Das menschliche Darmmikrobiom erweckt ein stark wachsendes Interesse von Forschern und Forscherinnen aus den verschiedensten Forschungsbereichen.
Im Vordergrund steht hierbei die Rolle des Darmmikrobioms in Bezug auf die menschliche Gesundheit: Welche Funktionen hat ein gesundes Darmmikrobiom und wie wirken sich Störungen auf unsere Gesundheit aus?
Wie wir in einem unserer vorherigen Artikel bereits berichtet haben, wirkt sich unser Verhalten über die Beeinflussung verschiedener Risiko- und Schutzfaktoren (z.B. Bluthochdruck) auf unsere Gesundheit aus. Folgen wir diesem Erklärungsansatz, stellt das Darmmikrobiom einen weiteren vermittelnden Einfluss zwischen unserem Verhalten, diesen metabolischen Risikofaktoren und schlussendlich Gesundheit dar.
In diesem ersten Artikel gehen auf einige Grundlagen ein und zeigen dir, welche Relevanz unser Darmmikrobiom für unsere Gesundheit hat. In einem weiteren Artikel werden wir die wichtigsten Möglichkeiten aufzeigen, durch die du ein gesundes Mikrobiom aufrechterhalten kannst.
Das Darmmikrobiom – das vergessene Organ
Das Darmmikrobiom stellt ein eigenes Ökosystem dar und wird von einigen Wissenschaftlern sogar aufgrund seiner komplexen Interaktion mit der menschlichen Physiologie (zum Beispiel mit verschiedenen Hormonen) als das „vergessene Organ“ bezeichnet (1). Unser Darm umfasst mindestens 10-fach so viele Bakterien als wir menschliche Gene haben. Die Anzahl bakterieller Gene übersteigt die Anzahl menschlicher Gene sogar um das 100-fache (2).
Einig darüber, wie genau ein „gesundes“ Darmmikrobiom aussieht, sind sich Forscher*innen nicht (3, 4). Als positiv angesehen wird aber eine große Diversität (d.h. dem Vorkommen möglichst vieler verschiedener Bakterienspezies) bei einer Fülle an Bakterien mit potentiell gesundheitsfördernden Eigenschaften und möglichst wenigen Bakterien mit krankheits-auslösendem Potential. Ein gesundes Darmmikrobiom ist resistent gegenüber Veränderungen bei Stress.
Das Darmmikrobiom. Bild von Open OpenClipart-Vectors von Pixabay.
Einflüsse auf die Entwicklung des Darmmikrobioms
Die größten Veränderungen des Darmmikrobioms finden in der frühen Kindheit statt (5). Neugeborene weisen nur eine geringe Diversität in der Zusammensetzung des Mikrobioms auf. Bis zum Alter von 3 Jahren steigt die Diversität an und erreicht dann relative Stabilität (5).
Das menschliche Darmmikrobiom verändert seine Zusammensetzung in Abhängigkeit verschiedener Umwelteinflüsse (4, 6). Neben dem Alter einer Person scheinen folgende Faktoren ebenso relevant:
- Weg der Geburt (Kaiserschnitt vs. natürliche Geburt)
- Infektionen und Exposition gegenüber Mikroorganismen
- Ernährung
- Medikamenteneinnahme, v.a. Antibiotika
Die Rolle des Darmmikrobioms für die Gesundheit
Schutzfunktion und Immunsystem
Eine wichtige Funktion des Darmmikrobioms stellt die Verteidigung des Organismus gegen toxische Stoffe und pathogene Mikroorganismen, wie Bakterien, Pilze, Hefen und Parasiten, dar. Eine tragende Rolle spielt dabei die Darmwand, die den Organismus durch eine natürliche Barriere bestehend aus Epithelzellen und einer Schleimschicht schützt und somit das Eindringen von Fremdstoffen in den Blutkreislauf verhindert.
Die Durchlässigkeit dieser Barriere wird durch kleine Proteinkomplexe (sogenannte „tight-junctions“) zwischen den einzelnen Epithelzellen reguliert und erweist sich als dynamisch – der Grad der Durchlässigkeit variiert in verschiedenen Situationen (7). Diese dynamisch variierende Durchlässigkeit wird in der Fachliteratur intestinale Permeabilität genannt.
Ein gesundes Darmmikrobiom sorgt für eine funktionierende Darmbarriere und schützt so unseren Körper vor Eindringlingen. Bildquelle: obs/CGC Cramer-Gesundheits-Consulting GmbH/© Thomas Weidner
Ein gewisses Maß an kurzfristiger Permeabilität ist hierbei adaptiv und sinnvoll, eine chronisch erhöhte Permeabilität hingegen pathologisch und schädlich für den Organismus. Unmittelbar über der Schleimschicht befindet sich der Großteil der im menschlichen Darm wohnenden Mikroorganismen.
Die Bakterien sind hierbei bei der Schleimproduktion, Aktivierung des lokalen Immunsystems, Modulierung der intestinalen Permeabilität (8) und der aktiven Abwehr von pathogenen Mikroorganismen durch antibakterielle Stoffe beteiligt.
Die Gabe eines Probiotikums (auf den menschlichen Organismus positiv wirkende lebende Mikroorganismen, häufig Bakterienstämme) wirkt präventiv gegen antibiotika-assoziierten Durchfall (Shen et al., 2017; Goldenberg et al. 2017). Dieser wird durch das Aufwuchern des antibiotikaresistenten Bakteriums Clostridium difficile und deren Stoffwechselprodukte verursacht, was zu einer Störung der intestinalen Permeabilität führt, die diesen Durchfall verursacht (Hecht, 1988).
Unterstützung unseres Stoffwechsels
Neben diesen Schutzfunktionen ist das Darmmikrobiom durch die bakterielle Fermentation von Nahrungsbestandteilen auch bei der Verstoffwechslung unserer täglichen Nahrungsaufnahme beteiligt (5, 9).
Dabei werden insbesondere spezielle Kohlenhydrate und Ballaststoffe verstoffwechselt, die durch unsere körpereigenen Enzyme nicht gespalten werden können. Die Bakterien produzieren während der Fermentation teilweise aktiv Vitamine und Nährstoffe, die unserem Körper zugeführt werden (1).
Neben Kohlenhydraten werden aber auch unverdaute Proteine, Fette (10) oder für den menschlichen Organismus unverdauliche Proteine wie Gluten (11, 12) durch manche Bakterienstämme verstoffwechselt.
Metabolische Nebenprodukte beeinflussen unseren Organismus
Einige der primären Stoffwechselprodukte von vorwiegend anaeroben Bakterienstämme (diese Bakterien benötigen zum Überleben keinen Sauerstoff) sind die kurzkettigen Fettsäuren Buttersäure, Propionsäure und Acetat (1). Diese kurzkettigen Fettsäuren werden in den Organismus aufgenommen und tragen zum Energiehaushalt unseres Körpers bei und liefern etwa 60-70% der von den Epithelzellen benötigten Energie (13), womit sie wiederum die Funktion der oben erwähnten Schutzbarriere sicherstellen.
Neben der reinen Energieversorgung durch kurzkettige Fettsäuren interagieren die kurzkettigen Fettsäuren in vielerlei Hinsicht mit unserem Organismus (5, 14). Beispielsweise aktiviert Buttersäure gewisse Darmrezeptoren und beeinflusst so die Ausschüttung bestimmter Hormone, z.B. des Peptids GLP-1 (14, 15), welches Sättigung und den Zuckerstoffwechsel beeinflusst.
Buttersäure und Propionsäure hemmen darüber hinaus die Entstehung von Krebszellen, Entzündungsprozessen und die Fettentstehung in der Leber (14, 16, 17).
Wechselwirkung mit dem Gehirn: Darm-Hirn-Achse
Neben einer Interaktion des Darmmikrobiom mit unserem Stoffwechsel und Immunsystem kommt es auch zu Wechselwirkungen mit unserem Gehirn. Die Kommunikation zwischen Gehirn und Darm wird in der Literatur durch den Begriff Darm-Mikrobiom-Hirn-Achse (gut-brain-microbiome-axis) beschrieben (18).
Hierbei scheint der Vagus-Nerv eine tragende Rolle zu spielen (19). Durch seine Verschaltung vom Gehirn bis tief in den Darm hinein kann dieser durch bakterielle Stoffwechselprodukte – wie die oben erwähnten kurzkettigen Fettsäuren – stimuliert werden, was unter anderem einen angstlösenden Effekt aufweist (18, 19).
Neben der Stimulation des Vagus-Nervs können die Bakterien auch durch ihren Einfluss auf die Neurotransmitterproduktion Veränderungen im zentralen Nervensystem bewirken (18). Beispielsweise werden über 90% des Neurotransmitters Serotonin im Darm hergestellt (20).
Auch Störungen der intestinalen Permeabilität können dazu führen, dass sich im Darm befindliche Stoffe negativ auf unser Nervensystem auswirken (siehe nächster Absatz).
Störungen des Darmmikrobioms und Krankheit
Beeinträchtigungen der intestinalen Permeabilität durch Störungen des Darmmikrobioms (Dysbiose) können dazu führen, dass Bakterien verstärkt dem mukosalen Immunsystem ausgesetzt sind und bakterielle Stoffwechselprodukte wie zum Beispiel Lipopolysaccharide (LPS) in den Blutkreislauf eindringen können, was eine Immun- und Entzündungsreaktion auslösen kann (21).
Chronische systemische Entzündungen können unter anderem einen modulierenden Einfluss auf das zentrale Nervensystem aufweisen und passives, depressions-ähnliches Verhalten verursachen (22, 23).
Zudem stellen sie einen starken Stressor für den Körper dar. Sowohl akuter als auch chronischer Stress weist wiederum einen negativen Einfluss auf die intestinale Permeabilität auf (24), was einen Teufelskreis aufrechterhalten kann.
Störungen des Darmmikrobioms (Dysbiosen) weisen aufgrund der komplexen Wechselwirkung des Darmmikrobioms mit dem menschlichen Organismus einen Zusammenhang mit verschiedenen Störungen und Erkrankungsbildern auf (5, 15, 18, 25, 26, 27, 28, 29, 30). Dazu zählen beispielsweise (nur ein Auszug!):
- Adipositas und Diabetes
- Chronisch entzündliche Darmerkrankungen
- Chronisches Erschöpfungssyndrom
- Depression
- Autismus
- Krebserkrankungen
- Kardiorespiratorische Erkrankungen
- Schlafprobleme
Aber: Auch wenn es zahlreiche Studien gibt, die einen Zusammenhang zwischen Störungen des Darmmikrobioms und verschiedenen Krankheiten nahelegen, so fehlen doch aussagekräftige Studien mit Menschen. Benötigt werden randomisiert-kontrollierte Studien, die die kausale Bedeutung einer Verbesserung des Darmmikrobioms nachweisen, also die Veränderung des Darmmikrobioms tatsächlich als Ursache für Veränderungen der Krankheitssymptomatik identifizieren.
Einige Studien im Kontext des Verfahrens der Stuhltransplantation lassen allerdings positiv stimmen und zeigen positive Effekte der Veränderung des Darmmikrobioms bei chronischen Erkrankungen – beispielsweise bei chronischen Clostridium-difficile-Infektionen.
Personen, die an dieser Infektion erkrankt sind, leiden häufig unter starkem Durchfall, Bauchschmerzen, Übelkeit und Erbrechen. Die „Transplantation“ des Stuhls und damit des Mikrobioms von gesunden Spendern und Spenderinnen hat sich hierbei als eine der wirksamsten Therapiemethoden erwiesen (31, 32).
Und auch in anderen Bereichen wie zum Beispiel bei der Behandlung von Typ-II-Diabetes (33) und Autismus (34, 35) lassen erste Pilotstudien auf Erfolge hoffen. Streitig bleibt dennoch, wie ein gesundes Mikrobiom genau aussieht und welche Spender*innen daher in Frage kommen.
Abschließende Worte
Das Darmmikrobiom ist ein hochkomplexes eigenes Ökosystem innerhalb unseres Körpers, das auf vielfältige Art und Weise mit unserem Organismus interagiert.
Störungen des „gesunden“ Darmmikrobioms wirken sich sehr wahrscheinlich auf die Entstehung und Aufrechterhaltung von chronischen Erkrankungen aus. Dennoch fehlen in vielen Bereichen robuste und groß angelegte Studien mit Menschen zum tatsächlichen Nachweis seiner ursächlichen Wirkung.
Wir sind gerade erst am Anfang dieses extrem spannenden Forschungsgebiets und die Zukunft wird mit Sicherheit viele hilfreiche Erkenntnisse und hoffentlich auch Therapiemöglichkeiten hervorbringen.
In unserem Folgeartikel geben wir dir einige Tipps, was du jetzt schon tun kannst, um dein Darmmikrobiom gesund zu halten. Schau doch mal vorbei!
