Mit Mangelernährung in Verbindung gebrachte Darmbakterien können an jüngere Generationen weitergegeben werden

Eine neue Studie an Mäusen lässt darauf schließen, dass eine mit Mangelernährung und Wachstumsstörungen in Verbindung stehende Darmerkrankung über das Mikrobiom des Dünndarms von einer Generation zur nächsten vererbt werden kann.

Die Autoren der in „Nature Microbiology“ veröffentlichten Arbeit analysierten Mausmodelle der Erkrankung mithilfe von Bakterienkulturen, die von Kindern mit Wachstumsstörungen und deren negativen Folgen stammten. Dabei identifizierten sie spezifische Bakterien, die für die charakteristischen entzündlichen chemischen Signale bei dieser Erkrankung verantwortlich sind. Diese schädigen die Darmschleimhaut und beeinträchtigen die Nährstoffaufnahme.

Die Wissenschaftler sehen in ihren Untersuchungsergebnissen Hinweise darauf, dass die Reduzierung entzündlicher Bakterienstämme und die Blockierung ihrer Übertragung von der Mutter auf das Kind zukünftig als Behandlungs- und Präventionsstrategien für diese Erkrankung, die als umweltbedingte enterische Dysfunktion bekannt ist, dienen könnten.

Wichtiges Ökosystem für gesundes Wachstum

„Die Darmmikroben im Dünndarm bilden ein weitgehend unerforschtes Ökosystem – ein ‚unbekanntes Terrain‘ –, da ihre Probenahme schwierig ist. Diese Studie zeigt jedoch, wie wichtig dieses Ökosystem für das gesunde Wachstum und die Entwicklung von Kindern ist“, erklärt Seniorautor Prof. Jeffrey I. Gordon von der Washington University School of Medicine in St. Louis (USA).

Die Studie zeigt insbesondere, wie Bakterien im Dünndarm einer weiblichen Maus die intrauterine Entwicklung ihres Nachwuchses vor der Geburt beeinflussen. Dies wiederum belege, dass die Auswirkungen dieser Erkrankung über die Darmwand der Mutter hinaus bis zum sich entwickelnden Fötus reichen.

„Die Studie wirft die Frage auf, ob eine gezielte Beeinflussung der Dünndarmmikroben vor oder während der Schwangerschaft das normale Wachstum des Nachwuchses vor und nach der Geburt fördern könnte“, sagt Gordon. „Wir hoffen, dass diese Forschung uns helfen kann, Wege zu finden, den Teufelskreis der generationsübergreifenden Mangelernährung zu durchbrechen.“

Wie Mangelernährung an zukünftige Generationen weitergegeben werden kann

Viele Kinder weltweit, die unter Mangelernährung und Wachstumsstörungen leiden, leiden an einer als umweltbedingte enterische Dysfunktion (EED) bezeichneten Erkrankung. Dabei kommt es zu einer Schädigung der Dünndarmschleimhaut sowie zu einer beeinträchtigten Aufnahme von Nährstoffen aus der Nahrung. Betroffene Kinder weisen zudem ein geschwächtes Immunsystem sowie Defizite in der kognitiven Entwicklung und Wachstumsverzögerungen auf – Probleme, die sie ihr Leben lang begleiten, selbst wenn ihre Mangelernährung mit Standardnahrung behandelt wird.

In Zusammenarbeit mit Kollegen des International Centre for Diarrhoeal Disease Research (icddr,b) in Bangladesch analysierte das Team um Gordon Proben von Probanden aus einer Studie zur umweltbedingten enterischen Dysfunktion, die in dem südostasiatischen Land durchgeführt wurde. In der Untersuchung wurden 525 mangelernährte Kinder mit einem Durchschnittsalter von 18 Monaten mit einer Standardnahrung behandelt. Diese enthielt Milch, Eier, Vitamine und Mineralstoffe. Kinder, deren Zustand sich trotz zusätzlicher Ernährung nicht besserte, wurden – mit Einverständnis der Eltern – einer Endoskopie unterzogen, um Gewebeproben der Darmschleimhaut und der Bakterien im oberen Dünndarm zu entnehmen. In einer vorherigen Analyse dieser Proben hatten die Wissenschaftler 14 Bakterienarten im Dünndarm identifiziert, die mit Wachstumsstörungen und Entzündungen in Verbindung stehen.

In der neuen Studie untersuchten die Forscher Mäuse, die mit einer für den Distrikt Mirpur in Dhaka (Bangladesch) typischen Ernährung gefüttert wurden. Dort lebten auch die Studienteilnehmer. Eine Gruppe dieser Mäuse, die unter sterilen Bedingungen ohne Darmbakterien geboren wurden, wurde mit sorgfältig zusammengestellten Dünndarmbakterien besiedelt, die von den mangelernährten Kindern stammten. Diese menschlichen Darmbakterien lösten bei nicht trächtigen weiblichen Empfängermäusen Entzündungen im Darm aus.

Eine zweite Gruppe von Mäusen, die auf dieselbe Weise gefüttert wurden, erhielt eine andere Darmbakterienmischung von diesen Kindern, die keine Entzündungen hervorrief und als Kontrollgruppe diente. Aus ethischen Gründen konnten die Forschenden bei gesunden Kindern keine Endoskopien im Sinne einer Kontrollgruppe durchführen und keine Bakterienproben aus dem Dünndarm entnehmen.

Von Mäusen und Kindern

In Studien mit diesen Mäusen konnten die Forscher zeigen, dass die Ansammlung entzündungsfördernder Bakterien von den weiblichen Mäusen an ihre Nachkommen weitergegeben werden kann und dass die Schädigung bereits im Mutterleib beginnt, noch bevor die Bakterien im Körper der Nachkommen nachweisbar sind. Die Mäusewelpen, die die entzündungsfördernden Bakterien erhalten hatten, entwickelten ähnliche Probleme wie die Kinder mit EED: Wachstumsstörungen, Entzündungsmarker im Blut und Schädigungen der Darmschleimhaut.

Die Wissenschaftler stellten außerdem fest, dass sich die entzündungsfördernden Darmbakterien und deren schädliche Auswirkungen auf die Mäuse ausbreiteten, denen ursprünglich die nicht entzündungsfördernden Bakterien verabreicht worden waren, wenn die getrennten Mäusegruppen – solche mit und solche mit nicht entzündungsfördernden Darmbakterien – zusammenlebten.

Campylobacter concisus: Stärkster Verursacher von Dünndarmentzündung

Die Studienautoren identifizierten den aus den Proben der Kinder isolierten Bakterienstamm, der am stärksten zu Entzündungen im Dünndarm der als Krankheitsmodell dienenden Mäuse beitrug, als Campylobacter concisus. Eine weitere Feststellung: Bei etlichen der im Dünndarm gefundenen entzündungsfördernden Bakterienstämme handelte es sich um solche, die typischerweise im Mundraum vorkommen. Während sie im Mundraum keine Probleme verursachen, wirken sie, wenn sie sich im Dünndarm ansiedeln, als Krankheitserreger. Dies deutet laut den Forschenden darauf hin, dass die Umgebung – einschließlich benachbarter Bakterien – entscheidend dafür ist, ob ein Bakterienstamm nützliche, schädliche oder neutrale Auswirkungen hat.

Wurde C. concisus als einziger Bakterienstamm an keimfreie Mäuse (also Mäuse ohne eigene Darmflora) verabreicht, löste der der Mikroorganismus laut Erstautorin Dr. Kali M. Pruss von der Washington University School of Medicine weder eine Erkrankung aus, noch konnte er sich dort gut behaupten.

„Dies verdeutlicht, wie komplex die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Bakterien sind und wie sie unter bestimmten Umständen zur Entstehung von Krankheiten beitragen können, unter anderen jedoch nicht“, erklärt Pruss.

Gordon und sein Team setzen ihre Forschung fort, um die komplexen und weitreichenden Auswirkungen der Dünndarmbakterien zu verstehen. Ihr Ziel ist es, sichere und wirksame Methoden zu finden, um das entzündungsfördernde Darmmikrobiom von Müttern mit EED so zu verändern, dass nicht nur die schädlichen Entzündungen und die Mangelernährung reduziert werden, sondern auch die Ansiedlung und Aufrechterhaltung einer gesunden, stabilen mikrobiellen Darmflora bei deren Nachkommen gefördert wird. (ac)