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20. März 2013

Verdauung: Mikroben beeinflussen unser Gewicht

 Von Hermann Feldmeier
Darmkeim-Turm: Escherichia-coli-Bakterien. Foto: emu.arsusd

Der Darm ist nicht nur ein banaler Verdauungstrakt. Seine mikrobielle Flora steuert auch den Stoffwechsel und das Körpergewicht

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Myriaden von Mikroorganismen besiedeln den Darm. Jahrzehntelang hatten Forscher wenig Interesse an unseren winzigen Mitbewohnern. Nun ändert sich das: Die Mikrobiomforschung hat sich etabliert. Dabei geht es um die Gesamtheit der Bakterien im Verdauungstrakt.

Für Zhao Liping vom Zentrum für Systembiomedizin der Jiao Tong Universität in Shanghai begann der Einstieg in diese Forschungsrichtung mit einem Stipendium in den USA. Als schlanker junger Akademiker eingereist, verließ er die Cornell University in New York einige Jahre später mit 30 Kilogramm Übergewicht und einer durch Fast Food ramponierten Gesundheit.

Abnehmen mit Yams

Zurück in seiner Heimat erinnerte er sich an traditionelle Rezepte gegen Fettleibigkeit und verordnete sich eine Diät aus chinesischer Yamswurzel (Dioscorea opposita) und Bittermelone (Momordica charantia). Peu à peu verlor er sein Übergewicht, seine Blutfettwerte normalisierten sich, und er fühlte sich fit wie in der Studentenzeit.

Überzeugt davon, dass die Heilpflanzen aus der traditionellen chinesischen Medizin die Ursache der Gewichtsabnahme waren – und nicht der Verzicht auf Fast Food – hatte der gelernte Mikrobiologe in regelmäßigen Abständen die Zusammensetzung seines Darmmikrobioms analysiert und war über die Veränderungen erstaunt.

Mikroben

Der Darm ist bis zu acht Meter lang. Zahlreiche Ausstülpungen vergrößern seine Fläche jedoch enorm.
Etwa zehn bis hundert Billionen Mikroben tummeln sich im Darm - bekannt sind weit mehr als tausend Arten.
Antibiotika verändern die Darmflora, vor allem im frühen Lebensalter scheinen sie bedeutenden Einfluss zu haben, wie eine US-Studie zeigte. Kinder, die in den ersten fünf Lebensmonaten Antibiotika nehmen mussten, hatten ein um 20 Prozent erhöhtes Risiko, mit drei Jahren übergewichtig zu sein.

So tauchte in der Darmflora parallel mit dem Verschwinden überflüssigen Specks auf einmal das Bakterium Faecalibacterium prausnitzii auf. Zuerst nur als Spur charakteristischer DNA-Fragmente, dann in bakteriologisch nachweisbaren Mengen. Am Ende des Selbstversuchs stellte der Keim rund 15 Prozent der gesamten mikrobiellen Bewohner seines Darmes dar.

Dem Mikrobiologen war klar, dass damit noch kein ursächlicher Zusammenhang zwischen der Präsenz von Faecalibacterium prausnitzii einerseits, der Gewichtsreduktion und der Normalisierung der Blutfette andererseits bewiesen war. Möglicherweise war der Fäkalkeim nur ein bakterieller Trittbrettfahrer, der in einer durch veränderte Essgewohnheiten modifizierten Darmflora eine für ihn passende ökologische Nische gefunden hatte.

Um diese Erklärungsmöglichkeit zu widerlegen, entschloss sich der chinesische Wissenschaftler, systematische Studien durchzuführen. Zuerst bei Mäusen, dann bei keimfrei aufgezogenen Ferkeln (deren Darm dem des Menschen sehr ähnlich ist) und seit kurzem auch bei seinen Landsleuten. Denn auch im China von heute sind Dickleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen im Aufwind.

Schon mit den ersten Experimenten gelang Zhao Liping ein Volltreffer: Er ließ im Zwei-Wochen-Rhythmus Labormäuse normales, kalorienarmes und anschließend extrem fettreiches Futter fressen. Gleichzeitig wurden die Zusammensetzung der Darmflora mit molekularbiologischen Methoden analysiert und der absolute Anteil der einzelnen Spezies an der Gesamtpopulation aller Bakterien bestimmt.

Bekamen die Mäuse die fettreichen Pellets, tauchten in ihren Exkrementen 80 Bakterienspezies neu auf oder vermehrten sich stark. Wurde auf Standardfutter gewechselt, näherte sich die Zusammensetzung des Mikrobioms rasch wieder dem ursprünglichen Zustand an.

In einer anderen Versuchsserie bekamen die Nager zusätzlich mit der Hochkaloriennahrung einen Extrakt aus Chinesischem Goldfaden (Coptis sinensis) oder Berberitze (Berberis vulgaris), Heilpflanzen, von denen die traditionelle chinesische Medizin annimmt, dass sie gut für die Verdauung sind und die Selbstheilungskräfte im Körper aktivieren.

Erhielt die Nahrung Extrakte einer der beiden Pflanzenarten, wurden die Mäuse erst gar nicht dick. Fehlten die sogenannten präbiotischen Komponenten, schleppten sie ihre „Wohlstandsbäuche“ auf müden Beinen durch die Streu. Auch in diesem Experiment veränderte sich die Darmflora zeitgleich mit der Gewichtszunahme – ein deutlicher Hinweis für eine ursächliche Beziehung zwischen dem Funktionszustand des Mikrobioms und Körpergewicht steuernden Stoffwechselprozessen.

Transplantierte Darmflora

In der Zwischenzeit sind Forscher aus der Gruppe von Jeffrey Gordon von der Washington University in St. Louis, USA, noch einen Schritt weiter gegangen: Sie transplantierten das Darmmikrobiom von übergewichtigen Labormäusen in das von keimfrei aufgezogenen Versuchstieren, die keine eigene Darmflora besaßen. Bei normalem Futter wurden die Transplantatempfänger daraufhin übergewichtig. Das Mikrobiom und nicht das Fressverhalten war also die Ursache für die Gewichtszunahme.

Wie die Zusammenhänge zwischen Darmflora und Fettstoffwechsel auf molekularer Ebene zu erklären sind, versuchen derzeit Forscher der Universität von Leuven herauszufinden. Die Untersuchungen der belgischen Wissenschaftler zeigen: Verändert sich die Zusammensetzung der Darmflora infolge übermäßigen Fettkonsums, so ändert sich auch die Durchlässigkeit der Darmschleimhaut – einer dünnen Barriere aus diversen Zellschichten.

Giftige Moleküle, die normalerweise diese Barriere nicht durchdringen können, gelangen in die Blutbahn und verursachen in inneren Organen subtile Entzündungsreaktionen. Nachgewiesen ist das für komplexe Zuckermoleküle, die Bestandteil der Zellwand bestimmter Bakterienarten sind. Diese Lipopolysaccharide setzen die Synthese unterschiedlicher Botenstoffe in Gang, die wiederum den Zellstoffwechsel beeinflussen. Mit dem Ergebnis, dass überflüssige Kalorien nicht „verbrannt“, sondern in Fettsäuren umgewandelt und in Fettzellen deponiert werden.

Die Myriaden von Mikroben im Darm sind demnach wichtige Mitbewohner. Sie entscheiden mit, ob wir übergewichtig werden und letzten Endes an Diabetes oder Fettstoffwechselstörungen erkranken.

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