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Medizin

15. November 2017 Stoffwechselprodukte metabolomisch charakterisieren

Seit rund zehn Jahren erforschen Wissenschaftler die Besiedlung des Darms. Dennoch sind grundsätzliche Fragen zum menschlichen Mikrobiom nach wie vor ungeklärt. Neueste Erkenntnisse liefern nun drei Teams von Wissenschaftlern in einer kürzlich erschienenen Trilogie von Publikationen, die hier kurz vorgestellt werden (1,2,3).
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Baby-Darm bleibt seiner Ursprungsbesiedlung treu

Kann die Darmflora eines Babys durch Zugabe von Bakterien in die Milchnahrung beeinflusst werden? Mit dieser Frage befasste sich die Gruppe von Prof. Dirk Haller vom Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie der TUM gemeinsam mit dem Team um Prof. Philippe Schmitt-Kopplin, Leiter der Abteilung Analytische Biogeochemie (BGC) am Helmholtz Zentrum München und des Lehrstuhls für Analytische Lebensmittelchemie an der TUM. Sie untersuchten an 105 Babys die Wirkung von mehreren Bifidobakterien als Zusatz in Milchnahrung in den ersten zwei Lebensjahren.

Bifidobakterien sind wichtige Besiedler im Neugeborenendarm und werden immer wieder mit probiotischen Effekten in Zusammenhang gebracht. Völlig unklar ist die Frage, ob Bifidobakterien in der Säuglingsnahrung die Besiedlung des Darms und deren Metaboliten in der monatlichen Dynamik des ersten Lebensjahrs beeinflusst.

Die Wissenschaftler konnten belegen, dass die Darmflora bei Säuglingsnahrung im Vergleich zur Muttermilch tatsächlich signifikant unterschiedlich ist und heterogener zusammengesetzt war. „Allerdings stellten wir am Ende des zweiten Jahres fest, dass Bifidobakterien in der Nahrung nur wenig Einfluss auf die Kolonisierung hatten und anfängliche Unterschiede im Laufe der zwei Jahre wieder verschwanden“, sagt Haller. „Das wirft natürlich sehr viele neue Fragen auf, etwa ob Babys gar keine heterogene Mikrobiota brauchen? Denn die Muttermilchzusammensetzung enthält wenige dominante Bifidobakterienarten. Später im Erwachsenenalter haben wir eine viel heterogenere Besiedelung des Darmes und Diversität korreliert mit einem gesunden Ökosystem.“ Ab Februar 2018 wird daher eine Folgestudie zum Thema durchgeführt, um die aufgekommenen Fragen zu klären.

Kalte Kartoffeln gegen komplexe Krankheiten

Kühlen stärkehaltige Lebensmittel wie Kartoffeln ab, dann entsteht resistente Stärke. Sie ist von den körpereigenen Enzymen, den Amylasen, nicht abbaubar und soll Krankheiten wie Darmkrebs und Diabetes vorbeugen. Doch wie sie genau im Körper wirkt, ist bisher kaum erforscht. In einer aktuellen Studie im Fachjournal "mBio" zeigten die Wissenschaftler, dass besonders die Bakteriengattung Firmicutes von einer Diät mit viel resistenter Stärke profitiert.

Zugleich wurden im Darm Moleküle gebildet, die für den menschlichen Fettstoffwechsel eine wichtige Rolle spielen. Für die Studie hatten die Autoren Stuhlproben von 39 Probandinnen und Probanden untersucht, die sich jeweils für zwei Wochen von viel oder wenig resistenter Stärke ernährt hatten. Dazwischen lag eine Übergangsphase ohne spezielle Diät.

„Durch die Verknüpfung von genomischen, proteomischen und metabolomischen Daten konnten wir erstmals einen umfassenderen Einblick gewinnen, wie sich resistente Stärke auf das Mikrobiom im Darm und damit auch auf die Gesundheit auswirkt“, erklärt Prof. Schmitt-Kopplin, „gerade mit Blick auf Ernährungsstudien und die Diabetesforschung wollen wir die Zusammenhänge künftig noch detaillierter aufklären.“
 
Neue Molekülklasse im Darm entdeckt

In einer weiteren Studie in "Scientific Reports" wiesen die Mikrobiom-Experten zudem eine ungewöhnliche Klasse von bakteriellen Fetten (Sulfonolipiden) im Darm nach.

„Im Darm befinden sich zahlreiche Stoffwechselprodukte, die sich in Abhängigkeit der Ernährung aber auch des Gesundheitsstatus des Wirtes verändern“, erklärt BGC-Wissenschaftlerin Dr. Alesia Walker, Erstautorin der Arbeit. „Sie aufzuspüren und metabolomisch zu charakterisieren ist ein erster Schritt, um das komplexe Wechselspiel zwischen dem Darm und seinen Bewohnern zu verstehen.“

Bisher waren die Fette nur in Umweltbakterien beschrieben worden, nun fanden die Forscher sie im Darm von Mäusen – je nach deren Ernährung leicht verändert. Zudem konnten die Wissenschaftler bereits feststellen, welche Bakterien genau die seltenen Verbindungen herstellen (Alistipes und Odoribacter).

In bereits laufenden Untersuchungen wollen die Forscher herausfinden, ob sich diese Erkenntnisse auch für Menschen bestätigen. Darüber hinaus wollen sie die Lipide auf deren biologische Funktion testen. „Da der Wirt selber nicht in der Lage ist, die Verbindungen herzustellen, vermuten wir ein chemisches Kontinuum zwischen Umwelt- und Darmmikrobiom“, erläutert Schmitt-Kopplin.

Quelle: Technische Universität München

Literatur:

(1) Monika Bazanella, Tanja V Maier, Thomas Clavel et al.
Randomized controlled trial on the impact of early-life intervention with bifidobacteria on the healthy infant fecal microbiota and metabolome. The American Journal of Clinical Nutrition, DOI:0.3945/ajcn.117.157529
http://ajcn.nutrition.org/content/early/2017/09/06/ajcn.117.157529.abstract
(2) Tanja V. Maier, Marianna Lucio, Lang Ho Lee  et al.
Impact of Dietary Resistant Starch on the Human Gut Microbiome, Metaproteome, and Metabolome.
mBio, DOI: 10.1128/mBio.01343-17
http://mbio.asm.org/content/8/5/e01343-17.abstract
(3) Alesia Walker, Barbara Pfitzner, Mourad Harir et al.
Sulfonolipids as novel metabolite markers of Alistipes and Odoribacter affected by high-fat diets.
Scientific Reports, DOI:10.1038/s41598-017-10369-z
https://www.nature.com/articles/s41598-017-10369-z


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