Wie Gebäude das Mikrobiom und damit die menschliche Gesundheit beeinflussen

Eigenschaften moderner Gebäude scheinen Nachteile für die Gesundheit zu verursachen, da sie den Kontakt mit der Vielzahl von Mikroben der natürlichen Umwelt unterbinden.
© Katja Duwe-Schrinner

Führende internationale Forschende unter Federführung von Kiel Life Science-Sprecher Professor Thomas Bosch von der CAU beschreiben eine völlig neue Dimension der Mikrobiomforschung und weisen auf die bislang kaum untersuchten Auswirkungen der Beschaffenheit von modernen Gebäuden auf die Mikrobenbesiedlung hin.

In den letzten 20 Jahren hat sich in den Lebenswissenschaften die Erkenntnis durchgesetzt, dass alle Lebewesen – von den einfachsten tierischen und pflanzlichen Organismen bis hin zum Menschen – in enger Verbindung mit einer Vielzahl von Mikroorganismen leben. Gemeinsam mit dem vielzelligen Wirtsorganismus stellen diese symbiotischen Bakterien, Viren und Pilze, die sich auf und in ihren Geweben ansiedeln und das sogenannte Mikrobiom bilden, eine vor allem vorteilhafte Lebensgemeinschaft in Form eines Metaorganismus dar.

Viele Lebensprozesse einschließlich der Gesundheit und Krankheit des Gesamtorganismus können nur im Zusammenhang dieser funktionellen Zusammenarbeit zwischen Wirtsorganismus und Mikroorganismen verstanden werden, etwa bei der Nährstoffaufnahme, Immunfunktion oder neuronalen Prozessen. Der Lebensstil in den industriell geprägten Gesellschaften führte in den vergangenen Jahrzehnten jedoch dazu, dass die Vielfalt des menschlichen Mikrobioms sukzessive verarmte und dies zur Entstehung von sogenannten Umwelterkrankungen beitrug, zum Beispiel entzündliche Darmerkrankungen, Typ 2-Diabetes oder neurodegenerative Krankheiten. An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) werden Wirts-Mikroben-Interaktionen und ihre Auswirkungen auf Gesundheit und Krankheit im Sonderforschungsbereich (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“ im Detail untersucht.

Eine Gruppe von international renommierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler rund um das „Humans and the Microbiome“-Forschungsprogramm des Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR) in Toronto schlägt in einer nun erschienenen Perspektivarbeit eine neue Dimension für die Untersuchung des menschlichen Mikrobioms und einen Paradigmenwechsel in der Stadt- und Gebäudeplanung vor: Darin diskutieren sie den Einfluss der sogenannten bebauten Umwelt („Built Environment“) auf die Zusammensetzung und Vielfalt des Mikrobioms. Sie vertreten die Hypothese, dass moderne Gebäude je nach Beschaffenheit und Grad der Abschirmung gegenüber der Umwelt einen bedeutenden Einfluss auf die menschliche Mikrobenbesiedlung ausüben und dieser Aspekt künftig in der Architektur im Sinne von gesunden und mikrobiomfreundlichen baulichen Bedingungen berücksichtigt werden sollte. Ihre Arbeit zu den Auswirkungen der bebauten Umwelt auf die menschliche Gesundheit veröffentlichten die Forschenden, darunter Professorin Beatriz Colomina von der Columbia University, Professor Brendan Bohannan von der University of Oregon, Professorin Margaret McFall-Ngai vom California Institute of Technology und SFB 1182-Vorstandsmitglied und Kiel Life Science-Sprecher Professor Thomas Bosch von der CAU, gestern in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Gebäude unterbrechen Kontakt mit Mikroorganismen aus der Umwelt

Das menschliche Streben nach Unterkunft und Schutz vor den Elementen ist so alt wie die Menschheit selbst, seit Tausenden von Jahren erschufen Menschen überall auf der Welt verschiedenste Behausungen und entwickelten diese bis hin zur Architektur der Gegenwart weiter; in naher Zukunft werden mehr als zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben. Insgesamt hat der urbane Lebensstil in Kombination mit vielen weiteren Faktoren dafür gesorgt, dass sich die Lebenserwartung und -qualität für einen Großteil der Menschheit deutlich verbessert haben.

„Gebäude als solche und der Siegeszug des urbanen Lebens haben jedoch auch negative Auswirkungen hervorgebracht, indem sie den Menschen mehr oder weniger stark vom Kontakt mit seiner mikrobiellen Umwelt abschirmen. Ihre vermutlich ungünstigen Folgen für die Zusammensetzung und Vielfalt des menschlichen Mikrobioms sind in ihrem Umfang bisher noch kaum abzuschätzen“, erklärt CIFAR-Fellow Bosch.

Den Hauptgrund dafür sehen die Forschenden darin, dass unser heutiges Leben in bebauten Umgebungen zunehmend den Kontakt mit der Vielzahl von Mikroben der natürlichen Umwelt unterbindet. Zudem müsse man Gebäude selbst als komplexe organische Systeme im Sinne von zahllosen, voneinander abhängigen mikrobiellen Gemeinschaften betrachten, die sich ebenfalls auf den menschlichen Metaorganismus auswirken.

Zusammengenommen hat dies negative Folgen, etwa indem in Gebäuden neue Nischen für Krankheitswirte und -überträger geschaffen werden, sich Abfälle und toxische Stoffe konzentrieren oder die Belüftung und der Eintrag von Sonnenlicht verringert sind. All dies beeinflusst wiederum das menschliche Mikrobiom auf vielfältige Weise: So entstehen in der bebauten Umwelt beispielsweise neuartige Reservoire von an den Menschen angepassten schädlichen Mikroben, es wird dort die Exposition des einzelnen Menschen gegenüber nützlichen Mikroben verringert oder das menschliche Verhalten dahingehend verändert, dass eine natürliche und förderliche Übertragung von Mikroorganismen zwischen Menschen gehemmt wird. „Wenn man die menschliche Gesundheit so definiert, dass sie von einer großen Vielfalt des Mikrobioms abhängig ist, dann muss man einen Großteil der heutigen Gebäude mit Blick auf Konstruktion und Design, Materialien oder Art der Nutzung als für die Gesundheit nicht zuträglich betrachten – denn in Summe scheinen ihre Effekte die mikrobielle Vielfalt zu verringern, was zu einer insgesamt schlechteren Gesundheit der Bewohnerinnen und Bewohner führen könnte“, betont Bosch.

Künftige Architektur sollte Durchlässigkeit für Mikroorganismen wiederherstellen

Gebäude sorgen seit ihrer Erfindung häufig unbeabsichtigt auch für gesundheitliche Beeinträchtigungen, obwohl Menschen immer wieder versuchten, sie gesünder und sicherer zu machen. Die Beschäftigung mit den Zusammenhängen von Architektur und Gesundheit ist also keineswegs neu und eine entscheidende Frage in der Gegenwart ist: Wie kann man Gebäude für eine bessere Gesundheit entwerfen und so konstruieren, dass ein komplexes und vielseitiges Mikrobiom dort überleben kann? „Mit unserer Betrachtung der Auswirkungen von Gebäudeeigenschaften auf das menschliche Mikrobiom fügen wir diesem Komplex eine gänzlich neue, bedeutenden Dimension hinzu. Unsere urbane Lebensweise ignoriert, dass der Körper sich im Laufe der Jahrtausende mit seiner Umwelt und seinen Mikroben bestens arrangiert hat und dass er nur als Ganzes fit und gesund ist. Nur wenn wir diese multi-organismische Komplexität annehmen, werden wir zu einem tiefen Verständnis von Gesundheit und damit zu einem Verstehen der Umwelterkrankungen kommen. Die durchaus revolutionäre Betrachtung von Lebewesen und Mikroben als funktionelle Einheit wird in Zukunft auch die Grenzen der Städteplanung verschieben. Wir bieten hier innovative wissenschaftliche und angewandte Perspektiven für die Entwicklung einer künftigen, mikrobiomfreundlichen Architektur, die einen natürlichen und gesunden Kontakt des Menschen mit Mikroorganismen auch in der bebauten Umwelt wieder zulassen soll“, so Bosch.

Voraussetzung dafür sei es, dass man Gebäude künftig mit dem zusätzlichen Zweck einer dosierten und gelenkten Exposition des Menschen speziell mit Mikroorganismen entwickele – und sie nicht mehr wie bisher ausschließlich als Barriere zur Abwehr von Umwelteinflüssen verstehe. Ein Ziel könne also sein, so die Forschenden, die bebaute Umwelt künftig so zu planen und auszuführen, dass dabei nicht die vollkommene Abschottung gegenüber der natürlichen, eben auch mikrobiellen Umgebung im Vordergrund steht. Im Gegenteil: Gebäude kann man der Natur gegenüber wieder öffnen und naturfreundlicher gestalten. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von weniger toxischen Baumaterialien und die Schaffung einer insgesamt größeren baulichen Durchlässigkeit gegenüber äußeren, insbesondere mikrobiellen Einflüssen gelingen. „Mit dieser Sichtweise erweitern wir unseren Blick auf das menschliche Mikrobiom grundlegend und stellen einen direkten Bezug zur bebauten Umwelt und modernen Städteplanung her. Daraus ergeben sich faszinierende neue Ansätze, die sich mit einer mikrobiomfreundlichen Architektur und Bauweise beschäftigen und sich in Zukunft möglicherweise in einer deutlich verbesserten bebauten Umwelt niederschlagen werden, die der Gesundheit des Menschen förderlich sein wird“, fasst Bosch zusammen.

Fotos stehen zum Download bereit:

https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2024/063-bosch-pnas-graphics.jpg
Bildunterschrift: Bestimmte Eigenschaften moderner Gebäude scheinen mehr oder weniger ausgeprägte Nachteile für die Gesundheit zu verursachen, da sie den Kontakt mit der Vielzahl von Mikroben der natürlichen Umwelt unterbinden und in Summe negative Effekte auf die mikrobielle Vielfalt ausüben können.
© Katja Duwe-Schrinner

https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/News/bosch-buchvero__ffentlichnug-…
Bildunterschrift: Professor Thomas Bosch von der CAU schlägt gemeinsam mit internationalen Kolleginnen und Kollegen vor, künftig den Einfluss von Gebäudeeigenschaften auf die Zusammensetzung und Vielfalt des Mikrobioms stärker zu berücksichtigen.
© Enver Hirsch

Weitere Informationen:

Zell- und Entwicklungsbiologie (AG Bosch), Zoologisches Institut, CAU:
https://www.bosch.zoologie.uni-kiel.de

SFB 1182 “Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen”, CAU:
https://www.metaorganism-research.com

Forschungsschwerpunkt Kiel Life Science (KLS), CAU:
https://www.kls.uni-kiel.de

Forschungsprogramm „Humans & the Microbiome“,
Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR):
https://www.cifar.ca/research/program/humans-the-microbiome

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Thomas Bosch,
Sprecher Forschungsschwerpunkt
„Kiel Life Science“ (KLS), CAU
Tel.: 0431-880-4170
E-Mail: tbosch@zoologie.uni-kiel.de

Originalpublikation:

Thomas C.G. Bosch, Mark Wigley, Beatriz Colomina, Brendan Bohannan, Forrest Meggers, Katherine R. Amato Meghan B. Azad , Martin J. Blaser et al. (2024): The potential importance of the built-environment microbiome and its impact on human health. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) First published: 25. April 2024

https://doi.org/10.1073/pnas.2313971121

Weitere Informationen:

https://www.bosch.zoologie.uni-kiel.de
https://www.metaorganism-research.com
https://www.kls.uni-kiel.de
https://www.cifar.ca/research/program/humans-the-microbiome

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