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Bauernhof-Effekt: Mikrobielle Vielfalt macht den Unterschied

Bauernkinder leiden seltener an Allergien und Asthma als andere Kinder derselben Region. Möglicherweise schützt sie die größere mikrobielle Vielfalt ihrer Umgebung. Die Mikroben-Hypothese vertritt eine europäische Forschergruppe im renommierten New England Journal of Medicine. Einer der Autoren ist Jon Genuneit vom Institut für Epidemiologie und Biometrie der Universität Ulm.

Der Kreis der schützenden Keime lässt sich momentan nur auf Gattungsebene eingrenzen. Im „Verdacht“ stehen Eurotium und Penicillium neben weiteren Bazillen und Staphylokokken. Damit aber haben die Forscher nach Ansicht des Ulmer Autors ihr Ziel erreicht: „Wir haben Hypothesen generiert, die wir in weiteren Untersuchungen genauer überprüfen können“.

Dr. Gisela Büchele, Dr. Jon Genuneit und Nikolaos Sitaridis vom Ulmer Institut für Epidemiologie sind auf der der Spur nach den Ursachen von Allergien und Asthma. © Uni Ulm

In die Publikation flossen die Erkenntnisse aus zwei EU-Querschnittsstudien (GABRIELA und PARSIFAL) zu den Umwelteinflüssen auf diese Krankheiten ein. „Tatsächlich handelt es sich bei Asthma und Allergien um ein Zusammenspiel von genetischen Faktoren und Umwelteinflüssen", verweist Genuneit auf den größeren Zusammenhang, in dem die Ergebnisse der Arbeit gelesen werden müssen.

Den schützenden Bauernhof-Effekt ermittelten 1989 zuerst schwedische Mediziner und Immunologen bei Zehntausenden von Wehrpflichtigen als statistisch signifikant. Zehn Jahre später beschrieben Baseler und Münchner Wissenschaftler diese Korrelation ausführlicher. Jon Genuneit zufolge haben seither Dutzende Publikationen, unter Einsatz mikrobieller Marker (Endotoxin oder Muraminsäure), diesen Effekt bestätigt. Sogar auf US-Farmen mit fast industrieller Dimension wurde der Effekt festgestellt.

Schutz hat sicherlich viele Ursachen

Der „Bauernhof-Schutz“ hat viele Ursachen, eine einzige hält die Forschergemeinde für unwahrscheinlich. Erste protektive Faktoren zu bestimmen, auf dem langen Weg zur Prävention, das sei die Ausgangslage gewesen.

Die Querschnitts-Untersuchung "GABRIELA" wurde in fünf alpennahen Regionen (Bayern, Baden-Württemberg, Schweiz, Österreich und Polen) an rund 13.000 aus 100.000 Grundschulkindern im Alter von sechs bis zwölf Jahren ab 2006 durchgeführt. Das Leben auf dem Bauernhof, beziehungsweise den Kontakt zu diesem, teilten die Epidemiologen in drei Kategorien ein: Kinder, die dort lebten; Kinder mit Kontakt und Kinder ohne Kontakt zu Bauernhöfen. Die Probanden beziehungsweise deren Erziehungsberechtigte füllten einen Fragebogen aus. Später wurde ihnen Blut entnommen sowie aus den Kinderzimmern Staubproben zur Untersuchung von Mikrobengruppen, unter Einsatz von Kultivierungstechnik, Mikroskopen und Gramfärbung, gezogen.

Wo und bei welchen Tätigkeiten sind Kinder dabei?

Bauernkinder verfügen offenbar über einen großeren mikrobiellen Schutzschirm. © Uni Ulm

Im Sommer 2007 fuhren die Wissenschaftler in Begleitung von Ärzten selbst an die Grundschulen und versuchten mit einem ausgefeilten Fragenkatalog die Ursachen für diesen Schutz einzugrenzen. Allein 50 Fragen zur Art des Kontakts zum Bauernhof stellten die Epidemiologen. Anders als in früheren Studien standen nicht mehr Art und Anzahl der Tiere im Vordergrund. Vielmehr wollten die Epidemiologen wissen, ob Kinder bei bäuerlichen Tätigkeiten wie dem Melken oder dem Ausmisten von Ställen beteiligt waren und ob sie diesen Umwelteinflüssen möglicherweise schon zu Zeiten der Schwangerschaft ausgesetzt waren. Frühere Studien hatten nach Genuneits Worten nämlich gezeigt, dass das frühe Lebensalter eine wichtige Rolle für diesen Schutz spielt.

In einem dritten Schritt der Studie, mit nunmehr 900 Kindern, wurden Staubproben aus Matratzen und aus dem Kinderzimmer der Probanden sowie aus Tierställen und Scheunen entnommen, und es wurde bei den Kindern eine Lungenfunktionsmessung durchgeführt. Dafür wurde die Region Bayern gewählt mit dem Studienzentrum München. Die Staubproben wurden von spezialisierten Umweltanalytikern aus den Niederlanden und Finnland untersucht.
 
Um das mikrobielle Spektrum zu erweitern und zu verfeinern und damit die wissenschaftliche Evidenz zu erhöhen, griffen die Wissenschaftler auf Daten einer zweiten EU-Studie namens PARSIFAL zurück. Die Daten waren an rund 7.000 Schulkindern in ländlichen und vorstädtischen Regionen Bayerns zwischen Oktober 2000 und Mai 2002 erhoben worden. Aus dem Staub der Matratzen wurde mithilfe des molekularen Nachweisverfahrens (Single Strand Conformation Polymorphism) bakterielle DNA extrahiert und deren Zusammensetzung bestimmt.   

Welche Mikroben schützen besonders?

Dass Kinder auf Bauernhöfen (selbst in geschlossenen Räumen) mehr und unterschiedlichen Bazillen und Pilzen ausgesetzt sind als Kinder in nichtbäuerlicher Umgebung und deshalb besser vor Asthma und Allergien geschützt sind, ist die neue, mit validen Daten belegte Hypothese. Jetzt, folgert Genuneit, müssten die Kandidaten der verdächtigen Mikrobengattungen genauer untersucht werden, müsste geklärt werden, ob und wenn ja welche Arten einen größeren Anteil am „Schutz“ haben. Über die Wirkung dieser Pilze oder Bakterien sei damit noch nichts ausgesagt, schränkt der Epidemiologe die Bedeutung der neuen Erkenntnisse ein, ohne den erzielten Erkenntnisfortschritt gering zu achten.

Nur zu gut wissen Genuneit und Co., wie mühsam es ist, eine bis dato unheilbare Krankheit wie Asthma zu verstehen, an der jedes zehnte Kind in Deutschland leidet. Wohl weiß man aus Zwillingsstudien, dass die Krankheit zu 30 bis 60 Prozent erblich bedingt ist. Wohl fanden die Forscher im Rahmen der GABRIEL-Studie ein im Zusammenhang mit Asthma stehendes neues Gen (ORMDL3), über dessen genaue Funktion nur so viel bekannt ist, dass es weniger mit immunologischen Rezeptoren als mit Zell-Zell-Kontakten zu tun habe. Wohl bestätigten andere Studien den Fund, sogar weitere Kandidaten-Gene kamen hinzu.

Noch aber befinden sich die Forscher in der frühen Phase der Identifizierung. Genuneit verweist auf eine jüngst veröffentlichte Arbeit, in der 1.800 Erbgut-Proben von Bauernhof-Kindern im Rahmen der GABRIEL-Studie systematisch untersucht worden waren. Die Ergebnisse beschreibt Genuneit als „eher ernüchternd“.
"Wir kennen die einzelnen Spieler, aber kriegen sie noch nicht gemeinsam aufs Spielfeld." Das Problem seien die zu geringen Fallzahlen. Rund 200 Kandidatengene für Asthma entdeckten Forscher in den vergangenen 15 Jahren, doch viele Assoziationen lassen sich nicht bestätigen, bilanziert Genuneit. Dass genomweite Assoziationsstudien mit großen Fallzahlen längst keinen Erfolg garantieren, weiß der Ulmer natürlich auch. Bei den Umwelteinflüssen verhalte es sich ähnlich. Das zeige ein Blick in die dürren Leitlinien zur Allergie-Prävention.

Nach dem Projekt ist vor dem Projekt

Während der große Durchbruch noch aussteht, versuchen die Forscher unterdessen neue Geld- und Fördermöglichkeiten anzuzapfen. So untersucht Genuneits Münchner Kollegin Erika von Mutius (Kinderklinik der LMU) mit neuen Fördergeldern die im Rahmen von Gabriela gesammelten Staub-Proben weiter. Der Probenumfang soll von 400 auf 1.500 ausgeweitet, die Ergebnisse sollen abgesichert und mit anderen Methoden verifiziert werden. Die systematischere Suche soll auch den Respirationstrakt der Kinder berücksichtigen.

Der Ulmer Epidemiologe Genuneit kann seine Arbeiten zumindest die kommenden zwei Jahre fortführen. Er erhält Mittel aus der Nachwuchsförderung der eigenen Universität. Er will jetzt die 2.500 Teilnehmer der GABRIELA-Studie über die Pubertät hinaus verfolgen, was bisher noch nicht geschah. Einen ersten Fragebogen hat er im Sommer 2010 versandt, bald soll der zweite folgen. 86 Prozent der kontaktierten Familien hat sich zur Mitwirkung bereit erklärt, freut sich Genuneit. Mittlerweile sind die Probanden zwischen neun und 13 Jahre alt.

Viele Fragen wurden bislang weder gestellt noch beantwortet. Hält der Asthma- und Allergieschutz auch über das Kindesalter hinaus an? Beeinträchtigt das Rauchen diesen Schutz oder macht es diesen zunichte? Spielt das Geschlecht eine Rolle?
Genuneit hofft, dass möglichst viele Teilnehmer der GABRIEL-Studie weiter bei der Stange bleiben, am besten bis zum 18. Lebensjahr. Nicht zuletzt hofft er auf den ungebremsten Fluss von Fördermitteln, denn epidemiologischer Erkenntnisfortschritt kostet viel Geld, weil er nur mit großem Aufwand zu erlangen ist.

Literatur:
Ege, Markus; Meyer, Melanie et. al.: Exposure to Environmental Microorganisms and Childhood Asthma, New England Journal of Medicine (2011), 364(8):701-9

Ege, Markus; Strachan, David et al.: Gene-environment interaction for childhood asthma and exposure to farming in Central Europe, Journal of Allergy and Clinical Immunology (2011), 127
(1):138-44

Glossar

  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Eine Base ist ein Bestandteil von Nukleinsäuren. Es gibt vier verschiedene Basen: Adenin, Guanin (Purinabkömmlinge), Cytosin und Thymin bzw. Uracil (Pyrimidinabkömmlinge). In der RNA ersetzt Uracil Thymin.
  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Immunologie ist eine Wissenschaft, die sich u. a. mit den Abwehrreaktionen von Mensch und Tier gegen Organismen wie Bakterien, Pilze und Viren, aber auch mit Abwehrreaktionen gegen fremde Zellen und Gewebe bzw. gegen eigene Zellen und Gewebe (Autoimmunreaktionen) beschäftigt.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Rezeptoren sind Moleküle, die u. a. auf Zelloberflächen anzutreffen sind und die in der Lage sind, ein genau definiertes Molekül – ihren Liganden – zu binden. Das Zusammentreffen von Ligand und Rezeptor kann eine Abfolge von Reaktionen innerhalb der Zelle auslösen.
  • Eine Sonde im molecularbiologischen Sinn ist ein Stück markierte RNA oder DNA, die mit einer gesuchten Sequenz binden (hybridisieren) kann.
  • Endotoxine sind Giftstoffe, die in der Zellwand gram-negativer Bakterien gebunden sind und erst nach deren Absterben frei werden.
  • Staphylococcus aureus ist ein häufig in der Umwelt und auch auf Haut und Schleimhäuten vorkommendes kugelförmiges, unbewegliches Bakterium. Gelangt Staphylococcus aureus z.B. durch ein geschwächtes Immunsystem in den Körper, verursacht es dort häufig eitrige Infektionen, Lebensmittelvergiftungen und Lungenentzündungen, die auch tödlich enden können.
  • Toxizität ist ein anderes Wort für Giftigkeit.
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