Kleine Gäste in unserem Bauch

Forschung und Innovation

Mai

2015

Ian Horman

Unser Verdauungssystem funktioniert wie eine biochemische Fabrik. Die Bauchspeicheldrüse beschickt Mund, Magen und Verdauungstrakt mit Enzymen, die unsere Nahrung aufschliessen und damit Nährstoffe freisetzen, die Körper und Gehirn versorgen. Ungenutzte Nahrungsrückstände werden über den Enddarm als Fäzes ausgeschieden.

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Wissenschaft

Darf ich mich vorstellen? Ich bin die Mikroflora

Der Darm beherbergt als Teil des Verdauungstrakts rund 100 Billionen (10¹⁴)Mikroben. Das sind in etwa zehn Mal so viele, wie unser Körper Zellen hat. Im Darm eines durchschnittlichen, gesunden Erwachsenen leben bis zu 2 kg Bakterien. Eine geringere Zahl weiterer Mikroben besiedelt die Haut und andere Teile des Körpers. Zusammen bilden sie die menschliche Mikroflora.

Die Darmflora hilft uns Nahrung zu verwerten, die nicht von Magen und Dünndarm aufgeschlossen werden kann, und unterstützt die Produktion der Vitamine B und K. Eine gesunde und ausgewogene Darmflora sorgt dafür, dass unser Verdauungssystem richtig funktioniert. Darüber hinaus spielt sie eine wichtige Rolle für unser Immunsystem – geschätzte 80% unseres Immunsystems befinden sich im Darm, als Schutzbarriere, die auch Angriffe durch andere Mikroorganismen verhindert.⁽¹⁾

Seit den 1950er Jahren haben Mikrobiologen zunehmend Zusammenhänge zwischen unserer Darmflora und unserem Gesundheitszustand nachgewiesen. Demnach ist der Darm ein wichtiger Bioreaktor für unsere Gesundheit. Ausserdem steht die Mikroflora in einem permanenten Informationsaustausch mit unserem Gehirn bezüglich unserer Verdauung, unseres Stoffwechsels, unseres Erinnerungsvermögens, unserer Stimmung und unseres Wohlbefindens.

Die Bildung der Mikroflora beginnt mit der Geburt

Bei unserer Geburt ist der Verdauungstrakt so gut wie steril. Doch schon in den ersten Minuten nach der Geburt beginnen Mikroben mit der Besiedelung des Darms. Wichtig ist, welche Mikroben den Anfang machen, und das wiederum ist abhängig davon, wie wir auf die Welt kommen. Bei einer vaginalen Geburt verlässt das Baby den Körper der Mutter über deren Unterleib und nimmt dabei Mikroben auf. Sobald man es auf den Körper der Mutter legt, kommen weitere Mikroben von deren Haut dazu. Babys, die per Kaiserschnitt entbunden werden, nehmen die ersten Mikroben beim Kontakt mit der Mutter, insbesondere beim Stillen, aber auch aus der Umgebung auf.

Bei unserer Geburt ist unser Immunsystem und das Ökosystem unseres Darms noch nicht ausgereift. Es muss erst einmal lernen, zwischen schädlichen (z.B. Krankheitserregern) und unschädlichen Substanzen ( z.B. Nahrungsproteinen) zu unterscheiden, um auf schädliche Substanzen zu reagieren und uns vor ihnen zu schützen und die unschädlichen zu ignorieren. Die Mikroflora unterstützt die Ausreifung des Immunsystems und hilft ihm angemessen auf Krankheitserreger zu reagieren. Vergleicht man Babys, die vaginal entbunden wurden, mit solchen, die per Kaiserschnitt zur Welt kamen, so kann man sehen, wie wichtig das ist. Ihre Mikroflora entwickelt sich unterschiedlich und, so folgern Wissenschaftler, damit auch ihr Immunsystem. Studien zufolge sind Kaiserschnitt-Babys im Frühstadium anfälliger für bestimmte Infektionen und Allergien.⁽²⁾

Veränderungen der Mikroflora

Die Zusammensetzung der Mikroflora hängt von vielen Dingen ab. Eine wichtige Rolle spielen Veränderungen der Lebensgewohnheiten und damit Faktoren wie ein urbaner, bewegungsarmer Lebensstil, Alkohol, Rauchen und Drogen. Aber auch was wir essen oder nicht essen hat Einfluss auf die Entwicklung unserer Mikroflora.⁽³⁾Mittlerweile fragen sich Wissenschaftler auch, ob der heutige Trend zu immer mehr Sauberkeit und Gesundheit überhaupt gut ist. Sie vermuten, dass sich die zunehmende Hygiene auf unsere Mikroflora auswirkt. Antibiotika sind zwar erforderlich, um Infektionen zu bekämpfen, stören jedoch das mikrobielle Gleichgewicht des Darms erheblich. Schon Jahrhunderte vor der Entdeckung des Penicillins 1928 produzierte die Mikroflora ihre eigenen Antibiotika!

Die Enterotoypen des Menschen

Wissenschaftler vereinfachen diesen komplizierten Sachverhalt, indem sie Menschen je nach ihrer Mikroflora in drei Enterotypen einteilen: Prevotella, Bacteroides und Ruminococcus. Die Gruppen sind jeweils nach der dominierenden Bakterienart benannt. Die Entwicklung eines bestimmten Enterotyps lässt sich zwar nicht durch Körpermasse, Geschlecht, Alter oder Nationalität erklären, sie scheint jedoch im Zusammenhang mit der langfristigen Ernährung zu stehen. Wer sich überwiegend von Kohlenhydraten ernährt, beherbergt meist Prevotella, wer überwiegend Proteine und tierische Fette zu sich nimmt, ist dagegen meist von Bacteroides besiedelt.⁽⁴⁾Eine vorübergehende Ernährungsumstellung bleibt ohne Einfluss auf den Enterotyp. Wissenschaftler untersuchen jedoch, ob eine einschneidende langfristige Ernährungsumstellung eine Veränderung des Enterotyps bewirken kann und ob dies der Gesundheit zugute kommen könnte. Vielleicht wird es also eines Tages von Nutzen sein, den eigenen Enterotyp zu kennen, um herauszufinden, welche Ernährung zu uns passt und welche Medikamente am besten wirken!

Die Mikroflora – eine Waffe gegen Fettleibigkeit

Wissenschaftler fragen sich auch, ob ein Zusammenhang zwischen der Mikroflora und der Neigung zur Gewichtszunahme besteht. So herrscht zunehmend die Auffassung, dass es bald möglich sein wird, Fettleibigkeit (Adipositas) über eine Veränderung der Mikroflora zu bekämpfen.
Eine Studie an Mäusen ergab diesbezüglich erste positive Ergebnisse. Dabei wurde die Mikroflora von Zwillingsmäusen, von denen ein Tier schlank und eines übergewichtig war, in keimfreie Mäuse transplantiert. Mäuse, welche die Mikroflora ihrer übergewichtigen Artgenossen erhielten, nahmen rasch zu, ohne mehr zu essen, während Mäuse, welche die Mikrobiota ihrer schlanken Artgenossen erhielten, schlank blieben. Die Auswirkung auf den Stoffwechsel war signifikant.⁽⁵⁾(3a, 4a)
Das Mausmodell von Ridaura zeigte auch, dass übergewichtige Mäuse bei einer entsprechenden Mikrobenspende und Ernährungsanpassung wieder an Gewicht verlieren können. Ein aktueller Übersichtsartikel unterstützt die Annahme, dass uns die Ergebnisse dieser Studie einen weiteren Schritt hin zur Prüfung einer Adipositas-Therapie beim Menschen mittels einer spezifischen Kombination geeigneter Bakterien bringen.⁽⁶⁾

Fazit

Ein verbessertes Verständnis unserer Mikroflora, der verschiedenen Bakterienstämme, die unseren Darm besiedeln, und deren Rolle für die Verwertung der Nahrung in unserem Körper wird sich mit grosser Sicherheit auf unsere zukünftigen Ernährungsgewohnheiten auswirken.

Sources

www.gutmicrobiotawatch.org

Negele K, Heinrich J, Borte M, et al., Mode of delivery and development of atopic disease during the first 2 years of life. Pediatr Allergy Immunol. 2004;15(1):48–54
Debley JS, Smith JM, Redding GJ, et al., Childhood asthma hospitalization risk after cesarean delivery in former term and premature infants. Ann Allergy Asthma Immunol. 2005;94(2):228-33
Laubereau B, Filipiak-Pittroff B, von Berg A, et al., Caesarean section and gastrointestinal symptoms, atopic dermatitis, and sensitisation during the first year of life. Arch Dis Child. 2004;89(11):9937. www.ncbi.nlm.nih.gov Eggesbø M, Botten G, Stigum H, et al. Is delivery by cesarean section a risk factor for food allergy? J Allergy Clin Immunol. 2003;112(2):420-6

Eva Sirinathsinghji, The symbiotic relationship between humans and the microbes living inside us is increasingly linked to health, disease and even behavior, Institute of Science Today, 20.11.2013
www.i-sis.org.uk

Wu, G. D., Chen, J., Hoffmann, C., Bittinger, K. et al., Linking Long-Term Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes, Science 334 (6052), 2011, 105–8. doi:10.1126/science.1208344

Ley, Ruth E., Turnbaugh, Peter J., Klein, Samuel, Gordon, Jeffrey I., Microbial ecology: Human gut microbes associated with obesity, Nature 444 (7122), 2006, 1022–3. doi:10.1038/4441022a. PMID 17183309
Vanessa K. Ridaura et al., Gut microbiota from twins discordant for obesity modulate metabolism in mice, Science 341 (6150), 2013. doi:10.1126/science.1241214

Walker, A. W., Parkhill, J., Fighting Obesity with Bacteria. Science 341 (6150), 2013, 1069–1070
Turnbaugh P.J., Ridaura V.K., Faith J.J., Rey F.E., Knight R., Gordon J.I., The effect of diet on the human gut microbiome: a metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice, Sci Transl Med, 2009, 11;1(6):6ra14.

Abkürzungen

NIHS: Nestlé Institute of Health Sciences
www.nestleinstitutehealthsciences.com/
Das Nestlé Institute of Health Sciences ist ein auf Biomedizin spezialisiertes Forschungslabor mit Hauptsitz auf dem Campus der renommierten EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) in Lausanne. Das Institut ist Teil des weltweiten Forschungs- und Entwicklungsnetzwerks von Nestlé.

NRC: Nestlé Research Center
www.research.nestle.com/
Das Nestlé Research Center ist ein Zentrum für wissenschaftliche Grundlagenforschung und Innovation innerhalb der Nestlé Gruppe. Die Aufgabe des Zentrums besteht darin, die Wissenschaft und Technologie weiter voranzutreiben – von der Grundlagenforschung in den Bereichen Ernährung und Gesundheit bis hin zur angewandten Forschung für die Produktentwicklung und Produktvermarktung.

Ian Horman

BSc, PhD.

Nach dem Abschluss seiner Studien an der University of St. Andrews, Schottland, und der University of California, Davis, USA, stiess er 1969 als Spezialist für Massenspektrometrie und Kernspinresonanzspektroskopie zur Forschungsabteilung von Nestlé. Von 1987 an leitete er die Kommunikationsabteilung im Nestlé Forschungszentrum (NRC) und blieb bis zu seiner Pensionierung im Jahr 2003. Seither arbeitet er als Berater und Autor für die firmenweite Forschung und Entwicklung innerhalb der Nestlé.

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