Wie Rob Knight versehentlich ein Vorreiter der Mikrobiomforschung wurde

Einer der prominentesten Vertreter der Mikrobiomforschung ist Professor Rob Knight von der University of California, San Diego (>>> Link  seinem Lab und aktuellen Projekten). Breite Aufmerksamkeit über den Wissenschaftsbetrieb hinaus erlangte er mit seinem Buch „Dirt is Good“ (Buchrezension). Spätestens mit dem Erfolg dieses Buches war klar, dass sich auch die breite, nicht-wissenschaftliche Masse dafür interessiert, was in unserem Körper los ist und wie das unser alltägliches Leben beeinflusst. Dabei glaubte Knight selbst lange nicht an die Durchschlagskraft dieses Forschungsschwerpunkts. Die Mikrobiomforschung ließ er lange als interessantes Nebenprodukt laufen. Aber die Zeiten haben sich geändert.

Vita und berufliche Laufbahn

Rob Knight wurde 1976 in Dunedin, Neuseeland, geboren. Er ist der älteste von drei Söhnen und die Eltern beide Immunologen – das grundsätzliche Interesse an Wissenschaft und Forschung lernte er also schon als Kind kennen. Seine Kindheit und Jugend verbrachte er in der beeindruckenden Natur Neuseelands und begann früh, sich für Fossile und Saurier, Science Fiction Romane sowie später für Computer zu interessieren. Soweit nichts Ungewöhnliches für einen kleinen Jungen.

Ein eindeutiges Bekenntnis zum Forschungsfeld war seine Einschreibung an die University of Otago im Fach Biochemie 1994. Schnell stellte er fest, wie sehr er von der Laborforschung fasziniert war und absolvierte seine Vorlesungen und Kurse in doppeltem Tempo als lästiges Pflichtprogramm. Bereits ein Jahr nach seiner Einschreibung erhielt er ein Stipendium für einen Aufenthalt an der Princeton University in New Jersey, USA, wo er wertvolle Erkenntnisse in der Genetik und speziell in der Technologie des Gene Drive (>>> Wikipedia Gene Drive) gewinnen konnte.

Seine größten Errungenschaften

Nach seinem erfolgreichen Abschluss in Otago kehrte er 1997 zurück nach Princeton mit dem Plan, seine Arbeit im Bereich Evolution und Experimentelle Biologie weiter zu intensivieren. Im Laufe seiner Forscherkarriere aber verlagerte sich sein Fokus zunehmend auf Programmieren und den Nutzen, den man dadurch für Forschungen zur Evolution ziehen kann.

Schließlich verlegte er seinen Forschungsschwerpunkt auf DNA, konkret auf die Entschlüsselung der Kodierung mittels Computertechnologie. Hier gelang ihm eine phänomenale Erkenntnis, denn was bislang lediglich als Phänomen beschrieben werden konnte, konnte Knight nun mathematisch erklären.

Seine nächste berufliche Station führte ihn an die University of Colorado in Boulder, USA, wo er eine Post-Doc stelle in der RNA-Forschung antrat. Dank seiner Fertigkeiten in der Datenverarbeitung konnte er wichtige Erkenntnisse bei der Entschlüsselung von RNA Sequenzen und Funktionen, wie der Bindung eines Proteins, gewinnen. Wie komplex die mathematische Leistung ist, verdeutlicht die Tatsache, dass für die Berechnung ein Supercomputer nötig war. Mit dieser Hilfe gelang es ihm, wiederkehrendende Sequenzen, so genannte Motive, zu identifizieren.

Knights Verdienst ist es, dass die Wissenschaft heute weiß, warum verschiedene Spezies verschiedene Sequenzen zur Kodierung der exakt gleichen Aminosäure verwenden. Die von ihm entwickelten Software Tools haben der weiteren Forschung große Dienste erwiesen, denn was bislang auf empirische Beschreibung beschränkt war, konnte nun quantitativ erfasst werden. Die beiden bekanntesten Programme aus seiner Feder sind UniFrac (>>> Wikipedia UniFrac) und QIIME (>>> Link QIIME).

Knights Weg in die Mikrobiomforschung

Nach seinem PostDoc blieb Knight zunächst an der CU Boulder und forschte zusammen mit Norman Pace an der Sequenzierung von rRNA. In diesem Zusammenhang entwickelte Knight auch das oben genannte Tool UniFrac. Seine Veröffentlichung aus dem Jahre 2004 wurde bereits über 4.000-mal zitiert.

Eine Forschungskooperation mit Jeffrey Gordon (>>> Link) führte Knight an die Washington University School of Medical Science in St. Louis, wo er sich weiter in die Mikrobiomforschung vertiefen konnte. Die beiden Wissenschaftler vertieften sich hier in die Zusammenhänge zwischen Darmmikrobiom und der allgemeinen Gesundheit – eine Richtung, die Knight zunächst nur aus persönlichem Interesse verfolgte. Wirkliches Interesse hatte außerhalb des universitären Betriebs damals noch niemand am Mikrobiom. Knight und Gordon zogen interessante Rückschlüsse zwischen Darmbakterien und Übergewicht aus Studien an Mäusen.

Knight, aus der Genetik kommend, erkannte den Zusammenhang von Fettleibigkeit und Umwelteinflüssen. Bislang wurde Fettleibigkeit eher genetischen Ursachen zugeschrieben. Anschließende Studien im Jahr 2009 an menschlichen Zwillingspaaren aus je einem fettleibigen und einem schlanken Zwilling konnten eindeutig nachweisen, dass Fettleibigkeit auch beim Menschen an eine bestimmte Bakterienkonstellation im Darm gekoppelt ist (>>> Link Studie). Diese nachgerade revolutionäre Erkenntnis konnte Knight durch sein Programm QIIME statistisch untermauern und spätestens mit einem im Wissenschaftsmagazin „Science“ erschienenen Artikel im Jahr 2013 hatten Knight und sein Team plötzlich das öffentliche Interesse geweckt, das die Thematik längst verdient hätte (>>> Link Artikel Science).

Die Forscher konnten allein anhand der Analyse des Mikrobioms mit einer Trefferquote von 90% ermitteln, ob eine betreffende Person fettleibig war oder nicht. Sich alleine auf Genetik zu beschränken, erzielt nur eine Trefferquote von 57%.

Weitere revolutionäre Erkenntnisse in der Mikrobiomforschung

Die Forschung um das menschliche Mikrobiom brachte nun eine Reihe weiterer faszinierender und aufschlussreicher Erkenntnisse hervor: So konnte Knight nachweisen, dass Menschen, die in einem Haushalt zusammenleben, ein ähnliches Mikrobiom teilen, auch wenn zum Beispiel der Wohnsitz verlegt wird. Ernährung wurde also als Schlüsselkomponente identifiziert, allen voran der Anteil an Fleisch in der Ernährung.

Schnell war klar, dass Knights Erkenntnisse nachhaltige Konsequenzen für die Gesundheit der breiten Bevölkerung haben können. The American Gut Project (>>> Link) und The Earth Microbiome Project (>>> Link) sind zwei Initiativen um Rob Knight, die Aufklären und Wissen bündeln wollen und durchaus als altruistische Projekte von großem Wert bezeichnet werden können. Das hehre Ziel ist kein geringeres als die Entschlüsselung des Mikrobioms weltweit, um für die Menschheit maximalen Nutzen daraus zu ziehen.

Knight als Brücke zwischen Wissenschaft und Bevölkerung

Was sich in The American Gut Project und The Earth Microbiome Project als Brücke zwischen Wissenschaft und breiter Bevölkerung ankündigt, bringt Knight in seinen zwei Veröffentlichungen „Dirt Is Good“ (>>> Link) und „Follow Your Gut“ (>>> Link) zur Perfektion.

Diese beiden Bücher veranschaulichen alle Erkenntnisse aus der Mikrobiomforschung so anschaulich, dass auch der (bisher nicht interessierte) Laie sie unterhaltsam und verständlich nachvollziehen kann.

Neben vielen Verdiensten für die Wissenschaft ist also Rob Knights Verdienst vor allem auch, die breite Masse an Menschen für das Thema Mikrobiom zu sensibilisieren und die Gesundheit der Bevölkerung dadurch (hoffentlich) nachhaltig zum Positiven zu verbessern.