Irre Wirrungen

Unser Darm ist bevölkert wie kein anderes unserer Organe. Hier leben Millionen von Bakterien. Das hat sein Gutes, solange das Gleichgewicht stimmt. Mikrobiomforscher*innen verstehen immer besser, wie sich die Schar der Mikroorganismen auf das Immunsystem auswirkt – und für den Erhalt der Gesundheit beeinflussen lässt. 

Es klingt unvorstellbar: In jedem menschlichen Körper leben unzählige winzig kleine Lebewesen. Sie tummeln sich auf der Haut, den Schleimhäuten und vor allem im Darm, wo auf bis zu sieben Metern Länge schätzungsweise 40 Billionen Mikroorganismen das Darmmikrobiom bilden. „Insgesamt zwei Kilogramm davon trägt der Mensch mit sich herum“, sagt Stefan Jordan, Mikrobiomforscher an der Charité – Universitätsmedizin Berlin. „So viel wiegt ungefähr auch unser Gehirn.”

Diese gewichtige Bakterienmasse übernimmt bedeutende Aufgaben im Körper – und ist eine regelrechte Allzweckwaffe: Sie trainiert das Immunsystem, baut Fettsäuren auf, die entzündungshemmend wirken, erschafft eine Barriere, um schädigende Viren und Bakterien vom Rest des Körpers fernzuhalten und kreiert offenbar auch Substanzen, die Einfluss auf die neuronalen Funktionen des Gehirns haben können. Gleich mehrere Studien haben einen möglichen Zusammenhang zwischen Mikrobiom und psychischen Erkrankungen wie Depressionen oder Magersucht erkannt.

Kein Wunder also, dass die Erforschung der Darmbakterien seit Jahren zu den gehyptesten wissenschaftlichen Fachrichtungen gehört. Auch in der Populärwissenschaft hat sich der Darm mittlerweile zu einem regelrechten Superstar entwickelt; etliche Bestseller sind zu dem früher geächteten Organ erschienen – von „Darm mit Charme“ bis „Gesund mit Darm“ oder „Die Macht des Mikrobioms“. Doch was ist wirklich dran am Rummel ums Darmbakterium? Was tragen Berliner Mikrobiomforscher*innen zum Stand des Wissens bei? Und was kann jeder Einzelne tun, um sein Mikrobiom fit zu halten?

„Der Hype um die Darmbakterien ist auf jeden Fall gerechtfertigt“, sagt Jordan, der an der Charité zum Zusammenhang von Mikrobiom, Ernährung und entzündlichen Krankheiten arbeitet. Zwar werde die Schar der menschlichen Bakterien schon seit den 1930er Jahren beforscht, doch neu entwickelte Techniken wie beispielsweise die Sequenzierung hätten das Feld enorm befeuert. Immer deutlicher wird etwa, wie eng das Mikrobiom mit der Immunantwort zusammenhängt. So erforscht Jordan zum Beispiel, wie Fasten die Zusammensetzung des Mikrobioms verändert, sich positiv auf den Verlauf entzündlicher Krankheiten auswirkt und das Risiko verringert, dass diese überhaupt entstehen. Mit diesem Wissen will er künftig auch zu neuartigen Therapien beitragen.

Der Darm hilft, das Immunsystem zu trainieren

All das baut das Mikrobiom allmählich auf – und ist überaus wichtig, denn sage und schreibe 70 bis 80 Prozent aller Immunzellen befinden sich im Darm. Und wie gut diese funktionieren, hängt auch von der Beschaffenheit des Mikrobioms ab.
 

„In einem ausgewogenen, gesunden Darm-Mikrobiom können viele Krankheitskeime überhaupt nicht Fuß fassen, weil die guten Bakterien schon alle Plätze besetzt haben“, sagt Jordan. Die guten Bakterien verbrauchen alle Nährstoffe, die den schlechten Bakterien dann nicht mehr zur Verfügung stehen. Darüber hinaus produzieren sie antimikrobielle Stoffe, die das Wachstum ihrer schädlichen Verwandten hemmen. Mit all diesen Mechanismen verhindern sie, dass die krankmachenden Keime die Oberhand im Darm gewinnen.

Die guten Bakterien erschaffen zudem eine Schicht, die sich schützend um die Darmwand legt. Wenn diese Schicht jedoch nicht stark genug ist und die schlechten Bakterien es schaffen, die Darmwand zu beschädigen, können alle Bakterien – die schlechten wie die guten – in den Rest des Körpers eindringen und dort Schaden anrichten. Denn das menschliche Immunsystem macht außerhalb des Darms keinen Unterschied zwischen ihnen. Es erkennt schlicht und ergreifend Eindringlinge, schlägt Alarm – und es kommt zur Entzündung. Wenn das Mikrobiom hingegen gesund ist, können die guten Bakterien die Darmwand ausreichend schützen. „Sie produzieren auch Stoffwechselprodukte, die Auswirkungen auf das Immunsystem haben. Zum Beispiel kurzkettige Fettsäuren, die entzündungshemmend sind”, sagt Jordan. „Und sie sorgen dafür, dass bestimmte Immunzellen überhaupt erst entstehen – genau genommen die regulatorischen T-Zellen, die antientzündliche Wirkungen haben.“ 

Selbst entzündungsfördernde Bakterien im Darm können dabei helfen, resilienter gegen Infektionskrankheiten zu werden. Doch sie werden zum Problem, wenn der Mensch unter einer Krankheit leidet, die mit Entzündungen einhergeht – zum Beispiel Morbus Crohn. Dann befeuern diese Bakterien die Entzündung zusätzlich. Einige, wie etwa Escherichia-coli-Bakterien (E. coli), stehen sogar im Verdacht, Darmkrebs zu verursachen. Ein Team um Thomas F. Meyer am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin konnte kürzlich zeigen, dass Colibactin – das von E. coli produziert wird – in seinen Wirtszellen einen genetischen Abdruck hinterlässt, der sich in einer Unterart von Darmtumoren findet.

Die guten Bakterien verbrauchen alle Nährstoffe, die den schlechten dann nicht mehr zur Verfügung stehen. Darüber hinaus produzieren sie antimikrobielle Stoffe, die das Wachstum ihrer schädlichen Verwandten hemmen. So verhindern sie, dass krankmachende Keime die Oberhand im Darm gewinnen.

Eine akribische Suche nach Kausalitäten

Dass das Mikrobiom gleich mehrere wichtige Funktionen für den Erhalt der menschlichen Gesundheit hat, ist also unumstritten. Doch gleichzeitig gibt es in der Forschung viele offene Fragen: Welche Funktionen haben einzelne Bakterien? Wie funktioniert das Wechselspiel zwischen Darm und anderen inneren Organen und dem Gehirn? Und was ist eindeutig beweisbar? Die Mehrzahl der Mikrobiom-Studien stellt nämlich Assoziierungen her, das heißt eine bestimmte Ausprägung des Mikrobioms wird vermehrt bei gewissen Erkrankungen gefunden. Das beweist allerdings nicht, dass diese Ausprägung des Mikrobioms ursächlich für diesen Effekt ist. Die Suche und der Beweis von Kausalität stehen im Mittelpunkt der Bemühungen von Jordan und anderen Mikrobiom-Forscher*innen an der Charité. Dazu werden in Tiermodellen definierte Bakterienstämme, bakterielle Stoffwechselprodukte und durch das Mikrobiom regulierte Botenstoffe des Immunsystems akribisch zu spezifischen Erkrankungen getestet, um Mikrobiom und biologische Effekte nachweislich zu verknüpfen. 
 

Francesca Ronchi, die wie Jordan am Institut für Mikrobiologie und Infektionsimmunologie der Charité forscht, will mit ihrer Arbeitsgruppe so besser verstehen, wie unterschiedliche Ernährungsweisen das Darm-Mikrobiom und seine Funktion verändern. „In den meisten Fällen bilden die Bakterien mit ihrem Wirt eine perfekte Symbiose”, sagt Ronchi. Doch eben nicht immer. „Wir wissen, dass schlechte Ernährung das Mikrobiom und damit das Immunsystem negativ beeinflusst“, sagt sie. Um zu verstehen, ob das auch die Entstehung von Krankheiten wie Multiple Sklerose oder Epilepsie fördern kann, bezieht sie mit ihrem Team das Zentrale Nervensystem mit in die Gleichung ein. „Aktuell haben wir vorläufige Daten erhoben, die zeigen, dass die Ernährungsweise und das  Mikrobiom gemeinsam die Genexpressionen im Gehirn beeinflussen, insbesondere neuronale Funktionen und gliale Funktionen”, sagt Ronchi. „Beispielsweise beobachten wir, dass nach einer bestimmten Ernährung eine höhere Expression von Genen erfolgt, die an der Synapsenbildung und der Myelinisierung beteiligt sind.“ Eine Unterbrechung der Synapsenbildung ist typisch für Epilepsie oder Alzheimer. Myelinisierung wiederum ist der Prozess, bei dem bestimmte Gehirnzellen Schichten des Proteins Myelin produzieren, die die neuronalen Axone umhüllen und als Isolierschicht für die Übertragung von elektrischen Aktionspotenzialen dienen. Bei Multiple-Sklerose-Patient- *innen ist die Myelinisierung oft gestört. „Wenn wir feststellen, dass Mikrobiota und Ernährung eine Wirkung auf das Gehirn haben, die diese Myelin-Schutzmechanismen fördert, können wir wirklich anfangen darüber nachzudenken, das Mikrobiom über die Ernährung gezielt zu manipulieren, um positive Auswirkungen zu erzielen.“
 

So wird die Bedeutung des Mikrobioms für Gesundheit und Krankheit nach und nach klarer. Berliner Mikrobiom-Forscher*innen schauen aus sehr unterschiedlichen Blickwinkeln auf das komplexe Zusammenspiel von Darmbakterien und dem Rest des Körpers. So haben Joachim Spranger und Reiner Jumpertz von Schwartzenberg kürzlich an der Charité herausgefunden, dass bestimmte Bakterien sich bei kalorienarmer Nahrung vermehren und dazu beitragen, dass weniger Nahrung über die Darmwand aufgenommen werden kann. Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, Darmbakterien so zu beeinflussen, dass sie sich bei Übergewicht oder Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes positiv auswirken können. Einstein-Professor  Andreas Diefenbach wiederum fand heraus, dass eine bestimmte Zellenart, die maßgeblich für die Aktivierung der Immunantwort verantwortlich ist – die konventionellen dendritischen Zellen – , ohne das Mikrobiom diese Aufgabe nicht übernehmen kann. Eine Erkenntnis, aus der Therapieansätze für Autoimmunerkrankungen wie Rheuma entstehen könnten. Am Deutschen Rheuma-Forschungszentrum Berlin untersucht Hyun-Dong Chang derweil, wie Bakterien im Darm chronische Entzündungen wie Schuppenflechte auslösen können – und wie sich das verhindern lässt. 
 

Auf neue mikrobiombasierte Therapiewege hoffen auch Sofia Forslund und Nicola Wilck am Max Delbrück Center. Während Forslund das Mikrobiom mit Blick auf Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen untersucht, schaut Wilck auf Herz- und Nierenerkrankungen sowie Bluthochdruck. Einstein-Professor Marcus Mall forscht unterdessen an der Charité zum Mikrobiom der Lunge und dessen Auswirkungen auf den meist tödlichen Verlauf der Lungenkrankheit Mukoviszidose – und fragt, ob sich diese durch gezielte therapeutische Eingriffe besser in den Griff bekommen lässt. 

 

Kulturen, die sich eher pflanzenbasiert ernähren, haben ein viel reicheres und diverseres Mikrobiom – was wiederum das Immunsystem stärkt und somit besser vor Krankheiten schützt.

Berlin hat sich so in den letzten Jahren zu einem sichtbaren Zentrum der Mikrobiom-Forschung entwickelt. Doch was bedeutet all das konkret für jede einzelne Person? Klar ist zwar, dass sich die Mikrobiome der Menschen ähneln; doch trotzdem sind sie individuell – und beeinflussbar. Das zeigt zum Beispiel eine jüngst veröffentlichte Studie aus den Niederlanden, für die 2500 Familien über Generationen hinweg untersucht wurden. Die Forschenden stellten fest: Unser Mikrobiom wird nicht nur vererbt, seine Zusammensetzung hängt auch stark davon ab, mit wem wir zusammenleben. So unterschied sich das Mikrobiom von Kindern, die ausgezogen waren, deutlich von ihren Geschwistern, die noch zu Hause wohnten. Das deutet daraufhin hin, dass Menschen eine ähnliche Bakterienschar im Darm haben wie ihre Nächsten.

Wer vegetarisch lebt, hat ein reichhaltiges Mikrobiom

Doch vor allem hat die Ernährung einen großen Einfluss darauf, ob und in welche Richtung sich das Mikrobiom verändert. So macht es einen riesigen Unterschied, ob ein Mensch Fleisch isst oder sich vegetarisch ernährt. „Wenn ich beispielsweise viel rotes Fleisch esse, kann das schädlich sein, denn die Darmbakterien wandeln Stoffe aus dem Fleisch in potenziell schädliche Stoffe um. Diese gelangen in die Leber und werden dort wiederum zu einem Stoff umgesetzt, der das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöhen kann”, sagt Jordan. Und verrät einen Kniff: Olivenöl hindere die Bakterien daran, den schädlichen Stoff zu produzieren. „Wenn man einen Salat mit Olivenöl als Beilage isst, ist das also besser, als sein Steak einfach so zu essen.” Im Umkehrschluss mache sich auch eine vegetarische Ernährung bemerkbar. Denn: „Gerade wenn man viel Pflanzenfasern zu sich nimmt, entstehen kurzkettige Fettsäuren, die gegen chronische Entzündungen wirken.“ Kulturen, die sich eher pflanzenbasiert ernähren, haben laut Jordan ein viel reicheres und diverseres Mikrobiom – was wiederumdas Immunsystem stärke und somit besser vor Krankheiten schütze. „Wenn ich aber wenig Ballaststoffe esse, wie es leider in unserer westlichen Diät häufig der Fall ist, verarmt unser Mikrobiom und wird einseitig.“ Anders ausgedrückt: Wenn die guten Bakterien fehlen, steigt der Einfluss der schlechten. Darüber hinaus seien die Bakterien dann hungrig und würden irgendwann anfangen, den Schleim an der Darmwand regelrecht anzuknabbern, und damit die wichtige Schutzschicht schädigen.
 

Neben ballaststoffreicher Ernährung sei es ratsam, fermentierte Produkte zu essen, deren Milchsäurebakterien die Vielfalt der Darmflora erhöhen und laut einer aktuellen Studie auch das Risiko für Darmkrebs verringern können. Sauerkraut, Kefir, Kimchi, Salzgurken und eingelegte Oliven zählen dazu. Einen ähnlich guten Effekt habe es, wenn Kinder Dreck oder Sand essen oder Erdbeeren vom Feld direkt in den Mund wandern lassen. Eltern sollten dies ruhig zulassen, so Jordan. „Die Mikrobiome und das Immunsystem von Kindern wachsen stetig und schnell, und das funktioniert am besten, indem sich das Kind Bakterien reinholt“, sagt Jordan. „Dann wird im Körper sortiert: Welche behalten wir und welche gehen raus?”

Auch Francesca Ronchi rät dazu, die Ernährung ernst zu nehmen. „Alles, was wir essen und trinken, zeigt sich im Mikrobiom“, sagt sie. Zusätzlich solle man übermäßigen Stress vermeiden und wenn möglich auch die Einnahme von Antibiotika. Denn die töteten nicht nur die schlechten Bakterien ab, auch die nützlichen.
 

Woran aber kann man erkennen, ob es dem Darm gerade gut geht und er das Immunsystem bestmöglich unterstützen kann? Die einfachste Möglichkeit ist wohl die naheliegendste: der Gang zur Toilette. „Wenn man sich nur von Fast Food ernährt, hat man möglicherweise tagelang keinen Stuhlgang“, sagt Jordan. Das sei kein gutes Zeichen. Ein täglicher, regelmäßiger Stuhlgang sei hingegen ein gutes Indiz dafür, dass der Darm gesund ist. Und damit auch das Mikrobiom. 

 

Text: Nora Burgard-Arp