Ötzis Mikrobiom

Es war eine sehr umfangreiche Untersuchung, für die die Forscher vielfältige Proben und Methoden heranzogen. Unter anderem analysierten sie Eis von der Oberfläche sowie Schmelzwasser aus dem Inneren der Mumie, und nahmen zahlreiche Abstriche. Aus früheren Studien standen Daten von inneren Gewebeproben und Proben des Mageninhalts zur Verfügung. Auch eine bei Ötzis Bergung 1991 entnommene und eingefrorene Bodenprobe vom Fundort wurde analysiert, um Umwelteinflüsse nachzuvollziehen. So gelang es dem Forschungsteam zu 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 in über drei Jahrzehnten Konservierung.

Im Darmtrakt und Mageninhalt stießen die Forschenden noch auf Erbgut des ursprünglichen Darmmikrobioms, das 2019 bereits in einer eigenen Studie unter Mitarbeit von Eurac Research veröffentlicht worden war. Dieses ähnelt den wenigen bislang bekannten Beispielen für die Darmflora früher menschlicher Populationen; im Darm heutiger Menschen in industrialisierten Gesellschaften trifft man diese Bakterien kaum noch an. Damit liefert Ötzi einen seltenen Einblick in die mikrobielle Vergangenheit des Menschen.

Ein überraschender Fund sind an Kälte angepasste Hefearten, die, so die Vermutung, aus der Gletscherumgebung stammen und bis heute in Ötzis Körper überdauert haben. Die Hefen wurden aus Hautproben, aus Schmelzwasser aus dem Inneren der Mumie sowie aus Proben des Mageninhalts isoliert. Es handelt sich um sehr spezialisierte, an Kälte angepasste Arten. Genetische Analysen zeigten eine Verwandtschaft mit Stämmen aus extrem kalten Regionen wie der Antarktis. Dies deutet darauf hin, dass die Hefen aus der Gletscherumgebung stammen und möglicherweise schon seit Jahrtausenden mit der Mumie verbunden sind. Die Forscher fanden sowohl stark degradierte (alte) als auch gut erhaltene (moderne) DNA. Dies weist darauf hin, dass diese Mikroorganismen nicht nur Relikte der Vergangenheit sind, sondern unter den heutigen Konservierungsbedingungen – bei minus sechs Grad und hoher Luftfeuchtigkeit – weiterhin bestehen, möglicherweise in einem Ruhezustand. „Wir sehen hier eine Kontinuität“, erklärt Frank Maixner, Leiter des Instituts für Mumienforschung von Eurac Research: „Diese Hefen haben Ötzi sozusagen auf seiner langen Reise durch die Jahrtausende begleitet.“ Dies zeige, so Maixner, dass die Mumie „kein statisches Relikt, sondern ein dynamisches biologisches System ist.“

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

„Das Mikrobiom einer Mumie stellt eine Besonderheit dar, weil wir es mit über 5000 Jahre alten Mikroben zu tun haben und gleichzeitig mit modernen Mikroben, die seit der Auffindung neu dazugekommen sind”, so der Mikrobiologe und Erstautor Mohamed S. Sarhan.

„Die Konservierungsbedingungen der Mumie sind heute sehr stabil”, kommentiert Elisabeth Vallazza, Direktorin des Südtiroler Archäologiemuseums und verantwortlich für die Konservierung der Mumie, „ein engmaschiges mikrobiologisches Monitoring stellt sicher, dass die Mumie keinen Schaden nimmt. Aber es benötigt sicher weitere Forschung und vollen konservatorischen Einsatz, um sie für viele weitere Generationen zu erhalten.“

Konservierungsexperte und Mitautor Marco Samadelli betont: „Die Konservierungsbedingungen von Gletschermumien sind noch nicht vollständig verstanden. Diese Studie erweitert unser Wissen dazu in wichtigen Aspekten.“

 Neben der Bedeutung für den Erhalt der Mumie eröffnen die Ergebnisse auch neue Perspektiven für die Forschung: An Kälte angepasste Mikroorganismen könnten beispielsweise für energieeffiziente Prozesse in der Industrie genutzt werden, etwa bei Fermentationen bei niedrigen Temperaturen.

Die Studie ist in der Zeitschrift Microbiome erschienen und frei zugänglich.

„Wir haben sehr guten Teig damit gemacht“

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Der Mikrobiologe Mohamed Sarhan über erste Experimente mit den kälteliebenden Hefen, die das Forschungsteam aus Proben von Ötzi isolierte

Wie überrascht waren Sie, diese Hefen zu finden?

Sehr. Ötzi wird bei −6 °C konserviert: Da ist das langfristige Überdauern von Mikroorganismen eher nicht zu erwarten. Diese Hefen sind bemerkenswert, denn sie sind an sehr kalte Temperaturen angepasst. Für ihre Kultivierung mussten wir sie im Kühlschrank inkubieren – normalerweise lagern wir dort Proben, um das Wachstum von Mikroorganismen zu verhindern. Da herkömmliche Inkubatoren diese niedrigen Temperaturen in der Regel nicht erreichen, haben wir inzwischen eine Firma beauftragt, ein speziell angepasstes Gerät herzustellen.

Sie haben mit diesen Hefen also noch viel vor?

Ja, auf jeden Fall. Wir wollen diese Hefen funktionell genauer charakterisieren und ihre Eigenschaften systematisch untersuchen. Gleichzeitig überlegen wir, wie man sie praktisch nutzen könnte, und möchten verschiedene Anwendungsmöglichkeiten experimentell testen. Hefen, die bei sehr niedrigen Temperaturen aktiv sind, können dabei in unterschiedlichen Bereichen Vorteile bieten, etwa in der Brotherstellung. Wenn die Fermentation bei Raumtemperatur oder sogar bei Kühlschranktemperaturen möglich ist, lässt sich Energie einsparen, da keine zusätzliche Erwärmung nötig ist. Außerdem könnten die Hefen auch während des Transports aktiv sein, also bereits auf dem Weg zum Hersteller zur Fermentation beitragen.

Und Sie sind zuversichtlich, dass die Hefen sich eignen?

Wir haben bereits erste, noch nicht systematische Experimente durchgeführt – mit guten Ergebnissen. Wir haben versucht, einen Sauerteigstarter damit anzusetzen. Anfangs war die Hefe noch nicht an das Mehlmilieu angepasst, daher ist zunächst gar nichts passiert. Wir haben den Ansatz dann über längere Zeit weitergeführt und etwa alle zwei Wochen aufgefrischt, sodass sich die Hefe langsam anpassen konnte. Schließlich erhielten wir einen ganz normalen Teig, der innerhalb von 24 Stunden aufgegangen ist, also im Grunde wie mit einer ganz gewöhnlichen Hefe. Wir haben wirklich sehr guten Teig damit gemacht.

Und dann Brot gebacken?

Ja. Aber ich hatte vorher noch nie Brot gebacken – und das hat man gemerkt. Das Ergebnis war also durchaus noch verbesserungsfähig. Aber es handelte sich wie gesagt um unsere allerersten Experimente. Wir wollen das weiterverfolgen und dabei auch spezialisierte Forschungsteams aus dem Lebensmittelbereich einbeziehen. Brot ist im Moment eine der naheliegenden Anwendungen, an die wir denken; eine andere ist Bier – dazu haben wir uns auch bereits mit Fachleuten aus Weihenstephan ausgetauscht. Das sind erste Ideen, wir sind offen für weitere Anregungen.