Wir sind besiedelt: Darmbakterien beeinflussen unsere Gesundheit

Im Gespräch mit Prof. Michael Blaut, dem Leiter der Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie am Deutschen Institut für Ernährungsforschung in Potsdam-Rehbrücke (DIfE)

Prof. Michael Blaut

Prof. Michael Blaut, Leiter der Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie am Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) in Potsdam-Rehbrücke

Till Budde_DIfE_2015

Herr Prof. Blaut, wie viele und welche Bakterien leben in unserem Darm?

Wenn wir die Mikroben aus verdünnten Stuhlproben auf das Darmvolumen hochrechnen, kommen wir auf Zahlen in der Größenordnung von 3,8 x 1013 Zellen. Das ist etwa das 1,3-fache, was wir an Körperzellen besitzen. Anhand bestimmter Gensequenzen konnte man bislang rund 1.400 verschiedene Arten von Mikroorganismen identifizieren, die im menschlichen Darm vorkommen können. Ihre Gesamtheit nennen wir Mikrobiota. Im Darm eines einzelnen Menschen findet man mindestens 160 Arten.

Heißt das, jeder Mensch hat andere Darmbakterien?

Ja, es gibt da eine große Vielfalt. Wenn wir nun aber nicht die einzelnen Arten der Mikrobiota von zwei Menschen vergleichen, sondern die jeweilige Gesamtheit ihrer Gene, also das Metagenom, dann sind die Unterschiede gar nicht mehr so groß. Das bedeutet, dass zwei ansonsten sehr unterschiedliche Bakterienarten funktionell ähnliche Enzyme zum Aufschluss von Nährstoffen besitzen können. Andererseits kann von zwei Bakterien, die sich in einer bestimmten Funktion gleichen, eines für uns nachteilige Eigenschaften haben. Zum Beispiel gibt es von Escherichia coli neben vielen harmlosen Stämmen auch solche, die schwere Durchfallerkrankungen verursachen.

Was leisten die Darmbakterien für uns?

Es gibt eine ungeheure Vielfalt an Nährstoffen, die nur von Mikroben abgebaut werden können, weil unserem Körper die nötigen Enzyme fehlen. Dazu gehören Bestandteile von Pflanzenzellen, wie sie in Vollkornprodukten und in Gemüse vorkommen. Nicht verdauliche Kohlenhydrate aus Nahrungspflanzen – die so genannten Ballaststoffe – bestehen aus verschiedenen Bausteinen, die in unterschiedlichster Weise miteinander verknüpft sein können. Entsprechend groß ist das Repertoire an Enzymen, das zu ihrer Spaltung benötigt wird. Vielleicht erklärt sich daraus die große Vielfalt von Mikroorganismen im menschlichen Darm.

Wie gelangen diese Mikroorganismen in unseren Darm und was bestimmt ihre Zusammensetzung?

Bakterien gibt es praktisch überall, also auch auf der Nahrung und auf allen Dingen, mit denen wir in Berührung kommen. Sie gelangen über den Mund in unser Darmsystem. Dort bestimmen Faktoren wie pH-Wert, Temperatur und Sauerstoffgehalt darüber, welche Gemeinschaften sich ansiedeln können. Bei der Geburt ist unser Darm noch keimfrei. Doch schon in den ersten Stunden des Lebens besiedeln uns Bakterien. Diese stammen von der Mutter und der Umgebung des Säuglings. Während sich die Zusammensetzung dieser mikrobiellen Gemeinschaft in den ersten Wochen nach der Geburt ständig ändert, stabilisiert sie sich im ersten Lebensjahr allmählich und gleicht sich der von Erwachsenen an. Auch wenn die Mikrobiota-Zusammensetzung von Erwachsenen relativ stabil ist, kann sie sich im Laufe des Lebens ändern. Ganz wesentlich ist natürlich auch, was wir essen – denn davon leben ja letztlich auch die Mikroorganismen im Darm.

Frau mit vier Kindern beim Mittagsessen

Was wir essen beeinflusst auch die Zusammensetzung unserer Darmmikroben.

PT DLR/BMBF

Kann ich durch die Ernährung meine Darmbakterien beeinflussen?
Ja. Wir wissen, dass sich die Zusammensetzung der Darmmikroben nach jeder Mahlzeit verändert; es gibt da einen regelrechten Biorhythmus. Eine amerikanische Studie zeigt, dass Vegetarier eine anders zusammengesetzte Mikrobiota haben als Menschen, die viel Fleisch essen: Bei den Vegetariern finden wir mehr Bakterien, die auf den Abbau von Kohlenhydraten spezialisiert sind. Bei Fleischessern sind dagegen solche Bakterien zahlreicher, die viele Eiweiß-spaltende Enzyme besitzen – sowie eine Gruppe von Bakterien namens Bilophila, die eine erhöhte Gallensäuren-Konzentration aushalten, wie sie bei fettreicher Ernährung typisch ist. Ähnliche Veränderungen sieht man auch bei Mäusen, die Futter mit gleichem Kaloriengehalt, aber unterschiedlicher Fettquelle bekommen: Fressen die Tiere Butter, die ja vorwiegend gesättigte Fettsäuren enthält, dann siedeln sich in ihrem Darm ebenfalls mehr Bilophila-Bakterien an als bei Tieren, die stattdessen Distelöl mit einem hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren bekommen.

Beeinflussen die Darmmikroben auch das Körpergewicht?

Tatsächlich gibt es einige bemerkenswerte Studien, die einen Zusammenhang zwischen Darmbakterien und Körpergewicht belegen. Dazu hat man Mäuse mit Antibiotika behandelt, um sämtliche Darmmikroben abzutöten. Diese nahezu keimfreien Mäuse infizierte man dann mit einer Mikrobiota, die entweder von schlanken, gesunden Menschen oder aber von adipösen Menschen stammte. Obwohl alle Mäuse dasselbe Futter bekamen, entwickelten sie sich sehr unterschiedlich: Die Tiere mit der Mikrobiota von übergewichtigen Personen wurden dick, die anderen blieben schlank. Das sind eindrucksvolle Experimente.

Also machen bestimmte Bakterien dick?

Nein, so einfach kann man das nicht sagen. Adipositas ist kein Schicksal. Ich werde nicht fettleibig, weil ich die „falschen“ Bakterien habe. Sondern ich schaffe durch die Art meiner Ernährung das Milieu für eine bestimme Mikrobiota. Eine fettreiche Ernährung, die ja für sich genommen schon die Entwicklung einer Adipositas fördert, begünstigt dann auch noch jene Bakterien, die die negativen Effekte der Nahrungsfette weiter verstärken. Die wichtigste Stellschraube für Adipositas ist die Ernährung. Das zeigt sich auch bei den oben beschriebenen Tierversuchen: Wenn man die Mäuse, die durch die Mikrobiota von Übergewichtigen dick geworden waren, mit einer ausgewogenen fettarmen Diät füttert, dann werden sie wieder schlank und ihre Mikrobiota gleicht sich der von normalgewichtigen Mäusen an.

Wie erklären Sie sich die unterschiedliche Mikrobiota im Darm von adipösen und gesunden Menschen? Gibt es unter den Bakterien gute und schlechte „Futterverwerter“?

Natürlich unterscheiden sich Bakterien in ihrer Energieausbeute – schon allein deshalb, weil sie verschiedene Stoffwechselwege nutzen. Die Frage ist aber, wie sich das auf den menschlichen Organismus auswirkt. Eine Hypothese ist: Indem Bakterien Ballaststoffe aufschließen und in Fettsäuren umwandeln, tragen sie Energie in den Körper ein. Dem widerspricht aber folgende Beobachtung: Gerade die Menschen, die viele Ballaststoffe essen, werden ja eher nicht dick – sondern jene, die sich sehr fettreich ernähren. Was viele nicht wissen: Fette können nur von unseren körpereigenen Enzymen abgebaut werden; Bakterien sind dazu nicht in der Lage. Das heißt, der Einfluss der Darmmikroben bei einer fettreichen Diät muss auf andere Weise erfolgen. Die genauen Zusammenhänge sind noch unklar.

Wie könnte man diesen Einfluss erforschen?

Indem man weitere Hypothesen über die zugrunde liegenden Stoffwechselwege entwickelt und diese dann unter möglichst klar definierten und kontrollierten Bedingungen in sehr vereinfachten Modellsystemen überprüft. Wir nehmen dazu keimfreie Mäuse, deren Darm wir mit definierten Bakterienmischungen besiedeln und mit definierten Diäten füttern. So haben wir eine Bakterienart entdeckt, die offenbar entscheidend zur Entwicklung einer Adipositas beiträgt: Ist sie im Darm, dann werden die Mäuse mit fettreicher Diät deutlich stärker adipös. Ohne die spezielle Bakterienart bleiben sie schlanker. Offenbar führt die Anwesenheit dieses Bakteriums dazu, dass bestimmte Nährstoffe im Dünndarm besser transportiert und aufgenommen werden. Da haben wir also einen Mikroorganismus, der Übergewicht möglicherweise begünstigt und den wir daher als adipogen bezeichnen können. Den wollen wir nun gründlicher untersuchen.

Ergebnisse der Gesundheitsforschung

Frau arbeitet im Gemüsegarten.

Mangelernährung nachhaltig bekämpfen

In Bangladesch ist Mangelernährung weit verbreitet.