Einen gesunden Darm bewahren: USDA ARS

Linshu Liu, Jenni Firrman, Johanna Lemons und Karley Mahalak sind Forscher bei der Dairy and Functional Food Research Unit in Wyndmoor, PA.

Willkommen beiUnter dem Mikroskop.

Linshu Liu (LSL), Jenni Firrman (JF), Johanna Lemons (JL) und Karley Mahalak (KM)

EINS:Beginnen wir mit den Grundlagen: Was ist ein „Darmmikrobiom“ und warum ist es für unsere Gesundheit wichtig?

JF:Wenn man den Begriff „Darmmikrobiom“ hört, bezieht er sich meist auf die Bakterienpopulation, die extrem dicht ist und aus Hunderten verschiedener Arten bestehen kann. Tatsächlich leben im Darm eines Menschen mehr Bakterien als Menschen auf der Erde. Wenn wir anfangen, genauer darüber nachzudenken, werden wir neugierig, was diese Bakterien tun und wie sie ihren Wirt beeinflussen könnten.

Diesen Fragen geht unser Team in seiner Forschung nach. Denn je mehr wir über das Darmmikrobiom lernen, desto besser verstehen wir, dass diese Gemeinschaft an der Schnittstelle zwischen Ernährung und menschlicher Gesundheit liegt. Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms und die produzierten Nebenprodukte hängen von der Nahrung ab, die wir zu uns nehmen. Die Darmmikrobiota beeinflusst nicht nur den Darm, sondern auch die Gesundheit des gesamten menschlichen Körpers.

EINS:Wie würden Sie ein gesundes Darmmikrobiom definieren? Wie testen Sie dies in Ihren Experimenten?

JF:Es ist schwierig, eine einheitliche Definition für ein gesundes Darmmikrobiom zu finden. Die Zusammensetzung dieser Gemeinschaft ist bei jedem Menschen völlig individuell. Erschwerend kommt hinzu, dass sich unser individuelles Mikrobiom täglich als Reaktion auf Nahrungsmittel oder Faktoren wie die Entstehung von Krankheiten verändern kann.

Ein gesundes Darmmikrobiom lässt sich im Allgemeinen anhand von Biomarkern identifizieren, die auf die Bildung bestimmter Stoffwechselprodukte, das Vorhandensein allgemein als gesund geltender Bakterien und das Fehlen krankheitsassoziierter Bakterien hinweisen. Beispielsweise produziert die Darmmikrobiota kurzkettige Fettsäuren (SCFA), die allgemein als gesundheitsfördernd gelten.

Es gibt eine Reihe von Bakterienarten, die vor allem deshalb als gesund gelten, weil sie erwünschte Nebenprodukte produzieren. Einige dieser Arten sind nützlich und kommen in probiotischen Lebensmitteln wie Joghurt vor. Andere Bakterien wiederum werden mit Krankheiten in Verbindung gebracht. Kurz gesagt: Ein gesundes Darmmikrobiom enthält eine größere Anzahl gesunder Arten, die kurzkettige Fettsäuren produzieren können, und weniger Arten, die bekanntermaßen Krankheiten verursachen. Anhand dieser verschiedenen Parameter lässt sich allgemein sagen, was gesund ist und was nicht. Es gibt jedoch keine Einheitslösung!

Sauerkraut, eingelegte Gurken und Joghurt sind beliebte probiotische fermentierte Lebensmittel. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Marek Uliasz, PixelsAway)

EINS:Was kann passieren, wenn das Darmmikrobiom ungesund oder unausgeglichen ist?

LSL:Ernährung, Medikamente und ungesunde Lebensgewohnheiten können eine Dysbiose der Darmflora auslösen. Dysbiose wird als Verlust nützlicher Bakterien, übermäßiges Wachstum schädlicher Bakterien oder eine Abnahme der allgemeinen Vielfalt des Darmmikrobioms diagnostiziert. Menschen mit Dysbiose entwickeln Symptome wie Darmentzündungen, Durchfall, Nahrungsmittelunverträglichkeiten, Blähungen und Völlegefühl.

Die Darmflora gilt als wichtiges Immunorgan. Dysbiose kann zu Autoimmunität und Zellschädigungen führen und systemische und chronische Erkrankungen wie Diabetes (Typ 1 und Typ 2), Fettleibigkeit, Morbus Crohn und Zöliakie auslösen. Forschungsergebnisse deuten zudem darauf hin, dass Dysbiose der Darmflora mit verschiedenen psychischen Erkrankungen wie Angstzuständen und Depressionen in Zusammenhang stehen könnte, die in der heutigen Gesellschaft große Sorgen bereiten. Dies wird als Darm-Hirn-Achse bezeichnet, eine wechselseitige Kommunikation zwischen dem zentralen Nervensystem und der Darmflora.

EINS:Was genau sind Probiotika und wie können sie ein gesünderes Darmmikrobiom fördern?

JL:Probiotika sind lebende Mikroorganismen, die aufgrund ihrer gesundheitsfördernden Wirkung eingenommen werden.

LSL:Probiotika sind in Joghurt, anderen fermentierten Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln enthalten. Die häufigsten Probiotika sind Bakterien der Gruppen Lactobacillus und Bifidobacterium. Auch andere Bakterien und Hefen wie Saccharomyces boulardii können als Probiotika eingesetzt werden.

Probiotika fördern ein gesünderes mikrobielles Ökosystem im Darm, indem sie (1) dazu beitragen, die Mikroorganismengemeinschaft Ihres Körpers nach einer Störung (z. B. nach der Einnahme von Antibiotika) wieder ins Gleichgewicht zu bringen, (2) Substanzen (Metaboliten) mit erwünschten Wirkungen produzieren und (3) die Immunreaktion Ihres Körpers und die Interaktionen zwischen Gehirn und Darm beeinflussen.

Auswahl an Lebensmitteln mit hohem Präbiotikagehalt für einen gesunden Darm und ein gesundes Verdauungssystem. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Danijela, Adobe Stock)

EINS:Was ist der Unterschied zwischen Probiotika und Präbiotika?

JF:Ein Probiotikum ist im Wesentlichen eine essbare Form von Bakterien. Ein Präbiotikum ist etwas, das Sie essen und das Wachstum gesunder Darmbakterien fördert, die tatsächlich bereits in Ihrem Darmmikrobiom vorhanden sind.

LSL:Sie können Probiotika und Präbiotika auch kombinieren, um Synbiotika herzustellen. In Synbiotika wirken Probiotika und Präbiotika zusammen. Das Präbiotikum dient dem Probiotikum als Nahrungsquelle.

EINS:Es ist allgemein anerkannt, dass eine Ernährung mit viel Obst und Gemüse gesund ist. Können Sie erklären, wie sich dies auf das Darmmikrobiom auswirkt?

KMObst und Gemüse enthalten viele Nährstoffe, die für die allgemeine Gesundheit wichtig sind, aber auch Ballaststoffe, die von menschlichen Zellen nicht, wohl aber vom Darmmikrobiom verdaut werden können. Neben Ballaststoffen enthalten sie Polyphenole, deren Verzehr in kleinen Dosen ebenfalls wichtig ist. Erreichen diese bioaktiven Verbindungen den Dickdarm, können die Bakterien des Darmmikrobioms sie verdauen. Diese Verdauung fördert das Wachstum der Darmmikrobengemeinschaft und kann die Vielfalt ihrer Mitglieder erhöhen, insbesondere derjenigen, die für eine gesunde Ernährung verantwortlich sind.

JL: Neben Ballaststoffen sind Obst und Gemüse auch gute Quellen für resistente Stärke und sekundäre Pflanzenstoffe. Ballaststoffe und resistente Stärke (häufig in Kartoffeln, Bohnen usw. enthalten) sind hervorragende Präbiotika, die als Energiequelle für die Vermehrung vieler „guter“ Bakterien dienen. Eine stetige Versorgung mit diesen Substanzen hilft den nützlichen Mikroben, die mikrobielle Gemeinschaft zu dominieren.

JF:Letztendlich ist das Darmmikrobiom für seine Ernährung von seinem Wirt abhängig. Obst und Gemüse enthalten viele Bestandteile, die die menschlichen Zellen nicht selbst abbauen und verwerten können. In diesem Fall gelangen diese Bestandteile in den Dickdarm, wo sie den Mikroben zur Verfügung stehen. Das Mikrobiom trägt eine enorme Anzahl von Genen, die den menschlichen Zellen fehlen; diese Gene kodieren für Enzyme, die diese Bestandteile abbauen und als Nährstoffquelle nutzen können.

Ein SHIME-Gerät (Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecology) ahmt Magen, Dünndarm und Dickdarm nach. (Foto mit freundlicher Genehmigung der Forschungseinheit für Milchprodukte und funktionelle Lebensmittel)

EINS:Wie wirken sich nicht-nutritive und alternative Süßstoffe (wie Aspartam oder Stevia) auf das Darmmikrobiom aus?

KM: Die Wirkung von nicht-nutritiven und alternativen Süßstoffen auf das Darmmikrobiom hängt davon ab, auf welche Süßstoffe Sie sich beziehen. Nicht alle nicht-nutritiven und alternativen Süßstoffe sind gleich.

Beispielsweise wurde gezeigt, dass künstliche, nicht-nutritive (im Wesentlichen kalorienfreie) Süßstoffe wie Aspartam, Sucralose und Saccharin die mikrobielle Gemeinschaft im Darm hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, ihrer Struktur und der Stoffwechselnebenprodukte beeinflussen. Die durch diese nicht-nutritiven künstlichen Süßstoffe verursachten Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft im Darm führen häufig zu einer Glukoseintoleranz.

Unsere Studie zeigte jedoch, dass die in Stevia enthaltenen Verbindungen (Steviolglykoside) in vitro keine messbaren Veränderungen in der Darmflora hervorriefen. Unser In-vivo-Experiment mit Steviolglykosiden und Erythrit (einem Zuckeralkohol, der auch als nicht-nutritiver Süßstoff fungiert) deutete zudem darauf hin, dass diese Verbindungen zur Erhöhung der mikrobiellen Vielfalt im Darm beitragen könnten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von handelsüblichem Stevia wahrscheinlich keine negativen Auswirkungen auf das menschliche Darmmikrobiom hat.

EINS:Wie wirken sich antimikrobielle Mittel in der Umwelt auf die Mikrobiota in Ihrem Darm aus?

JF:Antimikrobielle Mittel sind für die Krankheitsvermeidung von großer Bedeutung und werden in der Regel gezielt gegen Bakterienzellen und nicht gegen menschliche Zellen eingesetzt, da diese molekulare Unterschiede aufweisen. Diese Chemikalien können jedoch nicht zwischen gesunden und kranken Mikroben unterscheiden. Zudem gelten Bakterien als opportunistisch, d. h. selbst gesunde Bakterien können bei immungeschwächten Personen Schaden anrichten. Werden antimikrobielle Mittel in den Magen-Darm-Trakt eingebracht, können sie dort erheblichen Schaden anrichten.

KM: Antimikrobielle Mittel können über die Nahrungskette oder durch die Verwendung in topischen Behandlungen wie Seifen oder Lotionen in den menschlichen Körper gelangen. Nachdem diese antimikrobiellen Mittel in Ihren Körper gelangt sind, können sie in Ihre Organe und Gewebe aufgenommen werden, was die mikrobielle Gemeinschaft im Darm verändern kann. Normalerweise führt dies zu einer Verringerung der Bakteriengemeinschaft, was die Vielfalt dieser Gemeinschaft beeinträchtigen und somit unerwünschte gesundheitliche Auswirkungen haben kann. Dies ist vergleichbar mit den Nebenwirkungen oraler Antibiotika, wie z. B. Durchfall. In unserer In-vitro-Studie haben wir jedoch gezeigt, dass sich die mikrobielle Gemeinschaft im Darm nach der einwöchigen Verabreichung einer hohen Dosis eines gängigen antimikrobiellen Mittels (Triclosan) sowohl strukturell (die Mitglieder der Gemeinschaft) als auch funktionell (die von dieser Gemeinschaft produzierten Stoffwechselprodukte) von der Behandlung erholen konnte.

EINS:Wie können sich unterschiedliche Zubereitungsarten und andere Arten der Lebensmittelverarbeitung auf die Darmmikrobiota auswirken?

JL: Der Begriff „Lebensmittelverarbeitung“ beschreibt alle Verfahren, mit denen ein landwirtschaftliches Produkt in ein Lebensmittel umgewandelt wird. Er umfasst ein breites Spektrum an Tätigkeiten, darunter Mahlen, Pasteurisieren, Einmachen, Kochen, Fermentieren und mehr. Beim Kochen kann es (je nach Härte der Methode) zu einer erheblichen Zersetzung empfindlicher Nährstoffe und sogar zur Bildung giftiger Nebenprodukte kommen.

Wir sind noch weit davon entfernt, alle Mechanismen vollständig zu verstehen. Aus bestehenden Forschungsergebnissen wissen wir jedoch, dass das Kochen und Abkühlen bestimmter Lebensmittel wie Kartoffeln und Reis die Konzentration resistenter Stärke, eines wichtigen Präbiotikums, erhöht. Darüber hinaus wissen wir, dass mikrobielle Gemeinschaften unterschiedlich auf gesättigte, einfach und mehrfach ungesättigte Fette reagieren. Daher können wir davon ausgehen, dass die Wahl des Speiseöls die Darmflora beeinflusst, insbesondere im Zusammenhang mit Überernährung. Eine weitere Verarbeitungsform, die Fermentierung, kann eine gute Quelle für diätetische Probiotika sein. – vonGeorgia Jiang, ARS-Kommunikationsbüro.