Darmmikrobiom könnte Risiko für Typ-1-Diabetes vorhersagen

Kinder mit einem hohen genetischen Risiko für Typ-1-Diabetes, bei denen die Entwicklung des Darmmikrobioms frühzeitig zum Stillstand kommt, haben ein etwa dreimal so hohes Risiko, dass sich die Stoffwechelerkrankung manifestiert, als Kinder, deren Mikrobiom sich weiter entwickelt. Dies zeigt eine aktuelle Studie aus den USA.

Obwohl man davon ausgeht, dass Typ-1-Diabetes durch komplexe genetische Faktoren bedingt ist, untersuchen Forschende auch den Einfluss von Umwelteinflüssen, darunter die Entwicklung der im Darm lebenden Mikroorganismenpopulation.

„Die Krankheitslast durch Typ-1-Diabetes ist für Kinder und ihre Familien erheblich und erfordert bereits ab sehr frühem Alter eine sorgfältige Steuerung von Insulin, Bewegung und Ernährung“, erklärte Dr. Daniel Wang, ScD, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Channing Division of Network Medicine in der Abteilung für Medizin am Mass General Brigham. „Zu verstehen, welche Rolle die Mikrobiomentwicklung beim Fortschreiten von Diabetes hat, könnte zu Früherkennungs- und Präventionsstrategien führen und uns mehr Möglichkeiten bieten, das klinische Auftreten dieser Erkrankung zu verzögern oder sogar zu verhindern.“

Die longitudinale Beobachtungsstudie begleitete 887 Kinder mit einem hohen genetischen Risiko für Typ-1-Diabetes und analysierte mehr als 12.000 Stuhlproben, die während der ersten sechs Lebensjahre der Kinder entnommen wurden, um zu verfolgen, wie sich das Darmmikrobiom jedes Kindes im Laufe der Zeit entwickelte. Die Teilnehmer stammten aus Finnland, Deutschland, Schweden und den USA.

Bei Typ-1-Diabetes beginnt das Immunsystem bereits Jahre vor dem Auftreten von Symptomen, die insulinproduzierenden Zellen anzugreifen. Als klinische Diagnose definierten die Forschenden daher den erstmaligen Nachweis von Autoantiköpern im Blut oder die Erstmanifestation der Stoffwechselstörung.

Reifung des Mikrobioms beeinflusst das Diabetes-Risiko

Die Studie identifizierte drei unterschiedliche Reifungsmuster des Mikrobioms. Bei Teilnehmern mit einem frühreifenden Mikrobiom veränderte sich das Darmmikrobiom innerhalb des ersten Lebensjahres erheblich und wies eine reichhaltige und vielfältige Population von Darmbakterien auf. Bei Teilnehmern mit einem spätreifenden Mikrobiom begann die Darmentwicklung langsamer als bei denen mit dem frühreifenden Muster. Im Alter von etwa einem Jahr hatten sich die Darmbakterien kaum verändert und wiesen eine geringere bakterielle Vielfalt auf, doch das Mikrobiom holte diesen Rückstand später auf. Bei denjenigen mit einem früh stagnierenden Mikrobiom begann die Darmentwicklung langsam, holte diesen Rückstand jedoch nie auf. Das Mikrobiom wies während der ersten drei Lebensjahre weiterhin eine geringe bakterielle Vielfalt auf.

Kinder mit einem solchen früh stagnierenden Mikrobiom wiesen im Vergleich zu Kindern, deren Mikrobiom nach einem normalen Zeitplan heranreifte, ein etwa dreimal so hohes Risiko für Typ-1-Diabetes oder die vorausgehende Immunreaktion auf. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich, als die Forschenden das frühe Immunstadium und die klinische Diagnose getrennt betrachteten.

Die Forschenden weisen darauf hin, dass diese Beobachtung erst durch wiederholte Probenahmen im Zeitverlauf deutlich wurde und bei einer einmaligen Momentaufnahme des Mikrobioms wahrscheinlich übersehen worden wäre.

Wechselwirkungen zwischen Mikrobiom und Genetik des Wirts

Die Muster spiegelten zudem Unterschiede in den Funktionsfähigkeiten der Bakterien wider. Bei Kindern mit einem früh ausgereiften Mikrobiom erfolgte der Übergang von milchangepassten Bakterien wie Bifidobacterium hin zu Arten, die Ballaststoffe abbauen früher. Das Mikrobiom mit frühem Plateau blieb auch nach der Einführung fester Nahrung auf die Verdauung von Milchzucker ausgerichtet und stützte sich bei der Erfüllung wichtiger Funktionen auf einen engeren Artenkreis.

„Der genetische Hintergrund kann beeinflussen, inwieweit ein bestimmtes Reifungsmuster für das Risiko von Bedeutung ist. Daher liefert die Kombination von Mikrobiom- und genetischen Informationen ein genaueres Bild“, erklärte der Hauptautor Dr. Danyue Dong, Postdoktorand in der Channing Division of Network Medicine am Mass General Brigham. „Durch die Analyse der Wechselwirkungen zwischen dem Mikrobiom und der Genetik des Wirts konnten wir genetische Varianten identifizieren – insbesondere solche, die an antimikrobiellen und antiviralen Immunreaktionen beteiligt sind –, die darüber entschieden, wie stark das spät ausgereifte Muster mit dem Krankheitsrisiko zusammenhing. Das Muster mit frühem Plateau war dagegen unabhängig vom genetischen Hintergrund mit einem höheren Risiko verbunden.“

Frühe Analyse des Darmmikrobioms als Standarduntersuchung?

Damit liefere die Studie starke prospektive Belege für einen Zusammenhang zwischen der Entwicklung des Darmmikrobioms und Typ-1-Diabetes, erklärten die Forschenden. Allerdings könne sie keinen kausalen Zusammenhang nachweisen, und es seien weitere Untersuchungen erforderlich, darunter klinische Studien zur Erprobung potenzieller Interventionen. Da die Studie Daten von Kindern mit hohem Risiko für die Entwicklung von Typ-1-Diabetes verwendete, seien zusätzliche Untersuchungen notwendig, um zu prüfen, ob die Ergebnisse auf die allgemeine Bevölkerung übertragbar sind.

Im Zuge der weiteren Entwicklung dieser Forschung stellen sich Wang und Dong eine Zukunft vor, in der Untersuchungen des Darmmikrobioms in die Kinderarztbesuche während der ersten Lebensjahre integriert werden könnten – ein potenziell entscheidendes Zeitfenster für mikrobiomorientierte Präventionsstrategien wie Nahrungsergänzungsmittel, sofern sich solche Ansätze in klinischen Studien als wirksam erweisen.