Salmonellen verändern Nährstoffhaushalt im Darm zu ihren Gunsten

Wie schaffen es Salmonellen, in das Kolon vorzudringen und der wachstumshemmenden Wirkung kurzkettiger Fettsäuren zu entgehen? US-Wissenschaftler haben herausgefunden, worin der Trick des Bakteriums besteht.

Kurzkettige Fettsäuren, die von einer Reihe von Darmbakterien gebildet werden, tragen dazu bei, eindringende Pathogene zu bekämpfen. Salmonellen aber sind in der Lage, diesen natürlichen Schutzmechanismus zu überwinden. „Wir wussten, dass Salmonellen in den Dünndarm eindringen, obwohl dies nicht ihr primärer Replikationsort ist – das ist der Dickdarm“, erklärt der Hauptautor der Studie, Prof. Andreas Bäumler von der University of California Davis (USA). Er ist stellvertretender Forschungsleiter in der dortigen Abteilung für medizinische Mikrobiologie und Immunologie. Bäumler und sein Team fanden heraus, dass der Erreger den Nährstoffhaushalt im Darm verändert: Salmonellen verursachen im Dünndarm eine Entzündung der Darmschleimhaut und stören die Aufnahme von Aminosäuren aus der Nahrung. Dadurch entsteht ein Nährstoffungleichgewicht im Darm. Dieses Ungleichgewicht liefert Salmonellen die Ressourcen, die sie zum Überleben und zur Vermehrung im Kolon benötigen ‒ dort, wo nützliche Bakterien ihr Wachstum normalerweise hemmen.

Bei Infektion weniger Aminosäuren im Blut

Anhand eines Mausmodells untersuchte das Team genau, wie Salmonellen die chemische Zusammensetzung des Darms verändern und beobachteten die Aminosäureaufnahme im Dünn- und Dickdarm. Das Ergebnis: Bei mit Salmonellen infizierten Mäusen gelangten weniger Aminosäuren ins Blut. Tatsächlich wurden zwei Aminosäuren – Lysin und Ornithin – nach der Infektion im Darm häufiger gefunden. Sie halfen Salmonellen beim Überleben, indem sie die wachstumshemmende Wirkung kurzkettiger Fettsäuren verhinderten. Dies gelang ihnen, indem sie den Säuregehalt der Salmonellen wiederherstellten, wodurch der Erreger die Abwehrmechanismen der Mikrobiota umgehen konnte.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Salmonellen die Nährstoffumgebung des Darms auf clevere Weise zu ihrem Vorteil verändern können“, fasst Bäumler zusammen. „Indem sie es dem Körper erschweren, Aminosäuren im Ileum aufzunehmen, schaffen Salmonellen im Kolon eine günstigere Umgebung für sich selbst.“ In der Studie zeigte das Team, dass Salmonellen ihre eigenen Virulenzfaktoren nutzen, um Enzyme zu aktivieren, die wichtige Aminosäuren wie Lysin abbauen. Dies hilft dem Erreger, die Schutzwirkung der kurzkettigen Fettsäuren zu umgehen und leichter im Darm zu gedeihen.

Erkenntnisse für bessere Therapien bei Darminfektionen

Die neuen Erkenntnisse könnten möglicherweise erklären, wie sich die Darmumgebung bei entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa verändert, und könnten zu besseren Behandlungen von Darminfektionen führen. Mit einem besseren Verständnis dessen, wie Salmonellen die Darmumgebung verändern, hoffen die Forscher, neue Wege zum Schutz der Darmmikrobiota und zur Vorbeugung dieser Infektionen entwickeln zu können.

„Diese Studie verfolgt einen ganzheitlicheren Ansatz zur Untersuchung der Darmgesundheit, sagte Lauren Radlinski, Erstautorin der Studie und Postdoktorandin in Bäumlers Labor. „Sie lässt uns nicht nur besser verstehen, wie Salmonellen funktionieren, sondern unterstreicht auch wie wichtig es ist, die Darmmikrobiota gesund zu halten. Unsere Erkenntnisse könnten zu neuen Behandlungen führen, die helfen, die Mikrobiota während einer Infektion zu unterstützen.“ Die Forschenden nennen in diesem Zusammenhang Probiotika oder Ernährungspläne, die die natürlichen Abwehrkräfte des Körpers gegen schädliche Krankheitserreger stärken. „Indem wir lernen, wie ein Krankheitserreger das Wirtssystem manipuliert, können wir Wege finden, die natürlichen Abwehrkräfte dieses Wirts zu stärken“, formuliert Radlinski.