Das Mikrobiom ist eine Art "Organ", das von der modernen Medizin seit vielen Jahren vergessen wurde. Seit über einem Dutzend Jahren wird jedoch dank der Entwicklung der biomedizinischen Wissenschaften eine Menge Forschung betrieben, deren Ergebnisse beweisen, dass das Mikrobiom mehr ist als nur eine Gruppe von Mikroorganismen, die unseren Körper bewohnen. Was ist das Mikrobiom? Warum ist es so wichtig für unsere Gesundheit? Wie kümmere ich mich darum?

Mikrobiom(Mikrobiota, Mikroflora) ist eine Gruppe von Mikroorganismen, die für einen bestimmten natürlichen Lebensraum charakteristisch sind. Als Lebensraum sollten wir nicht nur das Meer oder den Boden verstehen, sondern auch den Organismus von Menschen und anderen Tieren. Daher unterscheiden wir neben dem Mikrobiom der Meere und des Bodens das Darm-, Haut-, Genit altrakt-, Ohr- und Mundmikrobiom.

Die Zusammensetzung des Mikrobioms variiert je nach Lebensraum. Am zahlreichsten Mikrobiom in unserem Körper, dem Verdauungstrakt, wird derzeit am meisten geforscht.

Mikrobiom, Mikrobiota oder Mikroflora?

Der Begriff „Mikrobiom“ wurde erstmals im Jahr 2001 von Nobelpreisträger Joshua Lederberg verwendet, der damit den Genomsatz aller Mikroben beschrieb, die den menschlichen Körper bewohnen. Daher wird der Begriff häufiger in diesem Sinne verwendet.

Wenn von der Sammlung aller Mikroorganismen als Zellen gesprochen wird, sollte der Begriff "Mikrobiota" verwendet werden.

Der Begriff „Mikroflora“ hingegen ist ein alter, seltener verwendeter Begriff und stammt noch aus der Zeit, als die meisten Mikroorganismen dem Pflanzenreich zugeordnet wurden (der Begriff „Flora“ beschreibt die Gesamtheit der in einem bestimmten Gebiet vorkommenden Pflanzenarten).

Mikrobiom - woraus besteht es?

Das Mikrobiom besteht aus Bakterien, Hefen, Pilzen, Protozoen, Viren und Archaeen. Denken Sie daran, dass sie nicht immer "freundlich" zu ihrem Gastgeber sein müssen. Die Mikrobiota kann auch Mikroorganismen umfassen, die potentiell für den Menschen pathogen sind, z.B.Escherichia Coli .

Aufgrund der Fülle an Mikroorganismen verdient das gastrointestinale Mikrobiom besondere Aufmerksamkeit, das hauptsächlich aus Bakterien aus 4 Untergruppen besteht:

  • Firmicutes(64%)
  • Bacteroides(23%)
  • Proteobakterien(8%)
  • Aktinobakterien(3%)

Bei gesunden Menschen sind einzelne Abschnitte des Verdauungstraktes durch eine unterschiedliche Vielf alt an Mikroorganismen gekennzeichnet. Magen und Zwölffingerdarm sind praktisch steril,weil der saure pH-Wert des Magensaftes ein ungünstiges Milieu für die meisten Mikroorganismen schafft. Im Dünndarm ist ihre Zahl größer und reicht von 10.000 bis 100.000 in 1 Gramm Nahrungsinh alt.

Hier dominieren acidophile Bakterien der GattungLactobacillusundStreptococcus . Die größte Anzahl von Mikroorganismen befindet sich im Dickdarm, und es sind sogar eine Billion Zellen in 1 Gramm Nahrungsinh alt! Die überwiegende Mehrheit sind sauerstoffintolerante Mikroorganismen (Anaerobier), wieBifidobacteriumundClostridium .

Es wird geschätzt, dass es im Verdauungstrakt 10-mal mehr Mikroorganismen gibt als Zellen im menschlichen Körper (etwa 100 Billionen Zellen mit einem Gewicht von etwa 2 kg), und die Anzahl der Gene in ihnen beträgt 3,3 Millionen. Zum Vergleich: Das menschliche Genom besteht nur aus 21.000 Genen.

Bakterien, die den Verdauungstrakt bewohnen, können nach ihren Funktionen im Körper eingeteilt werden:

  • proteolytische (oder fäulniserregende) Bakterien sind potenziell pathogene Bakterien, deren Überwucherung im Darm den Körper beeinträchtigen kann; dazu gehören unter anderem Bakterien der GattungKlebsiella ,Enterobacter ,Serratia ,Citrobacter,Pseudomonas
  • schützende (probiotische) Bakterien sind Bakterien, die das Wachstum krankheitserregender Mikroorganismen hemmen, das Darmepithel abdichten und Nährstoffe für das Darmepithel produzieren; dazu gehören unter anderem Bakterien der GattungLactobacillusundBifidobacterium
  • immunstimulierende Bakterien stimulieren die Zellen des Immunsystems, reduzieren die Entzündungsreaktion und regen die Produktion von IgA-Antikörpern durch die Schleimhaut an; dazu gehören unter anderem Bakterien der GattungEnterococcusiEscherichia coli . Letzteres ist unter ungünstigen Bedingungen auch potentiell pathogen

Mikrobiom - welche Funktionen hat es?

Darmmikroben können aus der Nahrung stammende Substanzen verstoffwechseln - Kohlenhydrate, Proteine, Fette und solche, die direkt vom Menschen stammen, wie tote Zellen und Schleim. Das Mikrobiom verwendet sie, um grundlegende Lebensaktivitäten zu unterstützen.

Die Funktionen der Mikrobiota lassen sich also mit einer Art Bioreaktor vergleichen, der während des Fermentationsprozesses unzählige Mengen bioaktiver Substanzen produziert. Die Menge und Art dieser Substanzen hängt weitgehend davon ab, wie wir uns ernähren.

Das Darmmikrobiom unterstützt neben Verdauungsprozessen:

  • produziert B-Vitamine und Vitamin K
  • erhöht die Aufnahme von Mineralien,wie Magnesium und Kalzium
  • verhindert die Besiedelung des Darms mit pathogenen Bakterien
  • regt die Reifung der Zellen des Immunsystems an und unterstützt ihre Arbeit
  • beruhigt entzündliche Prozesse
  • beeinflusst die Reifung und Differenzierung von Darmepithelzellen
  • inaktiviert Toxine und Karzinogene
  • beteiligt sich am Metabolismus von Cholesterin und Bilirubin

Mikrobiom - was beeinflusst es?

  • Gene

Obwohl die Zusammensetzung des Darmmikrobioms hauptsächlich von Umweltfaktoren beeinflusst wird, wird das Mikrobiom in geringerem Maße auch vom Genotyp des Wirts beeinflusst. Ein Beispiel für eine solche Verwandtschaft sind Varianten des FUT2-Gens, das für das Enzym Fucosyltransferase 2 kodiert, verantwortlich u. a. zur Bildung von Blutgruppen-assoziierten Antigenen

Menschen mit einer ungünstigen Variante des FUT2-Gens produzieren bestimmte Oligosaccharide nicht, deren Fehlen sie für einen Mangel an schützenden Bakterien der GattungBifidobacteriumprädisponiert. Etwa 20 % der Europäer haben eine ungünstige Variante dieses Gens.

  • Alter und Versandart

Vor der Geburt im Mutterleib ist unser Verdauungstrakt steril. Bei einer natürlichen Geburt wird der Magen-Darm-Trakt vom vaginalen Mikrobiom der Mutter besiedelt. Beim Stillen mit Milch werden dann präbiotische Substanzen (humane Oligosaccharide) an das Baby weitergegeben, die das Wachstum nützlicher Bakterien wieBifidobacteriumanregen.

Künstlich ernährte Babys haben möglicherweise weniger dieser Bakterien. Es hat sich gezeigt, dass die Geburt und die Art der Ernährung entscheidend für die richtige Entwicklung des Mikrobioms und die Entwicklung von beispielsweise Allergien sein können. Es wurden signifikante Unterschiede in der Zusammensetzung des Mikrobioms bei natürlich geborenen Kindern im Vergleich zu denen, die per Kaiserschnitt geboren wurden, festgestellt.

Nach Beendigung des Stillens und der Einführung fester Nahrung gleicht sich die Zusammensetzung des Darmmikrobioms allmählich der eines Erwachsenen an. Im Alter von etwa 15 Jahren wird er relativ stabil (wenn die Person gesund ist und einen angemessenen Lebensstil führt).

Der nächste Lebensabschnitt des Menschen, in dem eine Veränderung der Zusammensetzung des Darmmikrobioms zu beobachten ist, ist die Zeit nach etwa 65 Jahren. Bei älteren Menschen kommt es zu einer Abnahme der Anzahl schützender Bakterien der GattungBifidobacteriumund zu einer Zunahme der Anzahl potenziell pathogener Bakterien, wie z. B.Clostridium.

Der RückgangBifidobacterium , die Entzündungen an der Darmschleimhaut reduzieren, kann einer der Faktoren sein, die altersbedingte Krankheitsprozesse verschlimmern. Warum passiert dies? Dies ist größtenteils eine Folge der Tatsache, dass unser Körper mit zunehmendem Alter weniger leistungsfähig ist,d.h. der Zustand des Gebisses verschlechtert sich, die Speichelabsonderung und die Leistungsfähigkeit von Organen, z.B. der Bauchspeicheldrüse, nimmt ab

  • Diät

Die Ernährung ist einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf die Zusammensetzung des Darmmikrobioms. Versorgen wir unser Mikrobiom mit der richtigen Menge an komplexen Kohlenhydraten, produzieren Mikroorganismen Stoffe wie kurzkettige Fettsäuren (SCFA), z.B. Butyrat oder Milchsäure, die sich positiv auf den Körper auswirken, u. a durch Unterdrückung von Entzündungsreaktionen

Es wird geschätzt, dass 10-20 % der konsumierten Kohlenhydrate gegen die Verdauung durch menschliche Darmenzyme resistent sind. Das sind unverdauliche Kohlenhydrate, wie resistente Stärke und Nicht-Stärke-Polysaccharide (wie Pektine und Zellulose), die ideale „Nährstoffe“ für das Mikrobiom sind.

Wenn unsere Ernährung jedoch zu viel verarbeitete Lebensmittel, einfache Zucker, gesättigte Fette und tierisches Eiweiß enthält, beginnen die Mikroorganismen, schädliche Substanzen wie biogene Amine (z. B. Tyramin), Skatol, Indol oder Ammoniak zu produzieren. Diese Stoffe können die Darmepithelzellen schädigen, Entzündungen hervorrufen und zu Störungen der Durchlässigkeit der Darmbarriere führen.

Es wurde eine Studie durchgeführt, in der die Zusammensetzung des Darmmikrobioms von Kindern, die in Italien leben und sich nach dem westlichen Ernährungsmodell (reich an tierischem Eiweiß, Fetten und einfachen Zuckern) ernähren, mit der Ernährung von in Italien lebenden Kindern verglichen wurde ländliches Burkina Faso (reich an komplexen Kohlenhydraten und arm an tierischem Eiweiß). Sie zeigten, dass sich die Zusammensetzung des Mikrobioms in beiden Gruppen dramatisch unterschied.

Die für übergewichtige Menschen charakteristische Bakteriengruppe ( Firmicutes ) dominierte bei Kindern aus Italien, es kam zu einem Überwuchern von Fäulnisbakterien und einem verringerten Geh alt an Butyrat und anderen SCFA im Kot gefunden. Dies wurde bei den Kindern von Burkina Faso nicht gefunden. Dies zeigt, wie sich falsche Essgewohnheiten auf die Störung des Darmmikrobioms auswirken.

Diäten mit wenig komplexen Kohlenhydraten (z. B. lösliche Ballaststoffe) reduzieren die Diversität des Darmmikrobioms, insbesondere schützende Bakterien der GattungBifidobacterium . Ein Beispiel für eine solche Diät ist die FODMAPs-Diät und eine unausgewogene glutenfreie Diät.

Die mediterrane Ernährung ist in der Forschung am günstigsten, da sie neben einer großen Menge an Ballaststoffen auch Polyphenole enthält. Wie neuere Studien zeigen, reichern sich 90-95 % der Polyphenole im Dickdarm an, wo sie durch das Darmmikrobiom diversen biochemischen Veränderungen unterliegen.

  • Psychischer Stress

In Studien mit Mäusen und Menschen wurde gezeigt, dass psychischer Stress verursachtReduzierung der Anzahl schützender Bakterien der GattungenLactobacillusundBifidobacterium . Darüber hinaus stimuliert Stress das übermäßige Wachstum potenziell pathogener Bakterien wieEscherichia coli . Dies liegt wahrscheinlich an der Ausschüttung des Stresshormons Cortisol.

Auch Polyphenole, wie Resveratrol in Weintrauben oder Catechine in Tee, wirken sich positiv auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota aus und wirken als Präbiotika.

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Mikrobiom und Zivilisationskrankheiten

Das Mikrobiom wird oft mit einem von der modernen Medizin vergessenen „Organ“ verglichen. Die Forschung zeigt eindeutig, dass das Mikrobiom wie jedes andere Organ Informationen aus der Umwelt empfangen und darauf reagieren kann – wie Änderungen des pH-Werts, das Vorhandensein von Nährstoffen, Immunzellen und Hormonen. Dieses System wird Quorum Sensing genannt und ermöglicht den molekularen Dialog zwischen dem Mikrobiom und menschlichen Zellen und Organen.

Aufgrund des vielschichtigen Einflusses des Mikrobioms auf unseren Körper sollte es nicht verwundern, dass die qualitativen und quantitativen Störungen des Mikrobioms, Darmdysbiose genannt, zur Entstehung vieler Zivilisationskrankheiten beitragen können, wie z als:

  • Fettleibigkeit
  • Diabetes
  • Autoimmunerkrankungen
  • Allergien
  • depressive Störung
  • Autismus
  • Alzheimer-Krankheit

Ein Durchbruch in der Forschung zum Zusammenhang des Mikrobioms mit der menschlichen Gesundheit war das 2007 vom amerikanischen National Institute of He alth initiierte Projekt „Human Microbiome Project“. Es verwendet modernste Methoden der Molekularbiologie, die es erlaubten, die Unterschiede in der Zusammensetzung des menschlichen Mikrobioms in Abhängigkeit von Breitengrad, Genotyp, Alter und Ernährung zu bestimmen.

Mikrobiom und Fettleibigkeit

Die ersten Studien, die auf den Zusammenhang des Darmmikrobioms mit Fettleibigkeit hinweisen, wurden an Mäusen durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass fettleibige Mäuse im Vergleich zu mageren Mäusen gestörte Verhältnisse zwischen Bakterien aus der GruppeFirmicutes(zu viel) undBacteroides(zu wenig) aufweisen ).

Derzeit wird angenommen, dass das Darmmikrobiom die Entstehung von Fettleibigkeit in mindestens drei Mechanismen beeinflussen kann:

  • durch Produktion zusätzlicher Kalorien (4-10% der aus der Nahrung gewonnenen Energie werden vom Mikrobiom erzeugt, das sind etwa 80-200 kcal / Tag)
  • Entzündung hervorrufenniedrige Intensität (sogenannte metabolische Endotoxizität, die Insulinresistenz verursachen kann)
  • Regulation des Hunger- und Sättigungszentrums (das Mikrobiom beeinflusst unter anderem die Sekretion von Glucagon-like Peptid-1 und Peptid YY sowie den Zeitpunkt der Darmpassage)

Das Mikrobiom und das Nervensystem

Experimentelle Studien an Mäusen haben gezeigt, dass das Darmmikrobiom die Entwicklung des Nervensystems, die Stressreaktion und das Verh alten beeinflusst. Immer mehr Studien weisen auch auf einen direkten Zusammenhang zwischen dem Darmmikrobiom und depressiven Erkrankungen hin.

In diesem Zusammenhang werden die sog Die Darm-Hirn-Achse und der Vagusnerv, die für die Signalübertragung vom Darm zum Gehirn verantwortlich sind.

Andere Mechanismen, durch die Mikroorganismen unser Verh alten beeinflussen können, sind ihre Beteiligung am Stoffwechsel von Tryptophan (es ist eine Vorstufe zur Synthese des „Glückshormons“ – Serotonin) oder direkt durch die Synthese von Neurotransmittern, z.B. Bakterien der Typ EscherichiaundEnterococcuskann Serotonin produzieren, und der TypLactobacillusGABA (Neurotransmitter, der für die Entspannung verantwortlich ist und entspannend)

Darüber hinaus weist die Forschung auf die Beteiligung des Darmmikrobioms an der Entwicklung von Erkrankungen hin wie:

  • Autismus
  • Schizophrenie
  • ADHS
  • Bipolare Störung
Wissenswert

SIBO oder bakterielle Überwucherung des Dünndarms ist eine Form der Darmdysbiose mit übermäßigem Wachstum von Bakterien im Dünndarm, die für den Dickdarm charakteristisch sind.

SIBO ist die Ursache von Verdauungs- und Resorptionsstörungen. Es koexistiert mit vielen Krankheiten, wie z. B.:

  • Reizdarmsyndrom (84%)
  • Zöliakie (66%)
  • gastroösophageale Refluxkrankheit (50 %)
  • Hypothyreose (54 %)
  • Pankreatitis (35%)

Der Grund für SIBO kann sein:

  • Darmmotilitätsstörungen
  • Antazida
  • Magenerkrankungen
  • Mangel an Verdauungsenzymen
  • Alter
  • Antibiotikatherapie

Das Mikrobiom - wie pflegt man es?

  • Gemüse und Früchte essen, die reich an Polyphenolen (Heidelbeeren, Heidelbeeren, Himbeeren) und präbiotischen Substanzen sind, die ein "Nährboden" für Darmmikroorganismen sind (Hülsenfrüchte, Zitrusfrüchte, Topinambur, Lauch, Zwiebeln, Spargel, Bananen)
  • komplexe Kohlenhydrate wie brauner Reis, Haferkleie und Haferkleie essen, die lösliche Ballaststoffe enth alten, die die Produktion von Butyrat stimulieren
  • gute Fette essen, z.B. Olivenöl
  • grün trinkenTee, weil er Polyphenole wie Catechine enthält
  • vermehrt eingelegtes Gemüse, z.B. Kohl, Gurken, Rüben und Milchprodukte, z.B. Joghurt, Kefir, da sie eine Quelle probiotischer Mikroorganismen sind
  • vermeiden Sie große Mengen Alkohol, und wenn Sie bereits Alkohol konsumieren, wählen Sie Rotwein, der Polyphenole wie Resveratrol enthält
  • Beseitigen Sie Junk Food, gesüßte Getränke, Kekse und Riegel aus Ihrer Ernährung, da sie eine Quelle für einfachen Zucker und Transfette sind
  • psychischen Stress vermeiden, und falls dies nicht möglich ist, Entspannungstechniken anwenden
  • genug schlafen
  • regelmäßig Sport treiben
Über den AutorKarolina Karabin, MD, PhD, Molekularbiologin, Labordiagnostikerin, Cambridge Diagnostics Polska Von Beruf Biologe mit Spezialisierung auf Mikrobiologie und Labordiagnostiker mit über 10 Jahren Erfahrung in der Laborarbeit. Absolvent des College of Molecular Medicine und Mitglied der Polnischen Gesellschaft für Humangenetik Leiter der Forschungsstipendien des Labors für Molekulardiagnostik an der Abteilung für Hämatologie, Onkologie und innere Krankheiten der Medizinischen Universität Warschau. Sie verteidigte den Titel eines Doktors der medizinischen Wissenschaften im Bereich medizinische Biologie an der 1. Medizinischen Fakultät der Medizinischen Universität Warschau. Autor zahlreicher wissenschaftlicher und populärwissenschaftlicher Arbeiten im Bereich Labordiagnostik, Molekularbiologie und Ernährung. Als Spezialist auf dem Gebiet der Labordiagnostik leitet er täglich die Inh altsabteilung bei Cambridge Diagnostics Polska und arbeitet mit einem Team von Ernährungswissenschaftlern der CD Dietary Clinic zusammen. Sein praktisches Wissen zur Diagnostik und Ernährungstherapie von Krankheiten teilt er mit Spezialisten auf Konferenzen, Schulungen, in Zeitschriften und auf Websites. Ihr besonderes Interesse gilt dem Einfluss des modernen Lebensstils auf molekulare Prozesse im Körper.

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Gastrologie