zu 10–15 %, Bakterien, die Xylan und Pektin abbauen. Diese uralten Symbionten sind bei modernen Menschen fast vollständig verschwunden. Ebenso ist Methanobrevibacter smithii vorhanden – ein Methanogen, der die Fermentation beschleunigt. Soziales Verhalten (Grooming, Küssen) sorgt für horizontale Übertragung von Streptococcus, Prevotella und Veillonella.Gorillas – strenge Vegetarier – ernähren sich von Blättern, Stängeln, Rinde. Ihr Mikrobiom dominiert Prevotella – 80–85 % (P. copri, P. ruminicola), mit Treponema bis zu 15 %. Diese Bakterien exprimieren Pektinasen, Xylanasen und Cellulasen, die Energie aus harter Zellulose gewinnen. Gorillas haben dreimal mehr CAZymes (kohlenhydrataktive Enzyme) pro Genom als Menschen. Der Methanogenese (Methanobrevibacter) ist stärker ausgeprägt als bei Schimpansen aufgrund des hohen Zellulosegehalts. Orang-Utans – Einzelgänger – fressen Früchte und Rinde. Ihr Mikrobiom ist gemischt: 50 % Firmicutes, 40 % Bacteroidetes, mit hoher Diversität – 1500–2000 OTU (gegenüber 400–600 bei Stadtbewohnern). Charakteristisch sind Fibrobacter – Zellulose-Abbauer – und Ruminococcus – Butyratproduzenten. Niedriger Bifidobacterium-Anteil – kein HMO in der Nahrung. Schlüssel-Erkenntnis: Das Primaten-Mikrobiom ist evolutionäres Gedächtnis. Es bewahrt Treponema, Prevotella, Methanobrevibacter – Symbionten, die beim gemeinsamen Vorfahren vor 25 Millionen Jahren vorhanden waren. Beim Menschen sind sie nur bei Jägern und Sammlern erhalten.Koprolithen – fossile Fäkalien – konservieren mikrobielle DNA durch Dehydration, Mineralisierung und niedrige Temperaturen. Metagenomik von 16S rRNA und Shotgun-Sequenzierung ermöglicht die Rekonstruktion antiker Mikrobiome bis auf Gattungsebene. Die Analyse von Koprolithen aus der Höhle El Sidrón (Spanien, 50 000 Jahre) zeigte, dass Neandertaler eine gemischte Ernährung hatten – Fleisch, Nüsse, Pilze, Pflanzen. In ihrem Mikrobiom dominierten Methanobrevibacter (Methanogenese, wie bei modernen Vegetariern), Treponema (Xylan-Abbauer, wie bei Hadza), Roseburia, Bifidobacterium – Hinweise auf Milchdiät (möglicherweise Muttermilch oder fermentierte Produkte). Fehlen von Bacteroides plebeius – keine Meeresalgen. Schluss: Neandertaler waren näher bei Hadza als bei modernen Europäern.Die modernen Jäger und Sammler Hadza (Tansania) sind die letzten Träger des antiken Mikrobioms. Ihr Mikrobiom enthält 1200–1500 OTU – dreimal mehr als bei Amerikanern. Dominierend sind Treponema succinifaciens, Succinivibrio, Spirochaeta – verlorene Symbionten der Stadtbewohner. Diese Bakterien spalten Xylan, Pektin und produzieren hohe SCFA-Mengen. Es gibt Saisonalität: Regenzeit → Prevotella (Kohlenhydrate), Trockenzeit → Bacteroides (Proteine). Der Übergang zum Ackerbau vor 5000 Jahren (Koprolithen aus Casas Grandes, Mexiko) veränderte das Mikrobiom: ↑ Bifidobacterium – Milch, Mais; ↓ Treponema – thermische Verarbeitung; Auftreten von Lactobacillus – fermentierte Produkte (Chicha, Pulque).Das mittelalterliche Europa (14. Jh., Belgien, Namur) gibt ein Bild eines urbanisierten Mikrobioms: Analyse von Zahnstein und Koprolithen zeigt Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia – Parodontitis; Methanobrevibacter – proteinreiche Ernährung (Fleisch, Käse); ↑ Proteobacteria – unhygienische Bedingungen, Infektionen; Auftreten von Helicobacter pylori hpEurope – Migrationen aus Asien.Verlorene Symbionten sind Treponema (spaltet Xylan, Pektin; bei Primaten, Neandertalern, Hadza; bei 99 % der Stadtbewohner fehlend), Oxalobacter formigenes (abbaut Oxalate → Nierensteinprävention; sinkt bei Antibiotika), Christensenella minuta (Gewichtsregulator, entzündungshemmend; hoch bei Schlanken). Verluste entstehen durch Industrialisierung (↓ Diversität um 50 %, 400–600 OTU), Antibiotika (Verlust von Bifidobacterium, Faecalibacterium), verarbeitete Nahrung (↓ Prevotella, ↑ Bacteroides), Hygiene (kein Kontakt mit Erde, Tieren).

2.Anatomie des mikrobioms: von der haut bis zum darm.

2.1. Haut (Staphylococcus, Corynebacterium, Cutibacterium).

Die Haut ist die erste und größte Barriere des Organismus mit einer Fläche von etwa 1,8 m², auf der 10¹⁰–10¹² mikrobielle Zellen leben – eine Dichte, die mit dem Darm vergleichbar ist, jedoch in einer völlig anderen Umgebung: niedrige Feuchtigkeit, hohe Salzkonzentration, pH 4,5–5,5, ständige Ablösung der Epidermis und intensive UV-Strahlung. Das Hautmikrobiom ist kein zufälliger Haufen, sondern ein topografisch strukturiertes Ökosystem, in dem drei Mikronischen – seborrhoische (talgreich), feuchte (intertriginös) und trockene (offene) – einzigartige Gemeinschaften mit klarer funktioneller Aufgabenverteilung bilden. Es handelt sich nicht nur um eine „Schutzschicht“, sondern um eine dynamische immunologische Plattform, auf der Kommensalen (Cutibacterium, Corynebacterium, Staphylococcus) die saure Mantelschicht, Biofilme, antimikrobielle Peptide und die Schulung des Immunsystems aufrechterhalten, während eine Dysbiose zu Entzündungen, Infektionen und chronischen Dermatosen führt.Das Hautmikrobiom zeichnet sich durch eine niedrige α-Diversität aus – nur 200–500 OTU pro Person (gegenüber 1000–1500 im Darm), was durch die harten Umweltbedingungen erklärt wird (Grice et al., Science, 2009). Die β-Diversität (zwischen Individuen) ist jedoch hoch: Die Zusammensetzung hängt von Alter, Geschlecht, Hygiene, Klima und sogar Beruf ab. Die vertikale Übertragung beginnt bei der Geburt: Neugeborene erhalten Staphylococcus epidermidis und Corynebacterium von der Mutter über Haut und Geburtskanal. Die horizontale Übertragung dominiert später – über Familie, Kleidung, Kosmetika, Umwelt. Die Stabilität ist hoch: 80 % der Stämme bleiben 1–2 Jahre erhalten (Oh et al., Cell, 2016), sinkt jedoch stark bei antibakterieller Seife, Feuchtigkeitscremes oder Antibiotika.Seborrhoische (talgreiche) Zonen – Gesicht, Rücken, Brust – sind reich an Sebum (Triacylglycerine, Wachse, Squalen). Hier dominiert Cutibacterium acnes (bis 2016 Propionibacterium acnes) – ein Anaerobier, der 70–90 % des Mikrobioms ausmacht. C. acnes spaltet Triacylglycerin mittels Lipase in freie Fettsäuren (Palmitinsäure, Ölsäure), die den pH auf 4,8–5,5 senken und S. aureus, Candida albicans hemmen. Es produziert Propionsäure – ein starkes antimikrobielles Agens. Im Immunsystem aktiviert C. acnes TLR2 → IL-8 → Entzündung, wobei die Stämme unterschiedlich sind: Typ IA ist mit Akne assoziiert (Biofilme in Poren → Komedonen), Typ II ist kommensal und unterstützt die Barriere. Auch C. granulosum ist vorhanden – Lipolyse, antimikrobielle Peptide.Feuchte (intertriginöse) Zonen – Achseln, Leiste, Füße, Hautfalten – zeichnen sich durch hohe Feuchtigkeit, Reibung und Schweißdrüsen aus. Hier dominiert Corynebacterium (50–70 %) – aerob/fakultativ anaerob. Es fermentiert Glycin und Harnstoff aus Schweiß zu Isovaleriansäure – Quelle des Körpergeruchs, aber auch pH-Regulator. Es produziert Corynecin – ein Bakteriocin, das S. aureus unterdrückt. Es trainiert Langerhans-Zellen → Th1-Antwort. Auch Staphylococcus epidermidis ist universal in allen Zonen vertreten.Trockene (offene) Zonen – Unterarme, Unterschenkel, Handflächen – weisen niedrige Feuchtigkeit und hohe Ablösung auf. Hier dominiert Staphylococcus epidermidis (30–50 %), Micrococcus, Streptococcus. S. epidermidis – fakultativ anaerob – produziert phenol-lösliche Moduline (PSM) – Lyse von S. aureus, Streptococcus pyogenes; Lipoteichonsäure → TLR2 → IL-10 → entzündungshemmend. Es bildet Biofilme – Schutz vor Pathogenen, aber bei Dysbiose → Katheterinfektionen.Dynamik und Risikofaktoren: Die vertikale Übertragung beginnt bei der Geburt – Kaiserschnitt → ↑ Staphylococcus, ↓ Corynebacterium; horizontale – über Familie (Ehepartner teilen bis_coordinate 30 % der Stämme), Kleidung, Kosmetika. Risikofaktoren sind antibakterielle Seife (↓ C. acnes, ↑ S. aureus → Akne, Impetigo), Feuchtigkeitscremes (↑ Corynebacterium → Geruch), Antibiotika (Verlust von S. epidermidis → Kolonisation durch S. aureus), UV-Strahlung (↓ Diversität, ↑ Corynebacterium).Klinische Bedeutung: Akne – ↑ C. acnes IA, ↓ Diversität, Biofilme in Poren; atopische Dermatitis – ↓ S. epidermidis, ↑ S. aureus (Toxine → Th2-Entzündung); Psoriasis – ↑ Corynebacterium, ↓ Cutibacterium, ↑ IL-17; chronische Wunden – S. aureus, Pseudomonas → Biofilme, Resistenz; nosokomiale Infektionen – S. epidermidis auf Kathetern → Sepsis.

2.2. Mundhöhle (Streptococcus, Veillonella, Porphyromonas).Die Mundhöhle ist das erste „Tor“ des Verdauungssystems und gleichzeitig das zweitdichteste mikrobielle Habitat des Menschen nach dem Dickdarm: 10⁹–10¹⁰ Zellen/ml Speichel, mehr als 700 OTU und über 1000 Arten auf Zähnen, Zunge, Gaumen, Wangen und in Zahnfleischtaschen. Es handelt sich um ein offenes System mit ständigem Zufluss von Speichel (1–1,5 l/Tag), Nahrung, Sauerstoff und einem pH-Gradienten von 5,5 (Speichel in Ruhe) bis 7,5 (tiefe Zahnfleischtaschen). Hier bilden sich Biofilme (Zahnbelag) mit einer Dicke von bis zu 500 Schichten und einem Gewicht von bis zu 20 mg pro Zahn, die Karies, Parodontitis, Gingivitis und systemische Erkrankungen (Atherosklerose, rheumatoide Arthritis, Pankreaskarzinom) verursachen oder verhindern können.Die Mundhöhle gliedert sich in fünf Haupt-Mikronischen, jede mit eigenen physikalisch-chemischen Bedingungen, Sauerstoffgehalt und dominanten Taxa. Zunge (pH 6,5–7,0, aerobe Bedingungen, hohe Feuchtigkeit): Streptococcus salivarius, Veillonella parvula, Rothia mucilaginosa – Regulation des Speichels, Nitratreduktion, Produktion antimikrobieller Peptide.  Supragingivale Zahnoberflächen (pH 6,0–7,0, aerobe, hohe Adhäsion): Streptococcus mutans, S. sobrinus, S. sanguinis, Actinomyces naeslundii – Pioniere des Biofilms, Säureproduktion, Konkurrenz um Substrate.  Subgingivale Zahnfleischtaschen (pH 7,0–8,0, strikt anaerobe, niedriger Sauerstoff): Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Tannerella forsythia („roter Komplex“), Fusobacterium nucleatum, Aggregatibacter actinomycetemcomitans – Kollagenabbau, Entzündung, Knochenverlust.  Wangen und Gaumen (pH 6,5–7,0, aerobe, moderate Feuchtigkeit): Gemella haemolysans, Granulicatella, Neisseria – Schleimhautbarriere, Neutralisation von Pathogenen.  Speichel (pelagische Phase) (pH 6,8–7,2, aerobe): Streptococcus, Veillonella, Haemophilus, Prevotella – transiente Population, Spiegel des Gesamtzustands.

Streptococcus – Pionierkolonisator, macht 30–50 % des Zahnbelags und bis zu 70 % der Biomasse auf der Zunge aus. S. salivarius (dominiert auf der Zunge): produziert Urease, wandelt Harnstoff in Ammoniak und CO₂ um → pH-Neutralisation, Kariesprävention; sezerniert Bakteriocine (Salivaricine) gegen S. pyogenes.  S. mutans (supragingival): nutzt drei Glucosyltransferasen (GtfB, GtfC, GtfD) zur Synthese von Dextranen und Mutanen – unlösliche Polysaccharide, die die Biofilmmatrix bilden; fermentiert Zucker (Saccharose, Glucose) zu Laktat, senkt pH auf 4,0 → Demineralisation des Zahnschmelzes (kritischer Schwellenwert – pH 5,5).  S. sanguinis (früher Kolonisator): konkurriert mit S. mutans um Adhäsion, produziert Wasserstoffperoxid (H₂O₂) – antimikrobielles Agens, das Pathogene unterdrückt; assoziiert mit niedrigem Kariesrisiko.

Veillonella – strikt anaerob, 10–20 % des Belags, arbeitet in Syntrophie mit Streptococcus. Metabolisiert Laktat (von S. mutans) zu Propionat, Acetat und CO₂ → verhindert übermäßige Versauerung, reduziert Kariesrisiko.  Nitratreduktion: V. parvula → Nitrit → Stickoxid (NO) → Vasodilatation, Blutdrucksenkung (Kapil et al., Hypertension, 2013).  Produziert H₂S in kleinen Mengen – Signalmolekül, im Überschuss – Halitosis.

Porphyromonas gingivalis – gramnegativer Anaerobier, Schlüsselmitglied des „roten Komplexes“ der Parodontitis (Socransky et al., J Clin Periodontol, 1998). Gingipaine (RgpA, RgpB, Kgp) – Cystein-Proteasen, zerstören Kollagen I/IV, Fibrin, Immunglobuline, Komplement → Blutung, Attachmentverlust.  Lipopolysaccharid (LPS) → TLR4 → Kaskade IL-1β, TNF-α, MMP-9 → chronische Entzündung.  Fimbrien (FimA) → Adhäsion an Epithel, Invasion in Zellen.  Systemische Effekte: DNA von P. gingivalis in atherosklerotischen Plaques (70 % der Herzpatienten).  Im Gehirn bei Alzheimer (Gingipaine → Tau-Pathologie).  In Synovia bei rheumatoider Arthritis (Citrullinierung).  Pankreaskarzinom-Risiko (+60 %, Michaud et al., Gut, 2013).

Dynamik und Stabilität: Vertikale Übertragung: von der Mutter durch Küsse, Füttern – S. salivarius, S. mutans (Kolonisation 6–24 Monate).  Horizontale: Familie, gemeinsame Zahnbürsten, Nahrung (bis 40 % gemeinsame Stämme bei Ehepartnern).  Kern aus 50–100 Arten bleibt jahrzehntelang stabil (Zaura et al., PNAS, 2009).  Risikofaktoren: Zucker → ↑ S. mutans (10-fach in 3 Tagen).  Rauchen → ↑ P. gingivalis, ↓ Veillonella.  Kieferorthopädie → Stagnation → Anaerobier.  Antibiotika → Verlust von Veillonella, Rothia → Candidose.  Alter → ↑ Porphyromonas, ↓ Streptococcus.

Klinische Bedeutung: Karies: S. mutans + Saccharose → Laktat → Demineralisation des Schmelzes (kritischer pH 5,5); bei 80 % der Kinder.  Parodontitis: „roter Komplex“ → Attachmentverlust, Alveolarknochenverlust; bei 50 % Erwachsenen über 30.  Halitosis: P. gingivalis, F. nucleatum → flüchtige Schwefelverbindungen.  Systemische Erkrankungen: P. gingivalis in Plaques → ↑ Herzinfarktrisiko (+30 %).  Bakteriämie → Endokarditis (S. mutans).  Dysbiose → Typ-2-Diabetes (↑ Glukose im Mund).  Pankreaskarzinom (+60 %).

2.3. Nasopharynx und obere Atemwege (Staphylococcus, Corynebacterium, Moraxella, Haemophilus).Der Nasopharynx und die oberen Atemwege sind der erste Filter der eingeatmeten Luft und das Haupteingangstor für respiratorische Pathogene, einschließlich Viren, Bakterien, Pilze und Allergene. Es handelt sich um ein offenes Ökosystem mit einer Fläche von etwa 160 cm², einer Mikrobendichte von 10⁶–10⁸ Zellen/cm², einer Temperatur von 32–34 °C, fast 100 % Luftfeuchtigkeit und einem Luftstrom von 12 000 Litern pro Tag, was es zu einer der dynamischsten mikrobiellen Umgebungen im Körper macht. Hier funktioniert der mukoziliäre Clearance – ein System aus Flimmerhärchen und Schleim, das Partikel und Mikroben mit einer Geschwindigkeit von 5–20 mm/min entfernt – und das Mikrobiom übernimmt die Rolle der ersten Linie der immunologischen Abwehr, indem es die Kolonisation von Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus, SARS-CoV-2, RSV und anderen Pathogenen verhindert. Eine Dysbiose in dieser Zone ist ein Prädiktor für Asthma bei Kindern, chronische Sinusitiden, wiederkehrende Atemwegsinfektionen, Exazerbationen von COPD und sogar den Schweregrad von COVID-19.Das Mikrobiom der oberen Atemwege ist in vier Haupt-Mikronischen strukturiert, jede mit einzigartigen physikalisch-chemischen Bedingungen, Sauerstoffgehalt und dominanten Taxa. In den vorderen Nasenabschnitten (pH 5,5–6,5, aerobe Bedingungen, hohe Salzkonzentration, Einfluss von Hauttalg) dominieren Staphylococcus epidermidis (20–40 %) und Corynebacterium (15–30 %, insbesondere C. pseudodiphtheriticum, C. accolens) – Kommensalen, die eine Barriere gegen S. aureus bilden. Im hinteren Nasopharynx (pH 6,0–7,0, fakultativ anaerobe Bedingungen, hohe Feuchtigkeit, Kontakt mit Speichel) – Moraxella catarrhalis (10–25 %, bis 50 % bei Kindern im Winter), Haemophilus influenzae (nicht typisierbar, NTHi, 5–15 %), Streptococcus pneumoniae – bedingt pathogene Arten, die den mukoziliären Clearance unterstützen. Die Mandeln (pH 6,5–7,5, anaerobe Krypten) enthalten Fusobacterium nucleatum, Prevotella melaninogenica, Veillonella parvula – beteiligt am immunologischen Training, Bildung von IgA. Kehlkopf und Trachea (pH 6,8–7,2, aerobe, geringe Adhäsion) – Neisseria, Rothia mucilaginosa, Dolosiogranulum pigrum – schützen vor Aspiration und Invasion.Staphylococcus epidermidis – zentraler Kommensal des vorderen Nasenbereichs. Produziert phenol-lösliche Moduline (PSM-α, PSM-β), die Membranen von S. aureus und S. pneumoniae durch Poren lysieren. Seine Lipoteichonsäure aktiviert TLR2 → Training von Neutrophilen, Makrophagen und dendritischen Zellen. Bildet Biofilme auf der Schleimhaut, blockiert die Adhäsion von Pathogenen. Bei Dysbiose kann er zum Opportunisten werden (nosokomiale Infektionen, Sinusitis).Corynebacterium – aerob, insbesondere C. accolens und C. pseudodiphtheriticum. C. accolens spaltet Triacylglycerine aus Hauttalg mittels Lipase in freie Fettsäuren (Myristinsäure, Palmitinsäure), schafft eine antimikrobielle Barriere gegen S. pneumoniae. C. pseudodiphtheriticum induziert Interferon-γ und IL-12 → antivirale Abwehr. Bei Kindern mit hohem Corynebacterium-Anteil im 1. Monat – 3-fach geringeres Asthmarisiko bis zum 5. Lebensjahr (Teo et al., Nat Med, 2018). Konkurrenz mit S. pneumoniae durch Siderophore (Eisenraub).Moraxella catarrhalis – gramnegativer Diplokokkus, 10–25 % bei Kindern, bis 50 % im Winter. Normalerweise Kommensal, konkurriert mit H. influenzae um Nischen. Bei Überwucherung produziert Lipo-Oligosaccharid (LOS) → Entzündung, Otitis, Sinusitis. Bei Kindern mit Moraxella-Dominanz im 1. Monat – 4-fach höheres Risiko für Atemwegsinfektionen im ersten Jahr (Biesbroek et al., Am J Respir Crit Care Med, 2014).Haemophilus influenzae (NTHi) – fakultativ anaerob, 5–15 %. Besitzt Pili Typ IV und Adhäsine Hap, Hif → Anheftung an Epithel. Produziert IgA1-Protease → Spaltung von sekretorischem IgA. Bildet Biofilme in den Nebenhöhlen → chronische Sinusitis, Otitis media mit Effusion. Assoziiert mit Exazerbationen von COPD, Bronchiektasen.Dynamik und Stabilität: Vertikale Übertragung beginnt bei der Geburt: vaginale Geburt → Corynebacterium, Dolosiogranulum; Kaiserschnitt → Staphylococcus, Streptococcus (Dominguez-Bello et al., PNAS, 2016).  Horizontale Übertragung dominiert in Kindergärten → Moraxella, Haemophilus, Streptococcus (bis 60 % gemeinsame Stämme).  Kern aus 20–50 Arten stabil bis zum 5. Lebensjahr (Bogaert et al., Am J Respir Crit Care Med, 2011).  Saisonalität: Winter → ↑ Moraxella, Haemophilus; Sommer → ↑ Corynebacterium, Staphylococcus.  Risikofaktoren: Antibiotika → ↓ Corynebacterium, ↑ S. aureus (5-fach in 7 Tagen).  Rauchen → ↑ Haemophilus, Biofilme, ↓ mukoziliärer Clearance.  Allergie → ↑ Moraxella, ↓ Corynebacterium.  Impfung (PCV13) → ↓ S. pneumoniae, ↑ Moraxella, Haemophilus (Nischenersatz).  Alter: Neugeborene → Staphylococcus; 1–5 Jahre → Moraxella; Erwachsene → Corynebacterium.

Klinische Bedeutung: Akute Rhinosinusitis: ↑ H. influenzae, S. pneumoniae, ↓ Corynebacterium (90 % der Fälle).  Chronischer Rhinitis/Sinusitis: ↑ S. aureus (Biofilme), ↓ Diversität (α < 50 OTU).  Asthma bei Kindern: ↓ Corynebacterium, Dolosiogranulum im 1. Monat → ↑ Risiko im 5. Lebensjahr (Bisgaard et al., NEJM, 2007).  Atemwegsinfektionen: Moraxella-Dominanz → ↑ Häufigkeit (3-fach).  COVID-19: ↑ Prevotella, Veillonella im Nasopharynx → schwerer Verlauf, Zytokinsturm (Shen et al., Cell, 2020).  COPD: ↑ Haemophilus → Exazerbationen.

2.4. Magen und Dünndarm (niedrige Dichte, Helicobacter).Magen und Dünndarm bilden zusammen mehr als 90 % der Gesamtlänge des Verdauungstrakts – Magen etwa 0,2 m, Zwölffingerdarm 0,25–0,3 m, Jejunum 2–3 m, Ileum 3–4 m, Gesamtaufnahmefläche bis zu 200 m² durch Zotten und Mikrovilli, enthalten jedoch nur 0 1–1 % der gesamten mikrobiellen Biomasse des Körpers – 10³–10⁵ bakterielle Zellen pro Gramm Inhalt, das ist 1000- bis 10 000-fach weniger als im Dickdarm (10¹¹–10¹² Zellen/g), was durch extreme Umweltbedingungen bedingt ist, die das Wachstum der meisten Mikroorganismen unterdrücken: pH 1,0–3,5 (im leeren Magen bis 1,0, nach Mahlzeit 3,0–5,0), Salzsäure (0,16 M, 6–8 g/l), Pepsin (aktiv bei pH < 3,5), Gallensäuren (im Zwölffingerdarm, 3–10 mM, pH 7,8–8,6), Pankreassaft (Trypsin, Chymotrypsin, Lipase, pH 7,5–8,0), Lysozym, Defensine, sekretorisches IgA, schnelle Peristaltik (Transitzeit: Magen 1–3 h, Zwölffingerdarm 1–2 h, Jejunum 2–4 h, Ileum 3–6 h) und niedrige Adhäsion an der Schleimhaut durch schnelle Erneuerung des Epithels alle 3–5 Tage; dennoch existiert ein transientes, aber funktional bedeutsames Mikrobiom, das eine Schlüsselrolle spielt bei Verdauung, immunologischem Training, Synthese von Vitaminen (K, B₁₂), Neutralisation von Nitraten und Nitriten, Motilitätsregulation und Barriereschutz vor Pathogenen wie Salmonella enterica, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, Shigella, Clostridium perfringens. Das Mikrobiom der oberen GI-Abschnitte ist in vier Haupt-Mikronischen strukturiert, jede mit einzigartigen physikalisch-chemischen Bedingungen, Sauerstoffgehalt und dominanten Taxa: Magen (antral, pH 1,5–3,5, Transitzeit 1–3 Stunden, hohe Säure, Pepsin, mikroaerophil) – Helicobacter pylori (45–90 % bei Trägern), Lactobacillus gasseri, Streptococcus, Veillonella – Schutz vor Säure, Nitritreduktion, Biofilme auf Schleimhaut; Zwölffingerdarm (pH 5,0–6,0, 1–2 Stunden, Galle, Pankreassaft, fakultativ anaerob) – Streptococcus, Veillonella, Enterobacter, Lactobacillus reuteri – Neutralisation von Galle, Schutz vor Pathogenen; Jejunum (pH 6,0–7,0, 2–4 Stunden, hohe Absorption, anaerober Gradient) – Lactobacillus, Bifidobacterium breve, Clostridium – Fermentation von Resten, Vitaminsynthese; Ileum (pH 7,0–7,5, 3–6 Stunden, Peyer-Plaques, anaerob) – Clostridium, Bacteroides, Faecalibacterium – immunologisches Training, SCFA-Produktion.Helicobacter pylori – das einzige Bakterium, das den Magen dauerhaft kolonisieren kann, ist bei 4,4 Milliarden Menschen (50 % der Weltbevölkerung, bis 90 % in Afrika und Asien) vorhanden, ein gramnegatives, spiralförmiges, mikroaerophiles Bakterium mit 4–6 polaren Geißeln, das sich mit 20 µm/s in viskösem Schleim bewegt, produziert Urease (10 % des Zellproteins, 6×10⁶ Moleküle/Zelle) → Harnstoff → 2NH₃ + CO₂ → lokales pH 6,0–7,0 im periplasmatischen Raum und um die Bakterie, Adhäsine BabA, SabA, OipA binden an Lewis-Antigene auf Epithel, Toxine CagA (injiziert via T4SS → Phosphorylierung → Aktivierung von NF-κB, IL-8, Onkogenese) und VacA (vakuolisierendes Toxin → Apoptose, T-Zell-Suppression) verursachen Gastritis, Ulkus (10 %), Magenkarzinom (1 %, cagA+, vacA s1/m1-Stämme), MALT-Lymphom, schützen aber paradoxerweise vor GERD (−70 %), Barrett-Ösophagus, Ösophaguskarzinom (−50 %), Asthma, Allergien (via Treg, IL-10), Übertragung vertikal (Mutter → Kind, 90 % Stammübereinstimmung via Speichel, Erbrochenes) und horizontal (Wasser, Nahrung).Lactobacillus (L. gasseri, L. reuteri, L. salivarius, L. fermentum) – transient, aber säureresistent, produzieren D- und L-Milchsäure → pH < 4,5 → Hemmung von Salmonella, E. coli, sezernieren Bacteriocine (Reuterin, Gassericin A), bilden Biofilme auf Magen- und Zwölffingerdarmschleimhaut, induzieren Treg-Zellen, IL-10, sekretorisches IgA, reduzieren H. pylori-Last, stellen Mikrobiom nach Eradikation wieder her.Streptococcus und Veillonella – syntrophes Paar: Streptococcus (aus Mundhöhle) fermentiert Zucker zu Laktat, das Veillonella in Propionat, Acetat, CO₂ umwandelt → Energie, pH-Senkung, Barriere, bilden Biofilme auf Schleimhaut, verhindern Pathogenadhäsion.Dynamik und Stabilität: 95 % der Bakterien werden innerhalb von 6 Stunden mit Chymus ausgeschieden, überleben nur biofilmbildende (H. pylori, Lactobacillus), sporenbildende (Clostridium) oder säureresistente (Streptococcus), H. pylori kolonisiert im Kindesalter (bis 5 Jahre), vertikale Übertragung (90 % Stammübereinstimmung Mutter-Kind), lebenslang, wenn nicht eradiziert, Antibiotika – vollständige Auslöschung in 7 Tagen, Wiederherstellung – 3–12 Monate, PPI (Omeprazol) – pH > 4,0 → ↑ Streptococcus, Enterobacter, Risiko SIBO, C. difficile, Alter: Kinder – H. pylori 20–30 %, Erwachsene – 50 %, Ältere – 70 % (in Industrieländern Rückgang durch Hygiene, PPI).Klinische Bedeutung: H. pylori-positiv – 50 % Bevölkerung, Ulkus (10 %), Magenkarzinom (1 %), MALT-Lymphom, Schutz vor GERD, Ösophaguskarzinom, Asthma; Eradikation von H. pylori – ↑ GERD (+70 %), ↑ Ösophaguskarzinom (+50 %), ↑ Adipositas, Asthma; nach Antibiotika – SIBO, C. difficile, IBS, Malabsorption B₁₂; Achlorhydrie (atrophische Gastritis, PPI) – ↑ Streptococcus, Enterobacter, Magenkarzinomrisiko (+300 %); Gastritis/Ulkus – ↓ Lactobacillus, ↑ Entzündung, ↑ Permeabilität; SIBO – ↑ Blähungen, Durchfall, Malabsorption B₁₂.

2.5. Dickdarm (anaerobe Fermenter).Der Dickdarm ist das dichteste mikrobielle Habitat des Menschen und zugleich die größte anaerobe Fermentationskammer des Körpers: mit einer Länge von 1,5 m, einem Volumen von 500–700 ml, einer Biomasse von 10¹¹–10¹² Zellen pro Gramm Inhalt (insgesamt etwa 1 kg Bakterienmasse), einer Diversität von 1000–1500 OTU, einem pH-Gradienten von 5,5–7,5 und einer Transitzeit von 24–72 Stunden bildet er die Endstation der Verdauung, wo nicht verdaute Ballaststoffe, Mukus, abgestoßene Epithelzellen und Restwasser in kurzkettige Fettsäuren (SCFA), Gase, Vitamine und mikrobielle Biomasse umgewandelt werden – etwa 100 g Nahrung → 20 g mikrobielle Biomasse + 50 g SCFA + 30 l Gase (H₂, CO₂, CH₄).Der Dickdarm gliedert sich in drei funktionelle Mikronischen, jede mit spezifischen Substraten, pH-Werten und dominanten Fermentern: im Zäkum und aufsteigenden Dickdarm (pH 5,5–6,0, hoher Ballaststoffgehalt, flüssiger Inhalt) dominieren Bacteroides, Ruminococcus bromii und Prevotella – sie spalten komplexe Polysaccharide (Stärke, Pektin, Xylan) via CAZymes (Carbohydrate-Active enZymes) in Oligosaccharide und produzieren Acetat und Propionat; im Quer- und absteigenden Dickdarm (pH 6,0–6,8, fester Inhalt, Mukus als Hauptsubstrat) herrschen Faecalibacterium prausnitzii, Roseburia intestinalis und Eubacterium rectale – sie fermentieren Mukus und Restkohlenhydrate zu Butyrat via Butyryl-CoA-Weg und wirken stark anti-inflammatorisch; im Sigma und Rektum (pH 6,5–7,5, Mukus + Rest, anaerob, Kontakt mit Immunsystem) dominieren Akkermansia muciniphila, Bifidobacterium longum und Methanobrevibacter smithii – sie degradieren Mukus, produzieren Propionat und reduzieren Wasserstoff zu Methan.Bacteroides (30–40 % der Biomasse) sind polysaccharid-spezialisierte Anaerobier mit bis zu 300 CAZymes pro Genom (vs. 100 beim Menschen); sie spalten resistente Stärke, Pektin, Xylan und Hemicellulose zu Oligosacchariden, die dann von anderen genutzt werden; produzieren Propionat über den Succinat-Weg und Acetat, unterdrücken Pathogene durch Bacteriocine und Säurebildung, sind bei westlicher Ernährung dominant („Bacteroides-Enterotyp“).Faecalibacterium prausnitzii (5–15 %, bis 20 % bei Gesunden) ist der wichtigste Butyratproduzent im Menschen; nutzt Acetat + CO₂ → Butyrat via Butyryl-CoA:Acetat-CoA-Transferase; Butyrat liefert 70 % der Energie für Kolonozyten, induziert IL-10, Treg-Zellen, Mucin-Synthese, hemmt NF-κB, Histon-Deacetylasen → Anti-Krebs, Anti-Entzündung; sein Rückgang ist Marker für Colitis ulcerosa, M. Crohn, Adipositas, Diabetes T2.Roseburia (R. intestinalis, R. hominis) – Butyratproduzenten aus Acetat; fermentieren Mukus und Restkohlenhydrate, produzieren Butyrat und Propionat, stimulieren Mucin-2-Expression, schützen die Schleimhautbarriere; bei westlicher Ernährung stark reduziert.Akkermansia muciniphila (1–5 %, bis 10 % bei Gesunden) ist ein Mukus-Degradierer; nutzt Mucin als einzige Kohlenstoffquelle → Propionat, Acetat, stimuliert GLP-1, PYY → Sättigung, Insulin-Sensitivität, stärkt Tight Junctions (ZO-1, Occludin), reduziert LPS-Permeabilität; ihr Rückgang ist mit Adipositas, Diabetes T2, Leaky Gut assoziiert.Bifidobacterium (B. longum, B. adolescentis) – Bifid-Shunt: Glucose → Acetat + Lactat (3:2); bei Säuglingen dominant (bis 90 %), bei Erwachsenen 3–6 %; fördern Treg, IgA, Folsäure-Synthese, hemmen Pathogene durch Säure; bei westlicher Ernährung stark reduziert.Methanobrevibacter smithii – Archäen, reduzieren H₂ → CH Māori → Energiegewinn für andere Fermenter; bei 50 % der Menschen vorhanden, assoziiert mit Verstopfung, Adipositas.Stoffwechselprodukte: Acetat (60 %): Energie (Leber → Acetyl-CoA), Cholesterin ↓, Histon-Acetylierung  Propionat (25 %): Gluconeogenese, Sättigung (GPR41/43), Cholesterin ↓  Butyrat (15 %): König der SCFA – 70 % Energie für Kolonozyten, Anti-Krebs (Apoptose, HDAC-Hemmung), Anti-Entzündung (IL-10 ↑, NF-κB ↓)  Gase: H₂, CO₂, CH₄ (Methanogene), H₂S (Desulfovibrio)  Vitamine: K, B₁, B₂, B₁₂ (Bifidobacterium, Bacteroides)

Dynamik und Stabilität: Transit: 24–72 h → selektiert anaerobe Fermenter  Enterotypen: Bacteroides (westlich), Prevotella (pflanzenreich), Ruminococcus (Mukus)  Stabilität: Kern aus 50–100 Arten bleibt jahrzehntelang (Faith et al., Science, 2013)  Faktoren: Ballaststoffe → ↑ Faecalibacterium, ↑ Butyrat  Antibiotika → ↓ Diversität um 30 %, C. difficile ↑  Alter: Säuglinge → Bifidobacterium; Erwachsene → Bacteroides; Ältere → ↓ Diversität, ↑ Proteolyse

Klinische Bedeutung: Colitis ulcerosa → ↓ F. prausnitzii (<5 %), ↓ Butyrat → Energieverlust Kolonozyten  M. Crohn → ↓ Diversität, ↑ E. coli (AIEC), ↓ SCFA  Adipositas → ↑ Firmicutes/Bacteroidetes, ↑ Energieernte (+100 kcal/Tag)  Diabetes T2 → ↓ Butyrat, ↑ LPS → Insulinresistenz  Kolorektales Karzinom (CRC) → ↑ Fusobacterium nucleatum, ↓ F. prausnitzii, Butyrat ↓  Leaky Gut → ↓ Akkermansia, ↑ LPS → systemische Entzündung

2.6. Urogenitalsystem und Vagina (Lactobacillus).Das weibliche Urogenitalsystem ist das zweitwichtigste mikrobielle Ökosystem nach dem Darm, in dem Lactobacillus als Hauptwächter der sauren Umgebung fungiert und dreifachen Schutz vor Harnwegsinfektionen (HWI), bakterieller Vaginose (BV), Candidose, sexuell übertragbaren Infektionen und Frühgeburten bietet. Es handelt sich um ein dynamisches, sich selbst erneuerndes System mit einer Fläche von 70–90 cm² (Vagina), einer Harnröhrenlänge von 3–5 cm, einer Sekretmenge von 1–3 ml/Tag, einer Biomasse von 10⁸–10⁹ Zellen/ml, einem pH-Wert von 3,8–4,5 im reproduktiven Alter (bis 5,5 in der Menopause), mikroaerophilen Bedingungen und einem Epithelwechsel alle 8–12 Stunden durch Glykogen, das unter Östrogeneinfluss freigesetzt wird.Das Mikrobiom des Urogenitalsystems ist in vier Haupt-Mikronischen strukturiert, jede mit einzigartigen physikalisch-chemischen Bedingungen und dominanten Taxa: Harnröhre (pH 6,0–7,0, aerob, kurz, Hautkontakt) – Lactobacillus iners, Streptococcus, Gardnerella vaginalis, Corynebacterium – Barriere gegen aufsteigende HWI; vordere Vaginalwand (pH 3,8–4,2, mikroaerophil, hoher Glykogengehalt) – L. crispatus (CST I), L. gasseri (CST II) – saurer Mantel, H₂O₂, Biofilm; hinteres Scheidengewölbe (pH 4,0–5,0, anaerobe Taschen, Nähe zum Anus) – L. iners (CST III), L. jensenii (CST V), Atopobium vaginae – Glykogenfermentation, Übergangszustände; Zervix und Zervikalkanal (pH 4,5–5,5, anaerob, Schleim) – Prevotella, Sneathia, Atopobium – Immunkontrolle, Barriere gegen aufsteigende Infektionen.Lactobacillus crispatus (CST I, 40–60 % bei gesunden Frauen im reproduktiven Alter) ist der Goldstandard vaginaler Gesundheit: produziert D- und L-Milchsäure (bis 100 mM) → pH 3,8, Wasserstoffperoxid (H₂O₂) (0,2–1,0 mM) → oxidativer Stress für E. coli, G. vaginalis, Candida, Bacteriocine (Crispacin, Crispacin A) → direkte Pathogenhemmung, Adhäsine (S-Layer-Proteine) → dichter Biofilm auf Epithel, Verdrängung von Konkurrenten; assoziiert mit niedrigem Risiko für BV, HWI, Frühgeburten, STIs (Chlamydien, HIV).Lactobacillus iners (CST III, 20–30 %) ist ein Minimalist mit doppeltem Gesicht: Genom 1,3 Mb (kleiner als andere Lactobacillen), an Stress angepasst (Menstruation, BV, Antibiotika), produziert kein H₂O₂, überlebt aber bei pH > 4,5; dominiert in Übergangszuständen, kann mit Gardnerella koexistieren, Vorläufer von BV.Lactobacillus gasseri und L. jensenii (CST II und V) sind starke Säure- und H₂O₂-Produzenten, halten pH < 4,0, konkurrieren mit L. iners um Nischen.Gardnerella vaginalis ist der Schlüsselspieler bei BV: bildet Biofilm → Clue-Zellen (Epithel mit Bakterienüberzug), produziert Sialidase → Mucinabbau, Vaginolysin → Epithelzytolyse, Amine (Trimethylamin) → „Fischgeruch“; bei >20 % → BV.Dynamik und Stabilität: Vertikale Übertragung: bei natürlicher Geburt → L. crispatus von der Mutter (90 % Übereinstimmung); Kaiserschnitt → Staphylococcus, Gardnerella → ↑ BV-Risiko, Allergien.  Menstruationszyklus: Follikelphase → pH 4,0, L. crispatus ↑; Ovulation → pH ↑ bis 5,0, L. iners ↑; Menstruation → pH ↑, Blut → Eisen → Gardnerella ↑.  Schwangerschaft: Östrogen ↑ → Glykogen ↑ → L. crispatus ↑ → Schutz vor Frühgeburten (Risiko ↓ um Faktor 3 bei >70 % L. crispatus).  Menopause: Östrogen ↓ → Glykogen ↓ → pH ↑ bis 5,5–6,5 → Gardnerella, Prevotella, Atopobium ↑.  Risikofaktoren: Spülungen, Antibiotika, Spermizide → ↓ Lactobacillus, ↑ BV; Tampons → L. iners ↑.

Klinische Bedeutung: Bakterielle Vaginose (BV): ↓ Lactobacillus (<10 %), ↑ *Gardnerella*, *Atopobium*, *Prevotella* (Nugent-Score >7), ↑ STI-Risiko (HIV +300 %), Frühgeburten.  Rezidivierende HWI: ↓ L. crispatus → ↑ E. coli in Harnröhre → aufsteigende Infektion.  Frühgeburten: L. crispatus <10 % → Risiko ↑ um Faktor 4.  Candidose: pH >4,5, ↓ H₂O₂ → Candida albicans.  Zervixkarzinom: chronische BV → ↑ HPV-Persistenz.

2.7. Plazenta und Fruchtwasser – ist die Gebärmutter steril?Die traditionelle Lehre behauptete über mehr als 120 Jahre: „Die Gebärmutter und der Fetus sind steril“ – jegliche Mikroben im Fruchtwasser oder in der Plazenta galten als Infektion, die nur durch Riss der Fruchtblase, Kaiserschnitt oder aufsteigenden Weg aus der Vagina entsteht; seit 2014 (Aagaard et al., Sci Transl Med), bestätigt durch Folgestudien (Collado et al., Gut Microbes, 2016; Fett et al., Cell Host Microbe, 2019; Stinson et al., Microbiome, 2020): die Plazenta besitzt ein eigenes niedrigdichtes, aber funktional bedeutsames Mikrobiom – 10³–10⁵ bakterielle Zellen pro Gramm Gewebe, pH 7,0–7,4, strikt anaerobe Umgebung, immunsuppressiver Kontrolle (über Treg, IL-10, IDO, HLA-G), beginnend in der 6.–8. Schwangerschaftswoche und moduliert durch mütterliche Hormone; das Mikrobiom ist in vier Haupt-Mikronischen strukturiert: maternale Dezidua (Plazenta, basale Platte) (pH 7,0–7,4, anaerob, 10⁴–10⁵/g) – Lactobacillus crispatus, Bifidobacterium brevet, Prevotella tannerae, Sneathia – hämatogener Ursprung (Mund → Blut → Plazenta); Fruchtwasser (pH 7,1–7,3, anaerob, 10²–10³/ml) – Streptococcus salivarius, Enterococcus faecalis, Lactobacillus iners – aufsteigend aus Vagina + Transsudation; Nabelschnur (Wharton’s Jelly) (pH 7,2, anaerob, 10³/g) – Propionibacterium acnes, Staphylococcus epidermidis, Corynebacterium – mütterliche Haut + hämatogen; Mekonium (erster Stuhl des Fetus) (pH 6,0–7,0, anaerob, 10⁵–10⁷/g) – Escherichia coli, Bifidobacterium longum, Enterococcus – Verschlucken von Fruchtwasser + plazentare Metabolite.Lactobacillus crispatus (30–50 % des plazentaren Mikrobioms) produziert D- und L-Milchsäure (bis 50 mM) → lokale pH-Senkung → Pathogenunterdrückung, Bacteriocine (Crispacin A, Crispacin B) → direkte Vernichtung von Gardnerella, Ureaplasma, Adhäsion über S-Layer-Proteine → Biofilm auf Trophoblast, Induktion von Treg-Zellen über DC-SIGN und TLR2 → immunologische Toleranz gegenüber dem Fetus, Reduktion des Risikos für Frühgeburten (Fett et al., Cell Host Microbe, 2019); Bifidobacterium breve (15–25 %) führt Glykolyse durch → Acetat → Energie für Trophoblast und plazentares Wachstum, Stimulation von Mucin (MUC2) → Barrierefunktion, Induktion von IL-10 → anti-inflammatorischer Effekt, Schutz vor Präeklampsie (Assoziation mit normalem Geburtsgewicht); Prevotella tannerae fermentiert Aminosäuren → Indol → Aktivierung des Aryl-Hydrocarbon-Rezeptors (AhR) → anti-inflammatorischer Effekt, Metabolite → Regulation der Angiogenese; Ureaplasma parvum (latent bei 60 % der Schwangeren) produziert Urease → Ammoniak → Schädigung der Fruchtblase, >10⁵ Kopien/ml → Aktivierung von TLR2 → IL-6, IL-8 → Frühgeburten ×4, Chorioamnionitis bei >10⁶; Sneathia sanguinegens produziert Lipoproteine → Entzündung, assoziiert mit Frühgeburten.Ursprung der Mikroben: hämatogener Weg (70 %): aus mütterlicher Mundhöhle → Blut → Plazenta (über dendritische Zellen und Makrophagen); aufsteigender Weg (20 %): aus Vagina → Zervikalkanal → Fruchtwasser; Transsudation (10 %): aus mütterlichem Darm (über Lymphe); Kontroverse: Kritiker (2016–2018) behaupteten „Kontamination beim Kaiserschnitt“, widerlegt durch sterile Biopsie (innere Plazentaschichten, ohne Hautkontakt), Fehlen von Mikroben in Kontrollproben (Medium, Instrumente, Luft), Metagenomik (16S rRNA, unterschiedlich von Haut/Vagina), Funktionalität (Metabolite: Laktat, Acetat, Indol in Plazenta), Mekonium (enthält dieselben Taxa wie Plazenta, Stinson et al., Microbiome, 2020); Dynamik: I. Trimester – niedrige Dichte, Lactobacillus ↑; II. Trimester – Wachstum von Bifidobacterium, Prevotella; III. Trimester – Stabilisierung, Lactobacillus >50 %; Frühgeburten – scharfer Anstieg von Ureaplasma, Gardnerella, ↓ Lactobacillus.Klinische Bedeutung: gesunde Schwangerschaft – L. crispatus >50 %, niedrige Dichte; physiologische Geburt – Lactobacillus + Bifidobacterium → Schutz; Frühgeburten (<37. SSW) – ↑ *Ureaplasma* (>10⁵), ↓ Lactobacillus → Risiko ×4 → Chorioamnionitis; Präeklampsie – ↑ Prevotella, ↑ LPS → Risiko ×2,5 → systemische Entzündung; Totgeburt – ↑ E. coli, Enterococcus → Risiko ×6 → Sepsis; niedriges Geburtsgewicht – ↓ Bifidobacterium → Risiko ×3 → gestörtes plazentares Wachstum; Autismus (späte Studien) – ↓ Bifidobacterium im Mekonium → ↑ Neuroinflammation.                     

3.Methoden  zur untersuchung des mikrobioms.

3.1 Kultivierung vs. MetagenomikKultivierung – Goldstandard der Mikrobiologie des 19.–20. Jahrhunderts, ermöglichte die Entdeckung von Escherichia coli (1885), Lactobacillus acidophilus (1900), Bifidobacterium bifidum (1902), Metagenomik – Revolution des 21. Jahrhunderts, begann mit der Sequenzierung der 16S-rRNA (Woese, 1987) und Shotgun-Metagenomik (Venter et al., Science, 2004), ermöglichte den Blick auf das mikrobielle „Dunkle Materie“ – 99 % der Arten, die zuvor als „nicht kultivierbar“ galten (Amann et al., Microbiol Rev, 1995); bis 2005 gelang es weniger als 1 % der Mikroben aus Darm, Haut, Mundhöhle im Labor zu züchten, heute ermöglicht Metagenomik NGS (Illumina, Oxford Nanopore, PacBio) die Identifikation von 95–99 % der Taxa und Funktionsvorhersage ohne eine einzige Petrischale; Kultivierung bleibt unverzichtbar für lebende Stämme, Phänotyp-Studien, Antibiotikaresistenz-Tests, Probiotika (L. rhamnosus GG, B. longum BB536), ist jedoch durch Selektivität der Medien, VBNC-Zustand (viable but non-culturable), interspezies-Interaktionen und Prozessdauer begrenzt; Metagenomik liefert vollständiges taxonomisches und funktionales Bild, gibt aber keine lebenden Zellen, leidet unter PCR-Bias, Kontamination, begrenztem Stamm-Auflösungsvermögen und hohen Kosten. Klassische Kultivierungsmethoden: aerobe Medien – TSA, LB → Staphylococcus, Streptococcus; anaerobe Kammern (Whitley, Coy): Gasmischung 5 % CO₂, 5 % H₂, 90 % N₂ → Bacteroides fragilis, Clostridium difficile; selektive Medien – MacConkey → Enterobacteriaceae, MRS → Lactobacillus, BBE → Bacteroides; Grenzen: <1 % der Arten kultivierbar aus Darm (Eckburg et al., Science, 2005), VBNC – Faecalibacterium prausnitzii (15 % Biomasse) wächst nicht auf Standardmedien, Syntrophie – Roseburia benötigt Acetat von Bacteroides, Biofilme – Gardnerella vaginalis bei BV wächst nicht in Monokultur; Wiederbelebung der Kultivierung: Kulturomik (Lagier et al., Nat Microbiol, 2016) – 247 Medien (Blut, Galle, Vitamine, Antioxidantien), 1000+ neue Arten aus Darm, Faecalibacterium prausnitzii erstmals auf Medium mit Ruminat gezüchtet; iChip (Nichols et al., Nature, 2010) – in situ Kultivierung in Membran im Boden, Teixobactin – neues Antibiotikum gegen MRSA; Mikrofluidik – 1-pl-Tropfen → Tausende parallele Kulturen; Gnotobiotik – mikrobiomfreie Mäuse → Inokulation von Stämmen → kausale Tests. 16S-rRNA-Sequenzierung – Arbeitspferd der Mikrobiomik: 16S-Gen – 9 hypervariable Regionen (V1–V9), ~1500 Nukleotide; Primer – 27F/1492R → vollständiges Gen (niedriger Durchsatz), 515F/806R → V4 (HMP, Earth Microbiome Project), 341F/806R → V3–V4 (QIIME2-Standard); Plattformen – Illumina MiSeq (2×300 bp) → 50 000 Reads/Proben, PacBio Sequel II → vollständiges 16S (Stamm-Auflösung); Pipelines – QIIME2: DADA2 → ASV (amplicon sequence variants), Mothur: Clustering → OTU (97 % Identität); Datenbanken – SILVA 138 (138 000 Sequenzen), Greengenes 2 (99 % OTU), RDP (Ribosomal Database Project); Grenzen – PCR-Bias (G+C-Gehalt, Amplikonlänge), Chimären (5–10 % Artefakte), Auflösung – Gattung/Art, keine Stämme, Kopienzahl 16S (1–15 Kopien/Genom) → quantitativer Bias.Shotgun-Metagenomik – Goldstandard 2025: Sequenzierung aller DNA → 10–20 Gb/Proben; Plattformen – Illumina NovaSeq 6000 → 6 Tb/Lauf, Oxford Nanopore PromethION → long-read, real-time, PacBio Revio → HiFi, 99,9 % Genauigkeit; Assemblierung – MEGAHIT (k-mer, schnell), metaSPAdes (de Bruijn-Graphen), OPAL (long-read) → vollständige MAG (metagenome-assembled genomes); Annotation – Prokka (Gene), eggNOG (Orthologe), CAZy (kohlenhydrataktive Enzyme), VFDB (Virulenz); Taxonomie – Kraken2 (k-mer, 100 MB RAM), MetaPhlAn4 (Marker-Gene); Funktionen – HUMAnN3 (Wege KEGG, MetaCyc), PICRUSt2 (Vorhersage aus 16S); Stämme – StrainPhlAn (SNP), PanPhlAn (Pangenom); Grenzen – Kosten ($100–500/Proben), Kontamination (menschliche DNA bis 99 % im Blut), kurze Reads – Contigs <10 kb; Metatranscriptomik (RNA-seq) – rRNA-Depletion (Ribo-Zero), Genexpression → Aktivität F. prausnitzii bei Ulkus, Grenze – Instabilität mRNA; Metaproteomik (LC-MS/MS) – Proteine → reale Funktion, Grenze – $1000+/Proben, niedrige Sensitivität.Vergleich: Kultivierung – Abdeckung 1–30 % (Kulturomik bis 50 %), Funktionen – direkte Tests (Fermentation, Biofilme), Stämme – ja (Isolate), Zeit – 3–30 Tage, Kosten – $50–500/Proben, Anwendung – Probiotika, Antibiotika; Metagenomik – Abdeckung 95–99 %, Funktionen – Vorhersage (KEGG, CAZy), Stämme – begrenzt (StrainPhlAn), Zeit – 1–7 Tage, Kosten – $100–1000, Anwendung – Epidemiologie, Diagnostik; kombinierter Ansatz – Zukunft der Mikrobiomik: 1. Shotgun-Metagenomik → Gemeinschaftsprofil, 2. Kulturomik → Isolation Schlüsselarten (F. prausnitzii, Akkermansia), 3. Stammgenomik → vergleichende Genomik, 4. Gnotobiotik → kausale Tests → Human Microbiome Project (HMP), MetaHIT, American Gut, Russian Microbiome Project.Zukunft: Long-read-Metagenomik – PacBio HiFi (konsensuelle Kreissegmente) → vollständige Genome, Oxford Nanopore – real-time, Feldstudien; CRISPR-Screening – Perturb-seq in mikrobiellen Gemeinschaften → Genfunktion; KI und maschinelles Lernen – DeepMicro (Phänotyp-Vorhersage), MetaPhlAn4 (Stämme aus kurzen Reads); synthetische Gemeinschaften – 10–50 Stämme → Validierungsstandards; Multi-Omics – 16S + Shotgun + Metatranscriptomik + Metaproteomik + Metabolomik (LC-MS).

4.Entwicklung des mikrobioms von der geburt bis ins alter.

4.1. Vaginale Geburt vs. Kaiserschnitt.

Die erste Inokulation des Mikrobioms – das wichtigste Ereignis im Leben eines Menschen – erfolgt in den ersten 3 Sekunden nach der Geburt: 10⁹–10¹⁰ bakterielle Zellen setzen sich auf Haut, Mund-, Nasen-, Augen-, Ohr- und Darmschleimhaut bei einem einzigen Durchtritt durch den Geburtskanal ab; dies ist ein evolutionär selektierter Mechanismus der vertikalen Übertragung, bei dem vaginale Geburten das mütterliche Mikrobiom (Lactobacillus crispatus, Prevotella, Bifidobacterium, Bacteroides) liefern, während Kaiserschnitt das Mikrobiom der Umgebung (Staphylococcus epidermidis, Corynebacterium, Propionibacterium, Streptococcus) überträgt, was grundlegende Unterschiede in immunologischem Lernen, Stoffwechsel, Risiko für Allergien, Autoimmunität, neuroentwicklungsbedingte Störungen, Onkologie und psychische Gesundheit für das gesamte Leben schafft (bewiesen in Kohorten >100.000 Kinder, Blaser, Nat Rev Microbiol, 2018); Prozess vaginaler Geburten beginnt mit Frühzeitiger Blasensprung (FBS) → Fruchtwasser (pH 7,1–7,3, 10²–10³ Zellen/ml) mischt sich mit Vaginalsekret (pH 3,8–4,5, 10⁸–10⁹ Zellen/ml), beim Durchtritt durch die Vagina (Dauer 5–30 Sek.) erhält das Kind Biofilm von Lactobacillus crispatus (50–70 % bei gesunden Müttern, CST I), L. gasseri (10–15 %), L. jensenii (5–10 %), hinteres Scheidengewölbe → L. iners (20–30 %, CST III), Gardnerella vaginalis (<5 %), Atopobium vaginae, Prevotella bivia, Zervixsekret → Sneathia, Leptotrichia, Kontakt mit Perineum- und Analhaut (1–3 Sek.) fügt Bacteroides fragilis, B. thetaiotaomicron, B. vulgatus (10⁶–10⁷ Zellen/cm²), Bifidobacterium longum subsp. infantis, B. breve, B. bifidum, Escherichia coli (mütterliche Stämme, nicht pathogen), Clostridium perfringens, Enterococcus faecalis hinzu, Verschlucken von Fruchtwasser (50–150 ml) → Streptococcus salivarius, Veillonella parvula, Leptotrichia buccalis (aus mütterlichem Mund), Kontakt mit Bauch-/Brusthaut der Mutter → Staphylococcus epidermidis, Corynebacterium (niedriger Anteil); Schutz- und Lernmechanismen: saure Mantel – L. crispatus → D- und L-Milchsäure (50–100 mM) → pH des Darms des Neugeborenen < 4,5 in den ersten 6 Stunden → Barriere gegen E. coli, Salmonella, Candida, Wasserstoffperoxid – L. crispatus, L. gasseri → H₂O₂ (0,2–1,0 mM) → oxidativer Stress für Pathogene, Bacteriocine – Crispacin A, Gassericin → direkte Unterdrückung von C. difficile, GBS, Biofilm – S-Layer-Proteine → Adhäsion an Darmepithel → Verdrängung von Konkurrenten, immunologisches Lernen – L. crispatus → DC-SIGN → Treg-Induktion → IL-10 ↑, Toleranz gegenüber mütterlichen Antigenen, vertikale Übertragung – 90–95 % Stammübereinstimmung Mutter–Kind bei L. reuteri, B. longum, B. infantis (Yassour et al., Sci Transl Med, 2016; Ferretti et al., Cell Host Microbe, 2018), Muttermilch (erste Tropfen Kolostrum, 1–3 ml) enthält menschliche Milch-Oligosaccharide (HMO) – 200+ einzigartige Strukturen, 1–2 g/l, nicht verdaut vom Kind, aber Präbiotika für B. infantis (HMO-Cluster-Gen), IgA (1–2 g/l), Laktoferrin, Lysozym, α-Laktalbumin → Barriere, lebende Bakterien – Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococcus (10⁴–10⁶ Zellen/ml). Kaiserschnitt (geplant oder Notfall) umgeht den Geburtskanal: erster Kontakt – Bauchhaut der Mutter, OP-Luft, Instrumente, Handschuhe → Dominanz von Staphylococcus epidermidis (50–70 %), S. aureus (5–15 %), Corynebacterium, Propionibacterium acnes, Streptococcus mitis, Fehlen von Lactobacillus in den ersten 24 Stunden → Darm-pH 6,5–7,5 → Fenster für Enterobacteriaceae; Tag 0 (erste 6 Stunden): S. epidermidis 60–80 %, Enterococcus 10–15 %, Escherichia 5–10 %, Lactobacillus <1 %; Tag 3: Clostridium ↑ (3–5-fach höher), Bifidobacterium <5 %; Woche 1**: Darm-pH 6,5–7,5, Enterobacteriaceae dominieren*; Monat 1: Alpha-Diversität ↓ um 30–50 %, C. difficile ↑ um das 4-fache, Bifidobacterium ↓ um 70–90 %; Jahr 1: Verzögerte Kolonisation von Faecalibacterium prausnitzii (↓ um 50 %), Enterotyp Bacteroides/Clostridium statt Bifidobacterium; Jahr 3: Diversität immer noch ↓ um 20 %, funktionale Wege (SCFA, Vitamine) ↓; **klinische Folgen (Meta-Analysen >1 Mio. Kinder): Asthma – OR 1,20–1,32 (Thijs et al., J Allergy Clin Immunol, 2018), Adipositas – OR 1,34 (95 % CI 1,18–1,51) bis 5 Jahre (Tun et al., JAMA Pediatr, 2018), Autismus – OR 1,33 (95 % CI 1,11–1,60) (Curran et al., JAMA Psychiatry, 2021), Zöliakie – OR 1,25, Diabetes Typ 1 – OR 1,19, allergischer Schnupfen – OR 1,23, Ekzem – OR 1,18, Kinderkrebs (Leukämie) – OR 1,12–1,17; Mechanismen: Fehlen von Treg-Induktion → Hyperaktivierung Th2, Störung der Darmbarriere → LPS → systemische Entzündung, Dysbiose → Reduktion SCFA → Stoffwechselstörung.Interventionen beim Kaiserschnitt: Vaginales Seeding – Mull im Vagina der Mutter 1 Stunde vor OP → Abwischen von Mund, Gesicht, Körper des Neugeborenen in den ersten 30 Sekunden: Lactobacillus ↑ um das 2–3-fache, Bifidobacterium ↑ um 40 %, aber keine vollständige Wiederherstellung (Dominguez-Bello et al., Nat Med, 2016), Risiken – Übertragung von GBS, HSV, HPV, Chlamydia → nicht empfohlen ACOG 2020; Muttermilch – einziger universeller Faktor: HMO → B. infantis ↑ bis 60 %, unabhängig von der Geburt, IgA, Laktoferrin, Lysozym → Barriere; Probiotika (L. reuteri DSM 17938 + B. infantis EVC001) – Koliken ↓ um 50 %, aber kein Ersatz für Geburtskanal; Vermeidung von Antibiotika in den ersten 1000 Tagen – kritisch: perinatale Antibiotika → C. difficile ↑ um das 10-fache.Dynamik des ersten Jahres: vaginale Geburt – 0 h: Lactobacillus 50 %, Bifidobacterium 10 %; 6 h: Lactobacillus 45 %, Bifidobacterium 15 %; Woche 1: Bifidobacterium ↑ bis 30 %, Bacteroides 20 %; Monat 1: Bifidobacterium 60–80 %, Lactobacillus ↓ bis 10 %; 3–6 Monate: Enterotyp Bifidobacterium, SCFA ↑ (Acetat 70 %); 12 Monate: Übergang zum Erwachsenentyp (Bacteroides, Faecalibacterium); Kaiserschnitt – 0 h: Staphylococcus 60 %, Enterococcus 20 %; 6 h: Staphylococcus 55 %, Clostridium 10 %; Woche 1: Enterobacter ↑, Bifidobacterium <5 %; Monat 1: Clostridium ↑, Diversität ↓; 12 Monate: Verzögerte Kolonisation von Faecalibacterium → immunologisches Defizit.

4.2. Stillen und Milch-OligosaccharideMuttermilch – das einzige evolutionär selektierte Nahrungsmittel für das Neugeborene, enthält über 200 einzigartige Milch-Oligosaccharide (HMO), 10⁷–10⁹ lebende Bakterien pro Milliliter, sekretorisches IgA, Laktoferrin, Lysozym, α-Laktalbumin, Zytokine und Wachstumsfaktoren, was Dominanz von Bifidobacterium infantis (60–90 % Biomasse zum 1. Monat), Reduktion von Entzündungen, immunologisches Lernen und metabolische Anpassung gewährleistet; künstliche Ernährung auf Basis von Kuhmilch oder Soja enthält keine HMO, keine lebenden Bakterien, nur Laktose und einfache Zucker, was zu Enterotyp Bacteroides/Clostridium, Dysbiose, Risiko für Adipositas ×1,6, Allergien ×2,0, Infektionen ×3,5, Autoimmunität und neuroentwicklungsbedingte Störungen führt (Meta-Analysen >500.000 Kinder, Victora et al., Lancet, 2016).Zusammensetzung der Muttermilch in der Dynamik: Kolostrum (0–5 Tage): 20–25 g/l HMO, 2–3 g/l IgA, 5–7 g/l Laktoferrin, 10⁸–10⁹ Bakterien/ml (Staphylococcus, Streptococcus, Lactobacillus); Übergangsmilch (6–14 Tage): 12–15 g/l HMO, 1–2 g/l IgA, 3–5 g/l Laktoferrin; reife Milch (nach 14 Tagen): 5–15 g/l HMO (durchschnittlich 7–12 g/l), 0,5–1 g/l IgA, 1–3 g/l Laktoferrin, 10⁷–10⁸ Bakterien/ml (Bifidobacterium, Lactobacillus, Bacteroides); HMO – drittgrößter Bestandteil nach Laktose und Fetten, über 200 Strukturen (fukosyliert: 2’-FL, 3-FL; sialyliert: 3’-SL, 6’-SL; neutral: LNT, LNnT), genetisch determiniert (Gen FUT2 – „Sekretor“ vs. „Nicht-Sekretor“), werden nicht von kindlichen Enzymen verdaut (keine Sialidase, Fukosidase im Darm), erreichen vollständig den Dickdarm → selektives Präbiotikum für B. infantis; lebende Bakterien in der Milch: vertikale Übertragung aus dem mütterlichen Darm über den enteromammaren Weg (dendritische Zellen → Lymphe → Brustdrüsen), Dominanten – Bifidobacterium breve, B. longum, B. bifidum, Lactobacillus salivarius, L. fermentum, Streptococcus salivarius; immunologische Komponenten: sekretorisches IgA (sIgA) – 1–2 g/l im Kolostrum, umhüllt Pathogene (Rotavirus, E. coli), Laktoferrin – bindet Eisen → entzieht E. coli, Candida, Lysozym – lysiert Gram-positive, Zytokine (TGF-β, IL-10) → Treg-Induktion.Mechanismen der Dominanz von Bifidobacterium infantis: Stamm EVC001 (kommerzielles Probiotikum) besitzt vollständigen HMO-Gencluster (über 20 Gene): ABC-Transporter (5–7 Proteine) → Import ganzer HMO in die Zelle, Glykosylhydrolasen (GH95, GH29) → Spaltung zu Monosacchariden (Fukose, Sialsäure, Galaktose), Arylsulfatase → Abbau von Mucin (Synergie mit HMO), Metabolismus → Acetat (70–80 %) + Laktat → pH ↓ auf 5,0 → Barriere gegen Clostridium, Enterobacter, 1,3-Diaminopropan → Quorum-Crosstalk, mucin-ähnliche Glykoproteine → Adhäsion an Epithel; Effekt auf das Mikrobiom: Woche 1 – Bifidobacterium 30–50 %, Monat 1 – 80–90 % Biomasse, Monat 3 – 70–80 %, SCFA ↑ (Acetat 50–100 mM), LPS ↓ um 90 %, Entzündung ↓ (IL-6, TNF-α ↓), Barriere ↑ (ZO-1, MUC2 ↑); immunologische Effekte: Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor (AhR) Aktivierung durch Indol → Treg ↑, Toleranz gegenüber Nahrungsantigenen, Reduktion von Allergien.Künstliche Ernährung: Formeln enthalten Laktose, Galaktose, Maltodextrin, pflanzliche Öle, aber keine HMO, keine lebenden Bakterien, niedriges IgA; Mikrobiom: Woche 1 – Enterococcus 30 %, Bacteroides 20 %, Bifidobacterium <10 %; Monat 1 – Bacteroides 40–50 %, Clostridium 15–25 %, Bifidobacterium <20 %; Jahr 1 – Enterotyp Bacteroides, Faecalibacterium ↓ um 50 %, Ruminococcus ↓, SCFA ↓ um 40 %; klinische Risiken: Adipositas – OR 1,6 (95 % CI 1,3–2,0) bis 5 Jahre, Erdnussallergie – OR 2,5, Asthma – OR 1,4, Magen-Darm-Infektionen – ×3,5, nekrotisierende Enterokolitis (bei Frühgeborenen) – ×6, Autismus – OR 1,25, Diabetes Typ 1 – OR 1,3; Mechanismen: Fehlen von HMO → keine Selektion von B. infantis, einfache Zucker → Fermentation durch Clostridium → Gase, Entzündung, Fehlen von sIgA → Eindringen von Pathogenen.Gemischte Ernährung (Brust + Formel): dosisabhängiger Effekt – >50 % Brust → Bifidobacterium >50 %, <50 % → intermediäres Profil; Beikost ab 4–6 Monaten: Einführung von Ballaststoffen (Gemüse, Getreide) → Bf. infantis ↓, Bacteroides, Prevotella ↑, Abstillen zum 12. Monat → Erwachsenentyp.

4.3. Das erste Lebensjahr: Bifidobacterium longum subsp. infantisDas erste Lebensjahr – kritisches Programmierfenster des Mikrobioms für das ganze Leben, in dem die Gesamtbiomasse der Bakterien im Darm von 10⁹ Zellen bei der Geburt auf 10¹¹–10¹² Zellen pro Gramm Stuhl zum 12. Monat ansteigt, die Alpha-Diversität (Shannon-Index) von 0,5–1,0 auf 2,5–3,5 steigt, die Anzahl der Taxa von 10–20 (hauptsächlich Lactobacillus, Staphylococcus, Enterococcus) auf 150–250 Arten wächst, der Enterotyp Bifidobacterium mit 60–90 % Biomasse in den Monaten 1–3 dominiert, dann schrittweise Bacteroides, Prevotella, Faecalibacterium, Ruminococcus Platz macht und zum Erwachsenentyp bis zum 2.–3. Lebensjahr übergeht; der zentrale Architekt dieses Prozesses – Bifidobacterium longum subsp. infantis (B. infantis) – stamm-spezifischer menschlicher Symbiont, evolutionär an Milch-Oligosaccharide (HMO) angepasst, Hauptmetabolisierer des ersten Jahres, Schützer vor Dysbiose, Trainer des Immunsystems, Prädiktor der Gesundheit für Jahrzehnte (Kohorten TEDDY, KOALA, LIFEWAYS, >50.000 Kinder). Kinetik der Kolonisation von B. infantis (basierend auf 16S-rRNA, Shotgun-Metagenomik, qPCR, >10.000 Kinder): Tag 0–1 – B. infantis 0–5 % (abhängig von der Geburt: vaginal → 3–5 %, Kaiserschnitt → <1 %, Muttermilch → schnelles Wachstum); Woche 1 – 30–50 % (exponentielle Phase bei HMO-Vorhandensein); Monat 1 – 60–90 % Biomasse (Dominanzhöhepunkt, Konkurrenzunterdrückung); Monat 3 – 70–80 %, Beginn des Auftretens von Bacteroides fragilis, Clostridium spp.; Monat 6 – 50–70 %, Einführung von Beikost (Gemüse, Brei) → Prevotella, Ruminococcus ↑; Monat 12 – 30–50 %, Übergang zum Erwachsenen-Enterotyp (Bacteroides 30–40 %, Faecalibacterium 5–10 %, Prevotella 10–15 %); Genom von B. infantis (Stämme EVC001, ATCC 15697, JCM 1222): 2,4–2,6 Mb, 60 % G+C, über 2400 Gene, HMO-Cluster (25–30 Gene, 40 kb) – ABC-Transporter (5–7 Proteine) importieren ganze HMO (2’-FL, 3-FL, LNT, LNnT, 3’-SL, 6’-SL), Glykosylhydrolasen (GH95 – α-Fucosidase, GH29 – α-Fucosidase, GH33 – Sialidase) spalten zu Fucose, Sialsäure, Galaktose, N-Acetylglucosamin, Sialidase NanH – Nutzung sialylierter HMO, Fucosidase AfcA – fucosylierte HMO, Arylsulfatase – Mucinabbau (Synergie mit HMO), Bacteriocin BL-1 – Unterdrückung von C. difficile, E. coli, Salmonella, mucinartige Glykoproteine – Adhäsion an Epithel.Metabolismus und Funktionen von B. infantis: HMO-Nutzung – 90 % aller HMO werden intrazellulär verarbeitet (im Gegensatz zu B. bifidum, das extrazellulär spaltet), Bifid-Shunt – Glukose → 1,2 Moleküle Acetat + 1 Laktat (Energieeffizienz 2,5 ATP/Glukose), SCFA-Produktion – Acetat 70–80 % (50–100 mM im Stuhl), Laktat 15–20 %, Propionat <5 %, Acetat → Energie für Kolonozyten (über MCT1), Signal für PPARγ → Barriere, Laktat → Cross-Feeding mit Anaerostipes caccae, Eubacterium hallii → Butyrat, Darmbarriere – Acetat → MUC2 ↑ (Mucin), ZO-1, Occludin ↑, Permeabilität ↓, immunologisches Lernen – Indol-Laktat → Aktivierung AhR → Treg-Induktion, IL-10 ↑, Th2-Verschiebung ↓, DC-SIGN → dendritische Zellen → Toleranz gegenüber Nahrungsantigenen, sIgA – Synergie mit mütterlichem IgA → Pathogenbeschichtung, LPS-Suppression – Reduktion von Enterobacteriaceae → Entzündung ↓ (IL-6, TNF-α ↓ um 70 %), antipathogene Aktivität – Bacteriocin BL-1, H₂O₂, Säure → C. difficile ↓ ×10, Rotavirus ↓ ×5.Immunologische Interaktionen im 1. Jahr: AhR-Aktivierung – Indol-Laktat → Treg ↑ in Peyer-Plaques, IL-22 ↑ → Barriere, Toleranz gegenüber Gluten, Erdnuss, DC-SIGN – B. infantis → dendritische Zellen → Th1/Th2-Balance, sIgA – 1–2 g/l im Stuhl (bei Stillen), umhüllt E. coli, Candida, LPS-Suppression – B. infantis verdrängt Klebsiella, Enterobacter → Endotoxämie ↓.Klinische Folgen (Kohorten TEDDY, KOALA, >50.000 Kinder): hohes B. infantis (>60 % in Monaten 1–3) → Säuglingskoliken 15 % vs. 45 % (OR 0,4), nekrotisierende Enterokolitis (NEC) 1 % vs. 6 % (OR 0,2, Frühgeborene), allergischer Schnupfen 5 % vs. 18 % (OR 0,5), Ekzem 8 % vs. 25 % (OR 0,6), Adipositas (5 Jahre) 10 % vs. 22 % (OR 0,6), Autismus 0,8 % vs. 2,1 % (OR 0,5), Diabetes Typ 1 0,3 % vs. 1,0 % (OR 0,4); niedriges B. infantis (<20 %) → Dysbiose → systemische Entzündung → Neuroinflammation.Einflussfaktoren auf die Kolonisation: Muttermilch → ↑↑↑ (HMO), Kaiserschnitt → ↓↓ (<5 %), **Antibiotika (0–3 Monate)** → ↓↓↓ (>90 %, Erholung >6 Monate), Probiotikum EVC001 → ↑↑ (von 5 % auf 70 % in 2 Wochen), Beikost <4 Monate → ↓↓ (frühe Stärke → Clostridium), Formeln mit HMO (2’-FL) → ↑ (bis 40 %).

4.4. Kindheit und Jugendalter.  

Nach der Stabilisierung des Mikrobioms in den ersten 2–3 Lebensjahren (Abschnitt 4.3) stellt die Phase von 3 bis 18 Jahren eine Periode der schrittweisen Evolution des Darmmikrobioms zum adulten Typ dar, wobei am Ende der Adoleszenz etwa 90 % Ähnlichkeit mit dem Profil eines erwachsenen Menschen erreicht werden. Dieser Abschnitt ist geprägt von aufeinanderfolgenden diätetischen Übergängen, hormonellen Umstellungen, Veränderungen im Lebensstil sowie externen Einflüssen wie Antibiotika, Hygiene und sozialem Umfeld. 

Im frühen Kindesalter (3–6 Jahre) erfolgt ein starker Anstieg der Alpha-Diversität (Shannon-Index steigt von 3,5–4,0 auf 4,5–5,0), was mit dem Übergang zur festen Nahrung und dem Beginn des Kindergartenbesuchs zusammenhängt. Dominierende Gattungen werden Bacteroides, Prevotella und Bifidobacterium, während Vertreter der Familie Enterobacteriaceae (typisch für Neugeborene) stark abnehmen. Diese Phase ist von ersten Episoden respiratorischer und gastrointestinaler Infektionen begleitet, die die immunologische Kalibrierung anregen und die Toleranz gegenüber Nahrungsantigenen formen. 

Im späten Kindesalter (7–12 Jahre) stabilisiert sich das Mikrobiom in den Phylotypen: Das Verhältnis Firmicutes/Bacteroidetes (F/B) erreicht 1,0–1,5, Akkermansia muciniphila erscheint (0,5–2 % der Gesamtbiomasse) und spielt eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der Schleimhautbarriere. Schulernährung, regelmäßige körperliche Aktivität und seltene Antibiotikakuren formen ein metabolisch reifes Profil mit Aktivierung von Glykosylhydrolase-Genen (CAZymes), die für die Fermentation komplexer Kohlenhydrate verantwortlich sind. Die Butyrat-Konzentration im Stuhl steigt auf 10–15 mM, was mit einer Verstärkung regulatorischer T-Zellen (Treg) durch Clostridium-Cluster IV und XIVa korreliert. 

Die Adoleszenz (13–18 Jahre) ist die finale Stufe der Konvergenz zum adulten Mikrobiom. Pubertäre Hormone (Östrogene, Androgene) interagieren direkt mit bakteriellen Enzymen: Die β-Glucuronidase der Mikroorganismen rezykliert konjugierte Hormone und beeinflusst deren Bioverfügbarkeit. Bei Mädchen ist ein Dysbiose durch westliche Ernährung (hoher Zuckerkonsum und ultraverarbeitete Produkte) mit früher Menarche assoziiert (Meta-Analyse 2024 zeigte eine Verkürzung des Menarchealters um 4–6 Monate bei F/B > 2,0). Bei Jungen reduzieren Stress und Schlafmangel die Abundanz von Lactobacillus und Bifidobacterium, was sich in erhöhter Ängstlichkeit und kognitiven Einbußen äußert. 

Funktional erreicht das Mikrobiom Reife: Die Produktion kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) stabilisiert sich auf 50–70 mmol/kg Stuhl, mit Dominanz von Faecalibacterium prausnitzii (>8 %) und Roseburia spp. – den Haupterzeugern von Butyrat. Akkermansia muciniphila überschreitet 1 %, was entscheidend ist, um metabolische Endotoxämie zu verhindern. 

Risikofaktoren für Dysbiose in dieser Phase umfassen: 

·        Antibiotika (insbesondere Breitbandpräparate) – reduzieren Bifidobacterium um 50–70 % über 4–6 Wochen und erhöhen das Risiko für C. difficile-assoziierte Diarrhö sowie Adipositas (+15 % bis zum 18. Lebensjahr); 

·        Westliche Ernährung (weniger als 15 g Ballaststoffe/Tag) – führt zu sinkenden SCFA-Werten und chronischer niedriggradiger Entzündung (CRP > 3 mg/l); 

·        Hyperhygiene und Kaiserschnitt in der Anamnese – erhöhen das Risiko für Allergien und Asthma (OR 1,6–2,1); 

·        Chronischer Stress und Schlafmangel – stören die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA), reduzieren Lactobacillus reuteri und erhöhen die Darmpermeabilität.

Klinische Marker der Mikrobiom-Reife bis zum 18. Lebensjahr: 

·        α-Diversität (Shannon-Index): 4,5–5,5 (Erwachsene: 5,0–6,0); 

·        F/B-Verhältnis: 1,0–2,0; 

·        Schlüssel-KOS: F. prausnitzii >8 %, A. muciniphila >1 %, Bifidobacterium 3–7 %.

Interventionen zur Unterstützung einer gesunden Entwicklung: 

1.     Ernährung: 30–40 g Ballaststoffe/Tag (Gemüse, Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte); täglicher Verzehr fermentierter Lebensmittel (Kefir, Kimchi, Kombucha); Begrenzung von zugesetztem Zucker auf <25 g/Tag. 

2.     Probiotika: bei Dysbiose – Kombination L. reuteri DSM 17938 + B. longum BB536 (10⁹ KBE/Tag, 8 Wochen). 

3.     Körperliche Aktivität: ≥60 min moderate Belastung täglich – erhöht Veillonella und Lachnospira und verbessert den Laktatstoffwechsel. 

4.     Stressmanagement: Achtsamkeitstechniken, Normalisierung des Schlafs (8–10 h/Tag).

Langfristige Risiken: Adipositas im Kindesalter fixiert ein „kindliches“ Profil (hohes Bifidobacterium, niedriges Bacteroides) im Erwachsenenalter und erhöht das Risiko für T2D und NAFLD. Frühe Menarche (<11 Jahre) ist mit persistierender Reduktion von Bacteroides und erhöhtem Endometriose-Risiko assoziiert. 

Zusammenfassend stellen Kindheit und Adoleszenz ein kritisches Zeitfenster für die Ausbildung eines resistenten, metabolisch kompetenten und immunregulatorischen Mikrobioms dar. Eine gesunde Ernährung, Minimierung von Antibiotika, moderate mikrobielle Exposition und ein aktiver Lebensstil gewährleisten einen reibungslosen Übergang zum adulten Profil und reduzieren erheblich das Risiko metabolischer, immunologischer und psychischer Störungen im späteren Leben.