Der Bauernhof-Effekt: Verantwortliche Bakterienspezies identifiziert

Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, welche Bakterien in der Stall-Luft für den „Bauernhof-Effekt“ verantwortlich sind, der vor Allergien, Asthma und Heuschnupfen schützen kann.

Kinder, die in einer bäuerlichen Umgebung aufgewachsen sind, bekommen weniger Allergien, Heuschnupfen und Asthma als Stadtkinder. Dieses landläufig als „Bauernhofeffekt“ bezeichnete Phänomen wurde in mehreren Beobachtungsstudien weltweit ermittelt. Höchstwahrscheinlich ist der wissenschaftlich als Hygienehypothese bekannte Effekt darauf zurückzuführen, dass diverse Bakterien aus der Stall-Luft überschießende Entzündungsreaktionen des Immunsystems verhindern, wie sie für Allergien, Heuschnupfen und Asthma kennzeichnend sind. Aber welche Bakterien genau?

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Prof. Markus Ege vom Dr. von Haunerschen Kinderspital des LMU Klinikums und dem Institut für Asthma- und Allergieprävention am Helmholtz Munich haben erstmals gezeigt, „welche Bakterien in der Stallluft den Bauernhofeffekt auslösen, welche Stoffe der Bakterien ihn vermitteln und an welchen Rezeptoren im Körper sie andocken, um ihre potenzielle schützende Wirkung zu entfalten.“ Die Ergebnisse wurden im „New England Journal of Medicine – Evidence“ veröffentlicht.

Nachdem man drei Jahrzehnte lang einen dramatischen Anstieg von Allergien, Heuschnupfen und Asthma bei Kindern in westlichen Industrienationen beobachtet hatte, war 1989 die Hygienehypothese entstanden. Bei allen genannten Erkrankungen überreagiert das Immunsystem entzündlich und greift körpereigene Strukturen an. Die Hygienehypothese geht davon aus, dass dies an einer Unterforderung in der frühen Kindheit liegt: Das Abwehrsystem von Kindern, die zu wenig mit Umweltkeimen und banalen Schnupfenviren konfrontiert sind, läuft leichter fehl. „Mädchen und Jungen, die auf Bauernhöfen aufgewachsen und einer großen Vielfalt von Mikroben ausgesetzt sind, haben das Problem deutlich seltener“, erläutert Ege. Denn ihr Immunsystem ist ständigen bakteriellen Sparringspartnern aus der Stall-Luft ausgesetzt und wird damit so trainiert, dass überschießende Entzündungsreaktionen vermieden werden.

Eindeutig bewiesen ist die Hygienehypothese allerdings nicht. Denn sie beruht weitgehend auf Beobachtungsstudien. „Diese können nur mehr oder weniger überzeugend Zusammenhänge nahelegen“, erklärt Epidemiologe Ege: „Aber mit unserer neuen Studie können wir das nun sehr plausibel tun, weil wir die einzelnen Glieder der vermuteten Kausalkette benennen können: Bakterien, die beteiligten Stoffwechselprodukte der Mikroben und menschliche Rezeptoren.“

Auswertung von Studiendaten und Proben

Die Forscher nutzten die Daten von mehr als 1000 Kindern aus großen europäischen Studien in ländlichen Regionen. Von allen lagen zwei Arten von Proben vor: Nasenabstriche und Staub aus der Matratze, auf der sie schliefen. Zusätzlich wurden bei 47 Bauernhofkindern Staubproben aus Kuhställen genommen. Die Forschenden beurteilten die darin vorkommenden Bakterien und Pilze, ermittelten die Zusammenhänge der Mikroorganismen und ob bestimmte Mikroben-Gruppen die Kinder vor Asthma schützen.

Dafür verwendeten die Epidemiologen und Bioinformatiker Gen- und Stoffwechselanalysen und entwickelten am Computer Modelle. Durch eine Art Ausschlussverfahren konnten sie letztlich die entscheidenden Mikroorganismen identifizieren. Zusätzlich prüften sie, ob Gene der Kinder diesen Schutz beeinflussen. Zur Bestätigung nutzten die Forscher außerdem Daten aus Frankreich und Finnland.

Biologische Zusammenhänge sichtbar gemacht

„Wir haben wenige Bakterien identifiziert, die wir nun bis auf Spezies-Ebene genau benennen können, zum Beispiel Romboutsia timonensis und Glutamicibacter arilaitensis“, berichtet Giuila Pagani, Erstautorin der Studie und Bioinformatikerin am Institut für Asthma- und Allergieprävention bei Helmholtz Munich. „Diese gram-positiven Bakterien vermitteln zusammen zwei Drittel des gesamten Bauernhofeffekts auf Asthma und zur Hälfte auf Heuschnupfen und Neurodermitis.“

Die Bakterien stammen aus dem Verdauungstrakt der Kuh, wo sie Stoffe wie Kynurenin, Xanthin, Alpha-Linolensäure und Stearidonsäure produzieren oder verstoffwechseln, die leicht eingeatmet und von den zwei Rezeptoren AhR und PPARy auf den menschlichen Atemwegszellen erkannt werden können. „Diese Rezeptoren haben vielfältige Funktionen unter anderem im Immunsystem“, ergänzt Ege. „Sie verhindern vermutlich eine überschießende Entzündungsreaktion.“ Ihre Rolle im Bauernhof-Effekt war zuvor nicht bekannt. Zum ersten Mal ist somit die gesamte biologische Kette in allen Einzelheiten – von der Kuh über Stall-Luft, Bakterien, deren Stoffwechselprodukte und menschliche Rezeptoren bis hin zum Schutz vor Asthma – dargestellt worden.

Die neuen Erkenntnisse können jetzt, so die Vorstellung der Forschenden, von Laborwissenschaftlern genutzt werden, um die molekularen und zellulären Mechanismen, die bei der Hygienehypothese eine Rolle spielen, zu entschlüsseln. Das eröffnet die Perspektive, ein Medikament zu entwickeln, das den Bauernhof-Effekt nachahmt ‒ ohne dass sich Kinder dafür im Kuhstall aufhalten müssen.