Keimzeit

Sie fliegen durch die Luft, leben im Boden, treiben in Gewässern: Auf unserem Planeten gibt es Milliarden von Mikroorganismen, die wahre Anpassungs- und Überdauerungskünstler sind. Bakterien zum Beispiel können sich in sehr kurzer Zeit verschiedensten Umweltbedingungen anpassen, sagt Jörg Overmann. Sie haben kurze Lebenszyklen und treten in riesigen Populationen auf, sodass es sehr häufig zu Mutationen kommt. Overmann war bis Sommer 2025 Wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH und Mitinitiator des Leibniz-WissenschaftsCampus EcoPath: Sieben niedersächsische Institutionen erforschen hier gemeinsam, wie Mikroben es schaffen, sich so schnell und erfolgreich anzupassen. Das interdisziplinäre Konsortium soll auch die Zusammenarbeit zwischen Leibniz-Instituten, Hochschulen und weiteren Partnern intensivieren.

In der ersten Förderphase fokussiert die Forschung auf zwei Bakterientypen als Modellorganismen: Clostridioides difficile führt beim Menschen zu schweren Durchfallerkrankungen, Enterokokken lösen Harnwegs- und Wundinfektionen aus. Außerdem nehmen die Forschenden ein Coronavirus unter die Lupe, das bei Schweinen Atemwegserkrankungen verursacht. Hier bringt insbesondere das Deutsche Primatenzentrum – Leibniz-Zentrum für Primatenforschung Expertise ein. Coronaviren sind schon mehrfach auf den Menschen übergesprungen, verursachen also Zoonosen. Das ist typisch für einen Großteil neuartiger Krankheitserreger: Rund 70 Prozent befallen zunächst Tiere und gehen irgendwann auf den Menschen über.

Die Forschenden nutzen Ansätze aus Ökologie, Molekularbiologie und Bioinformatik, um herauszufinden, wo sich die Keime tummeln und welche Gene ihnen zu Anpassungserfolgen verhelfen. Unter anderem wollen wir verstehen, welche Mechanismen sie nutzen, um sich an Unterschiede bei den Temperaturen, pH-Werten und in der Nährstoffversorgung in verschiedenen Lebensräumen anzupassen, sagt Overmann. Sogar evolutionäre Vorgänge können die Forschenden anhand der Erbinformation nachvollziehen. Clostridioides difficile zum Beispiel bedroht die Gesundheit vieler Menschen in Altenheimen. Finden wir Erreger dieses Typs, gleichen wir sie mit unserer Genomdatenbank ab und können sehen, ob es sich um ältere oder neuere Varianten handelt und wo sie bisher aufgetaucht sind. Im Bestfall erfahren die Forschenden etwas über bislang unbekannte Verbreitungswege. Zugleich entwickeln wir Methoden, mit denen wir möglichst viele Varianten der Erreger kultivieren können, denn an diesen Kulturen können wir ihre spezifischen Anpassungen untersuchen.

Hand in Hand mit Fachleuten aus der Bodenkunde, der Veterinärmedizin und der niedersächsischen Landwirtschaft versuchen die Forschenden die ökologischen Nischen der drei Erregertypen aufzuspüren. Überdauern sie an Pflanzenwurzeln oder in Einzellern, schlummern sie im Waldboden oder in Gewässern? Feldforschung betreiben wir im Moment vor allem im Westen Niedersachsens, sagt Overmann. Hier gibt es sehr viele Schweinezuchten: ein potenzieller Nährboden für die untersuchten Keime. In Ställen, aber auch im Umfeld der Zuchtbetriebe nehmen Projektpartner Proben: Sie besammeln Schweineschnauzen und -fäkalien ebenso wie Ackerböden und Wildtiere, die in angrenzenden Wäldern geschossen wurden. Wir arbeiten mit unterschiedlichen Betrieben zusammen und können so die Befunde vergleichen, erklärt Overmann. Perspektivisch wollen wir herausfinden, welche Bewirtschaftungsformen Krankheitsausbrüchen vorbeugen, und dazu beitragen, die Landwirtschaft sicherer zu machen.

Läuft alles wie geplant, können die Forschenden den Lebenszyklus der drei Erregertypen rekonstruieren und daraus Ideen ableiten, wie sich die Keime effizienter eindämmen lassen. Und das ist bitter nötig: Die im Projekt untersuchten Enterokokken sind nicht nur weit verbreitet, sondern auch gegen die meisten Antibiotika immun. Infektionen sind somit nur schwer zu therapieren. Clostridioides difficile wiederum wächst sich in Krankenhäusern und Altenheimen zum Problem aus. Diese Erreger können lebensgefährlich sein, insbesondere für immungeschwächte Patienten, warnt Overmann. Die auf Schweine spezialisierten Coronaviren wiederum sind nahe Verwandte jener Erkältungsviren, die Menschen befallen. Wir hoffen, dass sich unsere Erkenntnisse auch auf andere Virenarten übertragen lassen.

Weltweit gibt es bislang nur wenige Projekte, die Verbreitungswege und Anpassungsstrategien von Mikroorganismen systemisch untersuchen. Deshalb werden am Leibniz-WissenschaftsCampus EcoPath neue Methoden entwickelt, disziplinäre Grenzen überwunden. Auch die Ausbildung und Förderung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist ein wichtiges Anliegen: Angesichts des Klimawandels wird die Forschung zur Anpassung zoonotischer Erreger noch an Bedeutung gewinnen. Langfristig soll das Projekt dazu beitragen, theoretische Erkenntnisse in konkrete Maßnahmen zu überführen – und damit die Landwirtschaft besser abzusichern. Unser ganzheitlicher Ansatz hat großes Potenzial, sagt Jörg Overmann. Wir haben gerade erst angefangen, aber ich sehe die Chance, ein völlig neues Forschungsfeld aus der Taufe zu heben.