Innovation

Forschen im Mikrobiom-Dschungel

Das Thema Mikrobiom ist nicht neu. In Herborn beschäftigten sich Wissenschaftler und Ärzte bereits seit rund 60 Jahren mit dem Einfluss des Mikrobioms auf Gesundheit und Krankheit. Viele Jahrzehnte lang galt ihre Ansicht, Bakterien seien der Schlüssel für ein gesundes Leben, als exotisch und nicht haltbar. Erst seit der Jahrtausendwende erkennt die Hochschulforschung das gesunderhaltende Prinzip des Mikrobioms an. Seitdem ist die Zahl der Forschungsarbeiten zum Mikrobiom sprunghaft gestiegen. Erfahren Sie mehr in unserem Interview mit Dr. rer. nat. Volker Rusch vom Institut für Integrative Biologie, Alte Universität Herborn.

Mikrobiom

Herr Dr. Rusch, was sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten Erkenntnisse der jüngsten Forschung?

Es gibt viele interessante und wichtige Forschungsergebnisse. Am erstaunlichsten ist wohl der Einfluss der Darm-Mikroben auf die Psyche. Zumindest bei Mäusen ist schon gut untersucht, dass sich die Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms auf das Ausmaß ihrer Ängstlichkeit auswirkt. Möglicherweise wird die Mikrobiom-Forschung in Zukunft für die Entwicklung von Psychopharmaka eine Rolle spielen. Wir dürfen gespannt sein, was da noch kommt.

Generell ist das Thema Arzneimittel interessant in Bezug auf das Mikrobiom. Die Mikroben im Darm können zum Beispiel eingenommene Arzneimittel um- oder abbauen, wodurch die Wirkung entweder verloren geht oder sich verstärkt. Offensichtlich können wir die Wirksamkeit einiger Arzneimittel nur dann vollständig bewerten, wenn wir das Mikrobiom des einzelnen Patienten mit berücksichtigen.

Alarmierend finde ich aktuelle Erkenntnisse zur Verarmung der Artenvielfalt im Ökosystem Darm. Was derzeit in Deutschland bei den Insekten stattfindet, passiert auch unbemerkt in deutschen Därmen. Wir leben insgesamt in einer viel keimärmeren Umgebung als früher und damit fehlt dem Mikrobiom im Darm der Nachschub. Gleichzeitig ist das Mikrobiom vermehrt schädigenden Einflüssen wie Antibiotikatherapien, Stress und einseitiger Ernährung ausgesetzt. Untersuchungen an Mäusen deuten darauf hin, dass sich die Verarmung der Artenvielfalt an die nächste Generation vererbt. Wenn sich die Ergebnisse auf den Menschen übertragen lassen, potenziert sich das Problem mit den Generationen und es könnte nach heutigen Erkenntnissen für viele Zivilisationskrankheiten mit verantwortlich sein.

Es werden immer mehr Bakterienarten bekannt, die wir brauchen, um gesund zu bleiben.

Dr. rer. nat. Volker Rusch, Institut für Integrative Biologie, Alte Universität Herborn

Welche Rolle spielt das Mikrobiom in unserem Körper? Welche Aufgaben übernimmt es angesichts seiner unzähligen Gene?

Der Stoffwechsel der Mikroben ist enorm vielfältiger als unser eigener und er übernimmt Aufgaben, zu denen wir Menschen nicht fähig sind. Das lässt sich am Kohlenhydratabbau gut veranschaulichen: Dem Menschen stehen 17 Enzyme für den Kohlenhydratabbau zur Verfügung, manche Darmbakterien produzieren dagegen mehr als 200 Enzyme für den Zweck. Entsprechend sind sie fähig, auch komplexe Kohlenhydrate abzubauen, was der Mensch nicht kann.

Die Aufgaben des Darm-Mikrobioms sind vielfältig. Die Mikroben trainieren das Immunsystem und wehren unerwünschte Bakterien ab, indem sie zum Beispiel selbst antibiotische Stoffe produzieren. Außerdem versorgen sie uns mit Vitaminen und ernähren unsere Darmschleimhaut mit Buttersäure. Sie bauen Umweltchemikalien und eben auch Arzneimittel ab und entlasten damit die Leber. Das sind aber nur einige Beispiele.


Wie beeinflussen sich Mensch und Mikrobiom? Gibt es eine Interaktion?

Mensch und Mikrobiom interagieren über verschiedene Mechanismen. Zum Beispiel greifen bestimmte Zellen des Darm-Immunsystems zwischen den Zellen der Darmschleimhaut hindurch und beproben so die vorhandenen Mikroben. Die Immunzellen geben dann entsprechende Informationen an das Immunsystem weiter. Für das Immuntraining ist der Darm ein wichtiger Ort. Etwa 70 Prozent der Immunzellen befinden sich im Darm und das Immunsystem lernt anhand der vorhandenen Mikroben. Nur so ist es im Ernstfall zu einer schlagkräftigen Abwehr fähig und kann gleichzeitig unnötige Reaktionen unterlassen, wie sie zum Beispiel bei Allergien oder Autoimmunerkrankungen auftreten.

Ein weiterer Mechanismus ist die Kommunikation über Botenstoffe, die Mensch und Mikroben gleichermaßen freisetzen und nutzen. Es ist eine Art gemeinsame Sprache, die beide Lebensformen verstehen. Zu den Botenstoffen gehören die sogenannten kurzkettigen Fettsäuren, die zum Beispiel Informationen über Hungergefühl und Sättigung an den Menschen übertragen, aber auch Neurotransmitter, die manche Darmbakterien freisetzen und die wir in unseren Nerven zur Signalweiterleitung nutzen. Das ist eine hochinteressante Forschungsrichtung, die uns sicher noch sehr spannende Ergebnisse liefern wird.


Wie sieht eine gesunde Besiedlung mit Bakterien, Viren und Pilzen aus?

Es gibt kein Referenz-Mikrobiom, das uns sagt: So sieht eine gesunde Besiedlung aus. Das wird immer wieder gefordert, aber ich glaube nicht, dass es das jemals geben wird. Dafür ist die Besiedlung jedes Einzelnen zu unterschiedlich. Es werden aber immer mehr Bakterienarten bekannt, die wir brauchen, um gesund zu bleiben. Von den Laktobazillen und einigen immunstimulierenden Bakterienarten wissen wir schon lange, dass sie unsere Gesundheit unterstützen. Es gibt aber Bakterienarten wie Faecalibacterium prausnitzii und Akkermansia muciniphila, deren Bedeutung erst die jüngere Mikrobiom-Forschung aufgedeckt hat. Faecalibacterium prausnitzii und Akkermansia muciniphila sind wichtig für die Ernährung der Darmschleimhaut und die Regeneration der schützenden Schleimschicht im Darm. Bei Patienten mit der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung Morbus Crohn sind die Zellzahlen von Faecalibacterium prausnitzii zum Beispiel deutlich verringert.


Kann man Krankheiten heilen, indem man das Mikrobiom des Menschen verändert?

Ja, das kann man. Die radikalste Form der Veränderung ist die Fäkaltransplantation, bei der ein Großteil des Mikrobioms eines Spenders auf einen Kranken übertragen wird. Das wird derzeit mit großem Erfolg bei Clostridium-difficile-Infektionen durchgeführt. Clostridium-difficile-Infektionen können nach Antibiotikatherapien auftreten und gefürchtete Durchfälle auslösen, die immer wieder zum Tod führen. Antibiotikatherapien können das Mikrobiom so stark schwächen, dass es das Wachstum von Clostridium difficile nicht mehr unterdrücken kann und sich der Erreger explosionsartig vermehrt.

Die Fäkaltransplantation ist aber nur bei lebensgefährlichen Erkrankungen sinnvoll, da es noch zu viele Unbekannte im Mikrobiom gibt und wir nicht wissen, was wir genau übertragen. Zu den Viren in unserem Darm ist zum Beispiel nur wenig bekannt, aber auch bei den Bakterien besteht noch Forschungsbedarf.

Mit manchen bakterienhaltigen Präparaten lassen sich das Immunsystem und die Darmschleimhaut stärken. Das ist sehr wirkungsvoll und durch experimentelle und klinische Studien belegt.

Da die Darmschleimhaut mit ihrer riesigen Oberfläche ein Haupteinfallstor für Krankheitserreger, Allergene und Schadstoffe darstellt, ist das ein großer Erfolg. Damit lässt sich die Leber entlasten, was vor allem bei der nichtalkoholischen Fettleber eine Rolle spielt, die derzeit auf dem Vormarsch ist. Bei einer fehlregulierten und zu durchlässigen Darmschleimhaut können auch Bruchstücke gramnegativer Bakterien in den Körper eindringen und in den Blutkreislauf gelangen. Dabei entsteht die sogenannte Endotoxinämie, die stille Entzündungen im Körper auslöst und zum Beispiel Autoimmunerkrankungen und Typ-2-Diabetes Vorschub leistet.

Wichtige Darmbakterien wie Faecalibacterium prausnitzii können wir derzeit leider noch nicht direkt zuführen, sondern nur über das richtige Nährstoffangebot fördern.

 

Mit manchen bakterienhaltigen Präparaten lassen sich das Immunsystem und die Darmschleimhaut stärken. Das ist sehr wirkungsvoll und durch experimentelle und klinische Studien belegt.

Für welche Indikationen bieten die Erkenntnisse über das Mikrobiom neue Therapieoptionen?

Neben den klassischen und bewährten Indikationen der mikrobiologischen Therapie, wie Erkrankungen des allergischen Formenkreises, akute und chronische Infekte, chronisch-entzündliche Darmerkrankungen und allgemein intestinale Störungen, eröffnen sich Aussichten auf ganz neue therapeutische Zielsetzungen.

Bei der Behandlung des Typ-2-Diabetes hat sich zum Beispiel herausgestellt, dass das Standardtherapeutikum Metformin wahrscheinlich über eine Veränderung in der Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms wirkt. Bei der Therapie des Typ-2-Diabetes wird das Mikrobiom deshalb in Zukunft stärker im Vordergrund stehen.

Für die Allergieprävention greifen Geburtshelfer inzwischen immer öfter zu einer ungewöhnlichen Maßnahme: Sie „beimpfen“ per Kaiserschnitt geborene Kinder mit dem vaginalen Mikrobiom ihrer Mutter. Sie wollen die Besiedlung des Neugeborenen damit in die richtige Richtung lenken, denn die internationale Mikrobiom-Forschung hat die Kaiserschnittgeburt als einen Risikofaktor für die Entstehung von Allergien identifiziert.

Auch bei den chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen Morbus Crohn und Colitis ulcerosa ist die mikrobielle Vielfalt deutlich reduziert. Probiotika und die Fäkaltransplantation werden derzeit deshalb als Behandlungsoptionen diskutiert und getestet.

Bei Parkinson und Autismus-Spektrum-Störungen spielt das Mikrobiom ebenfalls eine große Rolle. Beide Erkrankungen gehen mit starken Darmbeschwerden einher. Obwohl der Zusammenhang zwischen dem Darm-Mikrobiom und den Erkrankungen noch nicht ganz klar ist, wird der Einsatz von Probiotika, Prebiotika und Fäkaltransplantationen vor allem bei Autismus-Spektrum-Störungen immer beliebter.


Wie beurteilen Sie die klinische Relevanz der Mikrobiom-Forschung?

Ich denke, an der individuellen Mikrobiom-Analyse wird in Zukunft kein Weg vorbeiführen. Wir müssen Krankheit in vielen Fällen als ein aus dem Gleichgewicht geratenes Ökosystem begreifen. Entsprechend wird das Mikrobiom bei der Behandlung vieler Erkrankungen eine Rolle spielen und Mikrobiom-bezogene Therapien werden dann Erfolg haben, wenn sie an verschiedenen Stellschrauben drehen und das Ökosystem Mensch sanft wieder ins Gleichgewicht zurückschieben.