Im Kuhstall gibt es unzählige Bakterien. Ein Forschungs-Team aus München hat das Rätsel gelöst, wie diese das kindliche Immunsystem beeinflussen und vor Allergien schützen können.
Kinder, die auf Bauernhöfen leben, erkranken erheblich seltener an Heuschnupfen, Asthma und Neurodermitis als Kinder, die in der Stadt aufwachsen. Den Grund dafür zeigt nun eine neue Studie einer Forschungsgruppe aus München. Das Forschungs-Team konnte bei Bakterien, die Teil des Mikrobioms im Darm der Kuh sind, erstmals die komplette biologische Wirkungskette für den sogenannten Bauernhofeffekt verfolgen.
Zwei Drittel des Schutzeffekts bei Asthma
Während des Verdauungsprozesses der Kuh produzieren die Bakterien Stoffwechselprodukte und geben sie in die Luft im Stall ab. Wenn Menschen diese Stoffe einatmen, reagieren Immun-Rezeptoren auf den Atemwegszellen der Lunge.
Markus Ege, der am Dr. von Haunerschen Kinderspital des LMU-Klinikums und am Institut für Asthma- und Allergieprävention am Helmholtz München arbeitet, hat die Studie geleitet: „Diese Rezeptoren haben vielfältige Funktionen, unter anderem im Immunsystem. Sie verhindern vermutlich eine überschießende Entzündungsreaktion.“ Diese Abläufe und die Rolle der neu identifizierten Bakterien für den „Bauernhofeffekt“ waren zuvor unbekannt.
Laut Studie sorgen diese Bakterien für etwa zwei Drittel des schützenden Effekts bei allergischem Asthma, und für rund die Hälfte dieses Schutzeffekts bei Heuschnupfen und Neurodermitis. Aber auch die Gene der Kinder spielen eine Rolle, also die familiäre Veranlagung zu Allergien.
Mit Staub aus dem Kuhstall Bakterien identifizieren
Das Phänomen „Bauernhofeffekt“ wurde von Allergieexpertinnen und -Experten der Epidemiologie bereits bei einer umfassenden internationalen Studie beobachtet. Schon vor zwanzig Jahren machten Allergieforscher bei über 1.000 Kindern in Europa Nasenabstriche. Für ihre Studie sammelten die Münchner Expertinnen und Experten zusätzlich Daten von 47 Kindern, die auf Bauernhöfen aufwuchsen.
Sie nahmen Staubproben von Matratzen, Fußböden und von den Fenstersimsen der traditionellen Kuhställe. Studienleiter Ege: „Wir konnten zeigen, dass der Bauernhofeffekt das Risiko von allergischem Asthma um die Hälfte reduziert, aber wussten nicht, warum. Durch das neue schrittweise Ausschlussverfahren konnten wir jetzt zeigen, welche Bakterien entscheidend sind.“
Bioinformatik und Genanalyse
Mithilfe von Bioinformatik und modernen Genanalyseverfahren gelang nun die Zusammenführung und Auswertung aller Daten, erklärt Ege: „Wir haben zwei Bakterien gefunden, die dem Mikrobiom im Darm der Kuh entstammen und die für den Schutzeffekt entscheidend sind. Uns geht es aber weniger um die Namen oder die Spezies der Bakterien, sondern um ihre Funktion. Denn erst ihre Stoffwechselprodukte wirken auf den Menschen.“
Zur Analyse nutzte das Team eine Methode namens „Metagenomics“. Damit kann die gesamte Erbsubstanz aller Mikroben in einer Probe von Stallstaub, aus der Darmflora oder von Hausstaub gleichzeitig analysiert werden. Das neu entwickelte Analyse- und Ausschlussverfahren der Münchner Forschungsgruppe zeigte dabei, welche Spuren von Mikroben vorkamen, wie dieses Vorkommen mit einer geringeren Asthma- und Allergiequote zusammenhängt und ob sie tatsächlich speziell in einer Bauernhof-Umgebung zu finden ist.
Überraschendes Ergebnis jahrelanger Spurensuche
Bislang konzentrierte sich die Allergieforschung auf Mechanismen, die sogenannte gramnegative Bakterien beim direkten Kontakt mit Schleimhäuten hervorrufen. Daraufhin löst das Immunsystem Entzündungsreaktionen aus, die zum Beispiel zu Husten, Schnupfen oder Hautausschlag führen. Solche Endotoxine haben die neu identifizierten grampositiven Bakterien nicht. Das sei überraschend, so Ege: „Die gramnegativen Bakterien waren bisher im Rampenlicht, weil Endotoxin leicht messbar war. Vielleicht haben wir in die falsche Richtung gesucht.“
Schutz vor Allergien in den ersten 1.000 Tagen
Im Stall kommen Kinder mit einer Vielzahl von Mikroorganismen in Kontakt. Diese Vielfalt gilt als entscheidend dafür, dass das kindliche Immunsystem trainiert wird und dabei erlernt, gefährliche Krankheitserreger von harmlosen Allergenen zu unterscheiden.
Entscheidend ist dabei das Mikrobiom im menschlichen Darm und auf der Haut. Dazu zählen neben Bakterien auch Pilze, Viren und Bakteriophagen. Für die Allergie-Prävention spielen diese Vielfalt und auch das Konzept der ersten 1.000 Tage eine wichtige Rolle.
Das Immunsystem wird nämlich in der frühen Kindheit geprägt. Die Experten empfehlen Müttern deshalb, sich bereits in der Schwangerschaft und später mit Baby beziehungsweise Kleinkind möglichst oft in der Natur aufzuhalten.
Die neuen Erkenntnisse sollen im Labor überprüft werden, um die molekularen und zellulären Mechanismen des Bauernhofeffekts zu entschlüsseln. Das langfristige Ziel ist, neue Formen der Vorbeugung oder Medikamente zu entwickeln, um das Immunsystem zu trainieren – ohne dass sich Kinder dafür im Kuhstall aufhalten müssen.
