Artikel zur Langlebigkeit

Zwei Studien zeigen, dass Darmmikroben Essgewohnheiten und Cholesterin beeinflussen

bestimmte Darmmikroben werden mit Veränderungen im Verhalten und Essverhalten sowie einem niedrigeren Cholesterinspiegel in Verbindung gebracht
  • Zwei aktuelle Studien haben zusätzliche Funktionen unserer Darmmikroben aufgezeigt. 

  • Erstens können bestimmte Darmbakterien sowohl das Verhalten als auch die Essgewohnheiten verändern, wie in einer Studie mit Würmern festgestellt wurde, was möglicherweise auf einen Anstieg der von den Bakterien produzierten Gehirnchemikalie Tyramin zurückzuführen ist. 

  • Die zweite Studie ergab, dass bestimmte Mikroben den Cholesterinspiegel senken können; Menschen mit einer höheren enzymatischen Aktivität des Gens IsmA (Intestinal Steroid Metabolism A) in ihrem Mikrobiom hatten einen niedrigeren Cholesterinspiegel, da IsmA Cholesterin in Coprostanol abbaut und so den Cholesterinstoffwechsel und die Ausscheidung im Stuhl erhöht.  

Dieser Artikel wurde veröffentlicht am EurekAlert.org, basierend auf einer Studie veröffentlicht in Natur im Juni 2020: 

Darmbakterien sind zwar winzig, können aber nicht nur für die Verdauungsgesundheit des Wirtstiers, sondern auch für dessen allgemeines Wohlbefinden eine große Rolle spielen. Laut einer neuen Studie in „Nature“ können bestimmte Darmbakterien im Wurm das Verhalten des Tieres verändern und seine Essentscheidungen steuern. Die Forschung wurde teilweise von den National Institutes of Health finanziert.

„Wir finden immer wieder überraschende Rollen für Darmbakterien, die über den Magen hinausgehen“, sagte Robert Riddle, Ph.D., Programmdirektor am National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) des NIH, das die Studie unterstützte. „Hier beeinflussen die Darmbakterien die Art und Weise, wie das Tier seine Umgebung wahrnimmt, und veranlassen es, sich zu einer externen Quelle derselben Bakterien zu bewegen. Die Darmbakterien machen ihre Art für das Tier buchstäblich schmackhafter.“

Forscher an der Brandeis University in Waltham, Massachusetts, unter der Leitung von Michael O'Donnell, Ph.D., Postdoktorand und Erstautor der Arbeit, und Piali Sengupta, Ph.D., Professor für Biologie und leitender Autor der Studie, waren Interessiert daran, herauszufinden, ob es Darmbakterien möglich ist, das Verhalten eines Wirtstiers zu kontrollieren. Die Gruppe untersuchte die Auswirkungen von Darmbakterien darauf, wie Würmer, C. elegans genannt, ihre nächste Mahlzeit erschnüffeln und auswählen.

Bakterien sind die Hauptnahrung der Würmer. In dieser Studie haben die Forscher gemessen, wie Würmer, die mit verschiedenen Bakterienstämmen gefüttert wurden, auf Octanol reagierten, ein großes Alkoholmolekül, das von einigen Bakterien abgesondert wird und das Würmer normalerweise meiden, wenn es in hohen Konzentrationen vorhanden ist.

Dr. O'Donnell und seine Kollegen entdeckten, dass Würmer, die auf Providencia alcalifaciens (JUb39) gezüchtet wurden, Octanol weniger wahrscheinlich meiden als Tiere, die auf anderen Bakterien gezüchtet wurden. Kurioserweise fanden sie heraus, dass lebende JUb39-Bakterien im Darm der Würmer vorhanden waren, die sich in Richtung Octanol bewegten, was darauf hindeutet, dass das Verhalten teilweise durch eine von diesen Bakterien produzierte Substanz bestimmt werden könnte.

Als nächstes wollten die Forscher wissen, wie die Bakterien die Kontrolle über die Würmer ausüben.

„Wir konnten die Zusammenhänge von der Mikrobe bis zum Verhalten verbinden und den gesamten Weg bestimmen, der an diesem Prozess beteiligt sein könnte“, sagte Dr. O'Donnell.

Der Gehirnchemikalie Tyramin könnte bei dieser Reaktion eine wichtige Rolle spielen. In den Würmern wird Tyramin in die Chemikalie Octopamin umgewandelt, die auf einen Rezeptor auf sensorischen Neuronen abzielt, der das Vermeidungsverhalten steuert. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass das von Bakterien produzierte Tyramin den Octopaminspiegel erhöhte, was die Würmer toleranter gegenüber Octanol machte, indem es die von diesen Neuronen gesteuerte Vermeidung von Octanol unterdrückte.

Mithilfe anderer Verhaltenstests stellten die Forscher fest, dass gentechnisch veränderte Würmer, die kein Tyramin produzierten, keinen Einfluss auf die Unterdrückung der Oktanolvermeidung hatten, wenn die Würmer auf JUb39 gezüchtet wurden. Dies deutet darauf hin, dass das von den Bakterien produzierte Tyramin in der Lage sein könnte, das endogene Tyramin, das diesen Tieren fehlt, zu kompensieren.

Zusätzliche Experimente zeigten, dass Würmer, die auf JUb39 gezüchtet wurden, diese Art von Bakterien lieber fraßen als andere bakterielle Nahrungsquellen. Es wurde festgestellt, dass für diese Entscheidung auch das von den Bakterien produzierte Tyramin erforderlich ist.

„Auf diese Weise können die Bakterien die Kontrolle über den sensorischen Entscheidungsprozess des Wirtstiers übernehmen, was sich auf dessen Reaktion auf Gerüche auswirkt und möglicherweise Einfluss auf die Nahrungsauswahl hat“, sagte Dr. Sengupta.

Zukünftige Studien werden weitere von Bakterien produzierte Gehirnchemikalien identifizieren, die möglicherweise an der Veränderung anderer Verhaltensweisen von Würmern beteiligt sind. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob bestimmte Kombinationen von im Darm vorhandenen Bakterienstämmen zu unterschiedlichen Reaktionen auf Umwelteinflüsse führen. Obwohl Würmer und Säugetiere viele der gleichen Gene und biochemischen Prozesse teilen, ist nicht bekannt, ob ähnliche Wege und Ergebnisse bei Tieren höherer Ordnung existieren.

Der zweite Artikel wurde am veröffentlicht Nachrichten vom Harvard Department of Chemisty and Biology, basierend auf einer Studie veröffentlicht in Zellwirt und Mikrobe im Juni 2020: 

Schauen Sie in den dunkelsten Teilen der Welt nach oben, wo das Licht die unergründliche Fülle der Sterne nicht ausblendet. Es gibt immer noch weniger Flecken, die das Universum erhellen, als es Bakterien auf der Welt gibt, verborgen vor den Augen, ein ganzes Universum in nur einem menschlichen Darm.

Viele Arten sind bekannt, wie etwa E. coli, aber viele weitere, die manchmal als „mikrobielle dunkle Materie“ bezeichnet werden, sind noch immer schwer zu fassen. „Wir wissen, dass es da ist“, sagte Doug Kenny, ein Ph.D. Kandidat an der Graduate School of Arts and Sciences, „wegen der Art und Weise, wie es sich auf die Dinge um ihn herum auswirkt.“ Kenny ist Co-Erstautor einer neuen Studie in Cell Host and Microbe, die einen Teil dieser mikrobiellen dunklen Materie beleuchtet: eine Art von Darmbakterien, die den Cholesterinspiegel beim Menschen beeinflussen können.

„Der Metabolismus von Cholesterin durch diese Mikroben könnte eine wichtige Rolle bei der Senkung der Cholesterinkonzentration im Darm und im Blutserum spielen und sich direkt auf die menschliche Gesundheit auswirken“, sagte Emily Balskus, Professorin für Chemie und chemische Biologie an der Harvard University und Co-Seniorautorin mit Ramnik Xavier , , Kernmitglied der Broad, Co-Direktor des Zentrums für Informatik und Therapeutik am MIT und Forscher am Massachusetts General Hospital. Die neu entdeckten Bakterien könnten eines Tages Menschen dabei helfen, ihren Cholesterinspiegel durch Ernährung, Probiotika oder neuartige Behandlungen auf der Grundlage individueller Mikrobiome in den Griff zu bekommen.

Laut den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) hatten im Jahr 2016 über 12 Prozent der Erwachsenen im Alter von 20 Jahren und älter in den Vereinigten Staaten einen hohen Cholesterinspiegel, einen Risikofaktor für die häufigste Todesursache des Landes: Herzerkrankungen. Nur die Hälfte dieser Gruppe nimmt Medikamente wie Statine ein, um ihren Cholesterinspiegel zu kontrollieren; Obwohl solche Medikamente ein wertvolles Hilfsmittel sind, wirken sie nicht bei allen Patienten und können, obwohl selten, besorgniserregende Nebenwirkungen haben.

„Wir suchen nicht nach der Wunderwaffe zur Lösung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen“, sagte Kenny, „aber da ist noch dieses andere Organ, das Mikrobiom, ein anderes System im Spiel, das den Cholesterinspiegel regulieren könnte, an das wir noch nicht gedacht haben.“

Seit dem späten 19. Jahrhundert wussten Wissenschaftler, dass etwas mit dem Cholesterin im Darm passiert. Im Laufe der Jahrzehnte kam die Arbeit einer Antwort immer näher. Eine Studie fand sogar Hinweise auf cholesterinverzehrende Bakterien, die in einer Schweineabwasserlagune leben. Aber diese Mikroben lebten lieber in Schweinen als in Menschen.

Frühere Studien sind wie eine Akte mit Hinweisen (ein Labor von 1977 isolierte sogar den verräterischen Mikroben, aber die Proben gingen verloren). Ein wichtiger Hinweis ist Coprostanol, das Nebenprodukt des Cholesterinstoffwechsels im Darm. „Da die Mikrobe der Schweineabwasserlagune auch Coprostanol bildete“, sagte Balskus, „entschlossen wir uns, die für diese Aktivität verantwortlichen Gene zu identifizieren, in der Hoffnung, ähnliche Gene im menschlichen Darm zu finden.“

Unterdessen suchte Damian Plichta, Informatiker am Broad Institute und gemeinsam mit Kenny Erstautor, nach Hinweisen in menschlichen Datensätzen. Hunderte Arten von Bakterien, Viren und Pilzen, die im menschlichen Darm leben, müssten noch isoliert und beschrieben werden, sagte er. Aber die sogenannte Metagenomik kann Forschern helfen, einen Schritt zu umgehen: Anstatt zuerst eine Bakterienart zu lokalisieren und dann herauszufinden, was sie kann, können sie die Fülle an genetischem Material in menschlichen Mikrobiomen analysieren, um zu bestimmen, welche Fähigkeiten diese Gene kodieren.

Plichta verglich umfangreiche Mikrobiom-Genomdaten mit menschlichen Stuhlproben, um herauszufinden, welche Gene mit hohen Koprostanolspiegeln korrespondierten. „Anhand dieser enormen Menge an Korrelationen“, sagte er, „haben wir einige potenziell interessante Gene herausgesucht, die wir dann weiterverfolgen konnten.“ Nachdem Balskus und Kenny unterdessen das gesamte Genom des cholesterinverzehrenden Schweinebakteriums sequenziert hatten, analysierten sie die Daten und entdeckten ähnliche Gene: Ein Signal dafür, dass sie näher kamen.

Dann grenzte Kenny seine Suche weiter ein. Im Labor fügte er jedes potenzielle Gen in Bakterien ein und testete, welche Enzyme sie herstellten, um Cholesterin in Coprostanol abzubauen. Schließlich fand er den besten Kandidaten, den das Team „Intestinal Steroid Metabolism A“ (IsmA)-Gen nannte.

„Wir konnten nun das Vorhandensein oder Fehlen potenzieller Bakterien, die über diese Enzyme verfügen, mit den Cholesterinwerten im Blut derselben Personen korrelieren“, sagte Xavier. Anhand menschlicher Mikrobiomdaten aus China, den Niederlanden und den Vereinigten Staaten entdeckten sie, dass Menschen, die das IsmA-Gen in ihrem Mikrobiom tragen, 55 bis 75 Prozent weniger Cholesterin im Stuhl hatten als Menschen ohne.

„Wer über diese Enzymaktivität verfügt, hat grundsätzlich einen niedrigeren Cholesterinspiegel“, sagte Xavier.

Die Entdeckung, sagte Xavier, könnte zu neuen Therapeutika führen – wie einem „biotischen Cocktail“ oder der direkten Enzymabgabe an den Darm –, um Menschen dabei zu helfen, ihren Cholesterinspiegel im Blut zu kontrollieren. Doch zunächst gibt es noch viel zu tun: Das Team hat zwar das entscheidende Enzym identifiziert, muss aber noch den verantwortlichen Mikroorganismus isolieren. Sie müssen nicht nur einen Zusammenhang, sondern auch eine Kausalität nachweisen – dass die Mikrobe und ihr Enzym direkt für die Senkung des Cholesterinspiegels beim Menschen verantwortlich sind. Und sie müssen analysieren, welche Auswirkungen Coprostanol, das Nebenprodukt der Reaktion, auf die menschliche Gesundheit hat.

„Das bedeutet nicht, dass wir morgen Antworten haben werden, aber wir haben einen Überblick darüber, wie wir vorgehen sollen“, sagte Xavier.



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