Urbane Fingerabdrücke: Forscher können Mikrobiome eindeutig bestimmten Städten zuordnen

Mikroben in Form von Bakterien, Viren, Pilzen und Archaeen sind in unserem Leben und unserer Umgebung allgegenwertig. Sie entstammen dem menschlichen Mikrobiom, aber auch von Tieren, aus Böden, der Luft oder dem Wasser. Wie Forscher nun herausfanden, ist das Mikrobiom in Städten, also die Mischung an Mikroben, die in einer bestimmten Stadt gefunden werden kann, so unverkennbar wie ein Fingerabdruck und kann somit direkt der jeweiligen Stadt zugeordnet werden.

Passangers holding the hand rail on crowded public transports. Unhygenic and risk of transmitting germs

So sieht das städtische Mikrobiom aus

Forschende des internationalen MetaSUB-Konsortiums wollten der Frage auf den Grund gehen, wie das urbane Mikrobiom zusammengesetzt ist und ob es sich eher ähnelt oder zwischen den einzelnen Städten deutliche Unterschiede zu beobachten sind. Inspiriert wurde das Projekt von einer Studie über die Mikroben in der New Yorker U-Bahn, aus der dann die Idee eines globalen Vergleichs entstand.

Im Rahmen des Projekts sammelten Freiwillige und Wissenschaftler dann insgesamt 5.728 Proben aus 60 Städten auf der ganzen Welt. Die Proben wurden dabei auf Oberflächen im Umfeld der öffentlichen Verkehrssysteme sowie vom Boden oder aus der Luft anderer urbaner Umgebungen gesammelt. Am Ende haben die Forscher die Proben mithilfe genetischer Sequenzierung hinsichtlich ihrer Artenzusammensetzung analysiert.

Heraus kam, das von den insgesamt 4346 identifizierten Mikrobenarten 31 Spezies in 97 Prozent aller untersuchten Städte vorkam – und zwar unabhängig von Einwohnerzahl, geografischer Lage, Klima oder anderen Faktoren. Unter diesen 31 Spezies waren vorrangig Bakterien.

Mikroben entsprechen nicht dem menschlichen Mikrobiom

„Weil Menschen einen großen Teil der urbanen Umwelt ausmachen, würde man erwarten, dass die DNA in unseren Proben auch primär denen der Kommensalen im menschlichen Mikrobiom ähnelt„, erläurtert David Danko von Weill Cornell Medicine in New York die Erwartungen der Forscher. Diesen Erwartungen entsprachen die Ergebnisse allerdings nicht wirklich, sondern es stellte sich heraus, dass dieses urbane „Kern-Mikrobiom“ aus 31 Spezies deutlich von dem Mikrobiom des Menschen abwich. „Dies spricht dafür, dass die urbanen Mikrobiome als eigene, ökologisch von Bodenmikrobiomen und menschlichen Mikrobiomen getrennte Einheit betrachtet werden sollten. Auch wenn all diese Mikrobiome unzweifelhaft miteinander interagieren, repräsentieren sie doch eigene ökologische Nischen mit entsprechend unterschiedlichen genetischen Profilen„, so die Forscher weiter.

Unter den 31 Spezies waren auch Bakterien, die bei Menschen zu Krankheitserregern werden können, darutner etwa Staphylokokken, Streptokokken sowie Vertreter der Gattung Klebsiella und Enterobacter.

„Mikrobenfingerabdruck“ gut identifizierbar

Neben diesem für Städte typischen Kern-Mikrobiom fanden die Forscher auch zahlreiche Mikrobenkombinationen, die je nach Region und Stadt sehr unterschiedlich ausfielen. Die genaue Zusammensetzung ist dabei so spezifisch, dass die Stadt, aus der eine Probe kommt, im Test von einer künstlichen Intelligenz mit einer Genauigkeit von 88,9 Prozent bestimmt werden konnte.

„Jede Stadt hat ihr eigenes ‚molekulares Echo‘ der Mikroben, die sie prägen. Wenn Sie mir ihren Schuh geben würden, könnte ich Ihnen mit 90-prozentiger Genauigkeit sagen, aus welcher Stadt in der Welt Sie hergekommen sind„, erläutert Christopher Mason von Weill Cornell Medicine, Seniorautor der Studie.

Die Forscher fanden in den Proben außerdem tausende DNA-Sequenzen, die sich keinerlei bekannten Mikroben-Art zuordnen ließen. Mehr als 10.000 dieser Sequenzen stammten von der Wissenschaft bisher noch nicht bekannten Viren, 748 von noch unbekannten Bakterien.

„Der signifikante Anteil nichtklassifizierter DNA in unseren Proben deutet darauf hin, dass ein Großteil des urbanen Mikrobioms bisher unbeobachtet geblieben ist„, so die Forscher. Eine große Überraschung ist das jedoch nicht, da alles dafür spricht, dass es auf der Welt mehrere Millionen unbekannter Mikroben-Arten gibt.