Darmflora, Mikrobiom, und der Einfluss auf den gesamten Organismus

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Die Exposition zur Außenwelt sowie besonders das Mikrobiom der Eltern beeinflussen die Entwicklung der Darmflora des Säuglings nach der Geburt.

Der Dickdarm des Menschen mit seiner Oberfläche von 400 m2 ist das am dichtesten von Mikroorganismen (1.013 bis 1.014 Mikroorganismen) besiedelte menschliche Organ. Diese Mikroben besitzen dabei mindestens 100-mal mehr Gene als der Mensch selbst. In Anlehnung an den Begriff Genom wird die kollektive genetische Information dieser Darmflora auch Mikrobiom genannt.
Das Mikrobiom liefert dem Menschen eine Vielzahl biologisch aktiver Substanzen, die wir im Laufe der Evolution selbst nicht entwickeln mussten. Mithilfe molekularbiologischer Methoden, welche die Amplifikation von mikrobiellen Markergenen erlauben und neuester Hochdurchsatz-Sequenzierverfahren konnte dann ein genaues Abbild der Darmflora gewonnen werden.

Jedenfalls zeigten zahlreiche Studien zur Darmflora starke Zusammenhängen zwischen Darm, Mikrobiom sowie vielen menschlichen Krankheiten. Die Forschung vermutet, dass das Wechselspiel im Darm für die Erkennung, Vorbeugung sowie Behadnlung zahlreicher Krankheiten große Bedeutung hat. Eine wichtige Rolle spielen hierzu auch die Ernährung, die Nährstoffe und pharmakologische Faktoren. Allerdings darf man auch den Einfluss von internen Faktoren auf das Mikrobiom nicht vernachlässigen.

 

Normale Darmflora und persönliches Mikrobiom

Ca. 40.000 verschiedene Bakterienarten (Species), jeder Mensch selbst beherbergt ca. 400 verschiede Species, können im menschlichen Dickdarm vorkommen. Trotz dieser Diversität dominieren zwei Bakteriengruppen, Gram-positive Bakterien der Gruppe Firmicutes (z.B.: Clostridium, Bacillus) und Gram-negative der Gruppe Bacteroidetes (z.B.: Bacteroides). Jeder Mensch besitzt eine persönliche Mikrobiom welche unter anderem durch Rasse, Geschlecht und Ernährungsgewohnheiten beeinflusst wird.

Die Entwicklung der individuellen Darmflora wird nach der Geburt von der Exposition zur Außenwelt, besonders der Mikroflora der Eltern beeinflusst. Sie zeigt während des ers­ten Lebensjahres große Fluktuationen, mit ca. einem Lebensjahr (Beginn der Erwachsenendiät) setzt sich die individuelle relativ stabile Signatur fest.

 

Metabolische Funktionen

Menschliche Darmbakterien produzieren eine Vielzahl von Enzymen, welche pflanzliche Kohlenhydrate verstoffwechseln und dem Menschen zugänglich machen. Dem menschlichen Genom fehlen diese Enzyme. Ein dominanter Symbiont ist Bacteroides thetaiotaomicron, welcher ein besonders großes Repertoire dieser Enzyme besitzt. Außerdem induziert B. thetaiotaomicron die Epithelhomöostase und -regeneration sowie die Adsorption von Nährstoffen und auch die Darmmotilität.

Besonders kurzkettige Fettsäuren (z.B.: Buttersäure) sind essentielle Nährstoffe für das Epithel, diese stammen aus der bakteriellen Fermentation und machen ca. 10% der Kalorien unserer Nahrung aus. Es verwundert nicht, dass die Darmflora somit einen direkten Einfluss auf unseren Ernährungsstatus hat.

Personen mit Adipositas haben eine veränderte Darmflora mit erhöhter Kapazität zur Utilisation von Nährstoffen. In Tierexperimenten war diese Adipositas-assoziierte Mikroflora auf normalgewichtige Versuchstiere übertragbar, die dann ihrerseits eine deutliche Gewichtszunahme zeig­ten. Weitere wichtige, von Darmbakterien produzierte Substanzen sind essenzielle Aminosäuren und Vitamine oder deren Vorstufen (Vitamin K, B-Vitamine).

 

Entwicklung und Aktivität des ­Immunsystems

Der Darm ist jedenfalls ein wichtiges Immunorgan, dessen Funktion direkt durch kommensale Bakterien beeinflusst wird. Dabei ist der protektive Effekt einer vor allem frühkindlichen Exposition zu Mikroben in der Entwicklung von Autoimmunerkrankungen (z.B.: Asthma, atopische Dermatitis) bekannt. Hierzu spielt wiederum Zucker eine bedeutende Rolle.

Bacteroides fragilis produziert ein Kohlenhydrat (Polysaccharid A), welches die regelrechte Entwicklung des Immunsystems des Darmes induziert sowie eine potente entzündungshemmende Rolle bei entzündlichen Darmerkrankungen zeigt. Durch die spezifische Erkennung der kommensalen Mikroflora durch das angeborene Immunsystem wird die Regeneration des Darmes nach exogenen Schädigungen (z.B.: Strahlencolitis) wirkungsvoll begünstigt.

Bei chronisch-entzündlichen Darm­erkrankungen ist die phy­siologische Darmflora hochgradig alteriert und es besteht eine Dysbalance zwischen protektiven Kommensalen sowie pathogenen Mikroben. Diese Erkenntnisse aus neuen molekularen Studien unterstreichen die Erfahrung, dass gewisse Probiotika einen mitigierenden Effekt auf den Verlauf dieser Erkrankungen zeigen. Die Erforschung dieser Mechanismen, wird in Zukunft eine Basis für präventive Maßnahmen und neue Therapien (z.B.: Pro-, Präbiotika) eröffnen.

Literatur:

Chang CS, Kao CY. Current understanding of the gut microbiota shaping mechanisms. J Biomed Sci. 2019 Aug 21;26(1):59. doi: 10.1186/s12929-019-0554-5.

Heintz-Buschart A, Wilmes P. Human Gut Microbiome: Function Matters. Trends Microbiol. 2018 Jul;26(7):563-574. doi: 10.1016/j.tim.2017.11.002. Epub 2017 Nov 22.

Blum HE. The human microbiome. Adv Med Sci. 2017 Sep;62(2):414-420. doi: 10.1016/j.advms.2017.04.005. Epub 2017 Jul 13.

Maruvada P, Leone V, Kaplan LM, Chang EB. The Human Microbiome and Obesity: Moving beyond Associations. Cell Host Microbe. 2017 Nov 8;22(5):589-599. doi: 10.1016/j.chom.2017.10.005.

Quelle: Bedeutung der normalen Darmflora für Gesundheit und Krankheitsentstehung. Dr. Gregor Gorkiewicz. MEDMIX 12/2008

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Lena Abensberg

MEDMIX-Redaktion, AFCOM Digital Publishing Team

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