Ballaststoffe gelten als Garant für einen gesunden Darm. Doch wie sie im Mikrobiom wirken, hängt entscheidend davon ab, welche Bakterien bereits vor Ort sind. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), die nun im Fachjournal Nature Microbiology erschienen ist.
Den Ausgangspunkt bildete eine lange diskutierte Frage: Warum unterscheidet sich das Darmmikrobiom von Menschen aus industrialisierten Ländern so deutlich von dem der Bevölkerung in nicht-industrialisierten Regionen? Gemeinsam mit dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), der Universität Trient und der Universität Tübingen ging das Forschungsteam dieser Frage nach. Das Ergebnis räumt mit einer verbreiteten Annahme auf: Die Ernährung allein erklärt die Unterschiede nicht.
Im Zentrum der Untersuchung stand der Wettbewerb zwischen zwei Bakteriengruppen. Auf der einen Seite die Bacteroidaceae, die in industrialisierten Gesellschaften dominieren. Auf der anderen die Prevotellaceae, zu denen das Bakterium Segatella copri gehört, das in nicht-industrialisierten Bevölkerungen deutlich häufiger auftritt. „Wir wollten verstehen, welche Faktoren den Wettbewerb dieser Bakterien im Darm tatsächlich beeinflussen“, sagt Dr. Caroline Tawk, eine der beiden Erstautor:innen der Studie.
Um das zu klären, entwickelte Tawk am EMBL in Heidelberg einen hochparallelisierten Versuchsaufbau. Das Team stellte eine definierte Gemeinschaft aus 21 menschlichen Darmbakterien zusammen und prüfte daran 94 Nahrungsbestandteile, vor allem komplexe Kohlenhydrate und Vitamine. Mehr als die Hälfte dieser Komponenten förderte das Wachstum von S. copri. Besonders genau nahmen die Forschenden Arabinan unter die Lupe, ein Kohlenhydrat aus pflanzlichen Zellwänden.
Doch die Sache war komplizierter als gedacht. Zwar kann S. copri Arabinan direkt verwerten, ein simpler Nährstoffvorteil reichte als Erklärung aber nicht aus. Entscheidend war das Umfeld. „Wenn wir S. copri und Bacteroidaceae ohne die übrigen Mitglieder der Darmgemeinschaft zusammengebracht haben, hat sich S. copri trotz Arabinan nicht durchgesetzt“, berichtet Tawk. Erst mit der Zugabe von Escherichia coli kippte das Gleichgewicht zugunsten von S. copri. Auch verwandte Bakterien wie Klebsiella und Salmonella hatten unter bestimmten Bedingungen diesen Effekt.
Überraschend war dabei, dass selbst E.-coli-Varianten, die die beim Arabinan-Abbau entstehenden Einfachzucker gar nicht verstoffwechseln können, das Wachstum von S. copri ankurbelten. „Wir nehmen daher an, dass die Anwesenheit der Zucker – als Signalmolekül und nicht ihr Verbrauch durch E. coli – für den beobachteten Unterstützungseffekt ausreichen kann“, erklärt Dr. Youssef El Mouali, ebenfalls Erstautor. Der genaue molekulare Mechanismus bleibt vorerst offen.
Dass es sich nicht um ein reines Laborphänomen handelt, bestätigte eine Auswertung öffentlich verfügbarer Mikrobiomdaten von rund 1000 gesunden Erwachsenen. Gemeinsam mit Forschenden der Universität Trient zeigte das Team: In nicht-industrialisierten Populationen traten S. copri und Enterobacteriaceae häufiger und vielfältiger auf, und eine größere Zahl verschiedener Enterobacteriaceae-Arten ging mit einem höheren Anteil an S. copri einher.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass man die Wirkung eines Nahrungsbestandteils nicht losgelöst von der vorhandenen Bakteriengemeinschaft betrachten sollte“, fasst Studienleiter Prof. Till Strowig zusammen. Ob sich daraus eines Tages individuell abgestimmte Ernährungs- oder Mikrobiomansätze ableiten lassen, müssten weitere Untersuchungen klären. Gefördert wurde die Arbeit unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und den Exzellenzcluster RESIST.
