Was genau sind Darmmikrobiota und das menschliche Mikrobiom?
Die Darmmikrobiota und das menschliche Mikrobiom
Der menschliche Körper beherbergt rund 100 Billionen Mikroben. Sie sind den menschlichen Zellen im Körper 10 zu 1 überlegen.
Neueste wissenschaftliche Fortschritte in der Genetik bedeuten, dass der Mensch viel mehr über die Mikroben im Körper weiß.
Viele Länder haben viel in die Erforschung der Wechselwirkungen im Ökosystem des menschlichen Körpers und ihrer Bedeutung für Gesundheit und Krankheit investiert.
Die beiden Begriffe Mikrobiota und Mikrobiom werden oft gleichbedeutend verwendet und sind austauschbar. Dieser Artikel erklärt die Unterschiede zwischen ihnen und wie beide in der modernen Medizin eingesetzt werden.
Schnelle Fakten über die Darmmikrobiota
- Die menschliche Mikrobiota besteht aus Billionen von Zellen, darunter Bakterien, Viren und Pilze.
- Die größten Populationen von Mikroben befinden sich im Darm. Weitere beliebte Lebensräume sind die Haut und die Genitalien.
- Die mikrobiellen Zellen und ihr Erbgut, das Mikrobiom, leben von Geburt an beim Menschen. Diese Beziehung ist lebenswichtig für die normale Gesundheit.
- Die im Magen-Darm-Trakt lebenden Mikroorganismen belaufen sich auf etwa 4 Pfund Biomasse. Jeder Mensch hat einen einzigartigen Artenmix.
- Die Mikrobiota ist wichtig für die Ernährung, die Abwehrkräfte, die Auswirkungen auf das Gehirn und das Verhalten. Sie ist an einer Reihe von Krankheiten beteiligt, die eine Störung im normalen Gleichgewicht der Mikroben verursachen.
Was ist das menschliche Mikrobiom?
Die menschliche Mikrobiota besteht aus einer Vielzahl von Bakterien, Viren, Pilzen und anderen einzelligen Tieren, die im Körper leben.
Das Mikrobiom ist die Bezeichnung für alle Gene in diesen mikrobiellen Zellen.
Jeder Mensch beherbergt zwischen 10 Billionen und 100 Billionen mikrobielle Zellen in einer symbiotischen Beziehung. Davon profitieren sowohl die Mikroben als auch ihre Wirte, solange sich der Körper in einem gesunden Zustand befindet. Die Schätzungen variieren, aber es könnte über 1.000 verschiedene Arten von Mikroorganismen geben, die die menschliche Mikrobiota ausmachen.
Es gibt viele Projekte, die versuchen, das menschliche Genom zu entschlüsseln, indem sie alle menschlichen Gene sequenzieren. Auch das Mikrobiom wurde intensiv untersucht, um seine gesamte genetische Information zu entschlüsseln.
Die Mikroben im Körper sind so klein, dass sie nur etwa 2 bis 3 Prozent des Gesamtgewichts des menschlichen Körpers ausmachen, obwohl sie die Anzahl der Zellen übersteigen.
Eine vom Human Microbiome Project Consortium in Nature veröffentlichte Studie aus dem Jahr 2012 ergab Folgendes: (1)
- Proben von Mund- und Stuhl-Mikrobengemeinschaften sind besonders vielfältig
- Im Gegensatz dazu zeigen Proben von Vaginalstellen besonders einfache mikrobielle Gemeinschaften.
Die Studie zeigte die große Vielfalt des menschlichen Mikrobioms bei einer großen Gruppe gesunder westlicher Menschen, wirft aber Fragen für die weitere Forschung auf. Wie unterscheiden sich die mikrobiellen Populationen in jedem von uns im Laufe des Lebens und sind die Muster der Besiedlung durch nützliche Mikroben die gleichen wie die der krankheitsverursachenden Mikroben?
Was ist die Darmmikrobiota?
Die Darmmikrobiota wurde früher als Mikroflora des Darms oder Darmflora bezeichnet.
Um diese Zeit, 1996, schrieb Dr. Rodney Berg von der Abteilung Mikrobiologie und Immunologie der Louisiana State University, über die Darmmikrobiota und fasste ihre “tiefe” Bedeutung zusammen. (2)
“Die einheimische Mikroflora des Magen-Darm-Traktes hat tiefgreifende Auswirkungen auf die anatomische, physiologische und immunologische Entwicklung des Wirtes”, schrieb Dr. Berg in einem Beitrag in Trends in Microbiology.
In dem Beitrag heißt es weiter:
“Die einheimische Mikroflora stimuliert das Immunsystem des Wirtes, schneller auf die Herausforderung durch Krankheitserreger zu reagieren und hemmt durch bakteriellen Antagonismus die Besiedlung des GI-Traktes durch offene exogene Erreger”.
Diese symbiotische Beziehung kommt dem Menschen zugute, und das Vorhandensein dieser normalen Flora schließt Mikroorganismen ein, die in der Umwelt so vorhanden sind, dass sie in praktisch allen Tieren aus demselben Lebensraum vorkommen.
Zu diesen nativen Mikroben gehören aber auch schädliche Bakterien, die die körpereigenen Abwehrkräfte überwinden können, die sie von lebenswichtigen Systemen und Organen trennen.
Zusammengefasst gibt es nützliche Bakterien im Darm, und es gibt schädliche Bakterien, die sich in breitere Systeme einnisten und lokale Infektionen des GI-Traktes verursachen können. Zu diesen Infektionen gehören Lebensmittelvergiftungen und andere GI-Krankheiten, die zu Durchfall und Erbrechen führen.
Die Darmmikrobiota enthält über 3 Millionen Gene und ist damit 150-mal genetisch vielfältiger als der menschliche Körper.
Die Darmmikrobiota jedes Einzelnen ist einzigartig. Sie kann einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung von Krankheiten, zur Verdauung von Nahrungsmitteln und sogar zu deren Stimmung und psychologischen Prozessen leisten.
Warum ist die menschliche Mikrobiota wichtig?
Mikroorganismen haben sich mit dem Menschen entwickelt und sind ein integraler Bestandteil des Lebens, der eine Reihe von lebenswichtigen Funktionen erfüllt.
Sie sind sowohl an der Gesundheit als auch an Krankheiten beteiligt, und die Forschung hat Zusammenhänge zwischen normalen oder gestörten Bakterienpopulationen und den folgenden Krankheiten festgestellt:
- Asthma
- Autismus
- Krebs
- Zöliakie
- Kolitis
- Zucker
- Hautausschlag
- Herzerkrankung
- Mangelernährung
- Multiple Sklerose
- Fettleibigkeit
Das menschliche Mikrobiom hat Einfluss auf die folgenden vier großen Bereiche, die für die Gesundheit von Bedeutung sind:
- Nährstoffversorgung
- Abwehrkräfte (Immunsystem)
- Verhaltensweise
- Krankheiten
Nährstoffversorgung
Neben der Aufnahme von Energie aus der Nahrung sind Darmmikroben essentiell für die Nährstoffaufnahme des Menschen. Darmbakterien helfen uns beispielsweise beim Abbau komplexer Moleküle aus Fleisch und Gemüse. Ohne die Hilfe von Darmbakterien ist Pflanzenzellulose unverdaulich.
Darmmikroben können auch ihre metabolischen Aktivitäten nutzen, um das Verlangen nach Nahrung und das Sättigungsgefühl zu beeinflussen.
Die Vielfalt der Mikrobiota hängt mit der Vielfalt der Ernährung zusammen. Jüngere Erwachsene, die eine Vielzahl von Lebensmitteln ausprobieren, zeigen eine vielfältigere Darmmikrobiota als Erwachsene, die einem bestimmten Ernährungsmuster folgen.
Abwehrkräfte (Immunsystem)
Von dem Moment an, in dem ein Tier geboren wird, beginnt es, sein Mikrobiom aufzubauen. Menschen erwerben ihre ersten Mikroben am Eingang des Muttermundes, wenn sie zur Welt kommen.
Ohne diese frühen mikrobiellen Gäste gäbe es keine adaptive Abwehrkraft. Dies ist ein wichtiger Abwehrmechanismus, der lernt, wie man auf Mikroben reagiert, nachdem man ihnen begegnet ist. Dies ermöglicht eine schnellere und effektivere Reaktion auf krankheitserregende Organismen.
Nagetiere, die völlig frei von Mikroorganismen sind, zeigen eine Reihe von pathologischen Wirkungen, darunter ein unterentwickeltes Immunsystem.
Die Mikrobiota bezieht sich auch auf Autoimmunkrankheiten und Allergien, die sich eher entwickeln können, wenn die Belastung durch Mikroorganismen frühzeitig gestört wird.
Verhaltensweise
Die Mikrobiota kann das Gehirn beeinflussen, das auch an der Verdauung beteiligt ist. Einige bezeichnen die Darmmikrobiota sogar als “zweites Gehirn”. (3)
Kleine Moleküle, die durch die Aktivität von Darmbakterien freigesetzt werden, lösen die Reaktion der Nerven im Magen-Darm-Trakt aus.
Forscher haben auch Verbindungen zwischen dem Darmmikrobiom und psychischen Störungen wie Depressionen und autistischen Spektrumstörungen (ASD) beobachtet. (4)
Krankheiten
Bakterielle Populationen im Magen-Darm-Trakt geben Aufschluss über Darmerkrankungen, einschließlich entzündlicher Darmerkrankungen (IBD) wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa. Geringe mikrobielle Diversität im Darm wurde mit IBD sowie Adipositas und Typ-2-Diabetes in Verbindung gebracht.
Der Zustand der Darmmikrobiota wurde mit dem metabolischen Syndrom in Verbindung gebracht. Eine Ernährungsumstellung mit Präbiotika, Probiotika und anderen Nahrungsergänzungsmitteln hat diese Risikofaktoren reduziert.
Darmmikroben und deren Genetik beeinflussen den Energiehaushalt, die Gehirnentwicklung und die kognitive Funktion. Wie genau dies geschieht und wie diese Beziehung zum Wohle des Menschen genutzt werden kann, wird derzeit erforscht.
Eine Störung der Mikrobiota mit Antibiotika kann zu Krankheiten führen, einschließlich Infektionen, die gegen ein Antibiotikum resistent werden.
Die Mikrobiota spielt auch eine wichtige Rolle bei der Resistenz gegen das Überwachstum von extern eingeführten Populationen, die sonst Krankheiten verursachen würden – die “guten” Bakterien konkurrieren mit den “schlechten”, wobei einige sogar entzündungshemmende Substanzen freisetzen.
Neue Erkenntnisse über das Mikrobiom
Enorme Anstrengungen wurden in die Erforschung der mikrobiellen Populationen im Körper und ihrer Genetik gesteckt, um Verbindungen zu Gesundheit und Krankheit zu erforschen.
Das National Institutes of Health (NIH) hat 2007 das Human Microbiome Project ins Leben gerufen. Dies ist ein Forschungsprojekt, das darauf abzielt, die mikrobiellen Arten, die den Menschen und seine Beziehungen zur Gesundheit beeinflussen, durch die Erstellung großer, öffentlich zugänglicher Datensätze aus genetischen Studien zu definieren. (5)
Die meisten der im Menschen lebenden Mikroorganismen befinden sich im Magen-Darm-Trakt, und hier werden auch die meisten neuen Entdeckungen gemacht.
Zu den jüngsten Entwicklungen gehört die weitere Bestätigung von Möglichkeiten, einen neuen Stamm in eine bestehende Mikrobiota einzubringen, ohne das Gleichgewicht und die Funktion des Mikrobioms insgesamt zu beeinträchtigen. Dies eröffnet das Potenzial für probiotische Behandlungen und neue Methoden zur Analyse der Zusammensetzung der Darmmikrobiota.
In dieser Studie wurde Seetang verwendet, um die Darmmikrobiota mehrerer Mäuse zu verbessern.
Es gab auch neue Forschungen darüber, wie potentielle Krankheitserreger von außerhalb des Körpers eindringen und wie sie sich auf die Darmmikrobiota beziehen. Dies wird dazu beitragen, die Invasion potenziell schädlicher Mikroben und ihre krankheitsverursachenden Auswirkungen zu begrenzen.
Die Darmmikrobiota wird zu einem Eckpfeiler der Präventivmedizin.
