Nanopartikel in Lebensmitteln können das Verhalten von Darmbakterien verändern
Neue Forschungen zu Nanopartikeln in Lebensmitteln haben neue Erkenntnisse über ihre Auswirkungen auf Darmbakterien geliefert.
Forscher des Universitätsklinikums Mainz in Deutschland und Kollegen aus anderen Zentren in Deutschland, Österreich und den USA haben herausgefunden, dass sich die winzigen Partikel an Darmbakterien binden können.
In einer Studienarbeit über ihre Arbeit - die jetzt in der Zeitschrift erscheint npj Wissenschaft der Lebensmittel - Die Autoren erklären, wie die Anhaftung an Nanopartikel den Lebenszyklus von Darmbakterien und ihre Wechselwirkungen mit dem Körper ihres Wirts verändern kann.
Die Ergebnisse sollten sowohl für die Medizin als auch für die Lebensmittelindustrie von Nutzen sein. Sie könnten beispielsweise zur Erforschung der Verwendung von Nanopartikeln in Probiotika führen.
Ein Beispiel hierfür ist die Beobachtung der Wissenschaftler, dass synthetische Nanopartikel eine Infektion durch verhindern können Helicobacter pylori.
H. pylori ist ein Bakterium, das in der Auskleidung des menschlichen Magens wächst. Aufgrund seiner komplexen Beziehung zu Krebs ist es für viele Wissenschaftler von großem Interesse.
„Vor unseren Studien“, sagt der leitende Autor der Studie, Roland H. Stauber, Professor an der Abteilung für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Halschirurgie am Medizinischen Zentrum der Universität Mainz, „hat niemand wirklich untersucht, ob und wie Nano-Additive die Magen-Darm-Flora direkt beeinflussen . ”
Die Verwendung von Nanopartikeln nimmt rasant zu
Die Nanotechnologie manipuliert Materialien im Nanometerbereich, der ungefähr dem Maßstab von Atomen und Molekülen entspricht. Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter, was bedeutet, dass 25.400.000 davon in 1 Zoll vorhanden sind.
Prof. Stauber und Kollegen beschreiben in ihrem Studienhintergrund, wie der Einsatz von Nanopartikeln in vielen Bereichen rasant zunimmt. Diese reichen von Medizin und Landwirtschaft über die Herstellung von Körperpflegeprodukten bis hin zur Lebensmittelverarbeitung.
Die Lebensmittelindustrie verwendet beispielsweise synthetische Nanopartikel, um Lebensmittel aufzuhellen und zu färben, Nährstoffe zu liefern und Infektionen zu verhindern.
All dies kann „als Teil von nanofähigen Nahrungsmitteln und Getränken“ in den menschlichen Darm gelangen, berichten die Autoren der Studie.
Nanopartikel sind nicht nur deshalb von Interesse, weil sie sehr klein sind, sondern auch, weil die Materialien, aus denen sie bestehen, im Nanobereich einzigartige Eigenschaften haben.
Im Vergleich zu größeren Partikeln, die aus denselben Materialien stammen, haben Nanopartikel im Verhältnis zu ihrer Größe eine viel größere Oberfläche, eine „größere Brownsche Bewegung“ und können biologische Barrieren überwinden. Diese Barrieren umfassen die Schleimschicht, die Gewebe wie den Darm auskleidet.
Aus diesen Gründen unterscheidet sich ihr Schicksal im menschlichen Darm wahrscheinlich stark von dem größerer Gegenstücke, die aus denselben Materialien stammen.
Laut den Autoren der Studie ist es daher wichtig sicherzustellen, dass alle nanofähigen Lebensmittelzutaten für die Anwendung in Lebensmitteln sicher sind.
Der menschliche Darm und sein Mikrobiom
Der menschliche Darm oder Magen-Darm-Trakt verdaut während der durchschnittlichen Lebensdauer etwa 60 Tonnen Nahrung. Über Jahrtausende haben der menschliche Darm und die riesigen Kolonien von Mikroben, die ihn besetzen, eine Beziehung entwickelt, die sowohl komplex als auch für beide Seiten vorteilhaft ist.
Im Zuge der Entwicklung der Partnerschaft spielen Darmmikroben eine Schlüsselrolle für die menschliche Gesundheit und Krankheit.
Darmmikroorganismen bestehen hauptsächlich aus Bakterien; Dazu gehören auch Pilze, Viren und einzellige Organismen, die als Protozoen bezeichnet werden.
Wissenschaftler verwenden den Begriff Darmmikrobiom, um die Summe aller Genome der Billionen von Mikroorganismen im Darm zu bezeichnen.
Die 3 Millionen Gene im Darmmikrobiom sind weitaus zahlreicher als die 23.000 im menschlichen Genom. Sie produzieren auch Tausende kleiner Moleküle, die im menschlichen Wirt viele Funktionen erfüllen.
Auf diese Weise helfen Darmbakterien, Nahrung zu verdauen, Energie zu ernten, die Immunität zu kontrollieren und vor Krankheitserregern zu schützen.
Ungleichgewichte im Darmmikrobiom können diese entscheidenden Funktionen jedoch stören, um entweder eine Krankheit auszulösen oder nicht dagegen zu schützen.
Studien haben ein Ungleichgewicht im Mikrobiom mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Allergien, Krebs, Fettleibigkeit und psychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht.
Alle Nanopartikel binden an Darmbakterien
Prof. Stauber und seine Kollegen haben Experimente durchgeführt, in denen sie die Auswirkungen einer Vielzahl synthetischer Nanopartikel untersuchen konnten.
Diese Experimente simulierten die Reisen, die die verschiedenen Partikel unternehmen könnten, wenn sie durch die verschiedenen Teile des Darms wandern und auf verschiedene Bakterien treffen.
Das Hauptergebnis war, dass alle „derzeit verwendeten oder potenziellen zukünftigen Lebensmittelzusatzstoffe in Nanogröße“ die Fähigkeit zeigten, sich an Bakterien im Darm zu binden.
Die Nanopartikel binden an alle Arten von Bakterien, einschließlich der „probiotischen“ Spezies, die sich in Milchprodukten wie Joghurt vermehren können.
Während alle von ihnen getesteten synthetischen Nanopartikel an Bakterien hafteten, stellten die Forscher Unterschiede in ihren Bindungseigenschaften fest.
Wenn sie an Nanopartikel gebunden sind, haben die Bakterien ihr Verhalten auf eine Weise verändert, die sich als nützlich erweisen könnte, und auf andere Weise, die dies möglicherweise nicht tut.
Ein mögliches Ergebnis, das von Nutzen sein könnte, ist die Hemmung von Infektionen, zum Beispiel durch H. pylori. Das Team machte diese Entdeckung beim Experimentieren mit Silica-Nanopartikeln in Zellkulturen.
Eine potenziell störende Aussicht, die sich in anderen Experimenten ergab, war jedoch, dass die Bindung an Nanopartikel einige unfreundliche Bakterien für das Immunsystem weniger sichtbar machen könnte. Ein solches Ergebnis könnte beispielsweise die Entzündungsreaktionen erhöhen.
Ein wichtiger Punkt, den die Autoren hervorheben, ist, dass Lebensmittel auch natürlich vorkommende Nanopartikel enthalten, von denen einige während der Zubereitung in die Lebensmittel gelangen können.
Das Team führte auch Experimente mit natürlichen Nanopartikeln durch und war überrascht, ähnliche Ergebnisse wie die Experimente mit synthetischen Nanopartikeln zu finden.
"Es war rätselhaft, dass wir auch natürlich vorkommende Nanopartikel aus Lebensmitteln wie Bier isolieren konnten, die ähnliche Effekte zeigten."
Prof. Roland H. Stauber
