Das interne Ökosystem

Eine gute Funktion des Magen-Darm-Trakts ist entscheidend für ein gesundes Leben. Die Darmflora, auch Mikrobiom genannt, besteht aus einer riesigen Anzahl von Bakterien, etwa zehnmal so vielen wie die Zellen im menschlichen Körper. Das Mikrobiom gilt als eines der komplexesten Ökosysteme der Welt und hat weitreichende physiologische und metabolische Einflüsse und Funktionen. Diese Funktionen und die damit verbundenen Aktivitäten lassen sich mit der Arbeit eines Organs vergleichen; daher wird das Mikrobiom auch als „das vergessene Organ“ bezeichnet.

Eine gesunde Darmflora umfasst heute 1000 bis 1150 Bakterienarten und macht etwa 1–3% des gesamten Körpergewichts aus. 99% der Darmbakterien sind grampositive, anaerobe Bakterien. Im Gegensatz zu aeroben benötigen anaerobe Bakterien keinen Sauerstoff, um zu leben oder zu wachsen. Diese Unterscheidung wurde im 19. Jahrhundert von Louis Pasteur, dem Entdecker der Pasteurisierung, eingeführt und leitet sich vom griechischen a(n)- (verneinend) und aerob ab.

Da das lokale Milieu in den verschiedenen Abschnitten des Magen-Darm-Trakts nicht gleich ist, besitzt jedes Segment seine eigene Bakteriengemeinschaft mit großen Unterschieden in Arten und Zahlen. Wird das Gleichgewicht der Darmflora gestört, hat dies einen „stromabwärts gerichteten Effekt“ auf andere Systeme des Körpers. Der Mensch kann ohne Darmflora überleben, allerdings nicht ohne Konsequenzen.

Trotz der großen Komplexität dieses Ökosystems gibt es eine präzise Steuerung. Unmittelbar nach der Geburt besiedeln in geordneter Abfolge Kolonisationsbakterien den Darm. Die Vielfalt ist anfangs sehr gering, nimmt jedoch mit der Zeit zu. Das Mikrobiom eines Erwachsenen ist individuell einzigartig, ständigen Veränderungen ausgesetzt und abhängig vom jeweiligen Kontext. Um die genannte Komplexität zu veranschaulichen zeigen bereits die über 400 Millionen unterschiedlichen Variablen wie Arten, Mengen und Standorte die enorme Vielschichtigkeit.

Das Mikrobiom ist ein direktes Ergebnis der Symbiose zwischen Wirt und Darmflora und ein grundlegender Bestandteil der Aufrechterhaltung der Homöostase bei einem gesunden Individuum. Bakterien versorgen den Wirt mit essenziellen Nährstoffen wie Vitaminen sowie mit Stoffen wie Endocannabinoiden und Serotonin, einem Neurotransmitter. Im Gegenzug stellt der Wirt den Bakterien Nährstoffe und ein stabiles Umfeld bereit. Bakterien und Mensch sind aufeinander eingespielt und profitieren gegenseitig von ihrem gemeinsamen Dasein, einer Form der Mikroevolution.

Geschichte

Ende des 17. Jahrhunderts entdeckte der niederländische Mikrobiologe Antoni van Leeuwenhoek vermutlich als erster durch sein selbstgebautes Mikroskop eine neue Welt kleiner Zellen, als er seinen eigenen Zahnbelag untersuchte. Er hätte wohl kaum voraussehen können, dass die Milliarden Mikroben, mit denen wir unser Leben teilen, wenige Jahrhunderte später zu den spannendsten Themen der (Mikro-)Biologie zählen würden.

Der Nobelpreisträger Élie Metchnikoff erkannte 1907, dass der regelmäßige Verzehr von Milchsäurebakterien aus fermentierten Milchprodukten das Leben der Menschen in bulgarischen Dörfern beeinflusste. Seine Schlussfolgerung: „the dependence of the intestinal microbes on the food makes it possible to adopt measures to modify the flora in our bodies and to replace the harmful microbes by useful microbes“. Rückblickend ist das natürlich vollkommen korrekt.

Der Begriff Probiotika wurde erstmals 1965 erwähnt und 1971 sowie 1974 erneut in Veröffentlichungen aufgegriffen. 1989 passte Fuller die ursprüngliche Definition an und formte sie im Wesentlichen zur heute gebräuchlichen.

Erst 2001 prägte der Nobelpreisträger Joshua Lederberg den Begriff „Mikrobiom“, um die Milliarden Mikroorganismen in unserem Körper als Kollektiv zu bezeichnen. Seither hat sich der Trend fortgesetzt: Das Wissen über Probiotika wächst stetig. Eine einfache Google-Suche zeigt, dass die Wirkung unserer Darmbakterien mit den unterschiedlichsten Dingen in Verbindung gebracht wird, manchmal zutreffend, manchmal nicht. Je nach Situation können sie Freund oder Feind sein.

Kommensalismus

Heute taucht in der Literatur häufig auch der Begriff „kommensale Flora“ auf, eine weitere Bezeichnung für Darmflora oder Mikrobiom. 1876 prägte Pierre-Joseph van Beneden den Begriff Kommensalismus, der sich vom lateinischen commensal ableitet und „am selben Tisch essen“ bedeutet.

In der Biologie wird Kommensalismus als Beziehung zwischen zwei Arten definiert, bei der eine Art profitiert, ohne die andere zu schädigen oder positiv zu beeinflussen, also ein nicht schädliches Nebeneinander.

Auf Grundlage der obigen Informationen ist das jedoch keine treffende Bezeichnung für die Beziehung zwischen Mensch und Mikrobiom. Es besteht nämlich durchaus eine positive, bisweilen auch schädliche Wechselwirkung. „Mutualismus“ ist daher passender, da er die interaktive Zusammenarbeit betont, eine Form der Symbiose, also des langfristigen Zusammenlebens verschiedener Arten.

Präbiotika

Lebensmittel mit lebenden Bakterien, die den Darm passieren, haben nicht nur probiotische, sondern oft auch präbiotische Wirkungen. Präbiotika sind spezielle, nicht verdauliche Ballaststoffe, die als Nahrung für Darmbakterien dienen. Marcel Roberfroid beschrieb diese Faserarten erstmals 1995 und definierte sie 2007 so: „Ein Präbiotikum ist eine selektiv fermentierte Zutat, die spezifische Veränderungen in Zusammensetzung und Aktivität der Darmflora ermöglicht und dem Wirt Nutzen bringt.“

Präbiotika werden zu kurzkettigen Fettsäuren (short-chain fatty acids, SCFAs) umgewandelt. Deren Bildung durch die Darmflora ist ein weiteres interessantes Element dieser komplexen Mensch–Bakterien-Interaktion. Mit zahlreichen biologischen Funktionen im Darm sind Butyrat, Acetat und Propionat die bekanntesten und häufigsten Endprodukte.

Bekannte Präbiotika sind Oligosaccharide wie Galaktooligosaccharide (GOS), Fruktooligosaccharide (FOS), Mannanoligosaccharide (MOS) und Chitooligosaccharide (COS). Auch Kartoffelstärke, Nüsse und unreife Bananen sind hervorragende Quellen (resistente Stärke).

Ist der Blinddarm ein nutzloses Organ?

Seit Generationen galt der Blinddarm als funktionsloses Organ, ein scheinbar nutzloses Relikt der Evolution, auch weil man problemlos ohne ihn leben kann. Dieses wurmförmige Darmstück wird bei potenziell lebensbedrohlichen Blinddarmentzündungen häufig operativ entfernt.

Vor nicht allzu langer Zeit kam man jedoch zu neuen Erkenntnissen, die dem Blinddarm eine durchaus wichtige Rolle zuschreiben. Er scheint als eine Art Zufluchtsort für die Darmflora zu dienen, wenn diese abstirbt, etwa bei schweren Infektionen wie Cholera oder Ruhr.

Die Aufgabe des Blinddarms ist demnach die eines Reservoirs, das strategisch knapp außerhalb der normalen Darmpassage liegt. Gute Bakterien können sich dort ansiedeln, um den Darm später erneut zu kolonisieren. Zudem fungiert er als „Bakterienfabrik“, in der nützliche Bakterien gebildet werden. Diese Funktionen blieben wohl so lange unbemerkt, weil sie in der heutigen Welt seltener benötigt werden. In dicht besiedelten Regionen sorgt der Austausch von Bakterien zwischen Menschen für die Wiederbesiedelung des Darms nach dem Absterben des Mikrobioms.

In der Vergangenheit war die Wiederbesiedelung des Darms während Epidemien nicht einfach, daher spielte der Blinddarm eine wichtige Rolle. In manchen Ländern und abgelegenen Regionen ist es plausibel, dass er diese Funktion noch immer erfüllt.