Studie: Industriegesellschaften verlieren gesunde Darmmikroben

Moderne Ernährungsgewohnheiten sind weit von denen in der Antike entfernt, was sich offenbar auch auf das Darmmikrobiom auswirkt: Neu entdeckte zelluloseabbauende Bakterien verschwinden insbesondere in Industrienationen aus dem menschlichen Darm.

Dies zeigt eine Studie, die gerade von einem Team um Prof. Itzhak Mizrahi an der Ben-Gurion-Universität (BGU) des Negev in Israel, mit Unterstützung des Weizmann Institute of Science in Rehovot und internationalen Mitarbeitern in den USA sowie von Prof. William Martin, Evolutionsbiologe an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf veröffentlicht worden ist.

„Im Laufe der menschlichen Evolution waren Ballaststoffe immer ein Hauptbestandteil der menschlichen Ernährung“, erklärt die leitende Forscherin Sarah Moraïs von der BGU, „sie sind auch ein Hauptbestandteil der Ernährung unserer Primatenvorfahren.“ Moraïs und ihr Team identifizierten wichtige neue Mitglieder des menschlichen Darmmikrobioms: zelluloseabbauende Bakterien namens Ruminococcus. Diese Bakterien bauen Zellulose ab, indem sie große und hochspezialisierte extrazelluläre Proteinkomplexe (Cellulosomen) produzieren.

„Es ist keine leichte Aufgabe, Zellulose abzubauen, und nur wenige Bakterien sind dazu in der Lage“, erklärt Ed Bayer vom Weizmann-Institut, Mitautor der Studie. „Zellulose ist schwer zu verdauen, weil sie unlöslich ist. Ballaststoffe im Darm sind wie ein Baumstamm in einem Swimmingpool: Sie werden nass, aber sie lösen sich nicht auf.“

Cellulosomen werden von Bakterien so konstruiert, dass sie sich an Cellulosefasern anlagern und diese auseinanderziehen, wie die einzelnen Fäden eines Seils. Die cellulosomalen Enzyme zerlegen dann die einzelnen Faserfäden in kürzere Ketten, die dann löslich werden. Sie können nicht nur von Ruminococcus, sondern auch von vielen anderen Mitgliedern des Darmmikrobioms verdaut werden. „Unterm Strich verwandeln Cellulosomen Ballaststoffe in Zucker, die eine ganze Gemeinschaft ernähren – eine beachtliche technische Leistung“, sagt Bayer. Die Produktion von Cellulosomen stellt Ruminococcus an die Spitze der Faserabbaukaskade, die ein gesundes Darmmikrobiom ernährt. Aber die Evolutionsgeschichte von Ruminococcus ist kompliziert, und die westliche Kultur fordert ihren Tribut von unserem Mikrobiom, wie diese neue Studie zeigt.

„Diese Cellulosom-produzierenden Bakterien gibt es schon lange, ihre Vorfahren sind wichtige Mitglieder des Pansenmikrobioms von Kühen und Schafen”, erklärt Mizrahi, Hauptautor der Studie. Er ist außerdem Experte für Pansenbiologie, also für das Magenorgan von Wiederkäuern. Darin wird das gefressene Gras durch zelluloseabbauende Mikroben, darunter Ruminococcus, in nützliche Nahrung umgewandelt. „Wir waren überrascht zu sehen, dass die Zellulose-produzierenden Bakterien des Menschen im Laufe der Evolution offenbar den Wirt gewechselt haben, denn die Stämme des Menschen sind enger mit den Stämmen von Nutztieren verwandt als mit den Stämmen unserer eigenen Primatenvorfahren“, erläutert Mizrahi. „Es sieht so aus, als hätten die Menschen wichtige Bestandteile eines gesunden Darmmikrobioms von Nutztieren übernommen, die sie schon früh in der menschlichen Evolution domestiziert haben. Möglich wäre das.“

Doch damit ist die Geschichte noch nicht zu Ende. Die Beprobung menschlicher Kohorten ergab, dass Ruminococcus-Stämme tatsächlich robuste Bestandteile des menschlichen Darmmikrobioms in menschlichen Jäger- und Sammlergesellschaften und in ländlichen Gesellschaften sind, dass sie aber in Probanden aus industrialisierten Gesellschaften spärlich vorkommen oder fehlen. „Unsere Vorfahren in Afrika vor 200.000 Jahren haben ihr Mittagessen nicht im Drive-In geholt oder sich eine Pizza nach Hause liefern lassen”, sagt Evolutionsbiologe Martin von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, In den westlichen Gesellschaften ist dies jedoch weit verbreitet. In den industrialisierten Gesellschaften, die sich immer weiter von den landwirtschaftlichen Betrieben entfernt haben, in denen die Lebensmittel erzeugt werden, ändert sich die Ernährung. Diese Abkehr von einer ballaststoffreichen Ernährung ist eine mögliche Erklärung für den Verlust wichtiger zelluloseabbauender Mikroben im menschlichen Mikrobiom, schlussfolgern die Autoren.