Menschen bestehen aus Milliarden von Zellen. Auf deren äußeren Oberflächen leben zehn Mal so viele menschentypische Bakterien. Diese Zellen und Bakterien tauschen sich intensiv untereinander aus. Die genetische Information, die benötigt wird, um die menschlichen Eiweiße herzustellen, befindet sich sowohl innerhalb (Genom), als auch außerhalb der Zellen: in den „humanen“ Bakterien (Mikrobiom) (Jäger 2014 & 2015).

Das Mikrobiom wird durch die Anpassung an die Umwelt geprägt und ist daher für jeden einzelnen Menschen typischer als sein Fingerabdruck. Menschen können sogar in Räumen deutlich durch die Bakterien erkannt werden, die von ihnen über den Atem und die Haut in die umgebende Luft abgegeben werden und – wie in einer Wolke – um sie herumwirbeln (Meadows 2015).

Schließlich gehören zu den intakten Ökosystemen auf unseren Körperoberflächen auch Viren. Das menschliche Virom besteht aus sogenannten Phagen, die Darmbakterien infizieren. Sie erfüllen im Rahmen eines ungestörten Gleichgewichtes wichtige Kontrollaufgaben, beispielsweise indem sie, im Schleim auf Zelloberflächen eingelassen, Bakterieninvasionen verhindern (Ogilvie 2015).

Intakte Ökosysteme

Darm, Gehirn, Nerven-, Stoffwechsel-, Bewegungs- und Immunsystem und die lebenden Bestandteile auf unseren Körperoberflächen sind durch vielfältige Feedbackschleifen verbunden (Carabotti 2015). Damit sich ein Organismus gesund und flexibel an äußere Belastungen anpassen kann, ist ein harmonisches Zusammenwirken dieser komplexen Systemfunktionen ist nötig (Belkaid 2014).
Störungen der Zwiesprache zwischen Genom, Mikrobiom und Virom werden Dysbiosen genannt. Sie sind wichtige Ursachen für Krankheiten. Bei vielen chronischen Leiden mehren sich die Hinweise, dass Dysbiosen im Darm, im Mund und in der Vagina als „Trigger“ zu Immunfehlregulationen führen können. Dabei können die Keime, die Immunzellen oder die Kontrollzentren des Gehirns gestört sein, oder alle zusammen. Solche Fehlregulationen können sich allmählich auch zu schweren Immunstörungen auswachsen (Scarpellini 2015; Vieira 2014).

Störungen der Mikrobiom-Immun-Kommunikation sind besonders gefährlich, wenn sie in den sensiblen Phasen der frühkindlichen Nerven- und Immunentwicklung auftreten. Denn die letzten Monate der intrauterinen Entwicklung und die ersten drei Jahre nach der Geburt sind extrem wichtig für die Entwicklung des Zusammenspiels von Neuronen, Zellen und Bakterien: Sie können den ganzen Rest des menschlichen Lebens entscheidend beeinflussen (Faa 2014). Aus diesem Grund ist das Stillen im Rahmen einer geschützten Mutter-Kind-Bindung für die gesunde Entwicklung insbesondere der Darm-, Stammhirn- und Immunfunktionen so wichtig (Jäger 2013; Praveen 2015; Turfkruyer 2015).

Bei Stoffwechselerkrankungen, wie beispielsweise einem Diabetes, und Immunanpassungsstörungen, wie Asthma oder Neurodermitis, sind diese Zusammenhänge zunehmend gut untersucht (Belkaid 2014). Sie scheinen aber auch bei der Entwicklung von vielen weiteren Erkrankungen von Bedeutung zu sein (O’Mahony 2015): Rheumatoide Arthritis (Rogers 2015) oder Störungen der Ausreifung der Stammhirnfunktion. Das wiederum kann die Herzsteuerung negativ beeinflussen (Jäger 2014) oder die psychische Gesundheit (Dinan 2015; Foster 2015). Auch die Entwicklung einer Multiplen Sklerose kann dadurch begünstigt werden (Wekerle 2015; Haghikia 2015).

Wie siamesische Zwillinge

Bei genauem Hinsehen bestehen menschliche Zellen aus mindestens zwei Wesen, die miteinander wie siamesische Zwillinge verwachsen sind: aus den Organen der Zellatmung, den Mitochondrien, und dem Rest der Zelle inklusive des Zellkerns. Beide Anteile, Mitochondrien und „eigentliche Zelle“, verfügen über jeweils unterschiedliche menschentypische Erbinformationen. Denn sie stammen vermutlich von verschiedenen Vorfahren ab.

Die eigentlichen Zellen gleichen beweglichen Wechseltierchen, wie sie unter anderem in Wasserpfützen leben. Sie besitzen dafür alles Nötige: einen Kern mit der Erbinformation, ein Innenskelett für ihre Struktur und Fortbewegung, Hohlräume für die Verdauung und Eiweißfabriken zum Wachsen. Im Gewaber ihres Zellinneren schwimmen aber noch andere eigenständige Elemente, die ehemaligen Bakterien gleichen: die so genannten Mitochondrien. Sie besitzen eine Doppelmembran, die sie nach außen abgrenzt, und darin eingeschlossen: ihre eigene Erbmasse. Die befähigt sie zu einem Prozess kontrollierter Verbrennung von Sauerstoff mit Zucker und Fett. Dabei entsteht nicht nur Wärme, sondern vor allem energiegeladene Eiweißbestandteile (ATP), die für die vielen Stoffwechselaufgaben hochspezialisierter Zellen nötig sind.

Menschliche Zellen haben also zwei Vorläufer. Zum einen sind es die Einzeller, die irgendwo unter Luftabschluss vegetierten, und für die Sauerstoff ein Zellgift darstellte. Zum anderen sind es intrazellulär lebende Bakterien, die Sauerstoff zur Energiegewinnung nutzten. Die unter Sauerstoffabschluss lebenden Urzellen nahmen offenbar irgendwann Minilebewesen auf, die Sauerstoff verarbeiten konnten, verdauten sie aber nicht. Und plötzlich konnten diese neuen Zellen mit ihren Bakterien aus der Ursuppe auftauchen und den Lebensraum an der Luft erobern. Als sich anschließend viele solcher „atmender“ Wechseltierchen zu Zellkolonien zusammenfanden, entstanden höherentwickelte Lebewesen, die im Äußeren wie im Inneren mit einer Unmenge arttypischer Bakterien kooperieren. Etwa so wie die Bewohner einer mittelalterlichen Stadt („Zellen“), die mit ihren Haustieren („Mitochondrien“) und den innerhalb und außerhalb der Stadtmauer lebenden Vasallen („Bakterien“) einen Staat bilden, der in einer Welt voller Gefahren erblüht und gedeiht.

Nach Milliarden von Jahren der Kooperation können nun die beiden Zellbestandteile ohne einander nicht mehr leben. Menschliche Zellen sterben ohne Energiefabriken ab und Mitochondrien lassen sich im Labor ohne arttypische zelluläre Nährflüssigkeit nicht anzüchten.

Wenn Mitochondrien alt werden

Vererbt werden die kleinen Atmungsbakterien durch die Eizelle der Mutter. Denn das Sperma transportiert nur Informationen für den Zellkern. Mitochondrien sind an zentraler Stelle in den Zucker- und Fettstoffwechsel der Zellen eingebaut und sorgen neben der Energiegewinnung dafür, dass nicht zu viele gefährliche, freie Sauerstoffradikale entstehen – sogenannte Peroxide.

Sie können sich zwar teilen und erneuern, bleiben aber als hochgezüchtete Nutztierchen sehr empfindlich für Schäden. Zuviel an Zellgiften, Zucker, Stress (Überlastung, Aufgeregtheit, Unterforderung), Antibiotika oder zu wenig Sauerstoffsättigung machen sie krank. Schwächeln sie, können sich in der Folge viele unterschiedliche Störungen des Zucker-Fett-Stoffwechsels und der Herzkreislauffunktion und eine Übererregbarkeit des Immunsystem bemerkbar machen (Kim 2008).

Das liegt unter anderem daran, dass sie als „Fremdkörper“ von Wächtermolekülen innerhalb der Zellen (sogenannte „Inflammasome“-Moleküle) toleriert, bei krankhafter Veränderung aber als Schrott eingestuft und abgebaut werden (van den Burgh 2015).

Wenn unsere empfindlichen Haustier-Mitochondrien mit der Zeit immer mehr ihre Funktion einstellen, beginnen die Alterungsprozesse, die schließlich zum Zelltod führen (Wang 2013). Mitochondrien altern schneller, wenn sie nicht genügend gepflegt werden: beispielsweise durch genussvolles gutes Essen, Schlaf, Zufriedenheit ohne Stress und viel Bewegung. Und sie erkranken leicht, wenn das Immunsystem übererregt regeagiert (und sich gegen sie richtet), oder wenn ihre Kommunikation mit den anderen Partnern des Mikrobioms gestört ist (Saint-Georges-Chaumet 2015). Und auch das schadet ihnen: zu viel Stress, Fastfood, Fett, Nikotin, Genussgifte, Medikamente (insbesondere Antibiotika), zu wenig Luftzufuhr, Bewegung oder auch zu wenig Nahrung wie bei der Magersucht.

Mitochondriale Ersatztherapie

Mitochondrien spielen offenbar im menschlichen Zellstoffwechsel eine zentrale Rolle. Ohne sie wären die komplexen Zellkommunikationen im Rahmen der Immunfunktion, der Zellspezialisierung und des Zellwachstums nicht möglich (van der Burgh 2015). Folglich sind sie eindeutig ein Teil des menschlichen Seins. Deshalb leidet der ganze Mensch, wenn sie erkranken.

Frauen mit mitchondrialen Funktionsstörungen haben es schwerer schwanger zu werden. Daher hat ein amerikanisches Unternehmen eine mitochondriale Ersatztherapie erfunden und bereits erste Versuche an Menschen durchgeführt.

Bei dem Verfahren wird die Erbmasse (Chromosomen) einer weiblichen Eizelle entnommen, und der Rest der Zelle mit Mitochondrien verworfen. Die Chromosomen werden anschließend in eine Eizelle einer anderen Frau eingepflanzt, aus der man zuvor deren Chromosomen entfernt hatte, und in der noch die Mitochondrien und die anderen Zellbestandteile herumschwimmen.

Die neu entstandenen Zellen mit einer Kern-Erbmasse, die im Zell-Mitochondrien-Geglibber einer anderen Frau herumschwimmen, könnte anschließend im Reagenzglas von den Spermien des Ehemannes befruchtet werden. Der dann fertige Embryo, oder mehrere davon, können in eine Gebärmutter eingepflanzt werden. Die Technik wurde in San Francisco an Schwangeren „mit einer Erfolgsrate von 35 Prozent“ ausprobiert. Sie soll nun „ohne langatmige“ Studien getestet werden, wo die Behörden es gestatten: Beantragt sei es bereits in den USA und Kanada, und es kämen angeblich auch die Türkei und Dubai in Frage (Couzin-Frankel 2015). Ein Kind mit der genetischen Information eines Vaters könnte daher genetisch von drei Müttern bestimmt sein: von der Spenderin der Eizellchromosomen, von der Spenderin der genetischen Information der Mitochondrien, und von der Leihmutter, die während der Schwangerschaft die beiden Erbmassen in den kindlichen Zellen epigenetisch prägt.

Nicht selten beginnt hier der Herstellungsprozess eines Produktes, das sich durch geschicktes Marketing einen Bedarf schaffen wird, und schon längst massenhaft verkauft sein wird, bevor EthikerInnen und Gesetzgeber damit beginnen, sich Kontroll- oder Qualitätskriterien zu überlegen.

Artenvielfalt des Mikrobioms

Das Mikrobiom der Menschen, die noch in steinzeitlichen Kulturen leben, ist wesentlich formen- und artenreicher als das moderner Großstadtbewohner (Clemente 2015). Diese Vielfalt wird durch ungesunde Ernährung, Genussgifte und viele Medikamente eingeschränkt. Insbesondere die Anwendung von Antibiotika kann für das Mikrobiom schädlich sein. Mitochondrien sind gegen Tetrazykline empfindlich und antivirale Medikamente können das Virom beeinflussen. Eine unnötige oder fahrlässige Anwendung von Antibiotika kann darüber hinaus resistente Keime entwickeln (Spellberg 2013; Jäger 2015), die zu gefährlichen Ausbrüchen führen können (de Jager 2015; Sumofus 2015). In Europa liegen Antibiotika-Verschreibungsraten nach wissenschaftlichen Standards zu hoch (WHO 2011; Stock 2008). Es muss daher gerade in der Geburtshilfe mit ihrer Versorgung für das Neugeborene (Johnson 2012) dringend geprüft werden, wie die Verschreibung, die Nachfrage und die Anwendung von Antibiotika vermindert werden könnten.

Die große Herausforderung dafür sind nicht die technischen Lösungen. Wichtiger sei es, Anreize für Veränderung zu schaffen: „The main challenge is not primarily to find technical solutions, but to incentivize change”, hieß es in diesem Jahr wörtlich auf dem Uppsala Health Summit.