Wie und warum unser Körper Darmbakterien hungert
Haben Bakterien eine unbegrenzte Nährstoffversorgung im Darm? In der Vergangenheit neigten Wissenschaftler dazu zu glauben, dass der Darm eine Art Paradies für diese Mikroorganismen ist; Aber wie sich herausstellt, ist diese Annahme falsch - was für uns eine gute Nachricht ist.
Jüngsten Forschungen zufolge kann unser Körper mehr Bakterien beherbergen, als wir uns vorgestellt haben.
Tatsächlich ist mindestens die Hälfte der Zellen im Körper mikrobiell, und eine signifikante Anzahl davon bevölkert unseren Darm.
Wir haben eine symbiotische Beziehung zu unseren Bakterien. Diese Mikroorganismen haben einen starken Einfluss auf den Zustand unserer allgemeinen Gesundheit - sowohl physisch als auch psychisch.
Die Bakterien sind jedoch auch auf unseren Körper angewiesen, um sich zu ernähren, zu leben und zu wachsen, und es stellt sich heraus, dass unser Körper ziemlich geschickt darin ist, diese Mikroorganismen in Schach zu halten.
Wie kommt es dazu? Durch die Kontrolle, auf wie viele Nährstoffe die Mikroben zugreifen können. Dies hat eine neue Studie von Wissenschaftlern der Duke University School of Medicine in Durham, NC, herausgefunden.
„Es scheint eine natürliche Hackordnung für die Bakterien und uns zu geben. In gewisser Weise ist es nicht verwunderlich, dass wir als Gastgeber mehr Karten in der Hand haben sollten “, sagt der Co-Autor der Studie, Lawrence A. David, Ph.D.
Dies widerspricht früheren Vorstellungen über das menschliche Darmmikrobiom, das es als eine Umgebung betrachtet, "in der reichlich Lebensmittel und Ressourcen wie Willy Wonkas Schokoladenfabrik einfließen", wie David es ausdrückt.
David und Kollegen berichten über ihre Ergebnisse in dem Studienbericht, der in der Zeitschrift erscheint Naturmikrobiologie.
Die Oberhand des Darms über Bakterien
Die Prämisse für diese Studie stammte von Aspen Reese, die jetzt an der Harvard University in Cambridge, MA, arbeitet, während sie als Doktorandin eingeschrieben war. Kandidat an der Duke University.
Dank ihres ökologischen Hintergrunds dachte Reece im Kontext des natürlichen Wettbewerbs um Ressourcen an Darmbakterien. In praktisch allen Ökosystemen, so meinte sie, neigen die Einwohner dazu, um die begrenzten Ressourcen zu konkurrieren.
Also fragte sie sich, ob es für die Bewohner des mikrobiellen Darms dasselbe sein könnte. Bakterien in Gewässern, so argumentierte sie weiter, seien durch den eingeschränkten Zugang zu Nährstoffen wie Stickstoff oder Phosphor eingeschränkt. Könnte Stickstoff auch im Darm in begrenzten Mengen verfügbar sein?
Um die Antwort auf diese Frage zu finden, untersuchten Reese und Kollegen Stuhlproben, die sie von zahlreichen Tieren und Menschen gesammelt hatten. Sie untersuchten den Kot von Zebras, Giraffen, Elefanten, Schafen und Pferden, um nur einige zu nennen. Die menschlichen Stuhlproben stammten von Freiwilligen aus North Carolina.
Die Ergebnisse der Analyse von Reese und Kollegen zeigten, dass Bakterien im menschlichen Darm an einer kurzen Leine gehalten werden: Sie haben Zugang zu etwa 1 Stickstoffatom pro 10 Kohlenstoffatome. Dies ist viel weniger als das, was frei lebende Mikroben erhalten: durchschnittlich 1 Stickstoffatom pro 4 Kohlenstoffatome.
Um zu bestätigen, dass begrenzte Stickstoffwerte in der Umwelt tatsächlich die „Freiheit“ der Bakterien kontrollierten, führten die Forscher ein Experiment an Mäusen durch. Sie fütterten die Mäuse mit proteinreichem Futter, da diese einen hohen Stickstoffgehalt aufweisen.
Je mehr Protein die Forscher den Mäusen gaben, desto mehr Darmbakterien nahmen zu. Als Reese den Tieren Stickstoff injizierte, bemerkte sie außerdem, dass ein Teil des Stickstoffs die Darmbakterien erreichte.
Dies legt nahe, dass ein Wirtssäugetier Stickstoff über die Zellen, die seinen Darm auskleiden, absondern kann, um die Bakterien zu ernähren.
"Unsere Ergebnisse", sagt David, "stützen die Idee, dass wir einen Weg entwickelt haben, unsere Bakterien an der Leine zu halten, indem wir sie nach Stickstoff hungern lassen."
Ein empfindliches Gleichgewicht finden
David erklärt, dass dies „auch erklärt, warum die westliche Ernährung schlecht für uns sein könnte. Wenn Menschen zu viel Protein essen, überschwemmt dies die Fähigkeit des Wirts, diesen Stickstoff im Dünndarm aufzunehmen, und mehr davon gelangt in den Dickdarm, wodurch unsere Fähigkeit, unsere mikrobiellen Gemeinschaften zu kontrollieren, beseitigt wird. “
"Es könnte einfacher sein", sagt Reese, "sich vorzustellen, dass der Darm weniger" rot in Zahn und Klaue "ist als andere Teile der Natur, weil die Mikrobiota für den Menschen so vorteilhaft sein kann", kommentiert er die vorherige Idee, die darauf hindeutet, dass der Darm ist ein Paradies für Bakterien.
"Aber die Bakterien sind einzelne Organismen, die nur versuchen, durchzukommen - und es gibt nur so viel zu essen", bemerkt sie.
Die Wissenschaftler befassten sich jedoch auch mit den Gefahren des Versuchs, Bakterien durch Bekämpfung mit Antibiotika zu bekämpfen. Zu diesem Zweck führten sie erneut ein Experiment an Mäusen durch, dessen Ergebnisse sie in der Zeitschrift veröffentlichten eLife früher in diesem Jahr.
Im Rahmen dieser Studie verabreichten die Wissenschaftler 10 Mäusen über einen Zeitraum von 5 Tagen Antibiotika und sammelten täglich Stuhlproben - die sie analysierten - von den Tieren.
Dieses Experiment zeigte, dass in Abwesenheit von Bakterien, die sie „fressen“, Substanzen wie Nitrat oder Sulfat im Darm überakkumuliert sind.
Als sie aufhörten, die Mäuse mit Antibiotika zu füttern, stellten ihre Eingeweide das mikrobielle Gleichgewicht wieder her; Reese erklärt jedoch: "Wir haben nicht wirklich ein Gefühl dafür, wie viele Bakterien im Darm" richtig "sind."
"Null ist sicherlich zu wenig, und es wäre zu viel, nur mit Bakterien gefüllt zu sein", fährt sie fort. Auch wenn Mäuse sich selbst nach einer aggressiven Exposition gegenüber Bakterien abwischenden Medikamenten relativ leicht erholen können, ist dies für Menschen nicht dasselbe, erklärt David.
Die Bedeutung des Wettbewerbs
Dies liegt zum Teil daran, dass die Nagetiere bestimmte Bakterien zurückgewinnen, indem sie sich gegenseitig den Kot fressen. David bemerkt: "Die Leute werden das wahrscheinlich nicht wollen."
Wenn das Mikrobiom einer Person destabilisiert ist, kann dies tatsächlich dazu führen, dass Krankheitserreger leichter greifen, warnen die Forscher.
„Normalerweise fällt es Krankheitserregern schwer, den Darm zu besiedeln. Es gibt Billionen anderer Bakterien, die sie besiegen müssen, um zu überleben. Aber wenn wir plötzlich die mikrobielle Konkurrenz um Ressourcen wegnehmen, verlieren wir die Kontrolle und die schlechten Bakterien, die schlimme Krankheiten verursachen […], haben einen klareren Weg. “
Lawrence A David, Ph.D.
Es kann eine Möglichkeit geben, das empfindliche Bakteriengleichgewicht aufrechtzuerhalten, so die Autoren. Derzeit untersucht das Team, wie die Ernährung - insbesondere das Vorhandensein von Präbiotika und Probiotika - zur Darmgesundheit beitragen kann.
"Im Laufe der Evolutionsgeschichte hatten unsere Körper die Möglichkeit, dies alles herauszufinden und Systeme zu bauen, um die Mikrobiota in Schach zu halten", sagt Reese.
"Aber als Forscher, die in der Neuzeit leben, versuchen wir immer noch, herauszufinden, was der richtige Zwischenwert ist und wie wir dort bleiben können", fügt sie hinzu.
