Das neue Modell
Auf der Störung dieses Gleichgewichts basiert das neue Modell der polymikrobiellen Synergie und Dysbiose (Abb. 1): Zur unkontrollierten Entzündung des Parodontiums kann es demnach kommen, wenn die sensible symbiotische Gemeinschaft aus irgendeinem Grund dauerhaft unter Druck gerät, sodass sie sich destabilisiert. Mögliche Ursachen sind zum Beispiel mangelnde Mundhygiene, Antibiotika, Rauchen, Fehlernährung, Unverträglichkeit von Dentalmaterial oder auch stressbedingte Dysregulation des Immunsystems. Unter diesen Bedingungen kann sich die kommensale zu einer pathogenen Entität entwickeln, auf die der Wirt mit einer chronischen Entzündung reagiert [1].
Pathobionten und Keystone-Bakterien
Einige Bakterien können ihren Stoffwechsel dergestalt an neue nutritive Bedingungen anpassen, dass sie durch funktionelle Spezialisierung im dysbiotischen Milieu besser überleben, indem sie ihr Habitat für eigene Zwecke optimieren. Man nennt diese „janusköpfigen“ Spezies, zu denen beispielsweise Fusobacterium nucleatum gehört, Pathobionten. Sie sind im Zustand der Symbiose durchaus erwünschte Mitglieder der mikrobiellen Gemeinschaft, können aber unter dysbiotischen Bedingungen krankheitsfördernde Virulenzfaktoren exprimieren.
Keystone-Bakterien – benannt nach dem Schlussstein in gemauerten Torbögen – kann man als „Dirigenten der Dysbiose“ bezeichnen, denn sie wandern in eine gestörte Mikroflora ein und lösen dort aktiv unkontrollierte Entzündungsreaktionen aus. Ihr wichtigster Vertreter bei der Parodontitis ist Porphyromonas gingivalis (P. g.). Er kann lokale Kontrollmechanismen der Immunabwehr aushebeln, indem er zum einen die immunitätshemmenden Gingipaine, zum anderen die entzündungsfördernden Proteine Fimbrillin und Lipid A exprimiert. Entscheidend für die Entstehung einer Parodontitis ist also nicht nur die Anwesenheit von P. g. per se, sondern auch das Verhältnis der von ihm (und anderen Mikroorganismen) exprimierten Genprodukte mRNA und Protein.
Analyse des Metatranskriptoms
Hier setzt die Suche nach diagnostisch nutzbaren Biomarkern an. Allerdings genügt es wegen der Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft nicht, einzelne Virulenzfaktoren zu bestimmen; vielmehr kommen nun die berühmten „omics“ ins Spiel, und zwar im Fall der Parodontitis vor allem die Metatranskriptomics[2]. Man quantifiziert dabei mittels NGS (Next Generation Sequencing) sämtliche mRNA-Sequenzen eines Mikrobioms zu einem gegebenen Zeitpunkt (Abb. 2) und erhält so einen Überblick über die genetische und metabolische Aktivität der gesamten Mundflora. Aus Millionen von Einzelsequenzen erhält man mithilfe der Bioinformatik Aussagen darüber, welche (vormals als Kommensalen eingestufte) Bakterien unter den Bedingungen der akuten Inflammation zu Pathobionten bzw. Keystone-Bakterien werden.
Um das Verhalten von Bakterien innerhalb der bakteriellen Gemeinschaft eines Habitats zu messen, gilt es zunächst herauszufinden, welche Stoffwechselprodukte bzw. Virulenzfaktoren überhaupt produziert werden und wie diese mit dem Immunsystem des Wirts in Wechselwirkung treten. Nachdem sämtliche zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegenden mRNA-Sequenzen identifiziert und quantifiziert wurden, bereinigt man das Profil von humanen und ribosomalen Sequenzen und ordnet die verbleibenden Sequenzen im Computer den bislang bekannten ORFs (Open Reading Frames) zu. Von diesen weiß man, für welche Proteine sie kodieren und kennt in der Regel auch deren Funktion.
Mithilfe einer Clusteranalyse identifiziert man anschließend die am stärksten exprimierten Sequenzen und erhält so ein Bild der Stoffwechselleistungen zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem bestimmten Mikrobiom. Ziel dieser aufwendigen Methode ist es, funktionelle Marker zu definieren, mit denen man die Progression einer infektiösen Erkrankung verfolgen und ihren weiteren Verlauf möglichst frühzeitig vorhersagen kann.