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Mikrobiologie: Nährender Untermieter

Die Zusammensetzung der Darmflora beeinflusst die Verdauung wesentlich. Vielleicht steuern Mikroorganismen sogar, ob ein Mensch dick oder dünn ist.
Das menschliche Genom ist entziffert. Doch der größte Teil des Erbguts in unserem Körper ist trotzdem nicht bekannt. Denn es ist gar nicht menschlich, es gehört Mikroorganismen. Und da die winzigen Untermieter einen großen Einfluss auf uns ausüben, fordern Wissenschaftler wie Jeffrey Gordon von der Washington-Universität in St. Louis, dass nicht nur unser Genom, sondern auch das "Mikrobiom" – das gesamte Erbgut aller im Menschen lebenden Mikroorganismen – entschlüsselt werden muss. Eine gewaltige Aufgabe.

"Wir sind Superorganismen, die nicht nur menschliche Zellen enthalten, sondern auch Bakterienzellen sowie Archaeen. Bei Erwachsenen ist die Anzahl der bakteriellen und archebakteriellen Zellen zehnmal so groß wie die der menschlichen", erläutert Gordon. "Die Gene dieser 10 bis 100 Billionen Mikroorganismen übersteigt die unserer Gene deutlich. Sie bilden einen wichtigen Teil unserer genetischen Landschaft und geben uns Eigenschaften, die wir selbst im Laufe der Evolution nicht entwickeln mussten."

Gordon und seine Kollegen beschäftigen sich aber nicht nur mit Genetik. Sie haben an "keimfreien" Mäusen untersucht, wie im Darm lebende Bakterien und Archaeen die Nährstoffaufnahme beeinflussen.
"Wir sind Superorganismen, die nicht nur menschliche Zellen enthalten"
(Jeffrey Gordon)
Diese Nager haben von Geburt an keine Bakterien im Verdauungstrakt und werden in steriler Umgebung gehalten, so dass sich keine Mikroorganismen in ihnen ansiedeln können. Die Forscher verglichen Nahrungsaufnahme und Gewicht der keimfreien Mäuse mit normalen Mäusen, die ihnen genetisch stark ähnelten.

Das Ergebnis: Die "gewöhnlichen" Nagetiere fraßen 29 Prozent weniger als die keimfreien, trugen jedoch 42 Prozent mehr Körperfett mit sich herum. Die Bakterien und Archaeen sorgten demzufolge dafür, dass die Tiere Nährstoffe verwerten konnten, welche die keimfreien Mäuse unverdaut wieder ausscheiden. Tatsächlich können viele Mikroorganismen, die zur Darmflora gehören, verschiedene Formen von Polysacchariden verarbeiten, die Mensch und Maus allein nicht verdauen können.

Anschließend konzentrierten sich die Wissenschaftler auf zwei bestimmte Mikroorganismen, die auch im menschlichen Darm siedeln: das Bakterium Bacteroides thetaiotaomicron sowie die Archae Methanobrevibacter smithii. Dazu setzen sie vorher keimfreie Mäuse dem Bakterium, der Archae oder beiden Mikroorganismen gleichzeitig aus. B. thetaiotaomicron kann einen Fermentationsprozess in Gang setzen, bei dem für Mensch und Maus unverdauliche Polysaccharide in kleinere, verdauliche Zucker aufgespalten werden. M. smithii baut Wasserstoff und andere Substanzen ab, die während des Prozesses entstehen und ihn verlangsamen. Die Mikroorganismen arbeiten also beim Abbau der Polysaccharide zusammen.

Dies machte sich bei den Mäusen bemerkbar: Waren Bakterien und Archaeen im Darm vorhanden, veränderte sich die Genaktivität von B. thetaiotaomicron deutlich. Die Bakterien bauten in diesem Fall bevorzugt Fructane ab. Zu dieser Klasse von Polysacchariden zählt beispielsweise Inulin, das unter anderem Magermilchjoghurts zugesetzt wird, weil es diesen eine cremig-sahnige Struktur verleiht. Durch den größeren Appetit der Bakterien auf Fructane stand offensichtlich auch der Maus mehr Energie zur Verfügung. Denn die Nagetiere, welche beide Mikroorganismen im Darm hatten, bildeten deutlich mehr Fettpolster als die Mäuse, welche nur eine Mikrobenart mit sich herumtrugen.

Mikroorganismen können also zur Gewichtszunahme führen – bei vorher keimfreien Mäusen. Über den Einfluss der Kleinstlebewesen auf das Gewicht eines Menschen, dessen Darmflora aus mehreren hundert Bakterienarten besteht, sagen die Versuche indes wenig aus. "Die Anwesenheit von M. smithii steigerte die Effektivität des Verdauungssystems. Es bleibt zu klären, ob sich die Archae so beeinflussen lässt, dass sich die Verdauung insgesamt verbessert", sagt Gordon. "Und wird interessant zu sehen, ob dicke Menschen mehr M. smithii im Darm haben als dünne." Letzteres herauszufinden, wird ein Teil der Entschlüsselung des Mikrobioms sein. Ein kleiner Teil.

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