Mikrobiom – Jungbrunnen im Darm?

Wie geht es eigentlich meinem Darm? Diese Frage ist präsenter denn je, denn das Mikrobiom unseres Darms gerät immer mehr in unser Bewusstsein und wird mittlerweile für viele Mechanismen in unserem Körper verantwortlich gemacht. Ob wir uralt werden, entscheiden viele Faktoren, auf die wir wohl mehr Einfluss haben, als bislang angenommen. Neueste Forschungen weisen darauf hin, dass die Darmflora maßgeblich daran beteiligt ist, wie lang wir leben und an welchen Krankheiten wir erkranken werden.

Wir zeigen dir in diesem Artikel, was der aktuelle Forschungsstand zum Thema Mikrobiom ist, ob sich Mikrobiom Tests überhaupt lohnen und was kurzkettige Fettsäuren, wie das Butyrat, mit der Gesundheit zu tun haben.

Was ist das Mikrobiom?

Zum Einstieg müssen wir kurz klären, was das Mikrobiom überhaupt ist. Streng genommen besitzen wir verschiedene Mikrobiome. Überall dort, wo sich Bakterien, Viren und Pilze befinden, können wir von einem Mikrobiom sprechen. Das sind z.B. der Gastrointestinaltrakt (insbesondere der Darm), die Haut, der Mund, die Atemwege und das Urogenitalsystem.

In diesem Artikel werden wir uns hauptsächlich um das Mikrobiom des Darms, unsere Darmflora, kümmern.

Die Aufgaben des Mikrobioms

Das menschliche Mikrobiom stellt ein unerschöpfliches Forschungsfeld dar, das täglich neue wissenschaftliche Entdeckungen hervorbringt. Wir lernen mehr über die Bewohner unserer Darmflora, die Darm-Hirn-Achse und wie sich Krankheiten eventuell über das Mikrobiom behandeln lassen. Ohne die Symbiose aus unseren Bakterien und dem Körper könnten wir höchst wahrscheinlich gar nicht überleben. Das Mikrobiom ist z.B. für die Assimilation bestimmter Nährstoffe aus der Nahrung unerlässlich. Der menschliche Körper allein verfügt nicht über das gesamte Spektrum an Enzymen, die für den Abbau jedes Nährstoffs notwendig sind.

Abfallprodukte und das Bauchgefühl

Der Begriff Mikrobiom wird synonym zur Darmflora verwendet und meint dabei die Gesamtheit der Mikroorganismen, die unseren Darm besiedeln. Was für den menschlichen Organismus oft nur als „Abfall“, wie beispielsweise Ballaststoffe, angesehen wird, dient der Darmflora als essenzielle Nahrungsquelle. Die mikrobielle Verdauung dieser Substanzen ist nicht nur für die Bakterien selbst lebensnotwendig, sondern resultiert auch in der Produktion von Metaboliten, die für die menschliche Gesundheit von großem Nutzen sind, darunter sekundäre Gallensäuren, Vitamine, Aminosäurederivate und kurzkettige Fettsäuren.

Zudem besteht eine signifikante Verbindung zwischen dem Mikrobiom und dem enterischen Nervensystem – einem umfangreichen Netzwerk von Neuronen, das den gesamten Gastrointestinaltrakt durchzieht. Dieses wird oft als das „zweite Gehirn“ oder als die physische Manifestation des „Bauchgefühls“ beschrieben.

Wusstest Du?

Zuckerersatzstoffe stehen im Verdacht eine Rolle bei der Insulinresistenz, einer Vorstufe von Diabetes mellitus, zu spielen. Ursprünglich hatte man gehofft, dass die Zuckerersatzstoffe den süßen Geschmack liefern können, ohne die negativen Auswirkungen von Zucker. Dies scheint jedoch nicht der Fall zu sein. In dieser Studie konnten die Forscher zeigen, dass Süßstoffe das Mikrobiom verändern und somit zu der Entstehung der Krankheit beitragen können.

Forschungen zum Mikrobiom

Das Forschungsfeld zum Mikrobiom ist noch recht jung. Dies liegt unter anderem daran, dass viele Bakterien in unserem Darm strikte Anaerobier sind. Das bedeutet, wenn sie in Kontakt mit Sauerstoff kommen, sterben sie beinahe sofort. Um dieses Problem zu umgehen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die sich die Forscher ausgedacht haben. Eines davon ist das Human Microbiome Project.

Human Microbiome Project (HMP) – der Startschuss für die Erforschung des Mikrobioms

Das Human Microbiome Project (HMP) war eine bahnbrechende Initiative, die darauf abzielte, die komplexen mikrobiellen Gemeinschaften zu verstehen, die den menschlichen Körper besiedeln, und ihre Rolle für Gesundheit und Krankheit zu erforschen. Gestartet im Jahr 2007 von den National Institutes of Health (NIH) in den Vereinigten Staaten, war es eines der ersten großen Forschungsprogramme, das sich systematisch mit dem menschlichen Mikrobiom auseinandersetzte.

Ziele des Human Microbiome Project

Das Hauptziel des HMP war die Erstellung einer Referenzdatenbank der Mikrobiota, die verschiedene Teile des menschlichen Körpers bewohnen, einschließlich des Darms, des Mundes, der Haut und der Urogenitaltrakt. Durch den Einsatz modernster genomischer Technologien wie der 16S rRNA-Sequenzierung und der Metagenomik strebte das Projekt an, die genetische Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften zu katalogisieren und ihre Funktionen, Interaktionen sowie ihren Einfluss auf die menschliche Gesundheit zu verstehen.

Wichtige Erkenntnisse

Eines der zentralen Ergebnisse des HMP war die Erkenntnis, dass das menschliche Mikrobiom eine enorme Diversität aufweist und eine signifikante genetische Ressource darstellt, die essentiell für die menschliche Physiologie ist. Das Projekt enthüllte, dass Mikroorganismen an vielen wichtigen biologischen Prozessen beteiligt sind, darunter:

• Verdauung und Metabolismus von Nährstoffen
• Entwicklung und Funktion des Immunsystems
• Schutz gegen pathogene Mikroorganismen
• Beeinflussung der Gehirnfunktion und des Verhaltens

Zudem zeigte das HMP, dass Veränderungen im Mikrobiom mit einer Vielzahl von Krankheiten verbunden sind, einschließlich chronisch-entzündlicher Darmerkrankungen, Fettleibigkeit, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und sogar psychiatrischen Störungen wie Depressionen

Wusstest Du?

Die Besiedlung der Darmflora ist ein lebenslanger Prozess, der bei der Geburt beginnt und erst mit dem Tod endet. In einer Studie, die im “Nature Metabolism“ veröffentlicht wurde, wurde die Darmflora von 9000 Menschen in einer Altersklasse von 18 bis 101 Jahren miteinander verglichen. Die Forscher stellten fest, dass nicht nur der Mensch an sich altert, sondern auch das Mikrobiom des Darms. Bei gesunden Probanden über 77 Jahre stellte man Veränderungen in der Darmflora fest, in welcher seltene Bakterienarten dominierten und das gewöhnliche Mikrobiommuster abnahm. Bei weniger gesunden Probanden fehlte diese Einzigartigkeit.

Mikrobiom Test – welche Möglichkeiten gibt es?

Aus dem HMP entwickelte sich auch der Wunsch nach zuverlässigen Mikrobiom Tests. In dem Projekt wurde zur Mikrobiomanalyse eine komplette Genomsequenzierung, auch als Whole Genome Sequencing (WGS) bekannt, angewendet. Der Vorteil besteht darin, dass alles analysiert wird und genau das ist auch einer der Nachteile. Getreu dem Spruch, „den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr sehen“, kann eine WGS zu viele Informationen bieten, die wir Stand heute, noch gar nicht einordnen können. Vielleicht ist es in der Zukunft möglich mit Hilfe von künstlicher Intelligenz diese Fülle an Informationen besser auszuwerten.

Ein weiterer Nachteil einer kompletten Genomsequenzierung sind die hohen Kosten, sowohl finanziell als auch vom Arbeitsaufwand. Es existieren aber auch noch weitere Mikrobiom Tests auf dem Markt:

Stamm-Analyse von Bakterien

Die Stamm-Analyse von Bakterien, oft durchgeführt mittels 16S rRNA-Sequenzierung, konzentriert sich auf die Identifikation und Quantifizierung spezifischer bakterieller Arten oder Stämme in einer Probe. Die 16S rRNA-Gensequenzierung zielt auf eine hochkonservierte Region im bakteriellen Genom ab, was die Unterscheidung zwischen verschiedenen Bakterienstämmen ermöglicht. Stell dir das Ganze wie einen Barcode vor. Jedes Bakterium besitzt einen solchen Barcode (die 16S rRNA) und für jede Bakterienart variiert dieser Barcode immer ein wenig. Dadurch können die Forscher zwischen verschiedenen Bakterienarten unterscheiden.

Wusstest Du?

Einmal noch kurz zur Begriffserklärung. Bakterien werden in Familien und in Stämme unterteilt. Der erste Teil des Wortes repräsentiert dabei den Familiennamen, z.B. Bacillus und der zweite Teil des Namens repräsentiert den Stamm, in diesem Fall Bacillus subtilis. Auch wenn dieser Name eher nach einem Krankheitserreger klingt, so ist Bacillus subtilis enorm wichtig für unsere Gesundheit. Er wurde sogar zur „Mikrobe des Jahres 2023“ gewählt. Mehr über dieses spannende Bakterium erfährst du in unserem Beitrag zu QBIOTIC.

Weitere Mikrobiom Tests

Neben den bereits erwähnten, gibt es noch einige weitere Tests. Verbreitet sind noch die Shotgun-Metagenom-Sequenzierung und die Metaproteomik. Ersterer bietet im Vergleich zur 16S rRNA-Gensequenzierung den Vorteil, dass auch andere Organismen, wie Viren oder Pilze mit eingeschlossen werden. Bei der Metaproteomik schaut man sich nicht die Genetik an, sondern die produzierten Proteine. Dieses Forschungsfeld, auch Proteomik genannt, ist eines der spannendsten im Bereich der personalisierten Medizin und Longevity. Im Vergleich zur Epigenetik, wo die Marker auf der DNA gemessen werden, schaut man sich bei der Proteomik die hergestellten Proteine an. Darauf basiert auch der neueste Test von MoleQlar, mit dem du dein molekulares Profil erfahren kannst. In Zusammenarbeit mit der renommierten LMU München bieten wir dir einen tiefergehenden Einblick in dein molekulares Ich.

Es sind nicht nur die Gene

Das Forschungsfeld zum Mikrobiom ist hochkomplex und ist durch viele Einflüsse geprägt. Ein interessantes Beispiel ist das Bakterium Eggerthella lenta (E. lenta) DSM 2243, ein Bakterium, welches im menschlichen Darm vorkommt. E. lenta hat eine interessante Interaktion mit dem Herzmedikament Digoxin. Digoxin wurde häufig zur Behandlung bestimmter Herzbeschwerden wie Herzinsuffizienz und Herzrhythmusstörungen verwendet. Es wirkt, indem es die Effizienz des Herzmuskels verbessert und die Herzfrequenz reguliert. Mittlerweile wird es nur noch selten für die Therapien dieser Erkrankungen eingesetzt. Einer der Gründe war die schwierige Dosierbarkeit des Medikaments. Bei einigen Menschen funktionierten bereits kleinste Mengen Digoxins, während andere eine viel höhere Dosis brauchten. Eine mögliche Erklärung versteckt sich wohl in unserem Darm.

Wie das Mikrobiom Medikamente beeinflusst

Bestimmte Stämme von E. lenta in der Lage sind, Digoxin zu metabolisieren und inaktivieren, was die Wirksamkeit des Medikaments im Körper reduziert. Dieser mikrobielle Metabolismus erfolgt durch das Enzym Cardiac Glycoside Reductase, das Digoxin in eine weniger aktive Form umwandelt. Und hier kommt noch ein Faktor ins Spiel, um den ganzen Zusammenhang komplexer zu machen. Colleen Cutcliffe, eine Molekularbiologin, meinte dazu in Peter Attias Podcast, dass es einen Unterschied macht, ob E. lenta eine Kopie des Gens besitzt, welches für das Enzym codiert, ober fünf Gene. Menschen, die eine E.lenta Form mit fünf Genen für die Inaktivierung von Digoxin besitzen, scheinen deutlich schlechter auf das Medikament anzusprechen. Wenn wir in Zukunft mehr über diese Interaktionen herausfinden können, ist dies ein weiterer Schritt hin zur personalisierten Medizin.

Wie kann man das Mikrobiom stärken?

Nachdem wir nun viel über die Testung und die Hintergründe zum Mikrobiom erfahren haben, gehen wir der Frage nach, was wir tun können, um das Mikrobiom aufzubauen, bzw. zu stärken.

Bevor wir tiefer in das Thema eintauchen, müssen wir noch ein paar Begriffe definieren: Wenn du mehr über die einzelnen Themen wissen willst, kannst du einfach auf das Wort klicken und du gelangst zu einem ausführlichen Artikel:

• Probiotika: Dies sind Präparate, die z.B. lebende Darmbakterien enthalten. Probiotika werden gerne eingesetzt, um die Darmflora wieder etwas artenreicher zu gestalten, bzw. um das Gleichgewicht zwischen „guten“ und „schlechten“ Bakterien wieder herzustellen
• Präbiotika: Präbiotika sind Substanzen, meist unverdauliche Kohlenhydrate wie Inulin, Fruktooligosaccharide (FOS) und Galaktooligosaccharide (GOS), die selektiv die Aktivität oder das Wachstum gesundheitsfördernder Mikroorganismen im Darm fördern. In der Nahrung findest du sie als Ballaststoffe und sie dienen als „Futter“ für deine Darmbakterien

Wusstest Du?

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt für Erwachsene eine tägliche Aufnahme von mindestens 30 Gramm Ballaststoffen. Zu finden sind diese Stoffe ausschließlich in Pflanzenprodukten, z.B. in Vollkornprodukten, Obst und Gemüse. Ein hoher Ballaststoffgehalt in der Nahrung sorgt dafür, dass die Bakterien im Darm genügend Nahrung bekommen. Die meisten Menschen essen aber weniger als die empfohlenen 30 Gramm pro Tag.

• Symbiotika: Symbiotika sind Produkte oder Nahrungsergänzungsmittel, die eine Kombination aus Probiotika und Präbiotika enthalten. Die Idee dahinter ist, dass die Präbiotika als Nährstoffquelle für die mit den Probiotika zugeführten lebenden Mikroorganismen dienen, was deren Überleben, Ansiedlung und Wirksamkeit im Darmtrakt verbessern kann.
• Postbiotika: Postbiotika sind bioaktive Verbindungen, die durch die Stoffwechselaktivität von probiotischen Mikroorganismen im Darm produziert werden. Dazu gehören kurzkettige Fettsäuren (wie Butyrat, Propionat und Acetat), Bakteriozine, Enzyme, Vitamine und andere Metaboliten. Diese Substanzen können positive Effekte auf den Wirt haben, indem sie beispielsweise die Darmbarrierefunktion unterstützen, entzündungshemmend wirken und das Immunsystem modulieren.

Über all diese Wege kannst du deine Darmflora stärken. Das Einfachste ist wohl die Ernährung durch mehr Ballaststoffe anzupassen. Solltest du derzeit noch nicht viele Ballaststoffe am Tag zu dir nehmen, dann steigere die Menge am besten langsam, da es ansonsten zu Blähungen oder Magen-Darm-Problemen kommen kann. Mehr über das Thema findest du in unserem Artikel zu Darmflora aufbauen.

Der Butyrat Stoffwechsel – nicht nur wichtig für die Darmgesundheit

Der Butyratstoffwechsel bezieht sich auf den biochemischen Prozess, bei dem bestimmte Mikroorganismen im menschlichen Darm unverdauliche Kohlenhydrate (insbesondere Ballaststoffe) fermentieren und dabei kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) wie Butyrat produzieren. Butyrat ist von besonderem Interesse, da es vielfältige positive Effekte auf unsere Gesundheit hat, darunter die Förderung der Darmgesundheit, die Stärkung der Barrierefunktion des Darms, entzündungshemmende Wirkungen und potenzielle Schutzmechanismen gegenüber Stoffwechselerkrankungen, wie Diabetes mellitus Typ 2.

Butyratproduktion im Darm

Die Butyratproduktion erfolgt durch die Fermentation von Ballaststoffen durch anaerobe Bakterien im Dickdarm. Diese Bakterien, zu denen Gattungen wie Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia und Butyrivibrio gehören, nutzen die Ballaststoffe als Energiequelle und produzieren dabei SCFAs, einschließlich Butyrat. Butyrat dient dann den Zellen der Darmschleimhaut (Kolonozyten) als Hauptenergiequelle und unterstützt deren Gesundheit und Funktion. Übrigens: Die Darmschleimhautzellen sind die einzigen Zellen im Körper, die Butyrat als Energiequelle benutzen können.

Wusstest Du?

Vielleicht kennst du das „Wunderabnehmmittel“ Ozempic, auch bekannt als Abnehmspritze. Eigentlich versteckt sich dahinter ein Medikament gegen Diabetes mellitus, welches ein Hormon im Körper nachahmt. Um genau zu sein das GLP-1 (Glucagon-like Peptid-1). Mehr darüber erfährst du im Artikel über Berberin. Aber zurück zum Mikrobiom. Das von den Bakterien produzierte Butyrat kann die L-Zellen im Darm stimulieren, welche wiederum das Hormon GLP-1 produzieren. Daher kann eine Ernährung, die reich an Ballaststoffen ist, durch die Stimulation der Butyrat-Produktion indirekt die GLP-1-Sekretion erhöhen und somit positive Auswirkungen auf den Glukosestoffwechsel und die Appetitregulation haben.

Die Rolle von Bacillus subtilis

Bacillus subtilis, oft als probiotisches Bakterium angeführt, spielt eine etwas andere Rolle im Mikrobiom als die direkten Produzenten von Butyrat. B. subtilis ist ein grampositives, Boden lebendes Bakterium, das auch im menschlichen Darm gefunden werden kann. Es ist bekannt für seine Fähigkeit, robuste Endosporen zu bilden, die ihm ermöglichen, schwierige Umweltbedingungen zu überstehen. Obwohl B. subtilis nicht direkt an der Produktion von Butyrat beteiligt ist, kann es dennoch indirekte Auswirkungen auf den Butyratstoffwechsel und die allgemeine Darmgesundheit haben:

• Förderung einer gesunden Darmflora: B. subtilis kann das Wachstum und die Aktivität von butyratproduzierenden Bakterien im Darm unterstützen, indem es die mikrobielle Vielfalt und die ökologische Balance fördert.
• Stimulation des Immunsystems: B. subtilis kann die Immunantwort modulieren und zur Integrität der Darmbarriere beitragen, was indirekt die Umgebung für die Butyratproduktion verbessern kann.
• Konkurrenz zu pathogenen Mikroorganismen: Durch seine antimikrobiellen Eigenschaften kann B. subtilis das Wachstum schädlicher Bakterien hemmen, wodurch eine gesündere Darmflora unterstützt wird, die wiederum die Butyratproduktion fördert.

All diese Eigenschaften haben dazu beigetragen, dass B.subtilis 2023 zur Mikrobe des Jahres gekürt wurde.

Das Mikrobiom und seine Rolle in der Longevity

Je älter wir werden, desto mehr verliert unser Mikrobiom an Vielfalt. Aus einer Symbiose wird im schlimmsten Fall eine Dysbiose. Die Veränderungen im Mikrobiom können so gravierend sein, dass sie als eine der Hallmarks of Aging aufgenommen wurden. Diese beschreiben die molekularen Veränderungen, die mit dem Alter einhergehen. Die Hoffnung ist, wenn wir es schaffen diese Hallmarks umzukehren, können wir auch das Altern aufhalten.

Fazit

„…ein kranker Darm ist die Wurzel allen Übels…“, wusste Hippokrates schon. Ein intakter Darm ist äußerst wichtig für unsere Gesundheit und ein langes Leben. Die molekulare Zusammensetzung der Darmflora zu verstehen ist eine Herausforderung, der wir nun begegnen müssen. Unser Mikrobiom ist ein hochkomplexes und spannendes Forschungsfeld. Durch die neueren Methoden der Genanalyse und der Proteomik, sind wir einen Schritt näher gekommen unsere Darmflora besser zu verstehen. In Zukunft könnte eine personalisierte Medizin auch mit dem Mikrobiom einhergehen.