Ernährung, Darmflora und Immunsystem – Zusammenhang identifiziert

Ernährung beeinflusst Immunsystem über Darmbakterien

Bereits im Jahr 1850 beschreibt der Philosoph Ludwig Feuerbach mit dem Satz: „Der Mensch ist, was er isst“ den umfassenden Einfluss der Ernährung auf die Gesundheit und das Wohlbefinden des Menschen. Eine aktuelle Studie untermauert diese Aussage nun wissenschaftlich. Ein Forschungsteam zeigte, wie die Ernährung die Stoffwechselprodukte von Darmbakterien beeinflusst und welche Folgen dies für das Immunsystem hat.

Internationale Forschende der Harvard Medical School in Boston, des Brigham and Women’s Hospital (USA), der Seoul National University (Südkorea) und der Monash University in Australien verdeutlichten im Rahmen einer aktuellen Studie den Zusammenhang zwischen der Ernährung, dem Stoffwechsel von Darmbakterien und dem Immunsystem. Die Arbeitsgruppe lieferte den ersten molekularen Beweis dafür, wie die Ernährung die Immunität über das Darmmikrobiom beeinflusst. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Nature“ vorgestellt.

Ernährung stimuliert Immunzellen über Darmbakterien

Die Forschungsgruppe zeigte an Mäusen, wie die Ernährung mit der Freisetzung bestimmter metabolischer Nebenprodukte gekoppelt ist, die von Darmbakterien produziert werden. Diese Nebenprodukte hatten wiederum einen direkten Einfluss auf das Immunsystem der Tiere. Die Forschung bietet eine der ersten einheitlichen Erklärungen für das komplexe Zusammenspiel zwischen Ernährung, Darmmikrobiota und Immunfunktion.

In den Experimenten des Teams wurden mikrobielle Moleküle identifiziert, deren Freisetzung von der Ernährung des Wirtes beeinflusst wird. Diese Moleküle stimulieren wiederum die Aktivierung von bestimmten Immunzellen, die als natürliche Killer-T-Zellen bekannt sind. Die Immunzellen sind an zahlreichen Immunprozessen beteiligt und spielen bei Entzündungen eine wichtige Rolle.

Erster molekulare Beweis

Zwar gab es schon viele Hinweise darauf, dass die Ernährung sich auf das Immunsystem auswirkt, ein grundlegender molekularer Beweis dafür stand jedoch noch aus. In der aktuellen Studie wird erstmals die genaue molekulare Kaskade erläutert, die zu dem bereits vermuteten Zusammenspiel zwischen Ernährung, Darmflora und Immunsystem führt.

„Wir haben gezeigt, wie die Ernährung das Immunsystem über einen mikrobiellen Mediator im Darm beeinflusst, und dies ist ein wirklich eindrucksvolles Beispiel für die Triade aus Ernährung, Mikrobiota und Immunität“, bestätigt Immunologie-Professor Dennis Kasper von der Harvard Medical School. Er ist Hauptautor der Studie.

Neuer Ansatz zur Stärkung des Immunsystems

„Diese Arbeit zeigt Schritt-für-Schritt von Anfang bis Ende wie und warum dieser Dreiklang funktioniert und wie die Ernährung letztendlich das Immunsystem beeinflusst“, erläutert der Wissenschaftler. Wenn die Ergebnisse bei größeren Tieren und schließlich beim Menschen bestätigt werden, könnte dies der Grundstein für neue Behandlungen sein, die auf eine Verbesserung des Immunsystems abzielen.

„Die im Darm lebenden Mikroben produzieren Moleküle mit einer enormen strukturellen Vielfalt“, ergänzt Studienerstautor Sungwhan Oh vom Brigham and Women’s Hospital. Das Team fand heraus, wie diese Moleküle von den Darmbakterien synthetisiert werden und wie sie im Darm des Wirts wirken. „Unsere Ergebnisse liefern faszinierende Erkenntnisse über das Mikrobiom, die Ernährung und die Immunfunktion und geben interessante Hinweise darauf, wie Moleküle, die von unseren inneren Bewohnern gebildet werden, zur Entwicklung von Therapien genutzt werden können“, verdeutlicht Oh.

Es beginnt mit der Ernährung…

In einer Reihe von Experimenten identifizierte das Team die Immun-Signalkaskade, die durch den metabolischen Abbau von Aminosäuren aus der Nahrung im Darm der Maus ausgelöst wird. Dieser mehrstufige Weg beginnt damit, dass ein Tier Nahrung zu sich nimmt, die Aminosäuren enthält.

Die verzweigten Aminosäuren werden dann von dem Darmbakterium Bacteroides fragilis aufgenommen und durch ein spezifisches Enzym in Zucker-Lipid-Moleküle umgewandelt. Die von den Darmbakterien freigesetzten Moleküle werden kann von einer bestimmten Klasse von Immunzellen, den sogenannten antigenpräsentierenden Zellen, entdeckt und aufgenommen.

… und endet mit der Hochregulierung des Immunsystems

Diese Immunzellen präsentieren den T-Zellen Antigene. In diesem Fall veranlassen die antigenpräsentierenden Zellen die natürlichen Killer-T-Zellen (NK-T-Zellen) dazu, entzündungskontrollierende Gene und immunregulatorische Botenstoffe hochzuregulieren.

Die Verzweigungen der von den Darmbakterien hergestellten Moleküle scheinen dabei eine besondere Bedeutung zu haben. Das Team stellte fest, dass B. fragilis die Struktur der von ihm verstoffwechselten Zucker-Lipid-Moleküle in Abhängigkeit von den über die Ernährung aufgenommenen Aminosäuren verändert. Auf diese Weise sind die Stoffwechselprodukte besser in die Lage, sich an Rezeptoren auf bestimmten Immunzellen zu binden. Der Prozess erhöht die Effizienz der Signalkaskade, die letztendlich zu einer Verringerung von Entzündungen führt.

Art der Ernährung veränderte Auswirkung auf das Immunsystem

Die Forschenden zeigten darüber hinaus, das die Art der aufgenommen Aminosäuren die Stoffwechselprodukte der Darmbakterien beeinflusst. Jede der drei verschiedenen Aminosäuren, die in den Versuchen von den Mäusen aufgenommen wurden, war mit leicht unterschiedlichen strukturellen Veränderungen der bakteriellen Lipidmoleküle verbunden, was sich schließlich auf die Interaktion mit den Immunzellen auswirkte. Die Arbeitsgruppe konnte 23 verschiedene Konfigurationen identifizieren, die von den Darmbakterien hergestellt werden und für die Immun-Signalkaskade relevant sind.

Erster Ansatz für neuartige Wirkstoffe

In einem weiteren Schritt der Forschungsarbeit gelang es dem Team, einige dieser Stoffwechselprodukte zu synthetisieren. Im Laborversuchen konnten die synthetischen Stoffwechselprodukte bereits NK-T-Zellen stimulieren, wenn auch nicht im gleichen Maße, wie es in den Tieren beobachtet wurde.

Die Forschenden testeten die verzweigten Zucker-Lipid-Moleküle an Mäusen mit der Darmkrankheit Colitis ulcerosa. Den Tieren ging es laut der Arbeitsgruppe durch die verabreichten Moleküle deutlich besser. Sie nahmen nicht nur an Gewicht zu, sondern die mit der Krankheit verbundenen Darmentzündungen reduzierten sich nachweislich.

Die Ergebnisse geben der Arbeitsgruppe zufolge Anlass zur Hoffnung, dass entzündliche Darmerkrankungen eines Tages mit entzündungshemmenden mikrobiellen Molekülen behandelt werden könnten.

Einige Fragen bleiben immer noch offen

Laut Forschungsleiter Kasper konnte die Arbeit zwar viele grundlegende Abläufe aufklären, einige Fragen bleiben jedoch noch offen. So ist beispielsweise die genaue Funktion der NK-T-Zellen unbekannt, die durch die Darmbakterien aktiviert werden. Diese Zellen sind nicht nur im Magen-Darm-Trakt vorhanden, sondern kleiden beispielsweise auch die Lunge aus und sind in Leber und Milz zu finden.

Es sei daher wahrscheinlich, dass die Stoffwechselprodukte der Darmbakterien eine weitreichende Rolle im gesamten Immunsystem spielen, zumal andere Forschungsarbeiten bereits nachgewiesen haben, dass Darmbakterien über ihre Stoffwechselprodukte auch Signale an andere Organen aussenden, wie beispielsweise dem Gehirn. (vb)

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