Titelthema
Der geheimnisvolle Mieter des Darms
Die Erforschung des intestinalen Mikrobioms birgt faszinierende Erkenntnisse vor allem hinsichtlich der Entstehung von Krankheiten.
Mit der „Darmflora“ beschäftigten sich bis vor wenigen Jahren fast ausschließlich Heilpraktiker, Naturmediziner und Patienten mit unklaren Darmbeschwerden – Schulmediziner belächelten das Thema allenfalls. Erst in den letzten Jahren hat hier ein wissenschaftlicher Paradigmenwechsel eingesetzt, seitdem wird die Bedeutung des intestinalen („im Darm befindlichen“) Mikrobioms für unsere Gesunderhaltung ebenso wie bei der Entstehung von Krankheiten durch eine Fülle von spektakulären Studien immer besser belegt.
Die Entdeckung der "Animalculi"
Bereits 1673 hatte der Naturforscher Antoni van Leeuwenhoek mithilfe des kurz zuvor erfundenen Lichtmikroskops erstmals Animalculi („Kleinstlebewesen“) im und am Menschen aufgespürt, aber erst 200 Jahre später gelang es Robert Koch, einige dieser Mikroorganismen zu identifizieren – zum Beispiel als gefährliche Krankheitserreger. Für ein weiteres Jahrhundert blieben weitergehende Forschungen limitiert, weil Keimbestimmungen praktisch nur durch Anzüchtung in Kulturen oder Färbetechniken bei Gewebsuntersuchungen möglich waren.
Erst die technologische Entwicklung der modernen Molekularbiologie und bioinformatische Datenverarbeitung ermöglichte die Erforschung von Abstammung und Klassifizierung dieser unglaublich vielfältigen Mikroorganismen. Seit der Jahrtausendwende wird die Interaktion zwischen Mensch und besiedelnden Mikroben (Mikrobiota/Mikrobiom) immer weiter aufgeklärt, in den letzten zehn Jahren vor allem durch das „Human Microbiome“-Projekt der amerikanischen Gesundheitsbehörde NIH und das europäische „Metagenomics of the human intestinal tract“-Programm.
100 Billionen Einzelmieter
Mikroorganismen besiedeln in unterschiedlicher Dichte fast alle äußeren und inneren Oberflächen des Körpers und machen etwa zwei Kilogramm unseres Gewichts aus. 99 Prozent dieser Mikroben leben im Verdauungstrakt. Das gesunde Mikrobiom des Darms umfasst dabei etwa 100 Billionen Bakterien, bildet mehr als 90 Prozent der Stuhlmasse und enthält 2 bis 20 Millionen Gene. Zum Vergleich: Das menschliche Genom besteht insgesamt aus „nur“ rund 22.000 Genen. Die einzelnen Abschnitte des Verdauungstrakts sind von der Mundhöhle bis zum After mit verschiedenen Arten besiedelt; lediglich der gesunde Magen ist infolge seines sauren Milieus praktisch steril.
© Martin Oeggerli 2007, unterstützt durch Pathologie, Universitätsspital Basel und School of life sciences, fhnw., Christina Clasen
Die weitaus größte Menge und Vielfalt der Mikrobiota tummelt sich in hochvariabler, individueller und stoffwechselaktiver Vielfalt im Dickdarm und übt hier eine Fülle unterschiedlicher Funktionen aus. Auch die Organismen der unmittelbaren Schleimhautschicht und des Darminneren unterscheiden sich erheblich. Das gesund funktionierende Mikrobiom ist dabei mehr durch seine Artenvielfalt charakterisiert als durch die Menge bestimmter Arten. Bakterien bilden den weitaus größten Teil des Mikrobioms; während heute über 1000 verschiedene Arten bekannt sind, ist der große Rest noch nicht identifiziert.
Zum normalen Ökosystem des Darms gehören übrigens auch Pilze (zwei Prozent) und Viren, wovon bisher über 1000 Typen charakterisiert sind. Das Darm-Virom rückt zunehmend in den Fokus der Forschung, weil viele Viren als Bakteriophagen agieren und Darmbakterien schädigen, töten oder anderweitig beeinflussen und so zur Aufrechterhaltung des mikrobiellen Gleichgewichts beitragen. Somit wirken Bakterien, Pilze und Viren jeweils vielfältig aufeinander ein und bilden eine höchst komplexe Balance.
Übernahme der Wohnung
Die Mikrobiom-Besiedlung des Menschen beginnt im Wesentlichen mit dem Geburtsvorgang; dabei erhalten auf natürlichem Weg geborene Kinder ihr Mikrobiom aus der mütterlichen Vaginalflora. Per Kaiserschnitt entbundene Kinder hingegen erwerben eher das Mikrobiom der Haut der Mutter und der Hebamme, was im späteren Leben Ursache allergischer und anderer Erkrankungen sein kann. Konsequenterweise werden Neugeborene nach der Entbindung mittlerweile vielerorts mit dem Vaginalsekret der Mutter eingerieben. Ganz wesentlich beeinflusst natürlich die Ernährung das Mikrobiom – grundlegend und vom Säuglingsalter an.
Vom ersten Tag an kümmert sich unser Mieter um den Sperrmüll in seiner Behausung – Bakterien ernähren sich ganz wesentlich von denjenigen Lebensmittelbestandteilen, die der Verdauungstrakt bis dahin wegen Unverdaulichkeit ignorierte. Mit dem Abbau von Unverdaulichem entstehen Produkte, die wiederum für die Energieversorgung der Schleimhautzellen, die Stabilität der Darmbarriere, Stärkung der Schleimschicht und zahlreiche Immunfunktionen notwendig sind.
Überdies werden lebenswichtige bioaktive Substanzen wie zum Beispiel Signaltransmitter, Vitamine sowie antioxidative, antikanzerogene, entgiftende und entzündungshemmende Stoffe gebildet. Kurzum: Ein gesundes intestinales Mikrobiom lebt mit uns in einer friedlichen Symbiose und ist ein Glücksfall für jeden „Vermieter“.
Ruhestörung
Neben der unabsehbaren physiologischen Bedeutung wurde in den vergangenen zehn Jahren eine Fülle von Krankheiten identifiziert, die mit einem veränderten Mikrobiom einhergehen: Während so bis zum Jahr 2007 alljährlich nur wenige Dutzend wissenschaftliche Arbeiten zu dieser Thematik publiziert wurden, waren es allein im Jahre 2017 bereits nahezu 10.000. Faszinierend dabei ist, dass Störungen des Mikrobioms nicht nur mit Erkrankungen des Darms, sondern einer Fülle anderer Krankheiten einhergehen.
Hierzu zählen unter anderem Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes mellitus und Fettleibigkeit, immunologische Erkrankungen wie Allergien und Asthma sowie neurologisch-psychiatrische Störungen, zum Beispiel Demenz, Alzheimer, Parkinson, Depressionen, Angststörungen, Psychosen und Autismus. Hierbei ist in vielen Fällen die „Huhn- oder-Ei“-Frage nicht eindeutig zu entscheiden: Sind die Mikrobiom-Veränderungen Folge oder Ursache einer assoziierten Krankheit? Eine kausale Rolle des Mikrobioms ist allerdings anzunehmen, denn manche Krankheiten können durch eine „Stuhltransplantation“ vom Spender auf bisher gesunde Empfänger übertragen werden. Der fäkale Mikrobiom-Transfer (FMT) hat sich in den letzten fünf Jahren weltweit rapide durchgesetzt – sowohl als therapeutische wie auch als experimentelle Methode.
Mieterwechsel
Die Verabreichung von Stuhlaufschwemmungen („gelbe Suppe“) galt bereits im antiken China als probate Behandlung von Bauchschmerzen und Durchfall. Nordafrikanische Beduinen wiederum aßen Kameldung zur – höchst effektiven! – Behandlung von Durchfallerkrankungen, ein Prinzip, das im Zweiten Weltkrieg von den Soldaten des deutschen Afrikakorps übernommen und gegen die Dysenterie eingesetzt wurde. Aber erst die spektakulären Erfolge bei der Behandlung der gefürchteten Clostridium difficile Colitis etablierte den FMT in der wissenschaftlichen Medizin.
Dabei gelingt in über 95 Prozent die prompte und definitive Ausheilung dieser schweren, anders kaum heilbaren Darmentzündung. Während heute in den USA und anderen Ländern bereits an kommerziellen Stuhlpräparaten gearbeitet wird, ist in Deutschland die Anwendung rechtlich nur als individueller Heilversuch möglich. Viele Studien (siehe auch Kasten unten) belegen überzeugend, dass die Zusammensetzung des Mikrobioms sich unmittelbar auf die Gesundheit der Darmschleimhaut, aber wohl auch des Gesamtorganismus unberechenbar auswirken kann – günstig ebenso wie ungünstig. Ein Stuhltransfer ist ein potenziell zweischneidiges Schwert und definitiv kein Wundermittel.
Dauermietvertrag empfohlen
Die explosive Vermehrung von Wissen über unser Darm-Mikrobiom lässt uns dieses heute nicht mehr als „Jauchegrube“, sondern als veritables Organ unseres Körpers betrachten. Dennoch verstehen wir derzeit allenfalls erst Bruchteile der unübersehbaren Eigenschaften unseres geheimnisvollen Darmbewohners, seiner reichen genetischen Ausstattung, enormen Flexibilität und essenziellen Bedeutung für unsere Gesundheit.
Wie ein Mikrobiom-Transfer das Verhalten verändert
Tierexperimentelle Studien zeigen, dass mit einem „Stuhl-Transplantat“ vielfältige Eigenschaften, insbesondere auch Krankheiten und andere Störungen auf den Empfänger übertragen werden können. Sie belegen damit überzeugend die aktive Rolle des Mikrobioms für zahlreiche Funktionszustände unseres gesamten Organismus. Zum Beispiel verursacht ein FMT von Reizdarm-Patienten Darmfunktionsstörungen bei bis dahin gesunden Mäusen, ein „gesunder“ FMT hatte hingegen keine Effekte. Faszinierend war bei diesem Experiment auch, dass gleichzeitig psychische Verhaltensmuster des Spenders übertragen wurden; litt dieser unter einer Angststörung, so entwickelten die Tiere ebenfalls Ängste. In standardisierten Testreihen brauchten diese Mäuse nach einem FMT plötzlich doppelt so lange wie die (mit „normalem“ Stuhl behandelten) Kontrolltiere, um sich zu einem Sprung aus einer definierten Höhe zu entschließen. Analog verliefen Experimente in den klassischen Hell-Dunkel-Tests: Hier wird die Zeit gestoppt, in der eine Maus es wagt, sich im Hellen aufzuhalten, bevor sie sich wieder in den Schutz einer dunklen Kammer zurückzieht. Diese Zeit war bei Mäusen nach "Angst"-FMT signifikant verkürzt, das heißt, ihr Mut war stark geschrumpft.
