Mikrobiota und Schweineproduktion – Warum sind wir noch nicht am Ziel? Teil 1

In den letzten Jahren haben Sie höchstwahrscheinlich schon über die „Mikrobiota“ von Schweinen gesprochen. Viele wissenschaftliche Studien haben sich mit der Mikrobiota und ihren Auswirkungen auf Produktion und Gesundheit befasst, aber es gibt kein klares Bild davon, wie eine „gesunde Mikrobiota“ aussieht. Was ist die Mikrobiota und wie kann sie Ihnen bei der Erhaltung der Schweinegesundheit helfen? Dies wollen wir hier untersuchen.

Mikrobiota ist eine Wortschöpfung aus dem ökologischen Begriff Biota, der jede Art von Lebensform bezeichnet, die in einer bestimmten Region oder einem bestimmten Lebensraum vorkommt. Die Mikrobiota bezieht sich also auf die mikroskopisch kleine Biota, das heißt alle Mikroorganismen, die an einem bestimmten Ort zu finden sind (in Abb. 1 ist z. B. die Zusammensetzung der Mikrobiota des Schweinedarms dargestellt). Dieser Begriff umfasst die Bakteriota (wenn nur Bakterien gemeint sind), die Virota (nur Viren) oder die Mykobiota (nur Pilze). Dies ist nicht zu verwechseln mit dem Mikrobiom (oder anderen Begriffen mit der Endung „-om“), welches die Gesamtheit der Genome in einer bestimmten Probe bezeichnet. Unter dem Genom ist das gesamte Erbgut eines bestimmten Organismus zu verstehen. Die Mikrobiota und das Mikrobiom sind nicht dasselbe, werden aber oft als Synonym verwendet

Die Untersuchung der Mikrobiota ist ein äußerst komplexes und anspruchsvolles Unterfangen. Tatsächlich befassen sich die meisten Studien über die „Mikrobiota“ mit etwas anderem. Anders als ein Biologe, der ein Fernglas benutzt, um wilde Aras im brasilianischen Regenwald zu beobachten, können Mikrobiologen nicht einfach nur Viren betrachten und beobachten, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. In der Tat können wir viele Mikroorganismen im Labor nicht mit Routineprotokollen züchten (Kogure et al., 1979; Staley and Konopka, 1985). Dieses Problem wurde von den Wissenschaftlern als „Unzulänglichkeiten des Reinkulturkonzepts“ (Great Plate Count Anomaly) bezeichnet: ein Phänomen, bei dem man unter dem Mikroskop viele verschiedene Mikroorganismen beobachten kann, aber in der Laborkultur keine derartige Vielfalt erreicht wird (Abb. 2). Dies ist auf unser begrenztes Wissen über die Nährstoff- und Umweltanforderungen der einzelnen Mikroorganismen zurückzuführen. Wahrscheinlich kennen wir nur einen sehr begrenzten Teil aller Mikroben. Wie kann man also die Mikrobiota untersuchen?

Die Antwort lautet Sequenzierung: Wir sequenzieren ihre Genome und nutzen ihre DNA-Sequenz, um sie zu identifizieren und zu verstehen, wie sie miteinander und mit ihren Schweinewirten interagieren. Die DNA-Sequenz jedes Mikroorganismus (und jedes anderen Lebewesens) funktioniert wie ein Strichcode. Wenn wir diesen Strichcode „scannen“, können wir das „Produkt“ (den Mikroorganismus) identifizieren. Das meiste, was wir über die Mikrobiota wissen, stammt daher aus dem Wissen über das Mikrobiom. Aber warum können wir die Mikrobiota nicht domestizieren, wie wir es vor 10.000 Jahren mit den Hunden getan haben, und sie für uns arbeiten lassen?

Der größte Teil der Forschung konzentrierte sich bisher auf die Beantwortung der Frage, welche Mikroorganismen da sind. Dies ist zwar ein wichtiger Schritt, aber man erkennt jetzt, dass es noch wichtiger ist, zu wissen, „was sie tun“, als die Frage nach dem „wer“ zu verstehen. Darüber hinaus gibt es einige Vorbehalte, wenn es um die DNA-Sequenzierungstechnologien und die Umsetzung dieser (großen) Datenmenge in nützliche Lösungen für den Stall geht:

• DNA ist überall vorhanden. Dies bedeutet, dass bei fast jedem Schritt der Analyse Verunreinigungen eingebracht werden (Salter et al., 2014). Dies kann die Daten verzerren und die Ergebnisse verfälschen, es sei denn, es sind sehr robuste Kontrollen vorhanden, was oft nicht der Fall ist.
• Die zur Analyse von Mikrobiomdaten verwendeten Instrumente sind nicht standardisiert, und jedes dieser Instrumente ist mit einer gewissen Verzerrung verbunden. Dies bedeutet, dass es sehr schwierig ist, die Daten einer Studie mit denen einer anderen zu vergleichen.
• Es gibt SEHR VIELE Mikroben (allein der Dickdarm hat 10¹⁴). Sie sind alle unterschiedlich, und wir haben nur sehr wenige Informationen darüber, wer die meisten von ihnen sind, was sie können und wie sie es tun.
• Jede nennenswerte Aktivität stammt in der Regel von seltenen Mikroben. Das heißt, wir suchen nach einer Nadel im Heuhaufen, ohne zu wissen, wie eine Nadel aussieht.
• Es gibt Wechselwirkungen zwischen Mikroben, die wir nicht verstehen bzw. über die wir nichts wissen. Wie können wir also nach ihnen suchen?
• Die Mikrobiota ist komplex und SEHR variabel. Sie variiert zwischen den Wirten (Schwein vs. Kuh), zwischen den Fundorten (Auge vs. Maul des Schweins) und zwischen den Tageszeiten (Morgen vs. Nacht (Liang and FitzGerald, 2017; Voigt et al., 2016). Im Grunde genommen sehen wir jedes Mal, wenn wir die Mikrobiota betrachten, etwas anderes.

Man geht davon aus, dass einige dieser Herausforderungen in den nächsten Jahren angegangen werden, wenn die DNA-Sequenzierungstechnologien effizienter und zugänglicher werden und ein besserer Nachweis von Verunreinigungen entwickelt werden wird. In unserem nächsten Artikel aus dieser Reihe werden wir uns damit befassen, wie wir Mikrobiomdaten interpretieren, was wir bisher über das Mikrobiom von Schweinen wissen und wie Fortschritte gemacht werden, um sein Potenzial zur Verbesserung von Gesundheit und Produktion zu nutzen.