An die Vorstellung, dass der Mensch Myriaden gutartiger Bakterien in seinem Darm beherbergt, dürften sich die meisten gewöhnt haben. So gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass Störungen im so genannten Mikrobiom bei der Entstehung von Darmkrankheiten, Allergien, Übergewicht, nichtalkoholischer Fettleber und möglicherweise auch psychischen Krankheiten eine Rolle spielen. Doch die Erforschung der Darmflora und ihrer Bedeutung für die menschliche Gesundheit bringt noch zahlreiche andere Mikroorganismen zu Tage: Im Magen-Darm-Trakt mit seiner Oberfläche von mehr als 200 Quadratmetern tummeln sich neben Bakterien auch Archaeen, Viren und Pilze – rund 30 bis 400 Trillionen Mikroben sollen es sein.

Vor allem was Viren im Verdauungstrakt suchen, wird derzeit intensiv ergründet, befeuert von so genannten metagenomischen Methoden, bei denen sämtliche Genschnipsel in einer Probe beäugt werden. Erstaunlicherweise wird dabei immer klarer, dass zahlreiche Viren im Darm dem Menschen nichts Böses wollen wie etwa Noro-, Zika-, oder HI-Viren, sondern vielmehr in friedlicher Eintracht mit ihm leben. Die Schätzungen, wie viele einzelne Viren den menschlichen Verdauungstrakt bevölkern, schwanken zwischen 1014 und 1015. Letzteres entspräche dem Zehnfachen von Bakterien. Aber: Es könnten natürlich noch viel mehr sein. Denn bei den Analysen werden immer lediglich diejenigen Erbgutstücke entdeckt, die in Datenbanken aufgezeichnet sind – bislang kennt man nur rund 500 Arten. "Was man nicht kennt, findet man auch nicht", erklärt Jason Norman, Gastroenterologe an der Washington University.

Bakteriophagen im Darm

90 Prozent der bislang in den Darmschlingen entdeckten Viren gehören zur Gruppe der Bakteriophagen. Das sind Viren, die keine tierischen oder pflanzlichen Zellen befallen, sondern sich Bakterien als Wirt suchen, etwa Bifidobakterien oder Escherichia coli. Sie leben dort vor allem als schlafende Viren, als Prophagen, die sich im Genom des Wirts eingerichtet haben. "Möglicherweise können sich die Darmbakterien nur dadurch in bestimmten Nischen durchsetzen", schrieb Lesley Ogilvie, Medizinerin an der University of Brighton, 2015 in einem Übersichtsartikel über das Virom im Darm.

Denn: Phagen bringen Eigenschaften in ihrem genetischen Rucksack mit, die Bakterien gut gebrauchen können. Sie schleusen über den so genannten horizontalen Gentransfer ständig Informationen in die Bakterienzelle. Das befähigt die Bakterien, sich an verschiedene Lebensräume anzupassen, indem das eingefügte Genmaterial sie zum Beispiel gegen chemischen Stress feit oder die Gemeinschaft stabilisiert. Zudem verbessern die Phagen die Energieaufnahme ihrer Wirte. "Vielleicht nehmen Viren im menschlichen Stoffwechsel eine Schlüsselrolle dadurch ein, dass sie die Bakterien beeinflussen", so Ogilvie.

Phagen können auch Informationen in schlechten Zeiten konservieren, indem sie ein Reservoir für Bakteriengene bieten. In Mäuseversuchen wurde beispielsweise gezeigt, dass sich während einer Antibiotikatherapie Gene in Phagen anreicherten, die Resistenzen verleihen und auch die Wiederbesiedlung möglich machten. Das Virom hilft damit nicht allein den gutartigen Bakterien: Es bewahrt den Menschen zudem vor den Nebenwirkungen einer Antibiotika-Kur.

Man weiß außerdem, dass Phagen direkt mit dem Menschen kooperieren. Sie sitzen auf der Darmschleimhaut und gehen mit Bakteriziden gegen pathogene Keime vor. "Bereits im Darm von Neugeborenen sorgen solche Phagen möglicherweise dafür, dass sich eine gesunde Flora bilden kann", meint Adam Wahida, angehender Mediziner an der RWTH Aachen.

Doch die Gabe der Informationsübermittlung kann für den Menschen auch gefährlich sein. Eventuell verstärken die Viren damit die Entwicklung, dass in Kliniken immer häufiger krank machende Keime gegen Antibiotika resistent sind. Wie eine französische Arbeitsgruppe kürzlich jedoch aufgedeckt hat, kommt dieser Effekt in der Realität wohl seltener vor als befürchtet. Trotzdem können Phagen unter widrigen Umwelteinflüssen das gemütliche Beisammensein aufgeben und die Bakterienzelle auflösen. Zuerst lassen sie sich von der Genmaschinerie im Zellkern vervielfältigen und zersetzen dann die Wirtszelle. Auch bei Krankheit befinden sich die Phagen in einem solchen Killer-Modus.

Das fragile Gleichgewicht zwischen Viren und Bakterien

Der Mediziner Norman hat etwa beobachtet, dass dies bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen der Fall ist. Leidet ein Mensch an Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa, verschiebt sich das Verhältnis von Bakterien zu Viren gewaltig: Die Virenzahl nimmt zu, die Bakterienvielfalt ab. Unklar ist dabei jedoch die Rolle der Viren. Sind sie Treiber oder bloß Statisten? Möglich wäre beispielsweise, dass die Bakterien unter schlechten Bedingungen im Darm leiden, absterben und so das virale Erbgut freigeben. Oder Phagen gelangen von außen in den Körper, etwa über die Nahrung, und führen so zu einem Ungleichgewicht. Drittens könnten sich zuerst die Viren vermehren, angespornt durch Gene oder einen ungünstigen Lebensstil der Wirts, und dadurch mehr Bakterien abtöten. Klar ist, dass virale Nukleinsäuren und Bakterienfragmente, die bei der Virenvermehrung übrig bleiben, ihrerseits Entzündungsprozesse anstacheln.

Auch ein Einfluss der Darmviren auf Übergewicht, Diabetes und Herzkrankheiten wird diskutiert. Kürzlich zeigte zudem eine Studie, dass bei Aids-Kranken das Virom verändert ist. Weil Phagen sowohl das Darmmilieu stabilisieren als auch in Krankheitsgeschehen involviert sind, betitelt der Aachener Wissenschaftler Wahida die Bakteriophagen als "janusköpfig".

Bei gesunden Erwachsenen findet man vor allem die beiden Virengruppen Caudovirales und Microviridae. Allerdings variiert das Virom ebenso wie das Mikrobiom zwischen einzelnen Menschen erheblich. Studien, die über ein bis zwei Jahre liefen, zeigen, dass das einmal erworbene Miteinander von Bakterien und Viren in einer Person relativ stabil bleibt. "Durch Umzug oder Ernährungsumstellung scheint das Virom nur wenig beeinflussbar", sagt die Kinderärztin Lori Holtz, die ebenfalls an der Washington University forscht.

Dagegen schwankt die Zusammensetzung der Virengemeinschaft in den zwei Jahren nach der Geburt erheblich, wie Holtz in einer Studie mit acht gesunden Babys gezeigt hat. Bereits kurz nach der Geburt sind es vor allem die Phagen, die das Virom bilden. Dabei ist unklar, ob die gefundenen Viren bereits im Mutterleib oder erst bei der Geburt übertragen werden – oder ob sie vielleicht sogar durch die Ernährung oder andere Umweltfaktoren wie etwa Hausstaub in den kindlichen Darm gelangen.

Prägung in der Kindheit

Holtz glaubt, dass die Lebensumstände in den ersten Jahren prägen, welche Bakterien und Viren letztendlich am besten miteinander harmonieren. "Diese Phase könnte auch über den Gesundheitszustand im Erwachsenenalter entscheiden", so die Kinderärztin, "weil in diesem Zeitfenster das Immunsystem heranreift." Auch Studien mit mangelernährten Kindern deuten darauf hin. Bei ihnen wird die Bildung eines gesunden Darmmilieus behindert; das Verhältnis zwischen Viren und Bakterien ist dann nicht so, wie es bei gleichaltrigen gesunden Kindern der Fall ist. Laut einer Studie vom vergangenen Jahr mit malawischen Kindern kann die Balance auch nicht durch so genanntes "Ready-to-use therapeutic food", etwa kalorienreiche Nussriegel, wiederhergestellt werden.

Darmflora unter dem Mikroskop
© USDA, ARS, EMU / Foto: Eric Erbe; Kolorierung: Christopher Pooley
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernDarmflora unter dem Mikroskop
Die Abbildung zeigt Bakterien der Art Escherichia coli, die häufig Bewohner der Mikroben-Community sind. Immer deutlicher wird, wie zentral die Rolle der Darmflora ist: Die Mikroben tauschen mit dem restlichen Körper wichtige Informationen aus.

Neben Phagen der Darmbewohner besiedeln noch weitere seltsame Gäste die Blackbox Darm, zum Beispiel das Algen-Gigavirus und das Tabakmosaikvirus. Vermutlich gelangen diese mit der Nahrung in den Körper – allein in einem Gramm Salat sind 109 Viren zu finden. Weil diese Pflanzenviren im Darm keine günstigen Lebensbedingungen vorfinden, werden sie komplett wieder ausgeschieden und könnten theoretisch aufs Neue Pflanzen infizieren. Für den Menschen gelten sie bislang weder als schädlich noch als gesundheitsförderlich.

Anders die Gruppe der tierischen Viren wie Noro-, Masern- oder Herpesviren, die ebenfalls im Verdauungstrakt vorkommen. Auch diese scheinen nicht nur krank zu machen. Das belegt etwa eine Studie mit Mäusen aus dem Jahr 2014. Dabei hat Elisabeth Kernbauer, Mikrobiologin an der New York University, Mäuse mit Noroviren infiziert, mit Viren also, die Magen-Darm-Infekte auslösen. Die Nager hatten durch verschiedene Manipulationen eine veränderte Darmschleimhaut und litten an Immundefekten. Doch erstaunlicherweise machten die Noroviren nicht noch kränker, sondern heilten das geschädigte Gewebe und die Immunzellen.

Auch andere Studien hatten zuvor das Gesundheitspotenzial der Viren aufgedeckt: So können Herpesviren bakterielle Infektionen verhindern. Zugleich wurde gezeigt, dass gutartige Viren im Darm das Immunsystem ständig in Quäntchen aktivieren, womit der Mensch gegen Attacken von pathogenen Viren gefeit ist. Sogar gegen Krebs scheinen bestimmte Viren vorzugehen. Trotzdem betonen die Forscher, man solle sich nicht absichtlich mit pathogenen Viren infizieren, um das Immunsystem zu stärken. Bei all den positiven Nachrichten darf man nicht vergessen: "Die Virom-Forschung steht erst am Anfang, und es sind noch viele Fragen offen", sagt die britische Forscherin Ogilvie. In Zukunft könnten Viren vom Arzt verordnet, in Medikamente verpackt, jedoch durchaus eine Rolle spielen.

Ein erstes Krebsmedikament mit gentechnisch veränderten Herpesviren ist Ende 2015 in den USA und wenig später auch in der EU zugelassen worden. Pharmafirmen prüfen Viren zudem als mögliche Verbündete im Kampf gegen pathogene, antibiotikaresistente Bakterien oder auch gegen Übergewicht. Dänische Wissenschaftler suchen zum Beispiel einen Phagen-Cocktail, der die Darmflora so beeinflusst, dass übergewichtige Mäuse abnehmen. Die Bill & Melinda Gates Foundation sieht das Virom indes als möglichen Helfer im Kampf gegen Mangelernährung und Infektionskrankheiten bei Kindern. So wird am University College Cork mit Geldern der Stiftung erforscht, wie Phagen gutartige Darmbewohner, etwa Bifidobakterien, unterstützen können, damit krank machende Keime wie Shigella oder pathogene Escherichia coli keine Chance haben.

In Russland ist die Phagentherapie bereits seit vielen Jahren im Einsatz. In der EU müssten erst die Regularien geändert werden, was kürzlich ein Expertenteam der European Medicines Agency (EMA) auch forderte. Bislang wird die Erforschung jedoch noch durch kognitive Blockaden in den Köpfen der Wissenschaftler behindert: "Phagen werden leider immer noch vor allem als Krankmacher gesehen", so Wahida.