Unser Mikrobiom – ein Überblick

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Jedes Lebewesen hat ein Mikrobiom und ein ganz charakteristisches noch dazu. Jedes ist so einzigartig wie ein Fingerabdruck. Anhand des Bakterienprofils im Darm lässt sich erkennen, ob der Mensch an bestimmten Krankheiten wie Diabetes oder Morbus Crohn leidet, ob es sich um einen übergewichtigen oder schlanken Menschen handelt oder ob er sich nur von pflanzlichen oder auch von tierischen Lebensmitteln ernährt.

Das Darmmikrobiom ist anfällig für Störungen infolge unseres Lebensstils und unserer Umwelt und wird mit vielen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Auf der anderen Seite lassen sich unsere Darmbakterien durch die Ernährung gezielt beeinflussen und fördern.

Definition und wesentliche Merkmale

Als Mikrobiom oder auch Mikrobiota wird beim Menschen die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die sich in und auf Haut und Schleimhäuten sowie Organen befinden, verstanden. Das Mikrobiom des Darms repräsentiert die Gesamtheit aller mikrobiellen Mitbewohner im Darm, vor allem im Dickdarm. In erster Linie sind hier physiologische bzw. schützende Bakterienspezies gemeint.

Mikrobiom oder Mikrobiota bezogen auf den Menschen

intestinale Mikrobiota oder Darmmikrobiota bezogen auf den Menschen

Gesamtheit aller mikrobiellen Mitbewohner mitsamt ihren Lebensräumen und ökologischen Funktionen auf Haut und Schleimhäuten in Mund, Magen, Darm, Lunge, Urogenitaltrakt etc.

Gesamtheit aller mikrobiellen Mitbewohner im Darm, vor allem im Dickdarm. In erster Linie sind protektive Bakterienarten gemeint.

früher auch: Mikroflora

früher auch: Darmflora

Schätzungen zufolge trägt jeder Mensch auf und in seinem Körper etwa 1,3-mal mehr Bakterien und andere Mikroorganismen mit sich herum als eigene Zellen. Die Zahlen in der Literatur und in den Medien gehen teilweise stark auseinander. Verschiedene Quellen geben mehr als 1.000 verschiedenen Arten von Bakterien, mehr als 100 Billionen Bakterien insgesamt und ein Gesamtgewicht von etwa 2 kg an.

Ein gesundes Mikrobiom zeichnet sich aber weniger durch die Anzahl an Mikroorganismen aus. Vielmehr gilt eine hohe Diversität, insbesondere an verschiedenen protektiven Bakterienkulturen, als Merkmal einer gesunden intestinalen Mikrobiota.

Entwicklung des intestinalen Mikrobioms

Entgegen früherer Annahmen gibt es bereits in der Schwangerschaft einen minimalen bakteriellen Austausch mit dem Ungeborenen. Bei der natürlichen Geburt findet dann der erste „Großkontakt“ mit der natürlichen Mikrobiota der Mutter statt, wenn das Kind durch den Geburtskanal gelangt.

Die typische Darmmikrobiota entwickelt sich in den ersten Lebensjahren und ist in dieser Zeit noch leicht durch Umwelteinflüsse veränderbar. Die Ernährung des Säuglings und des Kleinkindes nehmen dabei wesentlichen Einfluss auf die Besiedlung. So wird der Darm gestillter Kinder hauptsächlich von Milchsäure produzierenden Bakterien bevölkert. Das führt zu einem Darmmilieu, in dem sich krankheitserregende Keime schlecht nur ansiedeln können [Koe 2011].

Die eher stabile erwachsene intestinale Mikrobiota passt sich ebenfalls wechselnden Umweltfaktoren an. Dabei spielen Ernährung und Lebensstil (Tabak- und Alkoholkonsum), Medikamente oder Erkrankungen und Stress etc. eine Rolle.  Möglicherweise können 3 Enterotypen (Bacteroides, Prevotella und Ruminococcus) beim Menschen unterschieden werden, bei denen jeweils eine andere Bakteriengattung dominiert [Aru 2011].

Weitere Einflussfaktoren sind:

  • geografische Herkunft (andere Kulturen und Länder mit anderen Ernährungsweisen bedingen eine andere Mikrobiota)
  • Alter (veränderte Zusammensetzung und Anzahl der Bakterien)
  • genetische Ausstattung (abweichende Darmmikrobiota in Abhängigkeit des Geschlechts)

Stellenwert des Mikrobioms für die Gesundheit

Im Wesentlichen lässt sich der Stellenwert des Mikrobioms für unsere Gesundheit in 3 Funktionen zusammenfassen.

Förderung der Verdauung und Darmgesundheit

Ohne die bakterielle Besiedlung des Darms ist eine normale Verdauung kaum möglich. Die Mikrobiota beeinflusst durch die gesteigerte Aufnahme von einfachen Kohlenhydraten und indirekt durch

  • die Barrierefunktion
  • die Hemmung und Aktivierung verschiedener Stoffwechselwege
  • die Anregung der Darmbeweglichkeit (Motilität) und somit
  • die Aufnahme von Nährstoffen

die Energieaufnahme.

Ballaststoffe werden von Bakterien des Dickdarms zu kurzkettigen Fettsäuren (Essig-, Propion- und Buttersäure) abgebaut, die unter anderem der Energieversorgung der Darmzellen dienen. Dadurch wird die Barriere stabilisiert. Diese werden auch über die Darmschleimhaut aufgenommen und über den Blutkreislauf in verschiedene andere Organe transportiert. Das Salz der Essigsäure soll auf diesem Weg beispielsweise bis ins Gehirn gelangen, wo es an bestimmte Rezeptoren bindet und so unter anderem ein Sättigungsgefühl auslöst. Denkbar ist sogar, dass einige Stoffwechselprodukte im Gehirn die Konzentration bestimmter Neurotransmitter wie Serotonin oder Dopamin beeinflussen, was Auswirkungen auf unser Verhalten hat.

Bestimmte Bakterien spielen eine wichtige Rolle im enterohepatischen Kreislauf der Gallensäuren, andere bei der Entgiftung schädlicher Stoffwechselprodukte und Medikamente. Zudem werden verschiedene Enzyme, Hormone und Vitamine gebildet.

Entwicklung und Unterstützung des Immunsystems

Ohne die bakterielle Besiedlung des Darms kann sich unser Immunsystem nicht richtig entwickeln. Es verhindert beispielsweise das Eindringen schädlicher Organismen. Auch die Aktivität und das Wachstum von schädigenden Mikroorganismen werden gehemmt. Nimmt die Zahl schädlicher Keime im Darm zu, wird die Darmschleimhaut dazu angeregt, vermehrt Schutzfaktoren zu bilden. Auch unsere „natürlichen“ Bakterien können solche Schutzfaktoren bilden. Zudem haben einige dieser Arten selbst einen deutlichen antimikrobiellen Effekt, indem sie sogenannte Lipopeptide bilden, die gegen die schädlichen Mikroorganismen wirksam sind.

Modulation und Steuerung von Entzündungsprozessen

Der Darm als zentrales Verbindungsorgan zwischen Umwelt, Verdauung und Immunsystem steuert unter anderem auch Entzündungsprozesse. Schädliche Bakterien bilden Stoffwechselprodukte und Toxine, die Entzündungen auslösen. Nehmen diese überhand, kann es zu chronischen Entzündungsprozessen kommen. Das fördert nicht nur Erkrankungen des Darms, sondern kann beispielsweise auch die Insulinsensitivität beeinträchtigen, was wiederum Auswirkungen auf zahlreiche andere Stoffwechselprozesse hat. Physiologische Bakterien hingegen vermindern die Bildung von Entzündungsbotenstoffen, indem sie die schädlichen Bakterien verdrängen und am Wachstum hindern.

Damit besteht zwischen den Bakterien des Darms und den Zellen der Darmschleimhaut eine empfindliche Balance zwischen Toleranz und Abwehr. Eine Störung dieses Gleichgewichts kann zu verschiedenen Krankheiten beitragen.

 

 

Einfluss der Ernährung und des Lebensstils

Ernährung, Lebensstil und Gesundheitsstatus beeinflussen maßgeblich die Funktion des Mikrobioms. Unsere Nahrungsbestandteile sind für die Darmbakterien dabei die wesentlichen Wachstumstreiber. Eine Veränderung der Ernährungsgewohnheiten beeinflusst das Darmmikrobiom bereits kurzfristig [Dav 2014].

Fördernde Faktoren

Die mediterrane Ernährungsweise wirkt sich nachweislich positiv auf das Darmmikrobiom aus [DeF 2016]. Eine überwiegend oder rein pflanzliche Ernährung ging in Versuchen mit einer geringeren Bildung an Substanzen durch Darmbakterien einher, die mit arteriosklerotischen Gefäßveränderungen in Verbindung gebracht werden [Koe 2013].

Auch Art und Menge der Kohlenhydrate, Eiweiße sowie Fette beeinflusst die Zusammensetzung und die Funktionalität der natürlichen Darmbakterien. Nahrungsmittel, die vom Körper vollständig aufgenommen werden wie Weißmehl oder Zucker gelangen nicht bis in den Dickdarm und werden daher auch nicht von den Darmbakterien verstoffwechselt. Ballaststoffe hingegen gelangen unverdaut in den Dickdarm und dienen den hier ansässigen Darmbakterien als optimale Nahrungsgrundlage.

Ballaststoffreiche Lebensmittel wie Gemüse, Obst, Vollkornprodukte und fermentierte Produkte sowie Rohmilcherzeugnisse können das Wachstum protektiver Bakterien fördern [Vit 2015]. Dazu zählen auch die als Prebiotika bekannten Inhaltsstoffe Inulin und Oligofruktose, die zudem in Form von Nahrungsergänzungsmitteln und funktionellen Lebensmitteln auf dem Markt erhältlich sind.

Ebenso lenken einige sekundäre Pflanzenstoffe aus der Gruppe der Polyphenole die Mikrobiota in eine gesunde Richtung. Dazu gehören beispielsweise die farbigen Anthocyane in Beerenfrüchten oder Flavonoide in Äpfeln und Zwiebeln. Diese Substanzen werden im Dünndarm nur in geringen Mengen aufgenommen. Der Großteil gelangt in den Dickdarm und fördert hier das Wachstum physiologischer Bakterien sowie die Stabilität der Darmbarriere.

Störfaktoren

Eine typisch westliche fett- und eiweißreiche Ernährung mit viel Fleisch stimuliert vermutlich das Wachstum von Bakterien, die in ihrer Zellmembran Lipopolysaccharide enthalten. Diese wiederum fördern Entzündungen und destabilisieren die Darmbarriere.

Die Zufuhr von Süßungsmitteln, unter anderem von Saccharin, resultierte in einigen Studien in einem Ungleichgewicht des Darmmikrobioms und führte zu Beeinträchtigungen des Glukosestoffwechsels [Sue 2014]. Hier bleibt kritisch anzumerken, dass die Ergebnisse aus Tierversuchen stammen, die sich nicht ohne Weiteres auf den Menschen übertragen lassen. Auch traten die Beeinträchtigungen erst bei sehr hohen Süßstoffmengen auf. Die Deutsche Diabetes Gesellschaft resümierte daraufhin, dass Süßstoff zumindest „unseren Stoffwechsel über Darmbakterien beeinflussen kann„. Aktuelle Reviews kommen zu dem Schluss, dass ein „maßvoller Verzehr“ vermutlich keine Auswirkungen auf das Darmmikrobiom hat, wenngleich Saccharin, Sucralose und Stevia die Zusammensetzung der Darmflora durchaus verändern können [Lob 2019] [Rui 2019].

Einige Nahrungsfaktoren richten bei bestimmten Vorerkrankungen stärkere Schäden an. So waren die durch eine orale Eisensupplementierung (Eisensulfat) hervorgerufenen unerwünschten Veränderungen bei Morbus-Crohn-Patienten deutlich stärker ausgeprägt als bei nicht-entzündeten Vergleichspersonen [Lee 2017].

Generell gilt eine einseitige Ernährung mit einem hohen Anteil aus Fast Food, Fertigprodukten mit Zusatzstoffen wie Konservierungsmitteln, Soft- und Energy-Drinks sowie Zucker als Risikofaktoren für die Entwicklung eines Ungleichgewichts zwischen „guten“ und „schlechten“ Darmbakterien.

Medikamente wie Antibiotika, Abführmittel, Magensäureblocker, Beruhigungsmittel, Cholesterinsenker, Antibaby-Pille, Schmerzmittel oder Kortison können das Mikrobiom nachhaltige negativ beeinflussen. Jede Gabe eines Antibiotikums verändert das Mikrobiom im Darm. Selbst ein halbes Jahr nach einer Antibiotikatherapie zeigte sich, dass einige empfindliche Bakterienarten dauerhaft verschwunden bleiben [Pal 2018]. In Tierversuchen konnte sogar beobachtet werden, dass Antibiotika in hohen Dosierungen zu deutlich weniger neu gebildeten Nervenzellen im Gehirn führen. Gleichzeitig ging die Zahl an bestimmten Immunzellen im Gehirn deutlich zurück. Auch das Gedächtnis wurde in Mitleidenschaft gezogen [Möh 2016]. Die hohen Dosen werden beim Menschen zwar nicht erreicht. Die Befunde sprechen aber für einen regen Austausch über die Darm-Hirn-Achse.

Vermutlich kann auch eine übertriebene Hygiene das Gleichgewicht im Darm zwischen Darmzellen und Darmbakterien empfindlich stören. Das gilt auch für den fehlenden Kontakt mit bestimmten, in anderen Ökosystemen vorkommenden Bakterienkulturen. So wiesen in Beobachtungen Kinder von Bauernhöfen mit Rindern im Vergleich zu Kindern aus der Stadt die geringste Allergie- und Asthmarate auf. Verschiedene aus Tierställen isolierte und verabreichte Bakterien konnten in Tierversuchen sowohl die erwachsenen Tiere als auch ihre unmittelbaren Nachkommen vor Asthmaerkrankungen schützen.

Weitere Störfaktoren sind ein hoher Tabak- und Alkoholkonsum, Stress sowie eine hektische Lebensweise (auch beim Essen), Ängste oder Bewegungsmangel. Auch verschiedene Umweltgifte richten auf Dauer Schäden an.

 

 

Rolle bei Erkrankungen

Zudem gibt es eine ganze Reihe an Erkrankungen, die mit einem veränderten Mikrobiom einhergehen. Viele Krankheitsbilder gehen mit einer Abnahme der Diversität oder Artenvielfalt der Bakterien im Darm einher. Das Ergebnis ist eine sogenannte Dysbiose. Die heutige Lebensweise birgt das Risiko, dass das Mikrobiom an Diversität einbüßt und damit ein potenzielles Krankheitsrisiko birgt. Bei den beobachteten Zusammenhängen stellt sich allerdings grundsätzlich die Frage, ob die beobachteten Unterschiede im Mikrobiom die Ursache oder die Folge einer Erkrankung sind.

 

 

Im Folgenden präsentieren wir einige Beispiele für Erkrankungen, die mit einem gestörten Mikrobiom in Verbindung gebracht werden.

InfektionenAllergienDepressionenHauterkrankungenChronisch-entzündliche DarmerkrankungenReizdarmsyndromÜbergewicht und Adipositas

Bei bestimmten Infektionen mit Bakterien, Viren oder Pilzen zeigt sich ein verändertes Mikrobiom. Bei Infektionen mit dem Bakterium Clostridium difficile waren Stuhltransplantationen bereits therapeutisch wirksam.

Allergische Reaktionen manifestieren sich häufig schon im Säuglingsalter. Kinder mit der Neigung zu Überempfindlichkeitsreaktionen weisen im Vergleich zu nicht betroffenen gesunden Säuglingen meist eine unterschiedliche Darmflora auf. In Untersuchungen konnte das Risiko einer infantilen atopischen Dermatitis durch die Gabe präbiotischer Oligosaccharide signifikant reduziert werden.

Bei Depressionen zeigt sich ebenfalls häufig ein verändertes Mikrobiom.

Das gilt auch für Hauterkrankungen wie Neurodermitis oder Schuppenflechte (Psoriasis). Auch die in Mitleidenschaft gezogenen Hautstellen weisen eine gestörte Bakterienflora auf. So sind die betroffenen Hautareale meistens mit dem unerwünschten Keim Staphylococcus aureus besiedelt. Erste Erfolge gibt es mit bakteriellen Cremes. Die enthaltenen Bakterien verdrängen den pathologischen Keim und vermindern so Entzündungsprozesse im betroffenen Hautareal.

Studien an Patienten mit Morbus Crohn oder Colitis ulzerosa zeigen, dass hier die Artenvielfalt der Darmmikrobiota reduziert ist. Dabei werden physiologische Keime wohl durch entzündungsfördernde Spezies verdrängt. Die wiederum bilden verstärkt das Enzym Caspase-1. Dieses ist ein Treiber der Entzündungsreaktionen im Darm, dessen Aktivität vom Mikrobiom gesteuert wird [Bla 2017] [Roy 2017]. Therapeutisch sollen zukünftig Stuhltransplantationen die Bakterien verdrängen, die Entzündungen fördern. Nach der derzeitigen Studienlage zeigte dieser „fäkale Mikrobiomtransfer“ in der Therapie mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED), dem Reizdarmsyndrom und bei der Infektion mit multiresistenten Erregern bereits vielversprechende Erfolge.

Reizdarmsyndrom: Auch beim Reizdarmsyndrom mehren sich die Hinweise, dass Darmbakterien in das Krankheitsbild involviert sind. Eine veränderte Mikrobiota fördert so Entzündungsreaktionen.

Übergewicht und Adipositas: Menschen mit Adipositas weisen oftmals eine gestörte Darmbarriere auf, in deren Folge es zu subklinischen Entzündungen kommen kann, die die Entwicklung von Folgeerkrankungen, z. B. dem metabolischen Syndrom, begünstigen. Die Mikrobiota von stark Übergewichtigen ist gegenüber der von Normalgewichtigen häufig in ihrer Zusammensetzung verändert. Noch ist unklar, ob diese Veränderungen Ursache oder Folge der Adipositas sind. Experimentell resultierte zumindest die Übertragung von Darmbakterien auf keimfreie, normalgewichtige Mäuse in einer Gewichtszunahme. Das funktionierte auch artübergreifend: Wurden Mäusen die Darmbakterien übergewichtiger Menschen übertragen, nahmen sie ebenfalls zu. Bislang ist es jedoch noch nicht gelungen, das Gewicht mit Hilfe von Darmbakterien zu verringern.

Lesetipp: Probiotika

Aktuelle Herausforderungen

In Anbetracht dieser doch zahlreichen Krankheitsbilder sind weitere Studien wünschenswert, die die Mechanismen zwischen Mikrobiom, Umwelt und Stoffwechsel sowie Gesundheit und Krankheit aufdecken. Das jedoch ist gar nicht so einfach. Allein schon die Analyse der natürlichen Mikrobiota ist schwierig. Viele Bakterien leben nur unter Luftausschluss und lassen sich nicht kultivieren. Dabei sind die natürliche Beschaffenheit und die Umgebung des Darms im Labor nur schwer nachzubilden.

Zudem gibt es bislang nur eine Handvoll von Bakterien, für die erwünschte Effekte nachgewiesen werden konnten. Die Spezifität der Bakterien aber wiederum ist sehr hoch. Und: Nicht alle erwünschten Bakterien siedeln sich im Darm an, was auf eine lebenslange Zufuhr oder regelmäßige Kuren hinausführen kann. Inwieweit dies wünschenswert und sicher ist, lässt sich derzeit kaum vorhersagen.

Der Schlüssel für ein gesundes Darmmikrobiom ist nach wie vor eine präventive Ernährung, die es guten Bakterien ermöglicht, sich anzusiedeln und zu vermehren, um so eine optimale Mikrobiota zu erhalten und zu fördern.

Downloads

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  Infokarten Mikrobiom
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