Die Darmmikrobiota

Unser Labor setzt sowohl die klassischen kulturellen aber auch nmodernere molekularbiologische Methoden für die Diagnostik ein. Letztere sind in der Lage, auch solche Bakterien zu detektieren, die strikt anaerob sind und den Großteil der Darmmikrobiota ausmachen. Durch diese Möglichkeit sind die Erkenntnisse zu klinischen Zusammenhängen zwischen Erkrankungen und der Abundanz bestimmter Bakterien oder Bakteriengruppen in den letzten Jahren enorm gewachsen.

Nach wie vor kann jedoch ein bestimmter pathologischer Zustand nicht mit einem bestimmten Bakterium verknüpft werden. Das liegt aber nicht unbedingt an fehlenden Forschungsergebnissen, sondern vor allem daran, dass sich die Zusammenhänge umso komplexer darstellen, je mehr wir über die Darmbakterien und ihr Zusammenspiel sowohl untereinander als auch mit unseren Körperzellen (z.B. Epithelzellen, Immunzellen) wissen.

In den Fokus sind deshalb, eher als einzelne Bakterien, funktionelle Gruppen gerückt.

Es wurde z.B. gezeigt, dass kurzkettige Fettsäuren (vor allem Butyrat, Acetat und Propionat) ganz zentrale Aufgaben im Darm erfüllen, an der Energiebildung der Kolonozyten (hauptsächlich Butyrat) beteiligt sind, Entzündungsprozesse und Immunantworten mitregulieren und die Kommunikation von Darm und Hirn maßgeblich beeinflussen. Bakterien, die solche kurzkettigen Fettsäuren produzieren, insbesondere die Butyratbildner, stellen deshalb eine sehr wichtige funktionelle Gruppe dar. Ist diese Gruppe maßgeblich reduziert, kann das Auswirkungen auf die Integrität der Darmbarriere haben.

Eine weitere wichtige Gruppe sind Bakterien, die direkt dazu beitragen, die Ansiedlung von Pathogenen an die Darmschleimhaut zu verhindern. Sie blockieren mögliche Bindestellen am Darmepithel, schütten Bacteriocine aus und konkurrieren mit Pathogenen um Nährstoffe. Diese Funktion bezeichnet man auch als Kolonisationsresistenz. Sie ist ein wichtiger Bestandteil der Darmbarrierefunktion. Um diese einzuschätzen, werden Bacteroides spp., Bifidobacterium spp. und Lactobacillus spp. herangezogen.

Die Mukusschicht (Schleimschicht auf den Darmepithelzellen) ist ein weiterer wichtiger Teil der Darmbarriere. Wird sie nicht ausreichend gebildet und regelmäßig erneuert, begünstigt das die Kolonisation pathogener Keime und verursacht Entzündungsreaktionen. Am Erhalt einer intakten Mukusschicht, also der Mukosaprotektion beteiligt sind Akkermansia muciniphila, Faecalibacterium prausnitzii und Lactobacillus spp..

Sogenannte immunmodulierdende Bakterien (z.B. Enterococcus spp., Escherichia coli) trainieren das intestinale Immunsystem, ohne Entzündungen auszulösen und spielen deshalb eine große Rolle in der Aufrechterhaltung der Immunhomöostase des Darms.

Proteobakterien sind im Gegensatz zu den anderen Darmbakterien in der Lage auch Eiweiße (aber keine Ballaststoffe) zu verwerten. Wenn sich das Verhältnis der Darmmikrobiota in Richtung dieser Gruppe verschiebt, hat das einen proentzündlichen Effekt. Grund ist, dass Proteobakterien Lipopolysaccharide (LPS) auf ihrer Oberfläche tragen, die Immunabwehrreaktionen nach sich ziehen. Durch ihre Stoffwechselprodukte erhöhen sie außerdem den pH-Wert im Darm und hemmen dadurch das Wachstum pH-sensitiver Bakterien, z.B. der Butyratbildner.

Tabelle 3 Möglichkeiten für die Diagnostik der Darmmikrobiota

• Hollister, Emily B., Chunxu Gao, and James Versalovic. "Compositional and functional features of the gastrointestinal microbiome and their effects on human health." Gastroenterology 146.6 (2014).
• Lupp, Claudia, and B. Brett Finlay. "Intestinal microbiota." Current Biology 15.7 (2005).
• Zuo, Tao, et al. "Alterations in gut microbiota of patients with COVID-19 during time of hospitalization." Gastroenterology 159.3 (2020).