Auf einem U-Bahn-Geländer leben genauso viele Viren wie im Regenwald

Dieser Beitrag wurde von unserer KI mit freundlicher Genehmigung der New York Times ins Deutsche übersetzt. Menschliche Unterstützung gab es nur bei zwei Kommata.

Wenige Pendler in London wissen das sie gerade achtlos an mehr als 10.000 Viren vorbeigehen.


(ddna).   Seit Jahrhunderten haben Naturforscher die Flora und Fauna der Welt kartiert. Sie haben Atlanten von Zugvögeln und Kaltwasserfischen zusammengestellt, die Geographie von fleischfressenden Tieren und alpinen Pflanzen skizziert. Jetzt hat ein riesiges internationales Forscherteam der Sammlung einen neuen Band hinzugefügt: einen Atlas der Mikroorganismen, die in den U-Bahnen der Welt zu finden sind. Er enthält Daten, die von mehr als 900 Wissenschaftlern und Freiwilligen in 60 Städten auf sechs Kontinenten gesammelt wurden, von Stockholm bis Shanghai, von Sacramento bis Sydney. „Wir hatten eine koordinierte Phalanx von Leuten mit Tupfern und Masken, die genetisches Material aus Städten auf der ganzen Welt sammelten“, sagt Christopher Mason, ein Genetiker bei Weill Cornell Medicine, der die Forschung leitete.


Obwohl jede Stadt ihr eigenes, einzigartiges mikrobielles Profil hatte, gab es ein „urbanes Kernmikrobiom“, das alle Städte gemeinsam hatten, so die Ergebnisse. Die Wissenschaftler, Mitglieder des internationalen MetaSUB-Konsortiums, entdeckten außerdem mehr als 10.000 bisher nicht identifizierte Arten von Viren und Bakterien. Die Ergebnisse veröffentlichten sie diese Woche  in der Fachzeitschrift Cell. „Wir sind tief in die urbanen Zentren eingetaucht und haben dort eine Fülle von neuen Lebensformen gefunden“, sagte Dr. Mason. „Die Geländer und Bänke unserer Städte haben manchmal genauso viel oder mehr Vielfalt als das, was man in einem Regenwald findet.“


Der Ursprung und die Funktion vieler dieser Mikroben ist nach wie vor unbekannt und die Forschung zeigt, wie viel es noch über die Mikroorganismen zu lernen gibt, die uns umgeben. Aber die Ergebnisse sollten kein Grund zur Sorge sein, betonen die Wissenschaftler. „Wir sehen nichts, worüber wir uns Sorgen machen müssten“, sagt David Danko, einer der Autoren der Studie und Leiter der Bioinformatik bei MetaSUB. „Wir wollen nicht, dass die Leute Angst vor diesen Mikroben haben, denn sie sind einfach ein Teil des Ökosystems, in dem wir als Menschen leben.“


Die Probensammlung für die neue Studie begann im Jahr 2015, nachdem Dr. Masons Forschung über die Mikroben der New Yorker U-Bahn internationales Interesse auf sich gezogen hatte. Daraufhin gründete er das MetaSUB-Konsortium, um die Mikroben in Städten auf der ganzen Welt zu untersuchen. Teams aus Forschern und Freiwilligen schwärmten über die Nahverkehrssysteme von 60 Städten aus und sammelten von 2015 bis 2017 Tausende von Proben. Sie wischten eine Vielzahl von Oberflächen ab, darunter Drehkreuze, Geländer, Fahrkartenautomaten und Bänke in Bahnhöfen und U-Bahn-Wagen. (In einer Handvoll Städte, die keine U-Bahn-Systeme haben, konzentrierten sich die Teams auf das Bus- oder Zugsystem).


Die unterirdischen Probenentnahme-Expeditionen der Wissenschaftler zogen oft Aufmerksamkeit auf sich. Einige Pendler wurden so neugierig, dass sie sich den freiwilligen Wischern anschlossen, während andere darauf bestanden, dass sie auf keinen Fall wissen wollten, was auf den U-Bahn-Stangen lebte. Gelegentlich missverstanden die Fahrgäste, was die Forscher mit ihren winzigen Tupfern vorhatten. „Ein Mann bedankte sich überschwänglich dafür, dass wir die U-Bahn gereinigt haben“, so Dr. Mason. Die Forscher sammelten auch Luftproben aus den Verkehrssystemen von sechs Städten – New York, Denver, London, Oslo, Stockholm und Hongkong – für eine begleitende Arbeit über das „Luftmikrobiom“, die am Mittwoch in der Zeitschrift Microbiome veröffentlicht wurde.


„Das ist riesig“, sagte Erica Hartmann, eine Mikrobiologin an der Northwestern University: „Die Anzahl der Proben und die geografische Vielfalt der Proben – das ist beispiellos“ Dann extrahierte und sequenzierte das Team die DNA aus jeder Probe, um die darin enthaltenen Arten zu identifizieren. Insgesamt fanden sie in allen Oberflächenproben 4.246 bekannte Arten von Mikroorganismen. Zwei Drittel davon waren Bakterien, während der Rest eine Mischung aus Pilzen, Viren und anderen Arten von Mikroben war.


Aber das war nur der Anfang: Sie fanden auch 10.928 Viren und 748 Arten von Bakterien, die noch nie dokumentiert worden waren. „Wir konnten sehen, dass es sich um echte Mikroorganismen handelt, die aber in keiner Datenbank zu finden sind“, sagt Daniela Bezdan, die ehemalige Geschäftsführerin von MetaSUB, die jetzt wissenschaftliche Mitarbeiterin am Universitätsklinikum Tübingen ist. Die überwiegende Mehrheit dieser Organismen stellt wahrscheinlich nur ein geringes Risiko für den Menschen dar, so die Experten. Fast alle der neuen Viren, die sie gefunden haben, sind wahrscheinlich Bakteriophagen oder Viren, die Bakterien infizieren, sagte Dr. Danko. Außerdem kann die genetische Sequenzierung nicht zwischen toten und lebenden Organismen unterscheiden, und keine Umgebung ist steril. In der Tat ist unser Körper auf eine reiche und dynamische Gemeinschaft von Mikroben angewiesen, um richtig zu funktionieren.


„Ich denke, das Wichtigste ist, nicht auszuflippen“, sagte Noah Fierer, ein Mikrobiologe an der University of Colorado Boulder. „Die meisten von ihnen sind keine Krankheitserreger, die meisten von ihnen sind wahrscheinlich harmlos, und einige können sogar nützlich sein.“

Einige der neuartigen Mikroben, die sie gefunden haben, könnten sich auch als Quellen für neue Medikamente oder andere nützliche Verbindungen erweisen. „Die mikrobielle Vielfalt ist einfach unfassbar groß“, sagt Dr. Hartmann. „Es gibt so viel da draußen, das wir nicht wirklich verstehen, und es könnte alle Arten von raffinierten Biotechnologien und alle Arten von lustigen Chemikalien geben, von denen wir noch nichts wissen.“

In dieser riesigen Sammlung von Mikroben waren die Wissenschaftler jedoch in der Lage, 31 verschiedene Bakterienarten zu identifizieren, die sie das „urbane Kernmikrobiom“ nannten und die in fast jeder Probe in jeder Stadt vorhanden waren.


Etwa die Hälfte dieser Arten sind Bakterien, die typischerweise im und auf dem menschlichen Körper, insbesondere der Haut, leben. Dazu gehören Cutibacterium acnes, das sich vom Fett in unserem Gesicht ernährt, und Micrococcus luteus, der zur Produktion von Körpergeruch beiträgt, indem er die Verbindungen in unserem Schweiß abbaut. (Hautbakterien machten auch die Hälfte der Mikroben aus, die in der Luft herumschwirrten, fanden die Wissenschaftler).


Das Kernmikrobiom enthielt auch Bodenbakterien sowie einige eher unerwartete Arten, wie Modestobacter marinus, das normalerweise mit dem Meer assoziiert wird. Die Forscher sind sich nicht sicher, warum es sich in den U-Bahn-Stationen der Welt befindet, aber seine hohe Toleranz gegenüber Salz und seine Fähigkeit, Strahlung zu widerstehen, könnten es besonders widerstandsfähig machen; es ist bekannt, dass es gut auf Stein wächst.

In der Tat haben mehrere der Arten im Kernmikrobiom ähnliche Eigenschaften, die ihnen helfen könnten, in scheinbar unwirtlichen Umgebungen zu überleben. „Ein Stahlgeländer ist wahrscheinlich kein angenehmer Ort zum Leben, aber sie haben sich vielleicht angepasst, um dort zu überleben“, sagte Dr. Mason.

Vorerst ist das nur eine von mehreren möglichen Theorien. „Wir sind noch nicht in der Lage, eine befriedigende Antwort darauf zu geben, was einige dieser Dinge tatsächlich tun“, sagte Dr. Danko. Jenseits dieses Kern-Mikrobioms gab es enorme Unterschiede zwischen den Städten. Eine gewisse geografische Häufung war offensichtlich: Die mikrobiellen Profile von nordamerikanischen und europäischen Städten unterschieden sich von denen ostasiatischer Städte. Und je näher zwei Städte im Durchschnitt beieinander lagen, desto ähnlicher waren ihre mikrobiellen Profile.


Tatsächlich waren die mikrobiellen Signaturen der Städte so ausgeprägt, dass die Wissenschaftler mit 88-prozentiger Genauigkeit identifizieren konnten, woher eine Probe stammte. „Geben Sie mir Ihren Schuh, und wenn ich ihn sequenziere, kann ich Ihnen wahrscheinlich sagen, woher Sie auf der Welt kommen“, ist Dr. Mason überzeugt. Was diese Unterschiede verursacht, ist nicht ganz klar. Klima und Geographie spielen beide eine Rolle: Städte, die näher am Äquator liegen, wiesen eine größere mikrobielle Vielfalt auf als solche, die weiter entfernt sind, während einige Küstenstädte Mikroben aufwiesen, die typischerweise mit Wasser assoziiert sind.


Möglicherweise scheiden Pendler in verschiedenen Städten auch unterschiedliche Mikroben aus ihrem Körper aus. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass das menschliche Mikrobiom individuell nach Alter, Geschlecht, Geographie und einer Vielzahl von Lebensstilfaktoren, einschließlich Ernährung und Medikamenteneinnahme, variiert.

„Basierend auf anderen Studien können wir spekulieren, dass die menschliche Hautmikrobiota die Demografie der Pendler widerspiegelt, die von Stadt zu Stadt unterschiedlich ist“, sagt Marius Dybwad, ein leitender Wissenschaftler am Norwegian Defence Research Establishment, der die MetaSUB-Luftinitiative leitet.

Aber vieles bleibt rätselhaft, und eine Menge Variationen bleiben unerklärt. „Es gibt wahrscheinlich nicht die eine Erklärung“, sagte Dr. Fierer von der University of Colorado Boulder. „In manchen Städten weht vielleicht mehr Erde herum, oder andere Lebensmittel, oder andere Pflanzen, die Mikroben in die Luft abgeben, die auf der Oberfläche landen, oder andere Hygienepraktiken – ich meine, es gibt Hunderte von verschiedenen Erklärungen. Aber es ist ziemlich cool, dass wir  das erkennen konnten.“


Die Forscher verglichen die gefundenen Gensequenzen auch mit Datenbanken von Genen, die Mikroorganismen die Fähigkeit verleihen, Antibiotika und andere antimikrobielle Verbindungen zu vereiteln. Diese „antimikrobiellen Resistenzgene“ waren weit verbreitet und in Luft- und Oberflächenproben aus jeder Stadt vorhanden, aber ihre Art und Häufigkeit variierte enorm von Stadt zu Stadt. „Es überrascht mich nicht, dass sie antimikrobielle Resistenzgene identifiziert haben“, sagte Dr. Hartmann. „Sie sind überall, und antimikrobielle Resistenz ist eine uralte Funktion, die weit vor dem Menschen und der menschlichen Nutzung von Antimikrobika liegt.“


Mikroorganismen verwenden ihre eigenen, selbst hergestellten antimikrobiellen Verbindungen, um andere Mikroben abzuwehren, und antimikrobielle Resistenz ist eine natürliche Anpassung; das Finden dieser Gene bedeutet nicht, dass gefährliche Superbugs in unseren U-Bahnen lauern. „Es ist nicht möglich, aus diesen Informationen allein etwas über das Gesundheitsrisiko abzuleiten“, sagte Dr. Dybwad. „Wir haben keine Beweise dafür, dass die Organismen tatsächlich lebendig und metabolisch aktiv sind.


Aber ein globaler Katalog von antimikrobiellen Resistenzgenen kann letztlich den Wissenschaftlern helfen, mehr über die biologischen Verteidigungsmechanismen zu verstehen, die Mikroben entwickelt haben, und den Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens helfen, Resistenzgene zu überwachen, die in ihrem Gebiet weit verbreitet sein könnten.

„Können wir eine Art Vorwarnung geben, wonach wir suchen müssen?“ Dr. Danko sagte. „Können wir die Ausbreitung von Bakterien oder Genen verfolgen, die Bakterien in der Zukunft resistent gegen Antibiotika machen werden? Können wir dies als eine Möglichkeit nutzen, um die Gesundheitsämter beim Einsatz von Antibiotika in der Zukunft zu informieren?“

In der Zwischenzeit geht die Arbeit weiter. Die Forscher des Konsortiums hoffen, mehr über die Biologie und Ökologie der gefundenen Spezies zu erfahren und auch darüber, wie sie die menschliche Gesundheit beeinflussen könnten. Letztes Jahr begannen sie mit der Beprobung von städtischen Krankenhäusern, Abwässern und öffentlichen Plätzen, um nach Spuren von SARS-CoV-2, dem Virus, das Covid-19 verursacht, zu suchen.

Und sie wagen sich weiter in die U-Bahn-Systeme der Welt, bewaffnet mit sterilen Tupfern und Sammelröhrchen. „Wir finden ständig neue Dinge“, sagte Dr. Mason. „Wenn wir keine neuen Arten mehr finden, werden wir vielleicht aufhören und sagen: ‚OK, ich denke, wir haben das meiste, was man in der U-Bahn finden kann, ausgeschöpft.'“