Wie hängt COVID-19 mit dem Mikrobiom zusammen?

Anhand des Mausmodells gelang es den Wissenschaftler:innen zu zeigen, dass eine SARS-CoV-2-Infektion das Darmmikrobiom durchaus beeinflusst – und zwar „direkt und dosisabhängig“, wie sie schreiben. Dafür hatten sie Mäuse über deren Nase mit SARS-CoV-2 infiziert, einmal mit niedrigen, einmal mit hohen Virusdosen, und anschließend täglich die fäkale Bakterienbesiedlung der Mäuse untersucht.

Bei den mit höheren Virusdosen infizierten Mäusen stellten die Wissenschaftler:innen eine „signifikante“ Veränderung des Mikrobioms fest, wobei obligat anaerobe Arten wie Clostridiales abnahmen und Verrucomicrobiales gleichzeitig zunahmen, und sich die α-Diversität des Mikrobioms generell reduzierte. Zudem zeigten die Mäuse klare Erkrankungszeichen wie Gewichtsverlust, gesträubtes Fell, schwere Atmung und reduzierte Aktivität. „Diese Ergebnisse zeigen, dass eine SARS-CoV-2-Infektion eine direkte Dysbiose des Darmmikrobioms in einem Mausmodell verursacht“, erklären die Wissenschaftler:innen.

Doch wie sieht es nun bei Nicht-Mäusen aus – bei menschlichen COVID-19-Patient:innen? Bereits eine frühere Studie aus Hongkong zeigte, dass die Zusammensetzung des Darmmikrobioms bei COVID-19-Patient:innen im Vergleich zu nicht Erkrankten signifikant verändert war. Mehrere Darmbewohner, die bekanntermaßen immunmodulierend wirken könnten – wie Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale und Bifidobakterien – waren „unterrepäsentiert“, schrieben die Autoren bereits im April im BMJ-Fachjournal „Gut Microbiota“, und blieben dies auch 30 Tage nach Abklingen der Erkrankung.

Nun interessierte die Wissenschaftler:innen, wie „anders“ das Mikrobiom sich bei schwer erkrankten Patient:innen mit BSI zusammensetzte: Sie fanden unter anderem heraus, dass es zu einer Verringerung der Gattung Faecalibacterium (Ordnung: Clostridiales) kam, was mit einer Störung der Darmbarrierefunktion in Zusammenhang gebracht wird. Diese Dysbiose stimmt mit den Erkenntnissen aus dem Mausmodell überein, wo Clostridiales-Arten bei mit SARS-CoV-2 infizierten Mäusen ebenfalls abgenommen hatten.

Beim Vergleich der den Darm besiedelnden Mikroorganismen mit den im Blutkreislauf gefundenen deutete sich zudem eine Übereinstimmung der Taxa in den Stuhlproben mit den im Blut identifizierten an. „Die Analyse der Ergebnisse von Blutkulturen, die auf sekundäre mikrobielle Infektionen des Blutkreislaufs getestet wurden, mit den Mikrobiomdaten dieser Patienten legt nahe, dass Bakterien aus dem Darm in den systemischen Kreislauf von COVID-19-Patienten gelangen“, schlussfolgern die Wissenschaftler:innen. Und weiter: „Wir konnten nachweisen, dass eine Dysbiose des Darmmikrobioms bei COVID-19 mit der Verlagerung von Bakterien ins Blut einhergeht und lebensbedrohliche Sekundärinfektionen verursacht“. 

Zudem zeigten sie erstmals, dass das Darmmikrobiom durch eine SARS-CoV-2-Infektion in einem Mausmodell direkt und dosisabhängig beeinflusst wird, wodurch ein kausaler Zusammenhang zwischen Virusinfektion und Dysbiose des Darmmikrobioms angenommen wird. Die an Patient:innen beobachtete Dysbiose stimmte darüber hinaus mit den Beobachtungen im Tiermodell überein.