Wirkung der Darmflora beim Infektionsschutz

Lässt sich die Darmflora für den Infektionsschutz modellieren?
Die Bedeutung der Darmflora (Mikrobiom) für die Abwehrkräfte wurde bereits durch zahlreiche Studien belegt. Im Umkehrschluss stellt sich die Frage, wie sich die Darmflora so gestalten lässt, dass sie einen möglichst weitreichenden Infektionsschutz bietet. Hierfür muss jedoch zunächst die Schutzwirkung einzelner Bakterienstämme entschlüsselt werden, was mit Hilfe eines neuen Models erfolgen könnte.

Wissenschaftler der Ludwig-Maximillians-Universität (LMU) in München, der Technischen Universität München und der Universität Wien haben im Mausmodell ein Gemisch aus nur 15 Bakterien etabliert, das genauso gut vor Salmonellen schützt wie die natürliche Darmflora. Anhand des Modells können künftig die Wechselwirkungen der Darmflora mit Wirt und Erregern erstmals gezielt untersucht werden, so die Mitteilung der LMU. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in dem Fachjournal „Nature Microbiology“ veröffentlicht.

Gesunde Darmflora bietet guten Infektionsschutz
Die Vielzahl an Mikroorganismen in unserem Darm bilden eine komplexe Gemeinschaft. „Diese natürliche Darmflora schützt sehr effizient vor Infektionen, etwa mit Salmonellen oder mit Clostridium difficile, dem Erreger des Antibiotika-assoziierten Durchfalls“, berichtet die LMU. Dem Forscherteam um die LMU-Biologin Prof. Bärbel Stecher sei es nun „gelungen, im Mausmodell ein Konsortium – also eine bakterielle Lebensgemeinschaft – von nur 15 Bakterienarten zu etablieren, das denselben Schutz vor Infektionen bietet wie die vielfältige natürliche Darmmikrobiota.“

Interaktion der Darmflora mit dem Wirt und Erregern
Mit Hilfe des neuen Modells sind laut Aussage der Forscher in Zukunft gezielte Studien zur Interaktion der Darmmikrobiota mit Wirt und Erregern möglich. Dies könne langfristig auch die Entwicklung neuer Therapien ermöglichen, berichtet die LMU. Ließe sich beispielsweise die Schutzwirkung einzelner Bakterien bestimmen, könnte unter Umständen die Darmflora auch gezielt modelliert werden, um Infektionen zu vermeiden.

Welche Bakterien bewirken den Infektionsschutz?
Der Fachbegriff für den Schutzmechanismus der Darmflora gegenüber Erregern lautet „Kolonisierungsresistenz“. Veränderungen der Darmflora, wie sie beispielsweise durch die Einnahme von Antibiotika ausgelöst werden, können diese Kolonisierungsresistenz aufheben, erläutern die Wissenschaftler. Allerdings bleibe „bisher unklar, welche Rolle einzelne Bakterienarten für die Kolonisierungsresistenz spielen“, so Prof. Bärbel Stecher. Hier soll das neue Modell in Zukunft weiterhelfen.

Keimfreie Mäuse mit künstlicher Darmflora besiedelt
Zu Entschlüsselung der Funktionen der Darmmikrobiota haben die Forscher zunächst „ein Minimalkonsortium aus 12 Bakterienarten“ identifiziert, die für die Maus repräsentativ sind. Mit diesem als Oligo-MM-12 bezeichneten Konsortium wurden keimfreie Mäuse besiedelt, doch bot die künstliche Darmflora nicht denselben Schutz gegenüber Salmonellen, wie das natürliche Mikrobiom. Daher suchten die Wissenschaftler einen neuen Ansatz, um die fehlenden Bakterien zu identifizieren. Hierfür nutzten sie das sogenannte „Genome-guided-microbiota-design“.

Fakultativ anaerobe Bakterien mit besonderer Bedeutung
„Wir haben die Erbinformationen der Oligo-MM-12 mit denen normaler komplexer Mikrobiota verglichen und dabei die Gengruppen identifiziert, die im Konsortium fehlen“, erläutert Prof. Stecher. Es fehlten vor allem charakteristische Gene für sogenannte „fakultativ anaerobe Bakterien“. Diese spezielle Gruppe von Bakterien kann in Anwesenheit von Sauerstoff optimal wachsen, aber auch ohne Sauerstoff gedeihen. Salmonellen sind ihrerseits ebenfalls fakultativ anaerob, berichten die Forscher. Die Bakterien im Oligo-MM-12 Konsortium waren dagegen überwiegend obligate Anaerobier, für die Sauerstoff giftig ist.

Schutz vor Salmonellen vergleichbar mit der natürlichen Darmflora
Im nächsten Schritt haben die Forscher daher das „Konsortium um drei im Mausdarm vorkommende fakultativ anaerobe Bakterienarten ergänzt“ und anschließend experimentell nachgewiesen, „dass nur in dieser Kombination eine Kolonisierungsresistenz gegen Salmonellen erreicht wird, die mit Mäusen mit einer natürlich komplexen Mikrobiota vergleichbar ist“, berichtet Prof. Stecher.

Funktionen der Darmflora gezielt entschlüsselbar?
Nach Ansicht der Wissenschaftler können das identifizierte Konsortium und das neue Prinzip des „Genome-guided-microbiota-design“ entscheidend dazu beitragen, wichtige bisher unbekannte Funktionen der Darmmikrobiota aufzudecken. Auch lassen sich möglicherweise Bakteriengruppen bestimmen, die sich für die Therapie krankheitsbedingter Fehlfunktionen der Darmmikrobiota eignen, schreiben die Forscher. (fp)