Spannendes aus der Mikrobiomforschung

Seit rund zehn Jahren wird die Besiedlung des Darms erforscht. Dennoch sind grundsätzliche Fragen zum menschlichen Mikrobiom nach wie vor ungeklärt. Neueste Erkenntnisse liefern nun drei Teams von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München.

A. Baby-Darm bleibt seiner Ursprungsbesiedlung treu

Kann die Darmflora eines Babys durch Zu­gabe von Bakterien in die Milchnahrung beeinflusst werden? Mit dieser Frage befasste sich ein Team um Prof. Dirk Haller (Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie der TUM) und Prof. Philippe Schmitt-Kopplin (Abteilung Analytische Biogeochemie (BGC) am Helmholtz Zentrum München). Sie untersuchten an 105 Babys die Wirkung von mehreren Bifidobakterien als Zusatz in Milchnahrung in den ersten zwei Lebensjahren. Bifidobakterien sind wichtige Besiedler im Neugeborenendarm und werden immer wieder mit probiotischen Effekten in Zusammenhang gebracht. Völlig unklar ist die Frage, ob Bifidobakterien in der Säuglingsnahrung die Besiedlung des Darms und deren Stoffwechselprodukte (Metabolite) in der monatlichen Dynamik des ersten Lebensjahrs beeinflusst. Die Wissenschaftler konnten belegen, dass die Darmflora bei Säuglingsnahrung im Vergleich zur Muttermilch tatsächlich signifikant unterschiedlich ist und hetero­gener zusammengesetzt war. „Allerdings stellten wir am Ende des zweiten Jahres fest, dass Bifidobakterien in der Nahrung nur wenig Einfluss auf die Kolonisierung hatten und anfängliche Unterschiede im Laufe der zwei Jahre wieder verschwanden“, sagt Haller. „Das wirft natürlich sehr viele neue Fragen auf, etwa ob Babys gar keine heterogene Mikrobiota brauchen? Denn die Muttermilchzusammensetzung enthält wenige dominante Bifidobakterien­arten. Später im Erwachsenenalter haben wir eine viel heterogenere Besiedelung des Darmes und Diversität korreliert mit einem gesunden Ökosystem.“ Ab Februar 2018 wird daher eine Folgestudie zum Thema durchgeführt, um die aufgekommenen Fragen zu klären.

B. Kalte Kartoffeln gegen komplexe Krankheiten

Kühlen stärkehaltige Lebensmittel wie Kartoffeln ab, dann entsteht resistente Stärke. Sie ist von den körpereigenen Enzymen, den Amylasen, nicht abbaubar und soll Krankheiten wie Darmkrebs und Diabetes vorbeugen. Doch wie sie genau im Körper wirkt, ist bisher kaum erforscht. In einer aktuellen Studie zeigten die Wissenschaftler, dass besonders die Bakteriengattung Firmicutes von einer Diät mit viel resistenter Stärke profitiert. Zugleich wurden im Darm Moleküle gebildet, die für den menschlichen Fettstoffwechsel eine wichtige Rolle spielen. Für die Studie hatten die Autoren Stuhlproben von 39 Probandinnen und Probanden untersucht, die sich jeweils für zwei Wochen von viel oder wenig resistenter Stärke ernährt hatten. Dazwischen lag eine Übergangsphase ohne spezielle Diät.
„Durch die Verknüpfung von genomischen, proteomischen und metabolomischen Daten konnten wir erstmals einen umfassenderen Einblick gewinnen, wie sich resistente Stärke auf das Mikrobiom im Darm und damit auch auf die Gesundheit auswirkt“, erklärt Prof. Schmitt-Kopplin – „gerade mit Blick auf Ernährungsstudien und die Diabetesforschung wollen wir die Zusammenhänge künftig noch detaillierter aufklären.“

C. Neue Molekülklasse im Darm

In einer weiteren Studie wiesen die Mikrobiom-Experten zudem eine ungewöhnliche Klasse von bakteriellen Fetten (Sulfonolipiden) im Darm nach. „Im Darm befinden sich zahlreiche Stoffwechselprodukte, die sich in Abhängigkeit der Ernährung aber auch des Gesundheitsstatus des Wirtes verändern“, erklärt BGC-Wissenschaftlerin Dr. Alesia Walker. „Sie aufzuspüren und metabolomisch zu charakterisieren ist ein erster Schritt, um das komplexe Wechselspiel zwischen dem Darm und seinen Bewohnern zu verstehen.“ Bisher waren die Fette nur in Umweltbakterien beschrieben worden, nun fanden die Forscher sie im Darm von Mäusen. Zudem konnten die Wissenschaftler bereits feststellen, welche Bakterien genau die seltenen Verbindungen herstellen (Alistipes und Odoribacter). Jetzt wollen die Forscher herausfinden, ob sich diese Erkenntnisse auch für Menschen bestätigen und die Lipide auf deren biologische Funktion testen.

Bazanella, M. et al. (2017): Randomized controlled trial on the impact of early-life intervention with bifidobacteria on the healthy infant fecal microbiota and metabolome. The American Journal of Clinical Nutrition, DOI: 10.3945/ajcn.117.157529

Maier, TV. et al. (2017): Impact of Dietary Resistant Starch on the Human Gut Microbiome, Metaproteome, and Metabolome. mBio, DOI: 10.1128/mBio.01343-17
Walker, A. et al. (2017): Sulfonolipids as novel metabolite markers of Alistipes and Odoribacter affected by high-fat diets. Scientific Reports, DOI: 10.1038/s41598-017-10369-z

* Metabolomik (engl.: metabolomics) bezeichnet einen neuen Ansatz in der Stoffwechselforschung, der die Stoffwechsel-Eigenschaften ganzheitlich, unter Einbeziehung von Umsatzraten, Interaktion sowie räumlicher und zeitlicher Trennung einzelner Stoffwechselwege, betrachtet. Auch genetische und mikrobielle Einflüsse finden darin Berücksichtigung.

Quelle: Technische Universität München und Helmholtz Zentrum München