16S-rDNA-Sequenzierung: Darmmikrobiom verständlich erklärt
Die 16S-rDNA-Sequenzierung untersucht, welche Bakterien in einer Probe wie einer Stuhlprobe vorkommen und in welchen relativen Anteilen sie nachweisbar sind. Dafür wird ein charakteristischer Abschnitt der bakteriellen DNA vervielfältigt, sequenziert und mit Referenzdatenbanken verglichen. Die Methode kann damit einen taxonomischen Überblick über das Darmmikrobiom geben. Sie zeigt jedoch nicht zuverlässig, welche Aktivitäten die Bakterien ausüben, und ersetzt keine medizinische Untersuchung oder Diagnose.
Was ist 16S-rDNA?
16S-rDNA bezeichnet den DNA-Abschnitt, der für die bakterielle 16S-ribosomale RNA kodiert. Dieser Abschnitt gehört zum Gen für einen Bestandteil der Ribosomen. Da bestimmte Teile bei vielen Bakterien ähnlich sind, während andere Bereiche zwischen Bakteriengruppen variieren, eignet sich das 16S-Gen als molekularer Marker zur Einordnung von Bakterien.
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16S-rDNA und 16S-rRNA: der Unterschied
- 16S-rDNA ist der DNA-Abschnitt im bakteriellen Erbgut, der die Information für die 16S-rRNA enthält.
- 16S-rRNA ist das daraus gebildete RNA-Molekül und Bestandteil bakterieller Ribosomen.
Bei einer klassischen 16S-rDNA-Sequenzierung wird DNA aus der Probe analysiert. Die rRNA selbst wird dabei nicht direkt untersucht. Im Alltag werden die Begriffe dennoch manchmal vermischt.
Warum wird das 16S-Gen verwendet?
Das 16S-Gen verbindet konservierte und variable Bereiche:
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- Konservierte Bereiche ermöglichen den Einsatz von Primern, die bei vielen Bakterien an ähnlichen Stellen binden.
- Variable Bereiche unterscheiden sich zwischen Bakteriengruppen und helfen bei der taxonomischen Zuordnung.
- Geeignete Genlänge und etablierte Analyseverfahren machen das Gen für viele Mikrobiom-Analysen praktisch nutzbar.
Wie genau ein Bakterium bestimmt werden kann, hängt unter anderem von der untersuchten Genregion, der Sequenzqualität und der verwendeten Referenzdatenbank ab. Eine Zuordnung bis zur Art ist daher nicht immer möglich oder eindeutig.
So funktioniert die 16S-rDNA-Sequenzierung
1. Stuhlprobe entnehmen und DNA extrahieren
Für eine Mikrobiom-Analyse wird eine kleine Stuhlprobe nach den Anweisungen des jeweiligen Testanbieters entnommen und an ein Labor geschickt. Dort wird die DNA aus den in der Probe enthaltenen Mikroorganismen isoliert. Die Qualität der Probe und der Aufbereitung kann das Ergebnis beeinflussen.
2. 16S-PCR durchführen
Bei der 16S-PCR werden ausgewählte Abschnitte des 16S-Gens mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigt. Primer markieren die zu untersuchenden Bereiche. Das entstehende PCR-Produkt dient anschließend als Grundlage für die Sequenzierung.
3. DNA sequenzieren
Die vervielfältigten DNA-Fragmente werden mit einem Hochdurchsatzverfahren sequenziert. Dabei entstehen viele kurze Sequenzabschnitte, sogenannte Reads. Das Verfahren kann je nach Labor, Plattform und Zielregion unterschiedlich ausgestaltet sein.
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Eine bioinformatische Pipeline verarbeitet die Rohdaten typischerweise in mehreren Schritten:
- Qualitätskontrolle: Sequenzen mit unzureichender Qualität oder technische Artefakte werden entfernt oder markiert.
- Taxonomische Klassifizierung: Die Sequenzen werden mit einer Referenzdatenbank abgeglichen und möglichst bis zur passenden taxonomischen Ebene eingeordnet.
- Auswertung der Vielfalt: Die Analyse kann die Vielfalt innerhalb einer Probe und Unterschiede zwischen Proben beschreiben.
- Darstellung der relativen Häufigkeiten: Der Bericht zeigt, welchen relativen Anteil verschiedene Bakteriengruppen an den analysierten Sequenzen haben.
Relative Häufigkeiten sind keine direkten Messungen absoluter Bakterienzahlen. Außerdem können DNA-Extraktion, PCR und Datenanalyse die Darstellung beeinflussen.
Was kann ein Mikrobiom-Bericht zeigen?
Ein Bericht auf Basis einer 16S-rDNA-Sequenzierung kann helfen, die Zusammensetzung des untersuchten Darmmikrobioms besser einzuordnen. Je nach Test können dazu folgende Aspekte gehören:
- Taxonomische Zusammensetzung: Nachweisbare Bakterien werden beispielsweise auf Ebene von Stämmen, Familien oder Gattungen dargestellt.
- Mikrobielle Vielfalt: Bestimmte Kennzahlen beschreiben die Vielfalt innerhalb einer Probe. Eine einzelne Kennzahl ist jedoch kein vollständiges Maß für Darmgesundheit.
- Relative Anteile: Der Bericht kann zeigen, wie sich die gemessenen Sequenzen auf verschiedene Bakteriengruppen verteilen.
- Vergleich mit Referenzgruppen: Manche Berichte stellen Ergebnisse einer Referenzgruppe gegenüber. Solche Vergleiche sind kontextabhängig und nicht automatisch eine medizinische Bewertung.
Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms kann unter anderem mit Ernährung, Lebensstil, Medikamenten, Alter und anderen Faktoren zusammenhängen. Aus einem einzelnen Testergebnis lassen sich daraus jedoch nicht sicher Ursachen, Beschwerden oder individuelle Behandlungsempfehlungen ableiten.
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Grenzen der 16S-rDNA-Sequenzierung
- Begrenzte Funktionsaussagen: Die Methode zeigt vor allem, welche Bakteriengruppen anhand ihrer DNA nachweisbar sind. Sie misst nicht direkt deren Stoffwechselaktivität.
- Eingeschränkte Auflösung: Eng verwandte Bakterien können anhand eines einzelnen 16S-Abschnitts möglicherweise nicht eindeutig voneinander unterschieden werden.
- Abhängigkeit von Datenbanken: Die Klassifizierung hängt von der Qualität, Aktualität und Vollständigkeit der Referenzdatenbank ab.
- Methodische Einflüsse: Probenentnahme, DNA-Extraktion, Primer, Sequenzierverfahren und Auswertung können die Ergebnisse beeinflussen.
- Keine Diagnose: Ein Mikrobiom-Test kann keine Krankheit feststellen und sollte nicht als alleinige Grundlage für eine Behandlung dienen.
16S-rDNA-Sequenzierung und RNA-Sequenzierung im Vergleich
Die 16S-rDNA-Sequenzierung und die RNA-Sequenzierung beantworten unterschiedliche Fragen. Die 16S-Methode dient hauptsächlich dazu, Bakterien taxonomisch einzuordnen. Eine RNA-basierte Untersuchung, häufig als Metatranskriptomik bezeichnet, analysiert transkribierte RNA und kann dadurch Hinweise auf aktuell abgelesene Gene und mögliche mikrobielle Funktionen liefern. Sie ist methodisch aufwendiger und ebenfalls von Probenqualität und Auswertung abhängig. Keine der beiden Methoden ersetzt eine ärztliche Diagnostik.
Was bedeutet RDNA?
RDNA kann je nach Zusammenhang für ribosomale DNA stehen. In der Mikrobiomforschung ist meist die 16S-rDNA gemeint, die zur Einordnung von Bakterien verwendet wird. RDNA kann allerdings auch die Grafikarchitektur von AMD bezeichnen. Begriffe wie RDNA 3 oder RDNA 5 gehören zu diesem technischen, nicht zu dem mikrobiologischen Zusammenhang und haben nichts mit einer Darmmikrobiom-Analyse zu tun.
Wie InnerBuddies die Ergebnisse nutzt
InnerBuddies kann auf Basis einer analysierten Stuhlprobe einen personalisierten Bericht zur Zusammensetzung des untersuchten Darmmikrobioms bereitstellen. Solche Informationen können als Orientierung dienen, um die eigenen Ergebnisse und mögliche Zusammenhänge mit Alltag und Ernährung besser zu verstehen. Empfehlungen sollten allgemein eingeordnet und nicht als individuelle Diagnose oder Therapieanweisung verstanden werden.
Häufig gestellte Fragen
Was ist rDNA im Menschen?
Auch der Mensch besitzt ribosomale DNA, die Informationen für ribosomale RNA enthält. Die 16S-rDNA, die bei bakteriellen Mikrobiom-Analysen als Marker verwendet wird, ist jedoch charakteristisch für Bakterien und andere Prokaryoten, nicht für menschliche Zellen.
2-Minuten-Selbstcheck Ist ein Darmmikrobiom-Test sinnvoll für dich? Beantworte ein paar kurze Fragen und finde heraus, ob ein Mikrobiom-Test für dich wirklich sinnvoll ist. ✔ Dauert nur 2 Minuten ✔ Basierend auf deinen Symptomen & deinem Lebensstil ✔ Klare Ja/Nein-Empfehlung Prüfen, ob ein Test für mich sinnvoll ist →Ist eine höhere mikrobielle Vielfalt automatisch besser?
Nicht unbedingt. Vielfalt ist nur ein möglicher beschreibender Wert und muss im Kontext der verwendeten Methode, der Probe und weiterer Informationen betrachtet werden. Aus einer einzelnen Zahl lässt sich keine allgemeingültige Aussage über die persönliche Gesundheit ableiten.
Was sollte ich bei auffälligen Beschwerden tun?
Bei anhaltenden, starken, zunehmenden oder medizinisch bedenklichen Beschwerden sollten Sie eine Ärztin, einen Arzt oder eine andere qualifizierte medizinische Fachperson kontaktieren. Ein Mikrobiom-Bericht sollte eine solche Abklärung nicht verzögern oder ersetzen.
Wichtige Begriffe im Überblick
- 16S-rDNA: DNA-Abschnitt, der für die bakterielle 16S-rRNA kodiert.
- 16S-rRNA: Bestandteil bakterieller Ribosomen.
- PCR: Verfahren zur Vervielfältigung bestimmter DNA-Abschnitte.
- Taxonomie: Wissenschaftliche Einordnung von Organismen in Gruppen.
- Alpha-Diversität: Beschreibung der Vielfalt innerhalb einer Probe.
- Beta-Diversität: Beschreibung von Unterschieden zwischen Proben.
Fazit
Die 16S-rDNA-Sequenzierung ist eine etablierte Methode, um die bakterielle Zusammensetzung einer Stuhlprobe zu beschreiben. Sie umfasst Probenaufbereitung, 16S-PCR, Sequenzierung und bioinformatische Klassifizierung. Ein daraus entstehender Mikrobiom-Bericht kann informative Orientierung bieten, liefert aber keine vollständige Funktionsanalyse und keine medizinische Diagnose. Die Ergebnisse sollten daher im Kontext betrachtet und bei Beschwerden mit einer qualifizierten medizinischen Fachperson besprochen werden.