Donnerstag, 17. Oktober 2019
Navigation öffnen
Anzeige:

Medizin

07. Februar 2019 Darmbakterien: Neuartiges Enzym entdeckt

Ein Schlüsselenzym für eine schädliche Schwefelwasserstoffbildung durch Bilophila-Bakterien im menschlichen Darm wurde an der Universität Konstanz in Kooperation mit der Harvard University entdeckt.
Anzeige:
Im menschlichen Darm sorgt das Darm-Mikrobiom dafür, dass noch nicht verdaute Nahrungsbestandteile weiter verstoffwechselt werden. Tatsächlich kommt es aber auch zu Abbauprozessen, die negative Effekte für den Menschen haben können. In der Arbeitsgruppe für Mikrobielle Ökologie des Konstanzer Biologen Dr. David Schleheck wurde in einer Kooperation mit der Harvard University (USA) ein Schlüsselenzym entdeckt, das im Darmbakterium Bilophila wadsworthia am Abbau des im Darm häufig vorkommenden Substrats Taurin beteiligt ist. Dabei entsteht giftiger Schwefelwasserstoff. Eine verstärkte Schwefelwasserstoffbildung wird mit einer höheren Durchlässigkeit der Darmwand, höherer Infektionsanfälligkeit und Darmkrebs in Verbindung gebracht. Zudem kann Bilophila wadsworthia als pathogenes Bakterium auftreten, beispielsweise bei Blinddarmentzündungen.

Neuartiges Glycylradikal-Enzym

Taurin wird dem menschlichen Verdauungssystem vor allem durch fettreiche Nahrung, aber auch durch Fleisch zugeführt. Eine fettreiche Ernährung führt zu einer verstärkten Produktion von Gallensäuren, die bei der Fettverdauung helfen, unter anderem Taurocholat. Im Dickdarm wird jedoch durch die Bilophila-Bakterien von Taurocholat das Taurin abgespalten und für einen anaeroben Energiestoffwechsel in Abwesenheit von Luft-Sauerstoff verwendet, wobei der toxische Schwefelwasserstoff entsteht. Diese besondere Art des Energiestoffwechsels durch Bilophila, dem „Gallensäure-liebenden“ Organismus, war bereits vor 20 Jahren in der Arbeitsgruppe des Biologen Prof. Dr. Alasdair Cook an der Universität Konstanz beschrieben worden. Dabei wird von Taurin eine schwefelhaltige Gruppe abgespalten und zu Schwefelwasserstoff reduziert. Es war jedoch bisher unbekannt, welches Enzym in den strikt anaeroben Bilophila-Bakterien für diese Abspaltung verantwortlich ist. Durch die Entdeckung eines neuartigen Glycylradikal-Enzyms konnte diese Wissenslücke nun durch die Arbeitsgruppe von David Schleheck geschlossen werden.

Erstmals nachgewiesen wurde dieses Enzym im Proteomics Centre der Universität Konstanz. Mittels einer Proteomanalyse konnte eine vollständige Auflistung der Proteine erstellt werden, die unter den Wachstumsbedingungen mit Taurin in den Bakterienzellen vorliegen. „Wir haben entdeckt, dass bei Wachstum mit Taurin ein noch unbekanntes Glycylradikal-Enzym in sehr großen Mengen produziert wird, nicht jedoch bei Wachstum mit Vergleichssubstraten“, berichtet David Schleheck. „Diese Enzymfunktion passte genau in die Erklärungslücke des Bilophila-Abbauwegs für Taurin. Wir haben somit ein neuartiges Enzym entdeckt, welches eine Abspaltung der schwefelhaltigen Gruppe katalysieren kann“, erklärt Schleheck.

Anoxische Bedingungen

Entscheidend ist, dass das Enzym sehr sauerstoffsensitiv ist. Das bedeutet, dass es nur unter strikt anoxischen Bedingungen reagieren und auch nur so im Labor untersucht werden kann. Die Biologin und Mitautorin Karin Denger, die bereits in der Arbeitsgruppe Cook mitgearbeitet hat: „Wir hatten damals ähnliche Taurin-Abbauwege in vielen verschiedenen Bakterien neu entdeckt. Dass es in den Bilophila-Bakterien ganz anders sein könnte, haben wir zu dieser Zeit noch nicht erkannt.“

Künstliche Bilophila-Produktion

David Schleheck, Mitautorin Anna Burrichter und Karin Denger, die jetzt Mitglied der kooperierenden Arbeitsgruppe des Konstanzer Chemikers Prof. Dr. Spiteller ist, konnten auch zwei Spezialisten für Glycylradikal-Enzyme von der Harvard University, Prof. Dr. Emily Balskus und Dr. Spencer Peck, als Kooperationspartner für ihre Studie gewinnen, deren Arbeit durch die Bill & Melinda Gates Foundation gefördert wurde. Sie waren in der Lage, das Bilophila-Enzym in Escherichia coli zu produzieren, zu reinigen und vor allem anschließend zu reaktivieren und somit die Enzymfunktion zu bestätigen. „Mit dieser Methodik können wir in Zukunft an ähnlichen Schwefelgruppen-abspaltenden Enzymen arbeiten, denn wir haben sehr viele davon in vielen wichtigen Darmbakterien gefunden, wobei deren Funktionen noch völlig unbekannt sind“, so Schleheck.

Neben der toxischen Wirkung könnte eine Schwefelwasserstoffbildung im Darm zumindest in niedrigeren Konzentrationen auch gut für die Gesundheit des Menschen sein, da Schwefelwasserstoff im Menschen auch als Signalstoff wirken kann. „Doktorandin Anna Burrichter hat kürzlich die bakterielle Schwefelwasserstoffbildung aus einem Bestandteil der pflanzlichen Ernährung, aus Sulfoquinovose, beschrieben“, so Schleheck, „während wir jetzt die bakterielle Schwefelwasserstoffbildung aus den Substraten Taurocholat und Taurin aufklären konnten. Für ein besseres Verständnis der komplexen Symbiose aus Darm-Mikrobiom und Mensch und der Rolle von Schwefelwasserstoff ist es wichtig, alle Wege zu kennen, die zu Schwefelwasserstoff führen, ganz besonders abhängig von der Ernährung.“ Laut Schleheck werden bereits weitere solche Abbauwege in seiner Gruppe untersucht.

Quelle: Universität Konstanz


Das könnte Sie auch interessieren

Migräne: Wenn extreme Hitze zu Kopfschmerzen führt

Migräne: Wenn extreme Hitze zu Kopfschmerzen führt
© kuznetsov_konsta / Fotolia.com

Das Wetter in Deutschland wird immer wärmer und für viele erfüllt sich der langersehnte Traum vom „richtigen Sommer“. Heiße Tage und laue Nächte erfreuen aber nicht alle. Während die einen glücklich im Café sitzen und die Sonnenstrahlen in sich aufsaugen, ist bei Migräne-Betroffenen die Freude oft gedämpft. Ein starker Temperaturwechsel kann bedeuten, dass sich innerhalb kürzester Zeit ein Pochen und Ziehen in der Schläfengegend meldet und die nächste Migräneattacke ankündigt. Gutes Trigger-Management...

Fleisch und Milchprodukte günstig, raffinierte Kohlenhydrate schlecht

Fleisch und Milchprodukte günstig, raffinierte Kohlenhydrate schlecht
© M.studio / fotolia.com

Eine Studie mit mehr als 218.000 Teilnehmern aus über 50 Ländern zeigt: Nicht nur Obst, Gemüse und Nüsse sind herzgesund und verlängern das Leben, sondern auch nicht-verarbeitetes Fleisch und Milchprodukte. Die konsumierte Menge raffinierter Kohlenhydrate sollte begrenzt werden. Diese Studienergebnisse dürfen allerdings nicht als Freibrief für exzessiven Konsum für Fleisch und fetten Käse gesehen werden, sondern als Plädoyer für eine ausgewogene Ernährung, sagen deutsche Kardiologen.

Mit achtsamer Lebensweise Burn-out vorbeugen

Mit achtsamer Lebensweise Burn-out vorbeugen
© natalialeb - stock.adobe.com

Nach einer Studie des Lebensversicherungskonzerns Swiss Life lag der Personalausfall im Jahr 2018 zu 37 Prozent an Krankheiten bedingt durch psychische Belastung am Arbeitsplatz. Zu den häufigsten Gründen der Krankmeldungen zählten Burn-out und Depressionen. „Menschen leben heute in einer Welt von stetiger Erreichbarkeit. Auch am späten Abend nach der eigentlichen Arbeitszeit, am Wochenende oder sogar im Urlaub erreichen sie E-Mails oder Anrufe, sodass sie nicht zur Ruhe kommen. Deshalb fühlen sich immer mehr Menschen körperlich sowie emotional...

Sie können folgenden Inhalt einem Kollegen empfehlen:

"Darmbakterien: Neuartiges Enzym entdeckt"

Bitte tragen Sie auch die Absenderdaten vollständig ein, damit Sie der Empfänger erkennen kann.

Die mit (*) gekennzeichneten Angaben müssen eingetragen werden!

Die Verwendung Ihrer Daten für den Newsletter können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft gegenüber der rsmedia GmbH widersprechen ohne dass Kosten entstehen. Nutzen Sie hierfür etwaige Abmeldelinks im Newsletter oder schreiben Sie eine E-Mail an: info[at]rsmedia-verlag.de.