Ötzi und sein Mikrobiom: Einblick in die mikrobielle Vergangenheit der Menschheit

Forschende von Eurac Research haben sich ein detailliertes Bild der Mikrobiota verschafft, die bei der in den Ötztaler Alpen gefundenen Mumie eines Mannes zu finden ist, der vor rund 5300 Jahren lebte. Die Studie gewährt Einblicke in ein komplexes Mikrobiom, das von der Darmflora eines Menschen der Kupferzeit bis hin zu kälteangepassten Hefen reicht.

Mithilfe verschiedener Proben und Methoden konnten die Forschenden unterscheiden, welche Mikroorganismen bereits zu Lebzeiten im Körper vorhanden waren und welche ihn erst nach seinem Tod besiedelten – sowohl während der Zeit im Gletscher als auch im Verlauf der mehr als drei Jahrzehnte währenden Konservierung. In Proben des Gewebes im Körperinneren konnten die Forschenden genetisches Material von Bakterien nachweisen, die zu Ötzis ursprünglicher Darmflora gehörten.

Eine überraschende Entdeckung ist das Vorhandensein kälteangepasster Hefearten – wahrscheinlich aus der Gletscherumgebung stammend –, die sich bis heute auf Ötzis Körper erhalten haben. Diese kältetoleranten Hefen könnten auch für industrielle Anwendungen von Interesse sein, erklären die Studienautoren. Die Ergebnisse ihrer Untersuchung wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Microbiome“ veröffentlicht.

Es handelte sich um eine umfassende Untersuchung, bei der das Forschungsteam Eis von der Oberfläche sowie Schmelzwasser aus dem Inneren der Mumie analysierte und zahlreiche Abstriche entnahm. Daten aus Darmgewebe und Mageninhalt lagen bereits aus früheren Studien vor. Auch eine Bodenprobe vom Fundort, die während Ötzis Bergung im Jahr 1991 entnommen und eingefroren worden war, wurde analysiert, um Umwelteinflüsse nachzuvollziehen.

Zudem identifizierten die Forschenden im Darmtrakt und im Mageninhalt genetisches Material des ursprünglichen Darmmikrobioms. Dieses Mikrobiom, das erstmals in einer 2019 gemeinsam mit Eurac Research durchgeführten Studie beschrieben wurde, ähnelt stark den wenigen bekannten Beispielen von Darmflora früher menschlicher Populationen: Solche Bakterien sind im Darm moderner Menschen aus Industriegesellschaften nur selten zu finden. Ötzi bietet somit einen seltenen Einblick in die mikrobielle Vergangenheit der Menschheit.

Die neu entdeckten Hefen wurden aus Hautproben, Schmelzwasser aus dem Inneren der Mumie sowie Proben des Mageninhalts isoliert. Solche hochspezialisierten Arten haben sich an kalte Temperaturen angepasst. Genetische Analysen zeigten eine Verwandtschaft mit Stämmen aus extrem kalten Regionen wie der Antarktis. Dies legt nahe, dass die Hefen aus der Gletscherumgebung stammen und möglicherweise schon seit Jahrtausenden mit der Mumie assoziiert sind. Die Forschenden fanden sowohl stark degradierte (alte) als auch gut erhaltene (moderne) DNA. Dies deutet darauf hin, dass es sich bei diesen Mikroorganismen nicht bloß um Relikte der Vergangenheit handelt, sondern dass sie unter den heutigen Erhaltungsbedingungen – minus sechs Grad Celsius und hohe Luftfeuchtigkeit – weiter existieren, möglicherweise in einem Ruhezustand. „Wir sehen hier eine Kontinuität“, erklärt Frank Maixner, Leiter des Institutes für Mumienforschung bei Eurac Research: „Diese Hefen haben Ötzi auf seiner langen Reise durch die Jahrtausende begleitet.“ Laut Maixner zeigt dies, dass die Mumie „kein statisches Relikt, sondern ein dynamisches biologisches System“ ist.

Die Studie zeigt zudem, dass frühere Konservierungsmaßnahmen unbeabsichtigt bestimmte Mikroorganismen begünstigt haben könnten: Drei der vier Hefen besitzen die genetische Fähigkeit, Phenol abzubauen – einen Wirkstoff, der nach der Bergung Ötzis eingesetzt wurde, um die Oberfläche der Mumie von Pilzbefall zu befreien, und den die Hefen möglicherweise als Nahrungsquelle nutzen konnten.

„Das Mikrobiom einer Mumie ist einzigartig, da wir es sowohl mit mehr als 5000 Jahre alten Mikroben als auch mit modernen Mikroben zu tun haben, die erst seit der Entdeckung hinzugekommen sind“, erklärt der Mikrobiologe und Erstautor Mohamed S. Sarhan.

„Die Erhaltungsbedingungen der Mumie sind heute sehr stabil“, kommentiert Elisabeth Vallazza, Leiterin des Südtiroler Archäologiemuseums, das für die Konservierung der Mumie zuständig ist. „Eine engmaschige mikrobiologische Überwachung stellt sicher, dass die Mumie keinen Schaden nimmt. Dennoch sind weitere Forschung und umfassende Erhaltungsmaßnahmen zweifellos erforderlich, um sie für viele weitere Generationen zu bewahren.“

Der Konservierungsexperte und Mitautor Marco Samadelli betont: „Die Bedingungen, unter denen Gletschermumien erhalten bleiben, sind noch nicht vollständig geklärt. Diese Studie erweitert unser Wissen auf diesem Gebiet.“

Neben der Bedeutung für die Erhaltung der Mumie eröffnen die Ergebnisse auch neue Forschungsansätze: Kälteangepasste Mikroorganismen könnten beispielsweise in energieeffizienten industriellen Prozessen, wie etwa der Niedrigtemperatur-Fermentation, eingesetzt werden.