Darmmikrobiom: Warum wir Mikroorganismen im Verdauungstrakt brauchen

Darmmikrobiom unter Lupe

Unser Körper ist Lebensraum für eine Vielzahl von Bakterien und anderen Mikroorganismen. Vor allem jene kleinen Mitbewohner, die sich in unserem Darm ansiedeln, sind an unserem Wohlbefinden maßgeblich beteiligt. Wer von Bauchbeschwerden verschont bleiben und gleichzeitig seine Immunabwehr unterstützen will, sollte sein Darmmikrobiom hegen und pflegen. Die bESSERwisser haben recherchiert, wie das funktioniert und was es mit Probiotika und Präbiotika auf sich hat.

Das menschliche Mikrobiom

Der menschliche Körper ist von der Haut über die Atemwege bis zum Verdauungstrakt dicht mit Mikroorganismen besiedelt. Der größte Teil des menschlichen Mikrobioms – darunter versteht man die Gesamtheit der Mikroorganismen, die mit dem Menschen assoziiert sind – ist im Darm angesiedelt und auch als Darmflora oder Darmmikrobiota bekannt. Schon bei der Geburt beginnen Mikroorganismen aus dem Geburtskanal der Mutter den Darm eines Babys zu besiedeln. Im Laufe des Lebens versorgen uns Muttermilch, Ernährung und unsere Umgebung permanent mit Mikroorganismen, die sich auf und in unserem Körper ansiedeln.

Den Hauptteil des menschlichen Mikrobioms machen Bakterien aus. Aber auch Archaeen, Pilze und Viren sind Teil des Mikrobioms, das in komplexer Interaktion mit dem Körper steht. Lange Zeit wurde in der Wissenschaft die Ansicht vertreten, dass im menschlichen Körper zehnmal mehr Mikroben-Zellen als menschliche Zellen zu finden sind und diese ein bis zwei Kilogramm des Körpergewichts ausmachen [1]. Neue Berechnungen haben jedoch ergeben, dass im menschlichen Körper gleich viele Mikroorganismenzellen wie Körperzellen vorkommen Man weiß heute auch, dass das Mikrobiom nicht mehr als 200 Gramm des Körpergewichts ausmacht [2].

Mikroskopisches Leben im Verdauungstrakt

Die saure Umgebung des Magens und Dünndarms erlaubt es nur wenigen Bakterienspezies, dort zu überleben. Ab dem letzten Drittel des Dünndarms (Ileum) steigt der pH-Wert an und wird basisch, und gleichzeitig nimmt auch die Zahl der Mikroorganismen zu. Im Dickdarm sind Anzahl und Diversität der Mikroorganismen am höchsten. Hier herrschen anaerobe Bedingungen, das heißt, nur Organismen, die für ihren Stoffwechsel keinen Sauerstoff benötigen und Energie zum Beispiel aus Fermentation generieren, siedeln sich hier an [3].

Das menschliche Darmmikrobiom wird von zwei bakteriellen Stämmen beherrscht: den Bacteroidetes und den Firmicutes mit ihren jeweiligen Unterarten. Das Verhältnis dieser beiden zueinander wird in der Wissenschaft und Medizin repräsentativ zur Beurteilung der Darmgesundheit herangezogen. Das Mikrobiom ist jedoch keine einheitliche Bakteriengemeinschaft, sondern variiert von Mensch zu Mensch und verändert sich mit dem Alter. Faktoren, die die Zusammensetzung des Mikrobioms beeinflussen, sind unter anderem Alter, Genetik, geografische Lage, Art der Geburt (natürlich oder Kaiserschnitt), Ernährung in der frühen Kindheit, Medikamenteneinnahme, und Ernährungsstil [4].

Wichtige Funktionen des Darmmikrobioms

Das Darmmikrobiom wird oft auch als das „vergessene Organ“ bezeichnet, da es wichtige Funktionen im Körper übernimmt. So verarbeiten die Darmmikroben Nährstoffe, schützen vor Krankheitserregern, beeinflussen das Immunsystem und können über Verbindungen zum Hirn den Körper auf viele Arten beeinflussen.

Verdauung

Am offensichtlichsten ist die Rolle Darmmikrobioms bei der Verdauung. Hier regen die Mikroorganismen Darmbewegungen an, sind bei der Verwertung von Nahrungsbestandteilen beteiligt und produzieren für den Körper essenzielle Nährstoffe. Die Hauptnahrungsquelle des Darmmikrobioms sind fasrige Nahrungsbestandteile, sogenannte Ballaststoffe. Bei deren Fermentation generieren die Mikroorganismen nicht nur Energie für sich selbst, sondern erzeugen auch Nebenprodukte, wie etwa kurzkettige Fettsäuren (SCFA). Ein Beispiel dafür ist Butyrat, das eine wichtige Funktion bei der Versorgung der Darmzellen hat und immunmodulierend wirkt [5].
Weiters können Mikroorganismen in unserem Darm aus Ballaststoffen die Vitamine B1, B2, B5, B6, Folat, Vitamin B12 und Vitamin K2 produzieren und leisten so einen Beitrag zur Versorgung des Körpers mit diesen Nährstoffen [6]. Im Zuge der mikrobiellen Aktivität und vor allem durch den Prozess der Fermentation werden Gase wie Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Methan gebildet, die sich als Blähungen bemerkbar machen können.

Schutz vor Krankheitserregern

Eine weitere wichtige Funktion des Darmmikrobioms ist die Abwehr von pathogenen Keimen, die zum Beispiel durch die Nahrung aufgenommen werden. Eine intakte Darmflora mit einer hohen Anzahl an unterschiedlichen Organismen, die alle Nischen des Darms besiedelt und ihren Lebensraum verteidigt, ist ein guter Schutz gegen die Besiedelung durch andere, krankmachende Keime.

Ein gesunder Mensch lebt mit seinem Mikrobiom in sogenannter„Normobiose – das bedeutet, der Körper profitiert von den anwesenden Mikroorganismen, und schädliche Organismen sind in der Unterzahl. Ein funktionierendes Mikrobiom ist notwendig für Stoffwechsel und Gesundheit. Es ist aber bislang nicht klar, ob das Mikrobiom nur positive Auswirkungen auf den Körper hat. Ebenso ist nicht geklärt, was ein „gesundes“ Mikrobiom ausmacht, da es hier auch bei gesunden Individuen eine hohe Variabilität gibt. Es gibt allerdings Hinweise darauf, dass ein vielfältiges Darmmikrobiom sowie das Aufwachsen in einer Umgebung mit einer hohen Zahl und Vielfalt an Mikroorganismen sich positiv auf die Gesundheit im späteren Leben auswirkt [7].

Allesesser, Vegetarier, Veganer: Das Mikrobiom i(s)st, was man isst

So gut wie alles, was wir zu uns nehmen und was in weiterer Folge unseren Darm passiert, kann Einfluss auf das Darmmikrobiom haben. Interaktionen von Nahrung, Mikrobiom und Körper sind aber hochkomplex und noch nicht ganzheitlich erforscht. Es gibt jedoch bereits etliche Studien, die sich mit der Auswirkung verschiedener Ernährungsweisen auf das Darmmikrobiom beschäftigen.

  • Es konnte gezeigt werden, dass im Mikrobiom von vegetarisch und vegan lebenden Personen vermehrt Bakteriengruppen zu finden sind, die Kohlenhydrate und Vitamine besonders gut metabolisieren können. Der höhere Anteil an Ballaststoffen in vegetarischer und veganer Ernährung verstärkt außerdem die mikrobielle Fermentation von gesundheitsförderlichen Butyraten im Darm [8].
  • Eine weitere Studie zeigte, dass sich bei einer Umstellung auf eine Ernährung mit ausschließlich tierischen Produkten das Verhältnis von Bacteroidetes/ Firmicutes verändert. Die Anzahl der proteinverwertenden Bakterien stieg, während die Zahl der Firmicutes, die für die Verdauung von pflanzlichen Ballaststoffen verantwortlich sind, zurückging. Die Studie ergab auch, dass sich das Darmmikrobiom innerhalb weniger Tage an eine neue Ernährungsweise anpassen kann, was in der Evolution des Menschen sicher hilfreich war [9].
  • Nicht nur die Zusammensetzung, auch die Art der Zubereitung der Nahrung beeinflusst das Darmmikrobiom. Beim Kochen von stärkehaltigen Lebensmitteln – wie etwa Kartoffeln – verkleistert die Stärke und wird somit leichter verdaulich. Dadurch erreicht weniger Stärke den Dickdarm und das Mikrobiom. In Studien an Mäusen und Menschen konnte gezeigt werden, dass gekochte Nahrung im Vergleich zu Rohkost die Funktionalität und Diversität des Mikrobioms beeinflusst [10].

Probiotika

Im Zusammenhang mit dem Darmmikrobiom ist häufig von Pro- und Präbiotika die Rede. Als Probiotika werden lebende Mikroorganismen bezeichnet, die laut Definition der WHO „dem Wirt (= Mensch, der sie aufnimmt) einen gesundheitlichen Nutzen verschaffen, wenn sie in ausreichenden Mengen verabreicht werden.“

Die Bezeichnung „probiotisch“ wird vor allem für Nahrungsmittel verwendet, die verdauungsförderliche Mikroorganismen wie Bifidobakterien oder Laktobazillen beinhalten. Dazu zählen vorrangig vergorene Lebensmittel wie Joghurt, Käse, Sauerkraut, aber auch unfiltriertes Bier. Ihnen wird nachgesagt, dass sie Verdauungsprobleme lösen, die Stuhlkonsistenz normalisieren und gegen Allergien und Unverträglichkeiten helfen. Ob die Mikroorganismen in diesen Lebensmitteln jedoch tatsächlich auch noch leben, wenn sie in den Dickdarm gelangen, ist nicht gänzlich bewiesen. Laut der europäischen Lebensmittelbehörde (EFSA) muss bei der Bewerbung eines Produktes mit dem Wort „probiotisch“ dessen Wirkung auch wissenschaftlich belegt sein. Das hat in der Lebensmittelbranche großen Unmut hervorgerufen und dazu geführt, dass heute kaum mehr „probiotisch“ beworbene Produkte in den Regalen zu finden sind [11].

Die möglichen gesundheitsförderlichen Eigenschaften von Probiotika sind in der Forschung dennoch ein heißes Thema. Mit ihrer Hilfe erwartet man sich Prävention und Behandlung von Krankheiten. So führte in einer Studie mit älteren Menschen die regelmäßige Einnahme von Joghurt, das mit Laktobazillen angereichert wurde, zu einer Verringerung von Atemwegsinfekten um mehr als die Hälfte im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Forscher führten diesen Effekt auf eine verbesserte T-Zell mediierte Immunabwehr zurück [12]. Eine andere Studie ergab, dass regelmäßige Einnahme von Milch bzw. Reis, die mit Laktobazillen fermentiert wurden, auch bei Kleinkindern zu einem besseren Schutz gegen Infektionskrankheiten führt [13].

Laktobazillen, die in diesen beiden Studien bei gesunden Menschen eine gesundheitsfördernde Wirkung zeigten, können in seltenen Fällen bei immunschwachen Menschen aber auch in den Blutkreislauf eindringen. Dies kann in manchen Fällen Infektionen bis hin zur Entzündung der Herzklappen oder zu Hirnhautentzündung hervorrufen [14].

Präbiotika

Als Präbiotika werden unverdauliche Substanzen bezeichnet, die für das Darmmikrobiom förderlich sind. Sie werden entweder von Mikroorganismen als Energiequelle verwertet (fermentiert) oder beeinflussen deren Lebensraum positiv.

Die wohl bekanntesten Präbiotika sind Ballaststoffe – unverdauliche Kohlenhydrate, die meist pflanzlichen Ursprung haben. Hohen präbiotischen Gehalt weisen Glykane, resistente (unverdauliche) Stärke, Inulin, und Oligofruktose auf [15]. Diese sind vor allem in fasrigem Gemüse wie Spargel oder Chicorée sowie in stärkehaltigen Nahrungsmitteln wie Johannisbrotkernmehl enthalten. Darmbakterien, die die notwendigen Enzyme (CAZyme) besitzen, können diese Stoffe verwerten. Ob Präbiotika auch einen spezifischen Nutzen für den Menschen haben, ist wie bei den Probiotika ungeklärt. Laut der EFSA muss auch für die Bezeichnung „präbiotisch“ ein gesundheitlicher Nutzen wissenschaftlich erwiesen sein. Grünes Licht für die Bezeichnung „Präbiotikum“ gab es von der EFSA bisher nur in wenigen Fällen: Für Oligofruktose, die sich nachweislich auf den Blutzuckerspiegel auswirkt, sowie für Inulin, welches aus Chicorée gewonnen wird und einen positiven Effekt auf den Stuhlgang hat [16].

Die Rolle des Mikrobioms in Krankheit und Gesundheit

Auch wenn die spezifischen Interaktionen zwischen Köper und Mikrobiom noch nicht vollständig geklärt sind, ist eines klar: Die Mikroorganismen des Menschen spielen eine wichtige Rolle für seine Gesundheit. So konnten zahlreiche Studien bereits einen Zusammenhang zwischen Darmmikrobiom und Infektionskrankheiten, chronischen Darmerkrankungen, Übergewicht, Diabetes, Darm- und Leberkrebs und Allergien belegen [17].

Tatsache ist auch, dass Antibiotika, die im Zuge von bakteriellen Infektionen eingenommen werden, nicht nur die krankmachenden Keime, sondern auch förderliche Darmbakterien angreifen. Langwierige Antibiotikatherapien können das Darmmikrobiom zerstören und die Verdauung nachhaltig negativ beeinflussen [18].

Zur Therapie von Darmerkrankungen wird in der Medizin seit einiger Zeit auf die Fäkaltransplantation zurückgegriffen. Der Hype um diesen abstoßend-faszinierenden Eingriff verschaffte dem „gesunden“ Stuhl einen neuen Wert, der in der Southpark Folge „Kot-Diebe“ (s23f8) köstlich auf die Spitze getrieben wird.

Fazit

Heute ist bereits erwiesen, dass das Mikrobiom eine wichtige Rolle in Krankheit und Gesundheit spielt. Auf welche Weise es durch Ernährung beeinflusst werden kann und welche Folgen das hat, ist aber wissenschaftlich noch nicht vollständig geklärt und Gegenstand aktueller Untersuchungen. Fest steht zumindest schon einmal, dass eine vielseitige, ballaststoffreiche Ernährung gut für das Mikrobiom ist und der Verdauung hilft.

Weiterführender Link zum Mikrobiom des Menschen:

Mikrobiom des Menschen: Mikrobiomforschung im digitalen Zeitalter; Wissensartikel von Open Science

Quellen:

[1] Luckey TD: Introduction to intestinal microecology (1972). The American journal of clinical nutrition 25 (12), S. 1292–1294. DOI: 10.1093/ajcn/25.12.1292.

[2] Sender R., Fuchs S., Milo R.: Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body (2016). PLoS biology 14 (8), e1002533. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002533.

[3] Lin CS, Chang CJ, Lu CC, Martel J. et al.: Impact of the gut microbiota, prebiotics, and probiotics on human health and disease (2014). Biomedical journal 37 (5), S. 259–268. DOI: 10.4103/2319-4170.138314.

[4] Yang Q., Liang Q., Balakrishnan B., Belobrajdic D. et al.: Role of Dietary Nutrients in the Modulation of Gut Microbiota (2020). A Narrative Review. Nutrients 12 (2). DOI: 10.3390/nu12020381.

[5] Martin-Gallausiaux C., Marinelli L., Blottière HM et al.: SCFA. Mechanisms and functional importance in the gut (2020). The Proceedings of the Nutrition Society, S. 1–13. DOI: 10.1017/S0029665120006916.

[6] LeBlanc JG, Milani C., Giori GS et al.: Bacteria as vitamin suppliers to their host (2013). A gut microbiota perspective. Current opinion in biotechnology 24 (2), S. 160–168. DOI: 10.1016/j.copbio.2012.08.005.

[7] Eisenstein M.: The hunt for a healthy microbiome (2020). Nature 577 (7792), S6-S8. DOI: 10.1038/d41586-020-00193-3.

[8] de Angelis M., Ferrocino I., Calabrese FM et al.: Diet influences the functions of the human intestinal microbiome (2020). Scientific reports 10 (1), S. 4247. DOI: 10.1038/s41598-020-61192-y.

[9] David LA., Maurice CF, Carmody RN, Gootenberg DB et al.: Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome (2014). Nature 505 (7484), S. 559–563. DOI: 10.1038/nature12820.

[10] Carmody RN, Bisanz JE, Bowen BP et al: Cooking shapes the structure and function of the gut microbiome (2019). Nature microbiology 4 (12), S. 2052–2063. DOI: 10.1038/s41564-019-0569-4.

[11] https://www.theguardian.com/society/2010/oct/19/efsa-rules-probiotic-health-claims-unproven

[12] Pu F., Guo Y., Li M. et al.: Yogurt supplemented with probiotics can protect the healthy elderly from respiratory infections (2017). A randomized controlled open-label trial. Clinical interventions in aging 12, S. 1223–1231. DOI: 10.2147/CIA.S141518.

[13] Nocerino R., Paparo L., Terrin G. et al.: Cow’s milk and rice fermented with Lactobacillus paracasei CBA L74 prevent infectious diseases in children (2017). A randomized controlled trial. Clinical nutrition (Edinburgh, Scotland) 36 (1), S. 118–125. DOI: 10.1016/j.clnu.2015.12.004.

[14] Goldstein EJC, Tyrrell KL and Citron DM: Lactobacillus species. Taxonomic complexity and controversial susceptibilities (2015). Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America 60 Suppl 2, S98-107. DOI: 10.1093/cid/civ072.

[15] Markowiak P. and Śliżewska K.: Effects of Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics on Human Health (2017). Nutrients 9 (9). DOI: 10.3390/nu9091021.

[16] Hutkins RW, Krumbeck JA, Bindels LB, Cani PD et al.: Prebiotics. Why definitions matter (2016). Current opinion in biotechnology 37, S. 1–7. DOI: 10.1016/j.copbio.2015.09.001.

[17] Bindels LB, Delzenne NM, Cani PD and Walter J.: Towards a more comprehensive concept for prebiotics (2015). Nature reviews. Gastroenterology & hepatology 12 (5), S. 303–310. DOI: 10.1038/nrgastro.2015.47.

[18] Lange K., Buerger M., Stallmach A. and Bruns T.: Effects of Antibiotics on Gut Microbiota (2016). Digestive diseases (Basel, Switzerland) 34 (3), S. 260–268. DOI: 10.1159/000443360.

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