Artikel zur Langlebigkeit

Der Umbau des Mikrobioms verbessert den Cholesterinspiegel und reduziert Arteriosklerose

die Umgestaltung des Darmmikrobioms verbessert den Cholesterinspiegel und reduziert Arteriosklerose bei Mäusen
  • Wissenschaftler schufen eine Reihe von Molekülen, sogenannte Peptide, die das Wachstum „schlechter“ Bakterien im Darm verlangsamten, den Cholesterinspiegel verbesserten und Arteriosklerose (arterielle Plaquebildung) bei Mäusen reduzierten.

  • Die Peptide wirken durch die Abgabe kleiner Moleküle, um schlechte Darmbakterien abzutöten oder deren Wachstum zu verlangsamen, ohne die guten Darmbakterien zu beeinträchtigen.

  • Bei Mäusen mit Arteriosklerose senkte die Behandlung mit den Peptiden den Cholesterinspiegel um 36 % und verringerte die Fläche der atherosklerotischen Plaques um 40 %. 

Dieser Artikel wurde auf Scripps Research News veröffentlicht: 

Wissenschaftler von Scripps Research haben Moleküle entwickelt, die die Bakterienpopulation im Darm in einen gesünderen Zustand umwandeln können, und sie haben durch Experimente an Mäusen gezeigt, dass dies den Cholesterinspiegel senkt und die als Arteriosklerose bekannte Erkrankung der verdickten Arterien stark hemmt.

Die Wissenschaftler, die über ihre Erkenntnisse berichten Naturbiotechnologie, haben eine Reihe von Molekülen namens Peptide entwickelt, die das Wachstum weniger erwünschter Darmbakterienarten verlangsamen können.

Bei Mäusen, die aufgrund einer fettreichen Ernährung einen hohen Cholesterinspiegel und Arteriosklerose entwickeln, veränderten die Peptide das Artengleichgewicht im Darmmikrobiom, das sich auf die Billionen von Bakterien bezieht, die im Verdauungssystem leben, positiv. Diese Verschiebung senkte den Cholesterinspiegel und verlangsamte die Bildung von Fettablagerungen in den Arterien erheblich – Symptome, die charakteristisch für Arteriosklerose sind.

Arteriosklerose ist die Erkrankung, die zu Herzinfarkten und Schlaganfällen führt, den beiden häufigsten Todesursachen beim Menschen.

„Es war für uns überraschend, dass eine einfache Umgestaltung des Darmmikrobioms eine so weitreichende Wirkung haben kann“, sagt Reza Ghadiri, PhD, Co-Seniorautor der Studie und Professor am Fachbereich Chemie bei Scripps Research.

Darmmikroben prägen unsere Gesundheit

Das Darmmikrobiom, das Hunderte von Bakterienarten umfasst, hat sich vor langer Zeit im Rahmen einer grundlegenden Symbiose entwickelt: Die Bakterien bekommen einen Lebensraum und reichlich Nahrung und unterstützen im Gegenzug ihre tierischen Wirte, vor allem indem sie ihnen bei der Verdauung von Nahrungsmitteln helfen.

In den letzten zwei Jahrzehnten sind diese symbiotischen Bakterien weltweit in den Mittelpunkt intensiver Forschung gerückt, da Wissenschaftler herausgefunden haben, dass die Mikroben – teilweise durch die Produktion von Molekülen, die als Metaboliten bezeichnet werden – nicht nur bei der Verdauung von Nahrungsmitteln helfen, sondern auch eine Rolle im Stoffwechsel spielen , Immunität und andere wichtige Funktionen.

Wissenschaftler haben auch herausgefunden, dass diese Symbiose eine Kehrseite für die menschlichen Wirte der Bakterien haben kann. Wenn Menschen übermäßig Antibiotika einnehmen oder eine „westliche“ Ernährung zu sich nehmen, die reich an Kohlenhydraten, Fetten und Zucker ist, kann das Darmmikrobiom auf eine Weise verändert werden, die Krankheiten begünstigt.

Tatsächlich scheint es nun so zu sein, dass die durch die westliche Ernährung erhöhten Risiken für Fettleibigkeit, Diabetes, Bluthochdruck und Arteriosklerose teilweise auf nachteilige Veränderungen im Mikrobiom zurückzuführen sind.

Diese Erkenntnis hat Forscher dazu veranlasst, nach Möglichkeiten zur Umgestaltung des Mikrobioms zu suchen, mit dem Ziel, diese nachteiligen Veränderungen rückgängig zu machen und so die Gesundheit wiederherzustellen. Ghadiri und sein Team haben an einer Methode gearbeitet, bei der kleine Moleküle verabreicht werden, um schlechte Darmbakterien abzutöten oder deren Wachstum zu verlangsamen, ohne die guten Darmbakterien zu beeinträchtigen.

„Unser Ansatz, der kleine Moleküle, sogenannte zyklische Peptide, verwendet, ist von der Natur inspiriert“, sagt Co-Seniorautor Luke Leman, PhD, Assistenzprofessor am Fachbereich Chemie bei Scripps Research. „Unsere Zellen verwenden auf natürliche Weise eine vielfältige Sammlung von Molekülen, einschließlich antimikrobieller Peptide, um unsere Darmmikrobenpopulationen zu regulieren.“

Ein Screening-System zur Identifizierung von Mikrobiom-Remodellierern

Vor den Experimenten verfügte das Team bereits über eine kleine Sammlung zyklischer Peptide, die mithilfe chemischer Techniken hergestellt worden waren. Für die Studie richteten sie ein Screening-System ein, um festzustellen, ob eines dieser Peptide das Darmmikrobiom von Säugetieren durch die Unterdrückung unerwünschter Darmbakterienarten positiv umgestalten könnte.

Sie verwendeten Mäuse, die genetisch anfällig für einen hohen Cholesterinspiegel sind, und fütterten die Tiere mit einer westlichen Diät, die schnell und zuverlässig einen hohen Cholesterinspiegel im Blut und Arteriosklerose sowie negative Veränderungen im Darmmikrobiom hervorruft.

Anschließend entnahmen die Forscher Proben aus dem Darminhalt der Tiere und wendeten auf jede Probe ein anderes zyklisches Peptid an. Einen Tag später sequenzierten sie die Bakterien-DNA in den Proben, um festzustellen, welche Peptide das Darmbakteriom in die gewünschte Richtung verschoben hatten.

Die Wissenschaftler identifizierten bald zwei Peptide, die das Wachstum unerwünschter Darmbakterien erheblich verlangsamt hatten, wodurch sich das Artengleichgewicht näher an das annäherte, was bei Mäusen zu beobachten ist, die eine gesündere Ernährung erhalten.

Als sie diese Peptide zur Behandlung von zu Arteriosklerose neigenden Mäusen verwendeten, die sich fettreich westlich ernährten, stellten sie im Vergleich zu unbehandelten Mäusen eine bemerkenswerte Senkung des Cholesterinspiegels im Blut der Tiere fest – etwa 36 Prozent nach zweiwöchiger Behandlung.

Sie fanden auch heraus, dass die atherosklerotischen Plaques in den Arterien der behandelten Mäuse nach 10 Wochen im Vergleich zu denen bei unbehandelten Mäusen um etwa 40 Prozent kleiner waren.

„Das waren wirklich bemerkenswerte Effekte“, sagt Ghadiri.

Die in der Studie verwendeten zyklischen Peptide interagieren offenbar auf eine Weise mit den Außenmembranen bestimmter Bakterienzellen, die das Wachstum der Zellen verlangsamen oder stoppen. Ghadiri und sein Team erforschen diese Peptide seit Jahren und haben eine Reihe von Dutzenden zusammengestellt, die keine Toxizität für die Zellen von Säugetieren zeigen.

Die Moleküle passieren auch den Darm, ohne in den Blutkreislauf zu gelangen. In der Studie wurden die Peptide den Mäusen über das Trinkwasser verabreicht und waren nicht mit nachteiligen Nebenwirkungen verbunden.

Ermutigt durch die Demonstration des Machbarkeitsnachweises testen die Forscher ihre Peptide nun an Mäusen, die Diabetes modellieren, eine weitere häufige Erkrankung, die mit einem ungesunden Mikrobiom in Verbindung gebracht wird.

Diese Studie wurde veröffentlicht in Naturbiotechnologie im Juni 2020. 



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