MADRID, 24. April (EUROPA PRESS) –
Forscher der Weill Cornell Medicine University in den USA haben eine präklinische Studie durchgeführt, die zeigt, dass Mikroben im Darm von Säugetieren den Aminosäure- und Glukosestoffwechsel ihrer Wirte erheblich verändern können und dabei fast wie eine zusätzliche Leber wirken.
Diese Studie, veröffentlicht in „Cell Host
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die Milliarden von Mikroben, die im menschlichen Körper leben, einen tiefgreifenden Einfluss auf unsere Physiologie haben. Der leitende Autor Dr. Chun-Jun Guo, Assistenzprofessor für Mikrobiologie und Immunologie in der Medizin und Mitglied des Jill Roberts Institute for Inflammatory Bowel Disease Research bei Weill Cornell Medicine, wollte einen tieferen Blick darauf werfen, wie lebenswichtige Mikroben im Darm funktionieren beeinflussen unseren Zugang zu Nährstoffen, die aus den von uns verzehrten Lebensmitteln gewonnen werden.
„Sie ‚essen‘ vor uns, nehmen die ersten Nährstoffe aus der Nahrung, die wir essen, und hinterlassen uns das, was übrig bleibt, nachdem sie ihren eigenen Nährstoffbedarf gedeckt haben“, sagt Guo, der auch Mitglied des Friedman Center for Nutrition and Inflammation bei Weill ist Cornell. Medizin.
Um diesen Prozess besser zu verstehen, untersuchten der Erstautor Ting-Ting Li, PhD, ein Postdoktorand in Guos Labor, und seine Mitarbeiter die Effizienz, mit der verschiedene Bakterien, die auf natürliche Weise in unserem Darm leben und menschliche Darmkommensalen genannt werden, Aminosäuren, die Bausteine, abbauen von Proteinen. Aufgrund der schlecht charakterisierten Stoffwechselfunktionen vieler Darmbakterien experimentierte das Team mit verschiedenen Umgebungen, um optimale Bedingungen für ihre Studie zu finden.
Nach der Untersuchung von mehr als 100 verschiedenen menschlichen Darmmikroben identifizierten die Forscher mehrere, die verschiedene Nahrungsaminosäuren hocheffizient verstoffwechseln. Als diese Mikroben den Magen-Darm-Trakt keimfreier Mäuse (Mäuse, die ursprünglich keine Mikroben hatten) besiedelten, verringerten sich die Spiegel dieser Aminosäuren im Darm und im Blutkreislauf des Wirts.
Das Team identifizierte dann spezifische bakterielle Stoffwechselgene, die Aminosäuren abbauen. Es war eine lange Liste. „Wir haben herausgefunden, dass es in einem einzelnen Bakterium mehr als 20 verschiedene Gene gibt, die eine ähnliche enzymatische Funktion kodieren“, sagte Dr. Guo. „Und weil wir unsere CRISPR-Cas9-Gen-Deletion-Techniken für Darmbakterien verbessert haben, konnten wir einen großen Gen-Deletion-Test durchführen und die Stoffwechselgene in den Bakterien identifizieren, die für den Aminosäureabbau verantwortlich sind“, fügte er hinzu.
Die Wissenschaftler übertrugen ihre Erkenntnisse aus kultivierten Zellen auf Tiere und gaben keimfreien Mäusen einen nach dem anderen genetisch veränderte Bakterienstämme. „Wir können jetzt einzelne Gene präzise manipulieren, um Aminosäuren im Darm zu reduzieren“, sagte Guo. „Dadurch können wir die individuelle Funktion dieser Gene bewerten und sehen, wie sie tatsächlich die Aminosäurehomöostase des Wirts beeinflussen“, sagte er.
Diese Arbeit brachte ein überraschendes Ergebnis; Durch den Verzehr einer bestimmten Klasse von Aminosäuren können Darmmikroben die Blutzuckerhomöostase ihrer Wirte stören. Weitere Analysen ergaben, dass die Mikroben durch die Veränderung der Verfügbarkeit von Aminosäuren offenbar die Produktion des Neurotransmitters Serotonin beeinflussen, was wiederum die Glukoseregulation verändert.
„Viele dieser Stoffwechselfunktionen können von der Leber übernommen werden, aber wir haben jetzt herausgefunden, dass es funktionell vergleichbare Enzyme gibt, die von der Darmmikrobiota kodiert werden und das Gleiche oder Ähnliches tun können. Es ist, als gäbe es eine zweite Leber, die in der Leber funktioniert.“ Darm“, fügte er hinzu.
Das Team entwirft nun neue Strategien, um bakterielle Enzyme präziser zu modulieren und untersucht, wie verschiedene Kombinationen von Bakterien den Aminosäurestoffwechsel des Wirts beeinflussen.
Überraschenderweise sind einige der gleichen Gene, die in der aktuellen Studie hervorgehoben wurden, auch im Darmmikrobiom von Patienten mit Verdauungs- und Stoffwechselerkrankungen fehlreguliert. Laut Guo könnten Medikamente, die auf bestimmte mikrobielle Gene oder gentechnisch veränderte Bakterienstämme abzielen, neue Möglichkeiten zur Behandlung solcher Erkrankungen bieten.
„Diese Stoffwechselgene könnten potenzielle Biomarker für Krankheiten wie Typ-2-Diabetes oder entzündliche Darmerkrankungen sein und sind auch potenzielle Behandlungsziele. Unsere Forschung zeigt die Möglichkeit einer präzisen Manipulation der Darmmikrobiota, um den Stoffwechsel des Wirts zu regulieren und seine Stoffwechselfunktionen zu verbessern“, sagte er schließt.
