Auch Mikroben kauen gerne Kaugummi

                              

Mikrobologie in kleinen Häppchen

Auch Mikroben kauen gerne Kaugummi

Mikrobielle Gemeinschaften existieren an überraschenden Orten. Einige Wissenschaftler*innen untersuchen z.B. das Bakteriom alter, weggeworfener Kaugummis. Aber warum eigentlich? Ihre Hypothese ist, dass die Bakterien, die in den weggeworfenen Kaugummis überleben, die Fähigkeit zum biologischen Abbau von Kaugummi besitzen könnten.

In einer kürzlich durchgeführten Studie bestimmten Leila Satari und ihre Kolleg*innen den bakteriellen Inhalt von ausgespucktem Kaugummi. Dazu kratzten sie Kaugummis von Bürgersteigen in fünf verschiedenen Ländern ab: Spanien, Frankreich, Singapur, Griechenland und der Türkei. Sie analysierten die bakterielle Vielfalt jeder Probe mittels Next Generation Sequencing, das eine schnelle und effiziente DNA-Sequenzierung von Tausenden von Proben parallel ermöglicht. Diese Methode gibt den Forschern Aufschluss darüber, welche Bakterien vorhanden sind und in welchem Verhältnis die einzelnen Bakterien zu den anderen Mitgliedern der Gemeinschaft stehen. Interessanterweise zeigten die Ergebnisse, dass die Proben viele Bakterienspezies derselben Gattung enthielten (Abbildung 1). Bakterien, die der gleichen Gattung angehören, sind eng miteinander verwandt, wie Cousins und Cousinen. Wichtig ist, dass die relative Häufigkeit der einzelnen Gattungen in den Proben aus den verschiedenen Regionen erheblich variierte (Abbildung 1). Das deutet darauf hin, dass die lokale Umgebung die Entwicklung des jeweiligen Kaugummi-Bakterioms beeinflusst.

In vielen Städten sind die Bürgersteige und Fußgängerzonen mit dunklen, schwarzen Rückständen übersät. Dabei handelt es sich um alte Kaugummireste. Viele Kaugummis sind biologisch nicht abbaubar, das heißt, sie zerfallen nicht so leicht und sind lange haltbar. Das liegt an einer wasserunlöslichen Komponente der Kaugummis, einem synthetischen, gummiähnlichen Material, das den Kaugummis seine Klebrigkeit und Elastizität verleiht. Die anderen Bestandteile von Kaugummis sind wasserlöslich, z.B. Zucker oder Zuckeralkohole, die zum Süßen und für den Geschmack verwendet werden. Kaugummis an öffentlichen Orten einfach auszuspucken ist Umweltverschmutzung, und die Beseitigung ist teuer und zeitaufwändig. Daher sind kosten- und zeiteffiziente Lösungen zur Beseitigung von Kaugummiabfällen unerlässlich.

Abbildung 1. Bakterielle Zusammensetzungder untersuchten Kaugummiproben. Die am häufigsten vorkommenden Gattungen von jedem Standort sind in Kreisdiagrammen dargestellt. Abbildung aus Satari et al.

Um die mikrobielle Sukzession in alten Kaugummis (d. h. die Veränderung der mikrobiellen Vielfalt im Laufe der Zeit) gezielt zu untersuchen, führten die Forschenden ein Experiment durch, bei dem sie Kaugummis kauten und anschließend auf einem Gehweg verteilten. Im Laufe von 12 Wochen wurden Proben für die DNA-Sequenzierung entnommen, um die dynamischen Veränderungen des Bakterioms zu bestimmen. Wenig überraschend wurden in den ersten Wochen am häufigsten Mitglieder des oralen Mikrobioms gefunden. Ihre Häufigkeit nahm im Laufe der Zeit ab, während parallel dazu die Häufigkeit von nicht-oralen Umweltbakterien zunahm. Schließlich stabilisierte sich die mikrobielle Sukzession in den letzten Wochen, d.h., die Veränderungen in der Bakterienzusammensetzung verlangsamte sich. Interessanterweise wurden am Ende des 12-Wochen-Zeitraums immer noch orale Bakterien nachgewiesen, wenn auch in geringer Häufigkeit. In diesem Experiment wurden auch Bakteriengattungen identifiziert, die schon in den “natürlichen” Proben aus den verschiedenen Ländern nachgewiesen wurden. Ein Hinweis darauf, dass sich diese Bakterienarten besonders gut in ausgespuckten Kaugummis ansiedeln können.

Ein wichtiges Ziel dieser Forschung war es, Bakterien zu identifizieren, die Kaugummi abbauen können. Bei der DNA-Sequenzierung der Kaugummiproben aus dem Sukzessionsexperiment wurden Bakterien identifiziert, von denen bereits bekannt war, dass sie Kautschuk abbauen. So wurde beispielsweise nachgewiesen, dass Bakterien der Gattung Bacillus natürliche und synthetische Kautschuke abbauen können. Auch Bakterien der Gattung Corynebacterium, die Bestandteil des oralen Mikrobioms sind, bauen Naturkautschuk ab. Im Experiment der Forscher*innen nahmen die Bacillus-Arten während der Inkubation im Freien allmählich zu, und die Corynebacterium-Arten wurden in einer zwar geringen, aber stabilen Häufigkeit im Laufe der 12 Wochen nachgewiesen. Das deutet darauf hin, dass sie für den biologischen Abbau von Kaugummiresten nützlich sein könnten.

Schließlich testeten die Forschenden die Kaugummiabbaufähigkeiten der gefunden Bakterein in einem Experiment. Hierzu ließen sie die Bakterien auf Medien wachsen, die mit Kaugummipulver (hergestellt durch Zermahlen von Orbit- und Trident-Kaugummi) angereichert waren. Hierbei stellte das zugesetzte Kaugummipulver die einzige Kohlenstoff- bzw. Nahrungsquelle für die Bakterien dar. Die Hypothese dabei ist, dass die Bakterien, die auf der aus dem Kaugummi gewonnenen Kohlenstoffquelle wachsen können, auch in der Lage sind, diese zu verstoffwechseln. Tatsächlich wuchsen viele der kultivierten Bakterien in Gegenwart der getesteten Kaugummipulver. Dies deutet darauf hin, dass Kaugummi Bakterien beherbergt, die in der Lage sind, ihn abzubauen (Abbildung 2). Zudem wurde festgestellt, dass viele der Bakterien, die bei der DNA-Sequenzierung von Kaugummiabfällen identifiziert wurden, bereits zuvor als Kautschukabbauer beschrieben wurden. Zusammengenommen stellt dies einen vielversprechenden ersten Schritt zur Verwendung von Bakterien zur Beseitigung von Kaugummiabfälle dar.

Abbildung 2. Wachstum von Kaugummibakterien auf Medien, die mit Kaugummipulver I, II und III angereichert wurden, im Vergleich zum Wachstum auf Medium ohne Kohlenstoffquelle. M9 bezieht sich auf das verwendete bakterielle Wachstumsmedium. Abbildung aus Satari et al.

Diese Studie von Satari et al. ist der erste Bericht über das Bakteriom von ausgespuckten Kaugummis. Ein wesentlicher Nachteil dieser Studie ist, dass die Forscher nur eine kleine Anzahl von Proben aus verschiedenen Ländern analysierten. Daher sind weitere Forschungsarbeiten unerlässlich, um die biologischen Abbaukapazitäten des Bakterioms von weggeworfenem Kaugummi und seine Anwendung bei der Beseitigung von weggeworfenem Kaugummi in öffentlichen Räumen zu verstehen.


Link zum Originalartikel: Satari, L., Guillén, A., Vidal-Verdú, À. et al. The wasted chewing gum bacteriome. Sci Rep 10, 16846 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-73913-4

Titelbild: Dan Kitwood (Getty Images)


Übersetzt von Florian Theßeling