Bakterielle Lachgas- und Stickoxid-Produktion im menschlichen Zahnbelag nachgewiesen Mund-Mikroben atmen Nitrat - scinexx | Das Wissensmagazin
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Bakterielle Lachgas- und Stickoxid-Produktion im menschlichen Zahnbelag nachgewiesen

Mund-Mikroben atmen Nitrat

Lebensraum Mund © SXC

Bakterien im menschlichen Zahnbelag können Nitrat anstelle von Sauerstoff veratmen. Dabei setzen sie auch Lachgas und Stickoxid frei. Das entdeckte ein internationales Forscherteam mit Hilfe von Methoden, die eigentlich in der marinen Mikrobiologie eingesetzt werden. Das freigesetzte Stickoxid könnte auch eine Rolle für Karies und Zahnfleischentzündungen spielen, da es im Körper als Signalmolekül wirkt.

Mediziner wissen schon lange, dass der menschliche Körper von einer Vielzahl von Mikroorganismen besiedelt ist. Intensive Studien über deren tatsächliche Stoffwechselaktivität innerhalb ihres natürlichen Lebensraumes sind jedoch selten. Vielmehr haben Mediziner traditionell versucht, bestimmte Krankheitserreger zu isolieren, um sie dann unter künstlichen Laborbedingungen zu erforschen. Im Gegensatz dazu sieht die Strategie der Meeresforscher vom Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie vor, Messmethoden zu entwickeln, mit denen sie direkt im Meeresboden bakterielle Stoffwechselprozesse verfolgen können.

Meerestechnik für Zahnbelag

Aufmerksam geworden auf diese Techniken ist der US-Mikrobiologe Professor Paul Stoodley aus Pittsburgh, der sich seit Jahren mit medizinisch relevanten Bakterien beschäftigt. Fasziniert von den Bremer Methoden bot Stoodley den Meeresforschern eine interdisziplinäre Kooperation an, um zu untersuchen, ob im menschlichen Zahnbelag ähnliche Prozesse wie im Meeresboden ablaufen. Die Wissenschaftler verwendeten hierzu eine Kombination aus Mikrosensormessungen, Analysen mit stabilen Stickstoffisotopen und molekularen Methoden zur Erfassung der für die Denitrifikation verantwortlichen Gene.

Schema für die Umwandlung von im Speichel enthaltenem Nitrat (NO3-) in Stickoxid (NO) und Lachgas (N2O) durch Denitrifikation im Zahnbelag. Die gasförmigen Produkte Stickoxid und Lachgas werden dabei in die Atemluft freigesetzt. Die durch Denitrifikation gebildeten Mengen an Stickoxid sind so hoch, dass sie potentiell auf die im Gaumen befindlichen Immun-, Nerven- und Blutgefäßzellen wirken können. © MPI für marine Mikrobiologie

Mikroben veratmen Nitrat zu Lachgas und Stickstoff

Bei dem Prozess der Denitrifikation dient ein Salz, das Nitrat, bestimmten Bakterien als Oxidationsmittel bei der Atmung, und übernimmt damit die gleiche Funktion wie der Sauerstoff beim Menschen. Denitrifikation ist für Meere, Seen und Flüsse bereits sehr gut untersucht. Jetzt haben die Wissenschaftler diesen Prozess erstmals für die Bakterien im menschlichen Zahnbelag nachgewiesen. Ausschlaggebend für diese Form der Atmung ist nitratreiche Nahrung, wie Blattsalate oder Rote- Beete-Saft, die im Speichel zu extrem hohen Konzentrationen an Nitrat führt. Dies wird dann von den nitratatmenden Bakterien im Zahnbelag umgesetzt. Dabei entstehen gasförmige Stoffwechselprodukte wie Stickoxid, Lachgas und Stickstoff.

Möglicher Zusammenhang mit Karies und Zahnfleischentzündungen

Dass Zahnbelag zu Karies und Zahnfleischentzündungen führen kann, ist nichts Neues. Die aktuelle Studie lässt nun aber vermuten, dass es einen Zusammenhang zwischen diesen Erkrankungen und den bakteriellen Stickstoffumsetzungen im Zahnbelag gibt. Denn Stickoxid ist ein bekanntes Signal-Molekül im menschlichen Körper, welches vielleicht auch für die Kommunikation zwischen den Prozessen im Zahnbelag und im Zahnfleisch verantwortlich ist.

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„Die Mengen an Stickoxid sind physiologisch relevant. Es ist bekannt, dass Stickoxid die Blutgefäße erweitert, so den Blutdruck senkt und zudem als Signalstoff im Nerven -und Immunsystem dient“, erklärt Frank Schreiber vom MPI für marine Mikrobiologie. „Ob das bei der Denitrifikation produzierte Lachgas die Stimmung erhellen kann, ist allerdings eher fraglich“, ergänzt sein Kollege Peter Stief. Tatsächlich ist die Menge des gebildeten Lachgases zu gering, um bekannte physiologische Funktionen, wie zum Beispiel Betäubung hervorzurufen.

Der Mensch als Lebensraum

Die moderne Wissenschaft begreift den menschlichen Körper immer mehr auch als natürlichen Lebensraum für Mikroorganismen, der in verschiedensten Körperteilen besondere ökologische Nischen für Bakterien bereithält. „Die Untersuchung der im Menschen vorkommenden Bakteriengemeinschaften in ihrer natürlichen Zusammensetzung stellt eine wichtige Ergänzung zur Untersuchung von einzelnen Bakterien dar“, so Schreiber. „Die Aktivität einer Bakteriengemeinschaft ist oft weitaus vielfältiger, als man es mit dem Wissen über die Aktivität einzelner in ihr enthaltener Bakterienarten vorhersagen würde“.

So laufen derzeit mehrere internationale Großprojekte zur Entzifferung des bakteriellen Metagenoms (Human Microbiome) der menschlichen Mundhöhle, der Vagina, der Haut und des Darms, nicht nur um Erkrankungen besser behandeln und deren Ursachen verstehen zu können, sondern auch um das natürliche, gesundheitsfördernde Zusammenleben von Mensch und Mikrobe besser zu verstehen.

(Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, 28.04.2010 – NPO)

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