Kleiner Organismus mit großer Wirkung: Bakterium verändert das Ökosystem Darm

Forscherin vom Leibniz-Institut DSMZ untersucht Stoffwechselprodukte im Darm

Im Rahmen einer Studie, die den Einfluss des Bakteriums Prevotella spp. auf entzündliche Darmerkrankungen in der Maus untersucht, konnte Dr. Meina Neumann-Schaal, Leiterin der Nachwuchsgruppe Bakterielle Metabolomik am Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig zeigen, dass das Vorhandensein des Bakterium die Stoffwechselprodukte im Darm (Coecum oder Blinddarm) signifikant verändert. Insgesamt konnte die Studie, die von Forschenden rund um Prof. Dr. Till Strowig vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung durchgeführt wurde, die Hypothese untermauern, dass Prevotella spp. in der Lage sind, immunmodulatorisch im Darm zu agieren und somit die Empfindlichkeit hinsichtlich einer entzündlichen Darmerkrankung zu erhöhen. Damit konnten nun erste Indizien für die bisher noch unerforschte Kommunikation zwischen Darmbakterien und ihrem Wirt aufgezeigt werden. Ihre Ergebnisse publizierten die Forscher im international renommierten Fachjournal Mucosal Immunology ( https://doi.org/10.1038/s41385-020-0296-4).

Weitere Forschungsarbeiten weisen darauf hin, dass das Vorhandensein von Mikroorganismen, vor allem Bakterien, im Darm einen Einfluss auf das Wohlergehen von Mensch und Tier hat. Die Darmmikrobiota ist seit einiger Zeit im Fokus der Wissenschaft, denn Forschende gehen davon aus, dass es einen Zusammenhang zwischen einer bakteriellen Fehlbesiedlung des Darms und bestimmten Erkrankungen wie beispielsweise der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung oder der rheumatoiden Arthritis gibt. Bislang ist unklar, ob die Bakterien aktiv in das Ökosystem Darm eingreifen und dadurch Veränderungen verursachen oder ob die Fehlbesiedlung eine Folge dieser Veränderungen ist. Die vorliegende Studie zeigt, dass Bakterien der Darmmikrobiota wie Prevotella spp. aktiv in der Lage sind, das Darmmilieu in der Maus zu verändern. So konnte beispielsweise nachgewiesen werden, dass Prevotella spp. andere Darmbakterien verdrängt und somit ihre Population vergrößern. Diese Veränderung in der Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms führt zu einer Veränderung der dort vorliegenden Metabolite, was letztendlich in der vorliegenden Studie eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber einer Entzündung bedingte. Ähnliche Ergebnisse konnte Doktor Neumann-Schaal mit ihren Kolleginnen und Kollegen bereits in einer anderen Studie im Zusammenhang mit dem Bakterium Citrobacter rodentium zeigen ( https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008448).

Die von Dr. Meina Neumann-Schaal am Leibniz-Institut DSMZ durchgeführten metabolomischen Analysen belegen, dass Stoffwechselprodukte wie beispielsweise Acetat bei einer Überbesiedlung mit Prevotella spp. vermehrt auftreten. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Bakterien der Darmflora aktiv ihre Umgebung verändern und somit Einfluss auf die Anfälligkeit einer Personen nehmen können, an bestimmten Krankheiten zu erkranken. Die Biochemikerin Meina Neumann-Schaal leitet am Leibniz-Institut DSMZ die Nachwuchsgruppe Bakterielle Metabolomik und hat sich auf die Analyse von bakteriellen Stoffwechselprodukten spezialisiert. Basierend auf massenspektrometrischen Analysen wie beispielsweise GC-MS und LC-MS untersucht ihre Arbeitsgruppe den Metabolismus von Bakterien und Archaeen mit dem Ziel,

deren Stoffwechselvorgänge zu verstehen und beeinflussen zu können. Ein Schwerpunkt ihrer Forschung liegt auf der Entschlüsselung des Zusammenhangs von Metabolismus und Virulenz von Clostridioides difficile, einem häufig auftretendem Krankenhauskeim, der unter anderem schwere Durchfallerkrankungen auslösen kann.

Originalpublikationen:

Iljazovic A, Roy U, Gálvez EJC, Lesker TR, Zhao B, Gronow A, Amend L, Will SE, Hofmann JD, Pils MC, Schmidt-Hohagen K, Neumann-Schaal M, Strowig T. Perturbation of the gut microbiome by Prevotella spp. enhances host susceptibility to mucosal inflammation.

Mucosal Immunol. 2020 May 20. Online ahead of print.

https://doi.org/10.1038/s41385-020-0296-4

Osbelt L, Thiemann S, Smit N, Lesker TR, Schröter M, Gálvez EJC, Schmidt-Hohagen K, Pils MC, Mühlen S, Dersch P, Hiller K, Schlüter D, Neumann-Schaal M, Strowig T. Variations in microbiota composition of laboratory mice influence Citrobacter rodentium infection via variable short-chain fatty acid production. PLoS Pathog. 2020 Mar 24;16(3):e1008448.

https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008448

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Die DSMZ ist eines der größten Bioressourcenzentren weltweit. Die Sammlung umfasst derzeit über 67.000 Kulturen, einschließlich über 35.000 verschiedene Bakterien- und 4000 Pilz-Stämme, 800 menschliche und tierische Zelllinien, 41 Pflanzenzelllinien, 1.400 Pflanzen-Viren und Antiseren und 13.000 verschiedene Typen genomischer Bakterien-DNA.
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