Sind Probiotika beim Verzehr wirklich nützlich? Der Kolonialisierungsantagonismus ist ein großes Problem

You Wenjuan, Redaktionsleiter von World Science, Shanghai Institute of Science of Science

„Im Zweifelsfall schauen Sie sich die Quantenmechanik an; wenn es schwierig ist, den Mechanismus zu finden, schauen Sie sich die Darmflora an.“ Die Lächerlichkeit hochmoderner Technologien wie der Quantenmechanik und der Darmflora zeigt, dass die wissenschaftlichen Grundlagen noch nicht vollständig verstanden sind, die Produkte sich jedoch bereits auf dem Markt großer Beliebtheit erfreuen.

Dieses Beispiel ist Ihnen vielleicht bekannt: Studien haben ergeben, dass bestimmte Bakterien die Darmfunktion wirksam regulieren und sogar Auswirkungen auf die Gesundheit des Gehirns haben können. Bald darauf kamen entsprechende Nahrungsergänzungsmittel bzw. Nahrungsergänzungsmittel auf den Markt.

Dieses Produkt scheint wissenschaftlich zu sein, aber kann es wirklich dieselben Ergebnisse erzielen wie im Versuchsstadium? Gibt es Nebenwirkungen? Fragen Sie sich angesichts spannender neuer Produkte oft: Handelt es sich dabei um eine „Steuer auf den IQ“?

Sicher ist, dass hinter diesen Produkten eine vernünftige Seite steckt. Schließlich haben maßgebliche wissenschaftliche Studien bestätigt, dass einige häufige Krankheiten des modernen Lebens mit der Darmflora interagieren[i]. Beispielsweise werden von der Darmflora abgesonderte Substanzen über den Vagusnerv an das Gehirn weitergeleitet und wirken sich dadurch auf Parkinson-Patienten aus[ii]. Von Darmbakterien produzierte kleine Molekülmetaboliten können in das Gehirn von Mäusen gelangen und die Funktion der Gehirnzellen verändern, wodurch sich das Angstverhalten des Tieres verschlimmert[iii]. Diese Studien haben nach und nach die Wege und bestimmte Signalmoleküle entschlüsselt, über die die Darmflora mit dem Gehirn kommuniziert, und so den Einfluss der Darmflora auf das Gehirn weiter verdeutlicht.

Gerade aufgrund der Bestätigung durch maßgebliche Forschungsergebnisse denken die Menschen oft: Da eine gesunde Darmflora für den menschlichen Körper so wichtig ist, bedeutet das, dass ich einen gesunden Körper haben kann, wenn ich eine gesunde Darmflora habe? Wenn ich also mehr nützliche Flora zu mir nehme oder Bakterien, die Krankheitserreger bekämpfen, ist meine Wahrscheinlichkeit, gesund zu bleiben, größer?

Tatsache ist, dass es noch ein langer Weg ist, bis ein Produkt im menschlichen Körper die im Versuchsstadium beobachteten Ergebnisse erzielen kann. Mit anderen Worten: „Essen“ bedeutet nicht „Ergänzung“.

Der „Kolonisierungsantagonismus“, der nicht vermieden werden kann

Was ist das Problem daran, nützliche Bakterien durch die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln ergänzen zu wollen? Das größte Hindernis hierfür ist tatsächlich die Darmflora, die mit Ihnen zusammenlebt. Sie leisten den aufgenommenen Bakterien auf verschiedene Weise Widerstand, was in der Fachsprache als „Kolonisationsantagonismus“ bezeichnet wird.

Warum tritt dieses Phänomen auf? Stellen Sie sich vor, eine Gruppe glücklicher einheimischer Bakterien, die ursprünglich friedlich und zufrieden im Darm lebten, muss sich plötzlich einer Gruppe fremder Bakterien unter dem Deckmantel der „Probiotika“ oder „Antipathogene“ stellen – sie wollen ihr Territorium besetzen und um Nahrung und Getränke konkurrieren, doch der Platz im Darm ist begrenzt, die Nährstoffe sind begrenzt und die Darmbakterien wollen nicht ersetzt werden. Gleichzeitig hat sich die Darmflora Ihres Körpers längst an die Umgebung angepasst, das heißt, sie hat den Vorteil der ökologischen Nische bereits für sich beansprucht. Zu diesem Zeitpunkt wäre es für die eindringenden Bakterien etwas schwierig, sich anzusiedeln, und sie müssen einen starken Wettbewerbsvorteil haben. Dieser Wettbewerbsvorteil liegt nicht darin, ob diese Bakterien für den menschlichen Körper nützlich sind, sondern darin, ob sie einen „Halt“ haben und fest genug haften. Gleichzeitig müssen sie dem kombinierten Ausschlussdruck standhalten, der durch die ursprüngliche Darmflora entsteht. Aus diesem Grund passieren die Bakterien, die Sie ergänzen möchten, häufig den Darm.

Die antagonistische Wirkung der Darmflora fördert jedoch im Wesentlichen die Stabilität des Körpers und verringert das Risiko des Wachstums krankheitserregender Krankheitserreger im Körper. Dieser Effekt kann durch den Wettbewerb um Nährstoffe und durch die Produktion von Bakteriozinen und toxischen Metaboliten erreicht werden. Die Erforschung der relevanten Mechanismen kann den Menschen dabei helfen, Wege zu finden, den Antagonismus der Kolonialisierung zu überwinden. Beispielsweise kommen Bacteroidetes im menschlichen Darm vor. Sie leben in einer Symbiose mit dem Menschen und sind ein wichtiger Bestandteil der Darmflora. Am 11. Dezember 2023 veröffentlichte das Team von Gao Xiang von der Shandong-Universität den Mechanismus des Bacteroidetes-Antagonismus in der Fachzeitschrift Nature Microbiology: Bacteroidetes im menschlichen Darm entwickeln eine Vielzahl spezifischer bakterizider Proteine, um andere Bacteroidetes zu bekämpfen. Dies liefert Hinweise zur Bekämpfung von Bacteroides im menschlichen Darm[iv]. Am 15. Dezember 2023 veröffentlichte ein Forscherteam der Universität Oxford einen Artikel in der Fachzeitschrift Science, in dem es aufzeigte, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Bakterien zum Kern des Kolonisierungsantagonismus werden, umso größer ist, je höher die metabolische Überschneidung zwischen der Darmflora und den „eindringenden“ Mikroorganismen ist. Mit anderen Worten: Bei der Transplantation von Darmbakterien kann eine Besiedlung durch Vermeidung wichtiger Kernbakterienarten erreicht werden.

Trotz all dieser Ausführungen wissen wir noch immer sehr wenig darüber, wie die Darmflora fremde Bakterien eliminiert. Es gibt noch viele unbekannte Mechanismen im Zusammenhang mit dem Phänomen des „Kolonisationsantagonismus“, die darauf warten, von den Menschen eingehender erforscht zu werden. Die gute Nachricht ist jedoch, dass Wissenschaftler bei der Transplantationstherapie von Darmbakterien gute Fortschritte erzielt haben.

Big-Data-Analysen könnten eine Abkürzung zu präzisen Darmbakterientransplantationen sein

Um die erfolgreiche Besiedlung transplantierter Darmbakterien zu fördern, versuchen Forscher aktiv einen anderen Ansatz: Wenn der wissenschaftliche Mechanismus noch nicht klar genug ist, versuchen sie, die Therapie bei Darmbakterientransplantationen durch die Erforschung der Gesetze zu steuern, die in den Fällen vorliegen, in denen der Besiedlungsantagonismus erfolgreich durchbrochen wird.

Zur Umsetzung dieser Methode müssen wir zumindest die Darmflora von Gesunden und Patienten mit unterschiedlichen Erkrankungen kennen, die Leistungsfähigkeit verschiedener Patienten im Vergleich zur Flora von Gesunden usw., um eine gezielte Behandlung ermöglichen zu können. Dies erfordert groß angelegte Forschung an einer ausreichenden Anzahl von Proben, um die Muster zu entdecken.

Ein Team unter der Leitung von Professor Qin Huanlong vom Zehnten Volkskrankenhaus der Tongji-Universität hat Daten zur Darmflora von fast 10.000 gesunden Menschen und Menschen mit verschiedenen Krankheiten gesammelt, die Darmflora von Tausenden von Patienten vor und nach der Behandlung mit einer „Darmflora-Transplantation“ sequenziert und eine spezielle Datenbank erstellt. Aktuell ist es gelungen, für 18 Erkrankungen ein Klassifizierungsmodell der Darmflora zu etablieren, das eine Orientierung für die präzise Zuordnung gesunder und erkrankter Menschen bietet. Bei manchen Krankheiten kann die Übereinstimmungserfolgsrate bis zu 90 % betragen. Dieses Forschungsergebnis gewann den ersten Preis des Shanghai Science and Technology Progress Award 2021[v].

Einige Forschungsteams haben durch Datenmodellierung auch Fortschritte bei der Verbesserung der Trefferquote bei der Transplantation von Darmbakterien erzielt. Das Team von Zhao Fangqing vom Beijing Institute of Life Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und das Team von Zhang Faming vom Second Affiliated Hospital der Nanjing Medical University arbeiteten zusammen, um mithilfe intelligenter Analysemethoden ein künstliches Intelligenzmodell (EDS) für die Spender-Empfänger-Zuordnung bei Stuhlmikrobiota-Transplantationen zu erstellen, das die Transplantationseffizienz von 57,1 % auf 93,3 % steigern kann. Gleichzeitig stellte das gemeinsame Team fest, dass die Eignung für eine Transplantation umso größer ist, je größer die genetische Distanz zwischen der Mikrobiota des Spenders und der des Patienten ist. Dies bestätigt die Ergebnisse des Teams von Gao Xiang an der Shandong-Universität und bietet eine effektivere Möglichkeit, eine erfolgreiche Transplantation der fäkalen Mikrobiota durchzuführen. Die Forschungsergebnisse wurden am 20. Juli 2022 in Gut Microbes veröffentlicht[vi].

Die Forschungsgruppe von Dai Lei vom Synthetic Microbiome Research Center des Shenzhen Institute of Advanced Technology, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Shenzhen Institute of Synthetic Biology konnte mithilfe datenbasierter Forschungsmethoden erfolgreich Schlüsselarten für den Kolonisierungsantagonismus ableiten. Daher bietet die Transplantation der fäkalen Mikrobiota einen klareren Auswahlbereich für die Auswahl von Bakterienarten mit einer großen genetischen Distanz zur Besiedlung. Die Forschungsergebnisse wurden am 16. März 2024 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht[vii].

Neben dem kontinuierlichen Streben nach Präzision ist auch die Standardisierung der Behandlung mit „Darmbakterientransplantationen“ eine sehr wichtige Forschungsrichtung, d. h., wie die aktiven Bakterien im Stuhl gesunder Menschen durch moderne industrielle Prozesse, einschließlich Entfärbung und Desodorierung, in klinisch verwertbare Produkte umgewandelt werden können.

Um auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen: In Bezug auf das Phänomen, dass bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen die klinische Forschung überspringen und direkt in die Marktanwendung gelangen, warnte Emeran Mayer, Neurowissenschaftler an der University of California in Los Angeles: „Viele Leute verdienen tatsächlich viel Geld, indem sie den Verkauf von Nahrungsergänzungsmitteln ‚ausnutzen‘.“[viii]

An diesem Punkt haben Sie, glaube ich, eine Vorstellung davon, ob diese attraktiven Produkte bloß Geldverschwendung sind.

[i] https://doi.org/10.1146/annurev-med-042320-014032

[ii] Vagotomie und Parkinson-Krankheit: Eine schwedische registerbasierte Kohortenstudie. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28446653/

[iii] Ein aus dem Darm stammender Metabolit verändert die Gehirnaktivität und das Angstverhalten bei Mäusen https://www.nature.com/articles/s41586-022-04396-8

[iv] https://www.nature.com/articles/s41564-023-01541-5

[v] Die neue Magie, Abfall in Schätze zu verwandeln: Aus „Kacke“ wird „Heilmittel für Krankheiten“. World Science, Ausgabe 3, 2024.

[vi] Das Zusammenspiel der Darmmikrobiota zwischen Spendern und Empfängern bestimmt die Wirksamkeit der Stuhlmikrobiota-Transplantation DOI:10.1080/19490976.2022.2100197

[vii] Datenbasierte Vorhersage von Kolonisierungsergebnissen für komplexe mikrobielle Gemeinschaften https://www.nature.com/articles/s41467-024-46766-y

[viii]https://knowablemagazine.org/content/article/health-disease/2024/gut-brain-axis-parkinsons-disease-microbiome

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: You Wenjuan

Rezension: Tao Ning

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.