Acetat aus Darmmikrobiota: Möglicherweise geeignet zur Vorbeugung und Behandlung von Bronchiolitis

Brasilianische Forscher haben entdeckt, dass das menschliche Darmmikrobiom eine Verbindung enthält, die das Potenzial besitzt, die durch das Respiratorische Synzytial-Virus (RSV) verursachte Schäden zu verringern. RSV ist eine wichtige Ursache für Infektionen der unteren Atemwege, insbesondere Bronchiolitis, bei Kindern im Alter von unter zwei Jahren. Man nimmt an, dass jedes Jahr weltweit etwa 100.000 Todesfälle auf das Virus zurückzuführen sind.

Der neuen Veröffentlichung zufolge schützt die kurzkettige Fettsäure Acetat aus Darmmikrobiota Mäuse vor RSV und mindert den Schweregrad der Erkrankung bei bereits Infizierten. „Wir haben die antivirale Wirkung der Substanz in menschlichen Zellen und in Tieren bestätigt. Wir korrelierten seine Konzentrationen auch mit einer Verringerung bestimmter Anzeichen und Symptome, die durch das Virus bei Babys verursacht werden“, berichtet Prof. Marco Aurélio Ramirez Vinolo, einer der Autoren Studie. Er ist Professor am Institut für Biologie der Universität Campinas (IB-UNICAMP) im brasilianischen Bundesstaat São Paulo.

Derzeit gibt es keine spezifischen Behandlungen für RSV. Die Symptome und Folgen müssen so weit wie möglich bewältigt werden, während der Organismus des Kindes mit der Überwindung der Infektion kämpft. In bestimmten Fällen, etwa wenn ein Frühgeborenes infiziert ist, wird der monoklonale Antikörper Palivizumab empfohlen, um einer Lungenerkrankung vorzubeugen. Diese Prophylaxe sei allerdings kostspielig, erklären die Autoren.

Laut den Forschern bestätigen ihre Ergebnisse die Vorstellung, dass ein kostengünstiges natürliches Produkt der Darmmikrobiota eine Rolle bei der Bekämpfung schwerer RSV-Infektionen direkt in den Atemwegen spielen könnte.

In früheren Experimenten verwendeten die Forscher verschiedene Strategien, um die Darmmikrobiota von Mäusen zu verändern – wie zum Beispiel die Verabreichung von Antibiotika und die Erhöhung der Ballaststoffmenge im Futter – und untersuchten anschließend, wie der Organismus auf RSV reagierte. „Die Infektionsresistenz nahm zu, wenn die Mikrobiota mehr kurzkettige Fettsäuren produzierte, insbesondere Acetat“, sagte Vinolo. Auch Laborversuche, in denen Zellen mit diesem Acetat behandelt wurden, zeigten vielversprechende Ergebnisse.

In den Tests wurde jedoch einen im Labor gezüchteten Virusstamm verwendet, der sich von dem unterschied, der unter Menschen zirkuliert. Um diese Einschränkung zu beheben, sammelten die Forschenden für ihre neueste Studie Virusproben von zwei Kindern und wendeten sie auf kultivierte Zellen an, die zuvor mit Acetat behandelt worden waren. Die Ergebnisse zeigten einen verminderten Zelltod und eine Reduzierung der Viruslast um 88 Prozent.

Die Analyse dieser Zellen zeigte auch, dass das Acetat die Produktion antiviraler Moleküle aktivierte, von denen RIG-I (retinoic acid inducible gene I) besonders wirksam gegen RSV zu sein schien. In Zellen ohne RIG-I konnte das Acetat das Fortschreiten von Infektionen nicht verhindern.

Im nächsten Schritt wurden Mäuse mit Virenproben der Kinder geimpft. Nach der Infektion erhielten die Mäuse Acetat intranasal. Erneut hatte das Acetat positive Auswirkungen, indem es die Viruslast um 93 Prozent reduzierte und die Entzündung der Atemwege linderte. Die Mäuse nahmen nach der Behandlung auch schneller wieder an Gewicht zu.

Darmmikrobiota bei Säuglingen mit Bronchiolitis

Anschließend wurden in Zusammenarbeit mit Ana Paula Duarte de Souza und Renato Stein, beide Professoren an der Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS), 30 Säuglinge im Alter von weniger als zwölf Monaten rekrutiert, die wegen einer RSV-Bronchiolitis im Krankenhaus von São Lucas behandelt wurden. Stuhlproben wurden von 17 der Säuglinge gesammelt. „Wir haben die Zusammensetzung ihrer Darmmikrobiota analysiert und den Gehalt an kurzkettigen Fettsäuren quantifiziert“, berichtet Vinolo.

Eine Kreuztabellierung dieser Daten mit klinischen Informationen zur Bronchiolitis bei Kindern zeigte, dass höhere Acetatspiegel mit weniger schweren Atemwegserkrankungen, insbesondere einer höheren Sauerstoffsättigung und weniger Tagen mit Fieber, einhergingen. „Diese Art von Studie weist auf eine Korrelation hin, garantiert aber nicht, dass es eine von Ursache und Wirkung ist“, betont Vinolo. „Trotzdem liefert die Untersuchung ein zusätzliches Argument dafür, sich weiter mit Acetat aus dem Darm zu beschäftigen.“

Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, sammelten die Wissenschaftler Zellen aus den oberen Atemwegen derselben Babys und behandelten sie im Labor mit Acetat. Wieder sank die Viruslast und die Aktivität antiviraler Moleküle nahm zu.

Mit dem Aufkommen der COVID-19-Pandemie führte das Team ähnliche Tests mit der Substanz gegen SARS-CoV-2 durch. Positive Effekte wurden in diesem Fall nicht beobachtet. „Dieses Coronavirus unterscheidet sich von RSV. Die durch das Acetat aktivierten Wege hemmen möglicherweise nicht seine Wirkung “, erklärt Vinolo.

Auswirkungen in der Zukunft

Vinolo glaubt, dass genügend Beweise gesammelt wurden, damit die Gruppe mit klinischen Studien beginnen kann, die darauf abzielen, die Sicherheit und den Nutzen der Verwendung von Acetat zur Vorbeugung oder Kontrolle von Bronchiolitis zu überprüfen. „Wir haben dies seit einigen Jahren geplant, aber die Pandemie war ein Hindernis. Wir streben an, die erste Studie im Jahr 2022 abzuschließen, möglicherweise mit intranasaler Behandlung“, sagt er.

Der Grund für die Konzentration auf die Entwicklung eines Medikamentes auf Acetatbasis ist, dass andere kurzkettige Fettsäuren, die von Darmmikrobiota produziert werden, zwar ähnliche Effekte haben, aber nicht in großen Mengen in den Blutkreislauf gelangen. „Acetat erreicht in verschiedenen Teilen des Organismus, wie der Lunge, hohe Konzentrationen“, sagte Vinolo. „Wir wissen noch nicht, ob Ernährungsgewohnheiten die Acetatproduktion durch Darmmikrobiota ausreichend induzieren können, um menschliche Säuglinge zu schützen, aber die Möglichkeit wurde bei Labortieren nachgewiesen“, sagt Vinolo abschließend.