Das Mikrobiom ist die Gesamtheit aller Mikroorganismen und ihres genetischen Materials in einer bestimmten Umgebung4). Das Mikrobiom der Augenoberfläche (OSM) bezeichnet die Gemeinschaft von Bakterien, Pilzen und Viren, die auf der Bindehaut und Hornhaut leben2). Die Mikrobiota der Augenlider und Wimpern wird als Teil des Hautmikrobioms betrachtet.
Die gesunde Augenoberfläche enthält im Vergleich zu anderen Körperoberflächen und Schleimhäuten extrem wenige Mikroorganismen und wird als „paucimikrobiell“ bezeichnet4). Pro Bindehautzelle werden etwa 0,05 Bakterien nachgewiesen, was etwa 1/150 der Menge auf der Gesichtshaut oder Mundschleimhaut entspricht4). Diese geringe Mikrobenmenge ist auf den Selektionsdruck durch antibakterielle Enzyme in der Tränenflüssigkeit (Lysozym, Lactoferrin, Defensine) und die physikalischen Eliminationsmechanismen durch Lidschlag und Tränenreflex zurückzuführen4).
Die ansässigen Mikroorganismen der Augenoberfläche hemmen konkurrierend die Besiedlung durch Krankheitserreger und tragen zur Reifung und Regulierung der lokalen Immunität bei1)2). Ein Ungleichgewicht dieses Systems wird als Dysbiose bezeichnet und mit verschiedenen Augenerkrankungen in Verbindung gebracht.
Es ist zu beachten, dass die genaue Definition des „Kernmikrobioms“ (der in einer bestimmten Umgebung häufig vorkommenden Mikroorganismen) derzeit noch nicht etabliert ist4). Technische Herausforderungen in Umgebungen mit geringer Biomasse und Datenvariabilität erschweren die Standardisierung.
QWas ist das Mikrobiom der Augenoberfläche?
A
Das Mikrobiom der Augenoberfläche ist die Gesamtheit der auf der Bindehaut und Hornhaut lebenden Bakterien, Pilze und Viren. Es ist an der Aufrechterhaltung der Homöostase und der Abwehr von Krankheitserregern beteiligt, und sein Ungleichgewicht (Dysbiose) wird mit vielen Augenerkrankungen in Verbindung gebracht. Weitere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt „Pathophysiologie“.
Laut integrierten Daten aus fünf Studien mittels Metagenom-Shotgun-Sequenzierung machen Bakterien durchschnittlich 91 % der Mikroorganismen der Augenoberfläche aus, Viren durchschnittlich 5 % und Pilze sowie andere Eukaryoten durchschnittlich 4 % 4).
Bakterien
Drei Hauptstämme : Proteobakterien (durchschnittlich 45 %), Actinobakterien (durchschnittlich 23 %), Firmicutes (durchschnittlich 19 %). Unabhängig von der Methode konsistent nachweisbar 4).
Häufigste Gattung : Corynebacterium (in 17/18 Studien nachgewiesen, gewichteter Durchschnitt 11 %). Gefolgt von Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus und Acinetobacter4).
Kulturmethode : Koagulase-negative Staphylokokken (KNS) werden am häufigsten isoliert, gefolgt von Corynebacterium und Propionibacterium3).
Viren
TTV (Torque-Teno-Virus) : Das häufigste Virus auf der Augenoberfläche. Nachweis in 86,3 % der gesunden Bindehaut4).
Bakteriophagen : Bakterieninfizierende Viren, die die Dichte und Verteilung der Bakterienpopulationen regulieren 4).
Andere : MSRV, HERV-K (humane endogene Retroviren), MCV, HPV werden in geringer Häufigkeit nachgewiesen 4).
Pilze
Zwei Hauptstämme : Basidiomycota (durchschnittlich 78,67 %) und Ascomycota (durchschnittlich 19,54 %) 4).
Kernpilze : Malassezia (74,65 %) bei über 80 % der Probanden vorhanden. Gefolgt von Rhodotorula, Davidiella, Aspergillus und Alternaria4).
Opportunistische Erreger : Fusarium, Aspergillus, Malassezia etc. kommen auch in gesunden Augen vor.
Störungen des Mikrobioms der Augenoberfläche sind mit vielen Augenerkrankungen verbunden. Nachfolgend sind die wichtigsten Erkrankungen und Veränderungen der Bakterienflora aufgeführt.
Bei Patienten mit Stevens-Johnson-Syndrom (SJS) beträgt die Kulturpositivitätsrate in der Bindehaut 60 %, signifikant höher als 10 % bei gesunden Personen 3). Die 16S-rRNA-Sequenzierung ergab eine erhöhte Alpha-Diversität und eine Zunahme von Lactobacillus, Bacteroides, Pseudomonas, Staphylococcus und Acinetobacter 3).
Das konjunktivale Mikrobiom von Diabetikern weist eine höhere Diversität auf als das von Gesunden, mit einer Zunahme von Acinetobacter und einer Dominanz von Proteobacteria5).
Die Faktoren, die die Zusammensetzung des Mikrobioms der Augenoberfläche verändern, sind vielfältig.
Alter: Kinder unter 11 Jahren haben eine höhere bakterielle Diversität als ältere Menschen. Streptococcus ist bei Kindern etwa 6,2-mal häufiger. Bei älteren Menschen nehmen Corynebacterium und Propionibacterium zu.
Kontaktlinsentragen: Pseudomonas, Acinetobacter und Methylobacterium nehmen zu, während Staphylococcus und Corynebacterium abnehmen2). Die Augenoberfläche verändert sich zu einer dem Hautmikrobiom ähnlichen Zusammensetzung2).
Antibiotikaeinsatz: Die 3-monatige Anwendung von Tobramycin reduziert Anzahl und Diversität der Bakterienflora2). Bei Gatifloxacin ändert sich die Zusammensetzung innerhalb von 2 Wochen und die Erholung dauert 4 Wochen2). Nach kombinierter Anwendung von Ceftazidim, Tobramycin und Vancomycin dauert die Erholung 30 Tage2).
Trockenes Auge: Ein Zusammenhang mit Anomalien des Darmmikrobioms wurde berichtet, und mit zunehmender Schwere des trockenen Auges nimmt die Diversität des Mikrobioms der Augenoberfläche weiter ab2).
Meibom-Drüsen-Dysfunktion (MGD): Die Zunahme von pathogenen Bakterien im Bindehautsack und die Bildung von Biofilmen sind beteiligt2).
Diabetes: Das konjunktivale Mikrobiom wird komplexer und die Isolationsrate von Staphylococcus aureus steigt5).
Stevens-Johnson-Syndrom: Strukturelle Veränderungen der Augenoberfläche und Immunregulationsstörungen führen zu großen Veränderungen der Bakterienflora3). Es wurde auch über MRSA-Keratitis berichtet3).
Darm-Auge-Achse (gut-eye axis): Ein Weg, bei dem die intestinale Dysbiose über ein Th17/Treg-Ungleichgewicht eine Entzündung der Augenoberfläche induziert, wurde vorgeschlagen2)5).
QWie beeinflussen Kontaktlinsen das Augenmikrobiom?
A
Durch das Tragen von Kontaktlinsen nehmen auf der Augenoberfläche hautassoziierte Bakterien wie Pseudomonas und Acinetobacter zu, während normale kommensale Bakterien abnehmen. Die Linsen können als Vektor dienen, um Hautmikroben auf das Auge zu übertragen, was das Risiko einer mikrobiellen Keratitis erhöhen kann.
Die herkömmliche Kulturmethode hat eine lange Geschichte, aber eine geringe Sensitivität. Die Kultivierungs-Positivitätsrate auf der gesunden Augenoberfläche beträgt nur 10–13 % 3). Die Kulturmethode hat den Vorteil, dass sie nur lebende Bakterien nachweisen kann, aber sie kann die meisten schwer kultivierbaren Bakterien, Viren und Pilze nicht nachweisen 4).
Dies ist eine Methode, bei der das 16S-rRNA-Gen nach PCR-Amplifikation sequenziert wird 4). Sie kann eine mehr als dreimal so hohe Diversität wie die Kulturmethode nachweisen 3). Allerdings zielt sie nur auf Bakterien ab und kann Viren oder Pilze nicht nachweisen. Ein PCR-Amplifikationsbias kann die Ergebnisse beeinflussen 4).
Diese Methode fragmentiert und sequenziert die gesamte DNA einer Probe. Sie kann gleichzeitig Bakterien, Viren, Pilze und Archaeen nachweisen und ermöglicht auch die Analyse funktioneller Profile 4). In Umgebungen mit geringer Biomasse ist jedoch die Kontamination durch kurze Fragmente (einschließlich Kontamination aus DNA-Extraktionskits, genannt „Kitome“) ein Problem 4).
Die Merkmale jeder Methode sind unten zusammengefasst.
Methode
Ziel
Vorteile/Nachteile
Kultur
Nur lebende Bakterien
Niedrige Sensitivität (Positivitätsrate 10–13 %)
16S rRNA
Nur Bakterien
Hohe Sensitivität, aber PCR-Bias
Shotgun
Alle Mikroorganismen
Umfassend, aber anfällig für Kontamination
Bei Proben mit geringer Biomasse ist eine Entfernung (Depletion) der Wirts-DNA oder eine Anreicherung des Mikrobioms erforderlich. Durch selektive Lyse der Wirtszellen kann der relative bakterielle DNA-Gehalt um bis zu das 10-fache erhöht werden4). Zukünftig ist die Etablierung standardisierter Protokolle mit Positiv- und Negativkontrollen erforderlich4).
Derzeit gibt es keine etablierte Therapie, die spezifisch auf die Dysbiose des Augenoberflächenmikrobioms abzielt. Das aktuelle Management unterteilt sich in Lebensstiländerungen und experimentelle Interventionen.
Orale Probiotika : Die Gabe von Probiotika mit Bifidobacterium lactis und B. bifidum verbesserte bei Patienten mit trockenem Auge die Tränensekretion und die TBUT (Tränenfilmaufreißzeit)2)
Probiotische Augentropfen : Eine einmonatige Behandlung mit probiotischen Augentropfen verbesserte die Anzeichen und Symptome bei Patienten mit Frühlingskatarrh
Präbiotika : Eine doppelblinde RCT zeigte, dass der dreiwöchige Konsum von wasserstoffproduzierender Milch die TBUT verbesserte5)
Fäkale Mikrobiota-Transplantation (FMT) : Klinische Studien zur FMT bei Patienten mit Sjögren-Syndrom wurden gestartet2)5)
QSind Probiotika gut für die Augengesundheit?
A
Es gibt Berichte, dass orale Probiotika die Tränensekretion und die Tränenfilmaufreißzeit (TBUT) bei trockenen Augen verbessern, aber dies sind Forschungsergebnisse und keine Standardbehandlung. Als Wirkmechanismus wird die Immunmodulation über die Darm-Auge-Achse vorgeschlagen. Einzelheiten finden Sie im Abschnitt „Pathophysiologie“.
Die Homöostase der Augenoberfläche wird durch mehrschichtige Abwehrmechanismen aufrechterhalten2)4).
Physikalische und chemische Abwehr
Lidschlag- und Tränenreflex: Entfernt Mikroorganismen mechanisch4).
Antimikrobielle Tränenproteine: Lysozym, Lactoferrin, Mucin und Defensine hemmen das Bakterienwachstum4). 9 % des Tränenproteoms sind an der antimikrobiellen Funktion beteiligt4).
Epitheliale Tight Junctions: Tight Junctions zwischen den Epithelzellen von Hornhaut und Bindehaut bilden eine physikalische Barriere2).
Immunologische Abwehr
CALT: Konjunktiva-assoziiertes lymphatisches Gewebe. Follikelstrukturen mit dendritischen Zellen, B-Zellen und T-Zellen, die sowohl für Immun toleranz als auch Immunüberwachung zuständig sind2).
Sekretorisches IgA: Produziert von IgA-produzierenden Plasmazellen in der Tränendrüse und der Bindehaut. Hemmt die Anhaftung von Krankheitserregern und umhüllt kommensale Bakterien nicht entzündlich2).
γδT-Zellen, MAIT-Zellen, NKT-Zellen: Unkonventionelle T-Zellen, die im Epithel vorkommen und die Brücke zwischen angeborener und adaptiver Immunität bilden2).
Corynebacterium mastitidis ist ein häufig auf der Augenoberfläche vorkommendes, nicht pathogenes Kommensalbakterium 2). Dieses Bakterium stimuliert γδT-Zellen der Konjunktiva, um die Sekretion von IL-17 und IL-22 zu induzieren 2).
Wirkung von IL-17: Fördert die Produktion antimikrobieller Peptide (Defensine usw.) in Konjunktivalepithelzellen 2). Rekrutiert Neutrophile über IL-8 und GM-CSF zur Beseitigung von Krankheitserregern durch Phagozytose, reaktive Sauerstoffspezies und neutrophile extrazelluläre Fallen (NETs) 2). Induziert außerdem die Proliferation epithelialer Stammzellen und die Expression von Tight-Junction-Proteinen, wodurch die Barrierefunktion wiederhergestellt wird 2)
Wirkung von IL-22: Fördert die Produktion antimikrobieller Proteine durch Epithelzellen 2). Stimuliert die Mucinproduktion und Tight-Junction-Bildung und erhält die Homöostase der Epithelbarriere 2). Stimuliert die Proliferation von Hornhautepithelzellen und fördert die Wundheilung (Reepithelialisierung) 2)
TLR2, TLR4 und TLR5 des Hornhautepithels sind nicht an der Oberfläche, sondern intrazellulär auf der Ebene der Flügelzellen und Basalzellen lokalisiert 2). Diese strategische Anordnung bewahrt einen Zustand der „Immunsilence“, bei dem durch Kontakt mit Kommensalbakterien keine unnötigen Entzündungsreaktionen ausgelöst werden 2). Wenn das Epithel geschädigt wird, werden diese TLR aktiviert und die nachgeschaltete Entzündungskaskade wird in Gang gesetzt.
Folgende Wege werden für die Induktion von Augenoberflächenerkrankungen durch eine Anomalie der Darmmikrobiota vorgeschlagen 2):
Durch Darmdysbiose aktivierte dendritische Zellen wandern in die Tränendrüse und die Augenoberfläche und induzieren die Differenzierung von Effektor-T-Zellen
Im Darm sensibilisierte Effektor-T-Zellen und Autoantikörper von autoreaktiven B-Zellen erreichen die Augenoberfläche und verursachen Entzündungen
Der Zusammenbruch der Darmbarriere führt zum Austritt von LPS in den systemischen Kreislauf, was eine systemische Entzündung über TLR auslöst
Die Abnahme kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) produzierender Bakterien führt zu einem Ungleichgewicht des Treg/Th17-Verhältnisses
In Tiermodellen zeigt die Augenoberfläche keimfreier Mäuse eine verringerte Becherzelldichte und Epithelschäden, die durch fäkale Transplantation verbessert werden 5).
QWarum ist Corynebacterium mastitidis wichtig für die Augengesundheit?
A
C. mastitidis ist ein nicht pathogenes Kommensalbakterium, das γδT-Zellen der Konjunktiva stimuliert, um die Sekretion von IL-17 und IL-22 zu induzieren. Dies führt zur Produktion antimikrobieller Peptide, Rekrutierung von Neutrophilen und Stärkung der Epithelbarriere, wodurch die Besiedlung durch Krankheitserreger verhindert wird.
Kittipibul et al. (2021) verglichen das konjunktivale Mikrobiom von 20 Augen von Patienten mit Stevens-Johnson-Syndrom und 20 Augen gesunder Probanden 3). In der Kulturmethode waren 60 % der Augen in der Stevens-Johnson-Gruppe positiv, verglichen mit 10 % in der gesunden Gruppe. Die 16S-rRNA-Sequenzierung identifizierte Pseudoalteromonadaceae, Vibrionaceae, Burkholderiaceae und Enterobacteriaceae als Kernmikrobiom der Stevens-Johnson-Gruppe. Der Schweregrad der Erkrankung war in der kulturpositiven Gruppe signifikant höher (p = 0,016).
Peter et al. (2023) berichteten über den Zusammenhang zwischen dem gesunden Augenoberflächenmikrobiom und dem Tränenproteom 4). Von den 2172 Tränenproteinen waren 9 % an der antibakteriellen Funktion beteiligt. Der Aminosäurestoffwechselweg wird als Schnittstelle zwischen Augenoberflächenbakterien und Tränenzusammensetzung betrachtet, und es wird vermutet, dass Corynebacterium zum Aminosäurestoffwechsel beitragen könnte.
Bakteriophagen sind wichtige Regulatoren von Bakterienpopulationen, und ihre therapeutische Anwendung als Alternative zu Antibiotika wird untersucht 4). Auch auf der Augenoberfläche wurden Phagen der Familie Siphoviridae nachgewiesen, die zukünftige therapeutische Ziele darstellen könnten 4).
Die Behandlung von Augenoberflächenerkrankungen durch Manipulation der Darmmikrobiota wird erforscht 2). Klinische Studien zur FMT bei Patienten mit Sjögren-Syndrom laufen, aber es sind weitere Untersuchungen erforderlich, um den pathophysiologischen Zusammenhang zwischen Darmmikrobiota und Augenoberfläche zu klären 5).
Die Etablierung standardisierter Analyseprotokolle in Umgebungen mit geringer Biomasse ist dringend erforderlich 4). Eine mehrschichtige Analyse, die Metagenomik, Proteomik und Metabolomik integriert, wird erwartet, um das funktionelle Verständnis des Augenoberflächenmikrobioms zu vertiefen 3).
Doularamani M, Murthy SI. Role of ocular surface microbiome in health and disease. Indian journal of ophthalmology. 2023;71(6):2595. doi:10.4103/ijo.IJO_8_23_1. PMID:37322688; PMCID:PMC10418028.
Tariq F, Hehar NK, Chigbu DI. The Ocular Surface Microbiome in Homeostasis and Dysbiosis. Microorganisms. 2025;13:1992. doi:10.3390/microorganisms13091992.
Kittipibul T, Puangsricharern V. The Ocular Microbiome in Stevens-Johnson Syndrome. Front Med. 2021;8:645053. doi:10.3389/fmed.2021.645053.
Peter VG, Morandi SC, Herzog EL, Zinkernagel MS, Zysset-Burri DC. Investigating the Ocular Surface Microbiome: What Can It Tell Us? Clin Ophthalmol. 2023;17:259-271. doi:10.2147/OPTH.S359304. PMID:36698849; PMCID:PMC9870096.
Markoulli M, Ahmad S, Arcot J, Arita R, Benitez-Del-Castillo J, Caffery B, et al. TFOS Lifestyle: Impact of nutrition on the ocular surface. The ocular surface. 2023;29:226-271. doi:10.1016/j.jtos.2023.04.003. PMID:37100346.
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