Die Auswirkungen von COPD und Asthma auf das Mikrobiom der Atemwege

Früher ging man davon aus, dass die Atemwege steril sind. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass der Atemtrakt zwar keine große Anzahl von Mikroben aufweist, aber dennoch eine gemeine mikrobielle Population besitzt. Das Mikrobiom der Atemwege ist über den gesamten Respirationstrakt verteilt, mit drei verschiedenen Populationen im Oropharynx (der bei gesunden Personen stärker kolonisiert ist), im Bronchialbaum und in der Lunge [1,6]. Die Belastung in den unteren Atemwegen wird durch die Inhalation aus den oberen Atemwegen, die mukoziliäre Clearance und die zelluläre angeborene Immunität reguliert [1].

Die COPD ist durch eine weitgehend irreversible Einschränkung des Luftstroms, Schleimhypersekretion, Emphysem und Fibrose der kleinen Atemwege gekennzeichnet. Die Patienten erleben akute Exazerbationen, bei denen sich die Atemwegssymptome verschlimmern [6]. Häufig sind diese Exazerbationen auf eine bakterielle Infektion zurückzuführen und werden daher mit Antibiotika und inhalativen Kortikosteroiden behandelt, die das Ausgangsmikrobiom der Atemwege verändern können [1]. Bei COPD-Patienten zeigt das bronchiale Mikrobiom eine Zunahme der Häufigkeit von Proteobakterien, zu denen eine höhere relative Häufigkeit der Gattung Haemophilus gehört, bei gleichzeitiger Abnahme von Bacteroidetes und Firmicutes; insbesondere Prevotella und Veillonella sind die am stärksten betroffenen Gattungen [1]. Die aktuelle Forschung geht davon aus, dass die Aufrechterhaltung einer hohen Diversität im Mikrobiom der Atemwege bei der Behandlung von COPD-Exazerbationssymptomen hilfreich sein kann. Dicker et al. berichteten über eine erhöhte Exazerbationshäufigkeit und Sterblichkeit bei Patienten mit geringer Mikrobiomdiversität und einer Zunahme von Haemophilus spp. in Bronchialsekreten [2]. In ähnlicher Weise berichteten Leitao et al., dass Patienten mit einer höheren mikrobiellen Diversität in Bronchialsekreten bei Exazerbationen eine niedrigere Langzeitmortalität aufwiesen und Veillonella spp. mit einer hohen Einjahresüberlebensrate assoziiert waren [3].

Asthma ist eine chronische Lungenerkrankung, die eine heterogene Ansammlung von Krankheitsbildern umfasst. Derzeit gibt es zwei Klassifizierungen von Asthma auf der Grundlage der Immunpathogenese: Typ 2 (T2)-High Endotype und T2-Low Endotype [4,5]. Die Klassifizierung T2-High wird durch die Typ-2-Immunreaktion bestimmt: eine Vielzahl von Immunwegen, darunter die Rekrutierung von T-Helfer-2-Zellen, die Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen, die Degranulation von Eosinophilen und die Aktivierung von Mastzellen [5]. Der ungünstige T2-Niedrig-Endotyp basiert auf klinischen Merkmalen wie Rauchen, Fettleibigkeit und hohem Alter [5]. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden Bakterien von Asthmatikern und gesunden Kontrollpersonen durch bronchoskopische Bürstenabstriche isoliert und kultiviert, um die Merkmale des Mikrobioms der Atemwege zu untersuchen [6]. Die gesammelten anaeroben Bakterien wurden mit einer Whitley-Workstation optimal kultiviert. Die Gruppe fand einen Verlust an Diversität und eine pathobiontische Expansion bei Asthmapatienten sowie einen signifikanten Unterschied im Artenreichtum der Atemwegsgemeinschaft [6]. Daraus ergibt sich, dass weitere Forschungen zur Rolle der Instabilität mikrobieller Gemeinschaften bei akuten Exazerbationen von Lungenerkrankungen und zur Reparatur dysbiotischer mikrobieller Gemeinschaften in den Atemwegen erforderlich sind und bei der Behandlung von Asthma und COPD hilfreich sein können.

Geschrieben von der DWS-Mikrobiologin, Charlotte Austin

Referenzen:

1. L. Millares, E. Monso (2022) The Microbiome in COPD: Emerging Potential for Microbiome-Targeted Interventions. International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease 17, 1835-1845.
2. lison  J. Dicker, Jeffrey T.J. Huang, Mike Lonergan, Holly R. Keir,  Christopher J. Fong, Brandon Tan, Andrew J. Cassidy, Simon Finch, Hana  Mullerova, Bruce E. Miller, Ruth Tal-Singer, James D. Chalmers (2021)  The sputum microbiome, airway inflammation, and mortality in chronic  obstructive pulmonary disease Journal of Allergy and Clinical Immunology 147, 158-167
3. F.  Leitao, N. Alotaibi, D. Ngan, S. Tam, J. Yang, Z. Hollander, V. Chen,  M. FitzGerald, C. Nislow, J. Leung, P. Man, D. Sin (2019) Sputum  Microbiome Is Associated with 1-Year Mortality after Chronic Obstructive  Pulmonary Disease Hospitalizations American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 199(10):1205–1213
4. Silpa T Taunk, Juan C. Cardet, Dennis K. Ledford (2022) Clinical implications of asthma endotypes and phenotypes Allergy and Asthma Proceedings 
5. M. Kuruvilla, F. Lee, and G. Lee (2019) Understanding Asthma Phenotypes, Endotypes, and Mechanisms of Disease Clinical reviews in allergy & immunology 56(2): 219–233
6. L.  Cuthbertson, U. Löber, JS. Ish-Horowicz, C. McBrien, C. Churchward, J.  Parker, M. Olanipekun, C. Burke, O. O’Carroll, J. Faul, G. Davies, K.  Lewis, J. Hopkin, J. Creaser-Thomas, R. Goshal, K. Fan Chung, S. Piatek,  S. Willis-Owen, T. Bartolomaeus, T. Birkner, S. Dwyer, N. Kumar, E.  Turek, A. Musk, J. Hui, M. Hunter, A. James, M. Dumas, S. Filippi, M.  Cox, T. Lawley, S. Forslund, M. Moffatt, W. Cookson (2022) Genomic and  ecologic characteristics of the airway microbial- mucosal complex bioRxi