Auswirkungen wiederholter Einfrier‑Auftau‑Zyklen auf die Stabilität der Zusammensetzung des fäkalen Mikrobioms

Warum gefrorener Kot für die Gesundheitsforschung wichtig ist

Große Gesundheitsstudien weltweit lagern gefrorene Stuhlproben, um zu verstehen, wie Darmbakterien alles von Adipositas bis Krebs beeinflussen. Viele dieser wertvollen Proben werden jedoch aufgetaut und wieder eingefroren, wenn neue Fragestellungen auftauchen oder neue Technologien verfügbar werden. Diese Studie stellt eine praktische, aber entscheidende Frage: Wie oft kann man eine Stuhlprobe sicher einfrieren und auftauen, bevor sich das Bild des Darmmikrobioms zu verwaschen beginnt?

Wie Darmproben tatsächlich im Labor gehandhabt werden

Im Idealfall würden Wissenschaftler Stuhl unmittelbar nach der Abgabe analysieren. In der Realität sammeln Menschen Proben zu Hause, lagern sie kurz im Kühlschrank und schicken sie dann ins Labor, wo sie für die Langzeitlagerung eingefroren werden. Wenn Forscher später neue Tests durchführen wollen, müssen sie die Probe auftauen, einen kleinen Teil entnehmen und den Rest wieder einfrieren. Jeder Einfrier‑Auftau‑Zyklus kann bakterielle Zellen und ihre DNA schädigen und damit ein verzerrtes Bild der vorhandenen Mikroben liefern. Frühere Studien lieferten gemischte Ergebnisse und nutzten oft kleine Tiermodelle, Säuglinge oder ältere Laborverfahren, die nicht vollständig mit den heutigen großen Humanstudien übereinstimmen.

Wiederholtes Einfrieren auf die Probe gestellt

Die Forscher rekrutierten fünf gesunde Erwachsene im Alter von 25 bis 50 Jahren, die keine kürzlichen Darmbeschwerden oder Antibiotikaeinnahme gehabt hatten. Jede Person gab eine Stuhlprobe ab, die sorgfältig homogenisiert und aufgeteilt wurde. Ein Teil wurde sofort verarbeitet, um das „frische“ Mikrobiom zu erfassen. Der Rest wurde bei sehr niedriger Temperatur eingefroren. Alle paar Tage wurde die gefrorene Ampulle langsam nur soweit erwärmt, dass ein kleines Stück für die DNA‑Extraktion entnommen werden konnte; dann wurde sie wieder tiefgefroren. Dies wurde pro Person sechs Mal wiederholt. Anschließend sequenzierten die Forscher bakterielle DNA aus jedem Zeitpunkt mittels eines gängigen genbasierten Verfahrens, das bestimmt, welche Mikrobengruppen vorhanden sind und wie häufig sie vorkommen.

Die mikrobielle Vielfalt bleibt überraschend stabil

Über die sechs Einfrier‑Auftau‑Zyklen änderten sich die Gesamtreichhaltigkeit und das Gleichgewicht der Darmmikroben in jeder Probe nur geringfügig. Maße der Diversität innerhalb einzelner Proben und Unterschiede zwischen Proben blieben stabil. Als die Forscher statistische Werkzeuge nutzten, um Muster über alle Proben zu visualisieren, war der wichtigste Trennfaktor nicht die Anzahl der Einfrierzyklen, sondern die Person, von der die Probe stammte. Mit anderen Worten: Ihr persönlicher mikrobieller Fingerabdruck blieb weitaus entscheidender als jede Einfrierhistorie. Die DNA‑Ausbeute sank nach dem ersten Einfrieren zwar ab, blieb danach jedoch stabil, was darauf hindeutet, dass die Menge an nutzbarem genetischem Material weiterhin für zuverlässige Analysen ausreichend war.

Erst nach vielen Zyklen zeigen sich kleine Verschiebungen

Beim genaueren Blick auf einzelne Bakteriengruppen prüfte das Team, ob bestimmte Typen bei wiederholtem Einfrieren zunahmen oder abnahmen. Eine sehr konservative Analysemethode detektierte selbst nach sechs Zyklen keine bedeutsamen Veränderungen. Eine empfindlichere Methode fand moderate Verschiebungen in einem kleinen Bruchteil der bakteriellen Gruppen. Diese Veränderungen traten vor allem nach vier oder mehr Zyklen auf und zeigten sich am deutlichsten in einer weitreichenden Gruppe von Darmbakterien, die als relativ anfällig gilt. Einige andere Gruppen schienen im Zeitverlauf leicht zuzunehmen. Da diese Signale jedoch nicht konsistent über alle Methoden hinweg auftraten, warnen die Autorinnen und Autoren, dass zumindest einige dieser scheinbaren Verschiebungen Fehlalarme und keine echten biologischen Effekte sein könnten.

Was das für gelagerte Stuhlsammlungen bedeutet

Für Personen, die große Mikrobiomstudien entwerfen oder wiederverwenden, ist die Botschaft beruhigend. Wenn Stuhlproben gesunder Erwachsener langsam aufgetaut und schnell wieder eingefroren werden, bleibt das Gesamtbild des Darmmikrobioms mindestens drei Einfrier‑Auftau‑Zyklen sehr gut reproduzierbar. Persönliche Unterschiede zwischen Individuen überlagern mögliche Effekte des Einfrierens. Ab etwa vier Zyklen können in einigen bakteriellen Gruppen subtile Veränderungen auftreten, sodass häufige Wiederverwendung derselben Ampulle die Genauigkeit allmählich verringern könnte. Insgesamt unterstützt die Studie das sichere erneute Analysieren von Proben, die einmal oder wenige Male aufgetaut wurden, und eröffnet die Möglichkeit, bestehenden gefrorenen Sammlungen deutlich mehr wissenschaftlichen Nutzen zu entziehen, ohne für jede neue Fragestellung neue Probanden rekrutieren zu müssen.

Zitation: Sangermani, M., Desiati, I., Quattrini, N. et al. Effects of repeated freeze and thaw cycles on the stability of faecal microbiome composition. Sci Rep 16, 9880 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39939-w

Schlüsselwörter: Darmmikrobiom, Stuhlproben, Probenlagerung, Einfror‑Auftau‑Zyklen, Mikrobiom‑Sequenzierung