Die menschliche Darmflora , die früher die genannte menschliche Darmflora , ist die Menge der Mikroorganismen ( Archaeen , Bakterien und Hefe - und die Viren , die sie infizieren) des menschlichen Verdauungstrakt , der die sagen ist Darm- microbiome und all Magen - Darm - System ( Magen , Stuhlgang ). Es ist das größte Reservoir der Mikrobiota des menschlichen Organismus und ein Reservoir enzymatischer Aktivitäten, die für die menschliche Verdauung und Physiologie unerlässlich sind . Als solche beeinflusst es die Gesundheit.
Diese Mikrobiota und ihr menschlicher Wirt sind ein Beispiel für eine gegenseitige Symbiose (Kooperation zwischen verschiedenen Arten von Organismen mit einem Nutzen für jeden) und für Kommensalismus . Es kann die Expression bestimmter Wirtsgene regulieren, was auf fortgeschrittene symbiotische Beziehungen schließen lässt.
Bei einem gesunden Menschen macht die Stoffwechselaktivität dieser Mikrobiota sie zu einem eigenständigen Organ in der menschlichen Physiologie . Es ist an der Reifung des Immunsystems des Wirts und der Reifung seines Darmepithels beteiligt . Es ist an vielen grundlegenden Stoffwechselwegen beteiligt, wie der Fermentation von Zuckern und Proteinen sowie dem Stoffwechsel von Gallensäuren und Xenobiotika .
In Bezug auf die Ernährung ermöglicht es dem Verdauungssystem, Ballaststoffe zu fermentieren und es synthetisiert lebenswichtige Vitamine .
Bei einer Dysbiose, also einer Veränderung der Zusammensetzung oder Stabilität von Bakterienpopulationen im Darm, kann die Mikrobiota mit Stoffwechselerkrankungen wie Typ-2-Diabetes , Fettleibigkeit oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht werden . Darüber hinaus werden bestimmte Bestandteile der Mikrobiota mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa , aber auch mit der Entwicklung von Allergien und Darmkrebs in Verbindung gebracht .
Obwohl die Forschung seit den 2000er Jahren dank Hochdurchsatz-Sequenzierungstechniken für genetisches Material Fortschritte gemacht hat, ist das Wissen auf diesem Gebiet immer noch explorativ und wissenschaftlich unvollständig. Diese wissenschaftlichen Hypothesen eröffnen vielversprechende Wege, die die wissenschaftliche und mediale Popularisierung manchmal unter dem Begriff „ zweites Gehirn “ vereinfacht .
Der Darm eines erwachsenen Menschen beherbergt auf einer entwickelten Oberfläche von 32 m 2 (entsprechend den Zotten und Mikrovilli ) ca. 1 kg aktive Bakterien . Die Nennung einer Fläche von 260 bis 300 m 2 , die der eines Tennisplatzes entspricht, war lange Zeit vorherrschend, stammte aber aus Messungen an abgestorbenem Gewebe. Da die Kultivierung im Labor schwierig ist, haben es molekularbiologische Techniken in Verbindung mit bioinformatischen Werkzeugen ermöglicht, die Ökologie und Struktur der menschlichen Darmmikrobiota zu beschreiben.
In einem Artikel im American Journal of Clinical Nutrition aus dem Jahr 1972 wurde die Zahl der mikrobiellen Zellen auf das Zehnfache der Zahl der menschlichen Zellen oder auf einhundert Billionen Mikroorganismen (10 14 ) geschätzt . Unter Berücksichtigung einer großen Menge neuer experimenteller Daten schätzen israelische Forscher stattdessen, dass die Gesamtzahl der Bakterien, die von dem "Referenzindividuum" (einem Menschen im Alter von 20 bis 30 Jahren mit einem Gewicht von 70 kg und einer Größe von 1,70 m ) beherbergt werden , 3,9 × 10 13 , ungefähr gleich der Zahl der menschlichen Zellen, mit einer Fehlerquote von 25 %.
Darüber hinaus ist die Anzahl der Gene in der Mikrobiota der Metagenom , ist mindestens 150 mal größer als die des menschlichen Genoms, 22.000 für die letztere gegen 3,3 Millionen für die erste Zählung auf der veröffentlichten Darm- microbiome . Im gesamten Verdauungstrakt gibt es einen Gradienten in der Konzentration von Bakterien. Die maximale Dichte wird in unserem distalen Dickdarm mit 10 11 Bakterien pro Gramm Inhalt erreicht.
Der Darm profitiert vom Immunschutz, während eine Entzündungsreaktion vermieden wird, während die Darmschleimhaut ständig zwei allogenen Einheiten ausgesetzt ist , der Nahrung und der Mikrobiota. Aus diesem Grund wird es von Forschern als zentrales Paradigma des Konzepts des immunprivilegierten Organs angesehen .
Nahrung beeinflusst die Mikrobiota stark. Bei unseren Jäger-Sammler- Vorfahren - zumindest in Umgebungen mit ausgeprägten Jahreszeiten - musste sich die Mikrobiota des Verdauungstrakts (und vielleicht der Haut) saisonal mit Bakterienprofilen entwickeln, die sich an die Trocken- und Regenzeiten anpassen, dann hat die Expansion der Landwirtschaft sie wahrscheinlich stabilisiert probably .
Diese Hypothese wurde kürzlich im Jahr 2017 bestätigt, indem 188 Mikrobiota Hadza unter den Tausend untersucht wurden oder sogar in der Nähe des Eyasi-Sees im Rift Valley in Tansania leben . Diese Bevölkerung hat immer noch eine sehr traditionelle Jäger-Sammler-Lebensweise und vermeidet fast die Landwirtschaft, um hauptsächlich vom Jagen und Sammeln zu leben. Im Jahr 2014 fanden Anthropologen heraus, dass viele Hadza eine viel vielfältigere Darmbakterienpopulation beheimateten als moderne Westler (und die Studie zeigte nebenbei, dass die Hadza nicht an Dickdarmkrebs , Kolitis oder der Krankheit leiden. von Crohn ). Die Darmbakterien der Hadza schienen sich auch darauf zu spezialisieren, ihre ballaststoffreiche Ernährung zu reduzieren. Die Ernährung der Hadza variiert stark je nach Jahreszeit: In der Regenzeit dominieren Beeren und Honig , während in der Trockenzeit Fleisch die Speisekarten dominiert (insbesondere Warzenschwein , Antilope und Giraffe ), aber bestimmte Knollen oder Früchte (die eine der Baobab zum Beispiel) werden das ganze Jahr verbraucht. RNA-Analysen ihrer Darmmikrobiota haben gezeigt, dass ihre Artenvielfalt in der Trockenzeit (im Vergleich zur Regenzeit) stark zunimmt, wobei Bakterien der Gattung Bacteroides dann besonders reichlich vorhanden sind. Dies ist die erste Studie, die einen saisonalen Zyklus im menschlichen Mikrobiom belegt. Die von diesen Bakterien biosynthetisierten Enzyme (die pflanzliche Kohlenhydrate verdaulich machen) sind in der Trockenzeit reichlicher vorhanden, was kontraintuitiv erscheint, da die Hadza dann mehr Fleisch und weniger Pflanzen essen.
Das Studienprotokoll sah keine Auflistung der von jedem Kotprobenspender spezifisch aufgenommenen Lebensmittel vor, wodurch es nicht möglich ist, andere mögliche Zusammenhänge zwischen der Ernährung und der Mikrobiota zu spezifizieren. Aber es deutet darauf hin, dass unsere menschlichen Vorfahren eine sich saisonal entwickelnde Mikrobiota hatten (wie die anderer Tiere). Der menschliche Darm könnte einen "Biorhythmus" haben, der mit der Evolution seiner natürlichen Nahrungsressourcen synchronisiert ist, und in Gebieten, die heute sehr landwirtschaftlich oder industrialisiert sind, könnte diese Mikrobiota möglicherweise nicht mit dem Zyklus der Jahreszeiten synchron sein. aber es wäre zu bestätigen) durch die Beeinflussung unserer Darmgesundheit.
Die Hadza besitzen kein spezifisches „Ur-Mikrobiom“, sondern die Vielfalt der Bakterien, die sie beherbergen, ist einfach größer und variiert je nach Jahreszeit.
Die Autoren stellen fest, dass es immer schwieriger wird, diese Art von Studie durchzuführen, da jedes Jahr weniger Jäger und Sammler sind und ihre Lebensweise verlassen, um sich in benachbarte Dörfer oder städtische Gemeinschaften zu integrieren. Darüber hinaus NGOs und Regierungsstellen verteilen Nahrungsmittelhilfe an ihnen, hauptsächlich bestehend aus Weizen und Mais Mehl, die mit den Jahreszeiten ändert sich nicht. Ein besseres Verständnis ihrer Gesundheit, Biologie und ihres Ernährungszustands könnte dazu beitragen, die Relevanz der Nahrungsmittelhilfe zu erhöhen, argumentieren die Autoren.
Eine andere Studie, die Metagenomik , bestätigt 2018 eine Studie aus dem Jahr 2016, wonach die Umwelt eine wichtige Rolle bei der Strukturierung der Mikrobiota spielt und diese Rolle (im Vergleich zur genetischen Abstammung des Wirts) als Determinante für die Bildung von weitgehend überwiegt die menschliche Darmmikrobiota. Diese Arbeit zeigt auch, dass mehrere menschliche Phänotypen ebenso stark mit ihrem Darmmikrobiom wie mit der Wirtsgenetik verbunden sind. Diese Studie basiert auf genotypischen und mikrobiomatischen Daten von 1.046 gesunden Probanden mit unterschiedlichen Vorfahren. Song und seine Kollegen hatten bereits 2013 gezeigt, dass Menschen aus einer unter einem Dach zusammenlebenden Familie einen Teil ihrer Darmmikrobiota teilen, auch mit ihrem Hund. Die Studie von 2018 bestätigt, dass dies auch für genetisch nicht verwandte Menschen gilt.
Ernährung, aber auch Medikamente ( insbesondere Antibiotika ) spielen eine wichtige Rolle bei der Erklärung der Unterschiede in der Mikrobiota, die zwischen Menschen beobachtet werden, die sich nahe stehen und in derselben Umgebung leben.
Die Kenntnis des Mikrobioms einer Person verbessert die Vorhersagegenauigkeit für viele menschliche Merkmale, darunter den Blutzuckerspiegel (moduliert durch die Mikrobiota) und das Risiko von Fettleibigkeit ; viel besser als Modelle, die ausschließlich auf genetischen Daten und der Wirtsumgebung basieren.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass es möglich sein muss, die Mikrobiota in verschiedenen genetischen Kontexten zu manipulieren, um die Gesundheit zu verbessern.
Die Darmmikrobiota besteht aus einer sehr großen Mehrheit von anaeroben Bakterien . Der Anteil an Archaeen und Pilzen ist geringer. Die Diversität der in der Mikrobiota vorhandenen Viren ist sehr hoch (mehr als 140.000 Bakteriophagen, die in einer metagenomischen Studie im Jahr 2021 identifiziert wurden ), aber sie muss noch erforscht werden und ist im Vergleich zur Diversität im Boden (mit etwa zwanzig verschiedenen Bakteriengruppen) gering, die legt nahe, dass die Darmmikrobiota nach biologischen (Geschlecht, Alter) und kulturellen (Lebensstil, Hygiene, Ernährung) Faktoren aus dem Medium "sortiert" wurde.
95 % der Mikrobiota werden durch vier Bakterienstämme repräsentiert, die wissen, dass es mehr als 60 gibt:
Die meisten der oben genannten Bakteriengattungen ( Bacteroides , Prevotella , Alistipes , Akkermansia , Oscillibacter , Clostridium , Faecalibacterium , Eubacterium , Ruminococcus , Roseburia und Bifidobacterium ) sind Teil der überwiegenden Mikrobiota. Gattungen wie Escherichia und Lactobacillus kommen in kleineren Mengen vor. Auch andere seltene Bakteriengruppen wie Fusobacterium , Lentisphaerae , Spirochaetes und TM7 wurden nachgewiesen.
Die Gattungen von Pilzen zur Zeit aus dem Darm bekannt Mikrobiota sind Candida , Saccharomyces , Aspergillus und Penicillium .
Bei Archaeen wurde nur eine Gattung zuerst beobachtet : Methanobrevibacter und insbesondere die Spezies Methanobrevibacter smithii , die an der intestinalen Methanogenese beteiligt sind . Dann Molekularbiologie ( z.B. Verwendung der mcrA Cistron , als eine molekulare Marker der Methanogenese und des Gens , das für 16S - rRNA ) zeigte , dass die Vielfalt der Archaea unterschätzt worden ist : vor 2009, erst im Darm von 63 Menschen (Neugeborenen, Erwachsener und ältere Menschen) wurden neue Phylotypen entdeckt, die in keiner der fünf bereits beschriebenen methanogenen Ordnungen auftraten . Sie könnten Methanogene und / oder Methanotrophe sein , möglicherweise mit Thermoplasmatales verbunden oder mit noch unbekannten Mitgliedern dieser zusammenlebend. Diese neuen Phylotypen waren umso präsenter, je älter der Wirt war, was Fragen nach ihrer Herkunft und ihrer Rolle in der menschlichen Darmmikrobiota aufwirft. Mikrobiologische Daten und Methanmessungen in der Ausatemluft legen nahe, dass der menschliche Darm nicht vor dem Alter von 2-3 Jahren von Methanogenen besiedelt wird (nach Bond et al. 1971, nach Rutili et al. 1996 oder nur vorübergehend ab dem ersten Lebensjahr nach Palmer et al., 2007).
Forscher stellen sich die Darmmikrobiota als ein eigenes Organ vor; „Als Stoffwechselorgan, das hervorragend an unsere Physiologie angepasst ist und Funktionen unterstützt, die wir nicht selbst entwickeln mussten. Zu diesen Funktionen gehört die Fähigkeit, ansonsten unverdauliche Elemente in unserer Ernährung, wie beispielsweise pflanzliche Polysaccharide, zu verarbeiten. " .
Gesunde Mägen und Speiseröhre sind aufgrund ihres sauren pH-Wertes relativ "steril". Das Duodenum und Jejunum bestehen im Wesentlichen aus fakultativ aerob-anaeroben Bakterien (10 4 bis 10 5 /ml, insbesondere Streptokokken). Das Ileum enthält überwiegend Anaerobier (10 5 bis 10 8 / ml). Im Dickdarm dominieren strenge Anaerobier (10 9 bis 10 11 / Gramm Stuhl). Die Fäkalien enthalten 10 10 bis 10 11 lebende und tote Bakterien / Gramm Stuhl.
Die menschliche Darmmikrobiota besteht aus Mikroorganismen . Die Häufigkeit dieser Arten unterscheidet sich von Individuum zu Individuum, aber ihre Zusammensetzung scheint bei gesunden Erwachsenen relativ stabil zu bleiben. Eine Studie aus dem Jahr 2014 identifizierte somit 160 Bakterienarten pro Individuum unter den tausend mikrobiellen Arten, die in verschiedenen menschlichen Kohorten identifiziert werden konnten . Das National Institute for Agricultural Research hat 238 Genome von Darmbakterien rekonstruiert.
Vor 2014 waren 75 % der bakteriellen Genome des Darms noch unbekannt. Dies vermittelt eine bessere Vorstellung vom genetischen Reichtum des bakteriellen Ökosystems des menschlichen Darms: ein Metagenom von mehr als drei Millionen Genen, also 120-mal mehr als das menschliche Genom . Statistische Analysen dieser Darmgemeinschaften werden fortan genauer. Anfang 2019 ergab eine metagenomische Analyse 2.000 bisher unbekannte Arten von Darmbakterien.
Die Metagenomik hob Marker für die Zusammensetzung und Diversität des Mikrobioms hervor
Jeder Mensch hat seine eigene Mikrobiota, aber Forscher haben die Existenz von hundert Bakterienarten nachgewiesen, die alle gemeinsam haben, die den phylogenetischen Kern der menschlichen Darmmikrobiota bilden. Diese machen in Masse mehr als ein Drittel der Darmmikrobiota aus.
Die Mikrobiota vereint mehrere für ihren menschlichen Wirt essentielle Funktionen, die auch alle gesunden Individuen teilen.
Die mikrobiellen Arten der Mikrobiota scheinen nicht zufällig zu assoziieren; es würde eine begrenzte Anzahl möglicher Gemeinschaften geben, die als " Enterotypen " bekannt sind. Bis heute wurden drei Arten von Mikrobiota-Gemeinschaften beschrieben, von denen eine von der Gattung Bacteroides dominiert wird , die andere von Prevotella und schließlich die letzte, komplexere und vielfältigere, von den mikrobiellen Gattungen dominiert wird, die zur Ordnung der Clostridiales wie Ruminococcus gehören . Diese drei Haupt-Enterotypen würden nicht durch Geschlecht, Alter oder geografische Herkunft beeinflusst.
Mehrere andere Studien, die an Patientenkohorten durchgeführt wurden , konnten ebenfalls Enterotypen nachweisen, aber die Existenz von Enterotypen wird immer noch diskutiert.
Darüber hinaus wurde berichtet, dass Enterotypen mit einer bestimmten Ernährung in Verbindung gebracht werden könnten. Tatsächlich sind von Bacteroides dominierte Enterotypen mit einer Ernährung verbunden, die reich an tierischen Fetten und / oder Proteinen ist. Die von Prevotella dominierten Diäten entsprechen einer kohlenhydratreichen Ernährung.
Eine andere Studie zeigte, dass es bei Schimpansen menschenähnliche Enterotypen gibt, was darauf hindeutet, dass die Enterotypen das Ergebnis einer Koevolution zwischen dem Wirt und seiner Mikrobiota sind.
Bei gesunden Erwachsenen bleiben die Hauptbestandteile der Mikrobiota stabil. Bei Babys hingegen verändert sich die Mikrobiota in den ersten drei Lebensjahren sehr schnell, bevor sie reif wird, also mit der von Erwachsenen identisch ist. Die Zusammensetzung seiner Mikrobiota variiert daher je nach Geburtsmodus , vaginal oder per Kaiserschnitt, dann je nach postnatalem Milieu: Antibiotikatherapie, Fütterung mit Kuhmilch oder Brust, etc.
Quantitativ gesehen baut das Neugeborene schnell eine Mikrobiota auf, die so komplex ist wie die von Erwachsenen, insbesondere während der diätetischen Diversifizierung während der Entwöhnung . Diese Mikrobiota erreicht nach zwei bis drei Jahren ein funktionelles Gleichgewicht.
Die Zusammensetzung der Ernährung von Kindern und Jugendlichen beeinflusst stark die der Mikrobiota. So weist die fäkale Mikrobiota von ländlichen afrikanischen Kindern mit einer ballaststoff- und pflanzlichen Ernährung weniger Firmicutes und eine höhere Rate an Bacteroidetes (insbesondere Prevotella und Xylanibacter ) auf, während italienische Kinder mit einer eher süßen und fleischigen Ernährung eine an Enterobacteriaceae reichere Mikrobiota haben (vor allem Escherichia ). Die Mikrobiota scheint sich in beiden Fällen an die Ernährung des Wirts angepasst zu haben.
Sobald die Nahrung diversifiziert ist, überwiegen die zu den Stämmen Bacteroidetes und Firmicutes gehörenden Arten die Ausgangsbakterienpopulationen.
Schließlich ermöglicht das Darm-Ökosystem bei älteren Menschen mehr Aerobic. Dadurch kommt es zu einem höheren Anteil an Proteobakterien , darunter die Spezies Escherichia coli . Gleichzeitig nimmt die Population der Bifidobakterien ab und ihre Diversität wird schwächer. Veränderungen in der Zusammensetzung der Mikrobiota können auf eine teilweise Veränderung des Darmtrakts zurückzuführen sein und bei älteren Menschen zu einer Mangelernährung führen.
Ganz allgemein sind es kulturelle Praktiken, Lebensstile und Ernährungsmuster auf lokaler oder sogar globaler Ebene, die bei der Interaktion zwischen Mikrobiota und Gesundheit eine Rolle spielen.
Auswirkungen des TrainingsKürzlich wurde ein Zusammenhang zwischen Darmmikrobiota und körperlicher Bewegung nachgewiesen. Die Wechselwirkungen zwischen der Darmmikrobiota und der körperlichen Leistungsfähigkeit hängen insbesondere von der Trainingsintensität und dem Trainingsniveau ab.
Einige Autoren schlagen vor , das Mikrobiota als Einheit oder als angesichts metabolischen Organ im Zusammenhang mit dem Organismus ihres Trägers; ein Organ, das aus einer Reihe von Organismen besteht, die 10 13 Individuen erreichen können, dominiert von anaeroben Bakterien, und das 500 bis etwa 1000 Arten umfassen kann, deren kollektives Genom schätzungsweise 100-mal mehr Gene enthält als das menschliche Genom. In der wissenschaftlichen Literatur gibt es drei Haupt-"Funktionen" der menschlichen Darmmikrobiota:
Die Erforschung des Metagenoms , der Assoziation des menschlichen Genoms des Wirts und des viel reicheren Genoms der Mikrobiota, ermöglicht es regelmäßig, in dieser Darmpopulation von Mikroorganismen, die im Wesentlichen aus Bakterien bestehen, Mikroben zu entdecken, die eine wichtige Rolle spielen. Dies ist der Fall mit dem Bakterium Akkermansia muciniphila : Dank der Wirkung der Hydrolyse von Muzin in der Darmschleimhaut verhindert es Schleim ansammelt, moduliert intestinale Permeabilität und hat Auswirkungen auf die Entzündung an der Ebene der . Darmschleimhaut des Verdauungstraktes, sondern auch auf Leber- und Blutspiegel.
Das Immunsystem ist dafür verantwortlich, das Vorhandensein von fremden oder lokalen Molekülen zu erkennen und darauf zu reagieren . Es scheint, dass einige seiner Funktionen mit der Beziehung des menschlichen Wirts zu seiner Mikrobiota verbunden sind. Einige symbiotische Bakterienarten haben gezeigt, dass sie die Entwicklung entzündlicher Erkrankungen verhindern können . Die Mikrobiota enthält auch Mikroorganismen , die unter bestimmten Bedingungen Entzündungen auslösen können. Die Mikrobiota hat daher die Möglichkeit, pro- und entzündungshemmende Reaktionen zu kontrollieren. Die Zusammensetzung der Darmmikrobiota könnte mit ihrer ordnungsgemäßen Funktion in Verbindung gebracht werden.
Chronisch entzündliche DarmerkrankungDie Rolle der menschlichen Darmmikrobiota bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen muss noch erforscht werden. Bestimmte bakterielle Komponenten scheinen jedoch mit Morbus Crohn in Verbindung gebracht zu werden . Tatsächlich waren die Bakteriengruppen, die Teil von Clostridiales wie Faecalibacterium sind, bei Patienten, die von dieser Krankheit betroffen waren, erschöpft. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Spezies Faecalibacterium prauznitzii ein Marker für chronische Rezidive bei Morbus Crohn sein könnte und durch ihre entzündungshemmenden Eigenschaften eine schützende Rolle spielen könnte.
Die Darmmikrobiota ist das Äquivalent eines zusätzlichen Organs, das eine Gesamtstoffwechselaktivität hat, die der eines Organs wie der Leber entspricht. Ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Wechselwirkungen zwischen dem Mikrobiota und seinem Wirt sollte daher macht es möglich , die zur Verbesserung der Diagnose , Prognose und Behandlung von Stoffwechselerkrankungen ( probiotische , präbiotische , Mikrobiota Transplantation , usw. ).
FettleibigkeitDer Anstieg der Firmicutes und der Rückgang der Bacteroidetes würden von einer Fähigkeit der Mikrobiota begleitet, die durch die Nahrung bereitgestellte Energie leichter zu speichern . Dies würde einen Risikofaktor für Fettleibigkeit darstellen . Diese Ergebnisse sind jedoch nach wie vor umstritten und wurden nicht durch andere Studien repliziert. Tatsächlich wird die Mikrobiota selbst weitgehend vom Immunsystem kontrolliert. Aus praktischer Sicht können wir Probiotika hervorheben , die die Gewichtszunahme fördern, und andere, die den gegenteiligen Effekt haben . Eine weitere Studie ermöglichte zudem, Stoffwechselparameter mit dem Genreichtum der Darmmikrobiota zu korrelieren. Dieser Reichtum an Genen kann modelliert werden, indem nur etwa zehn mikrobielle Arten verfolgt werden. Andererseits wird dieser Genreichtum in der Mikrobiota mit einer Gewichtsabnahme bei einer kalorienarmen Ernährung in Verbindung gebracht . Tatsächlich sind es genetisch reichere Personen, die auch nach einer Stabilisierungsphase an Gewicht verloren haben.
DiabetesDie Darmmikrobiota ist ein Schlüsselfaktor für die Insulinresistenz . Darüber hinaus ist es Forschern gelungen, Patienten mit Typ-2-Diabetes nach ihrer Darmmikrobiota zu klassifizieren . Bei diesen Patienten wurde eine signifikante Abnahme der Butyrat produzierenden Bakterien und eine Zunahme opportunistischer Bakterien beobachtet, die einen chronischen Entzündungszustand verursachen. Es wird angenommen, dass etwa 60.000 Gene aus der Darmmikrobiota mit dem Diabetes-Status des Patienten (Typ 2) in Zusammenhang stehen.
Eine Studie an adipösen Patienten mit einerseits Typ-2-Diabetes und andererseits nach bariatrischer Operation hat gezeigt, dass sich ihre Mikrobiota an ihre Stoffwechsel- und Entzündungsparameter anpasst.
VerdauungsDie Verdauung komplexer Zucker erfolgt im Dickdarm unter der Einwirkung verschiedenster Enzyme. Die Mikrobiota ist für die Verdauung vieler Lebensmittel im Darm oder Dickdarm unerlässlich. Tatsächlich werden bis zu 10.000 Verdauungsenzyme ( Glykosid-Hydrolasen (GH) und Polysaccharid-Lyasen (PL) nur von Bakterien produziert (während das menschliche Genom nur 17 Gene für die Verdauung von Laktose, Saccharose und Stärke kodiert). Der Mensch erholt sich jedoch nur ca. 10 % der Kalorien aus bakteriellem Abbau Bei chronischer bakterieller Besiedelung des Dünndarms (SIBO) kann eine Veränderung der Mikrobiota beobachtet werden , nachweisbar durch Analyse von ausgeatmeten Gasen , die bei vielen funktionellen Magen-Darm-Erkrankungen eine Rolle spielen kann .
MagenchirurgieDer Magenbypass ist eines der effektivsten Verfahren zur Behandlung von krankhaftem Übergewicht. Es ermöglicht neben der Gewichtsabnahme auch Veränderungen der Entzündungsparameter. Es wurde beobachtet, dass sich die Mikrobiota an diese neuen Verdauungsbedingungen anpasst. einige Bakteriengruppen, wie Feacalibacterium , werden mit Entzündungsparametern in Verbindung gebracht, während andere wie Bacteroides mit der Nahrungsaufnahme in Verbindung gebracht werden. In derselben Kohorte wurde mit einem auf die 16S-RNA- Gene gerichteten metagenomischen Ansatz beobachtet, dass die bakterielle Diversität nach einem Magenbypass zunahm und dass die Zusammensetzung der Mikrobiota nach dem Bypass mit der Aktivität des Fettgewebes korrelierte.
Die Funktion des menschlichen Gehirns wird nicht nur in einem sehr frühen Stadium durch die Darmmikrobiota beeinflusst, sondern auch durch ihre Entwicklung.
Autismus30 bis 50 % der Menschen mit Autismus leiden an chronischen Magen-Darm-Problemen wie Bauchschmerzen, Durchfall und Verstopfung. Die Ursache ist ein Ungleichgewicht zwischen "guten" und "schlechten" Bakterien im Darm und das Fehlen bestimmter nützlicher Stämme wie Bifidobakterien und Prevotella .
Diese Veränderung der Darmmikrobiota kann Reizbarkeit verursachen und die Aufmerksamkeitsspanne, die Lernfähigkeit und das Verhalten von Menschen mit Autismus (ASS) negativ beeinflussen .
Im Jahr 2019 schlug eine in Scientific Reports veröffentlichte Studie langfristige positive Auswirkungen der Mikrobiota-Transfertherapie (MTT) bei Kindern mit Autismus vor.
Die Forscher führten bei 18 Kindern im Alter von 7 bis 17 Jahren mit Magen-Darm-Problemen personalisierte Stuhltransplantationen der Darmflora durch, um die Bakterienvielfalt im Verdauungstrakt wiederherzustellen.
Zwei Jahre nach der Behandlung beobachten Forscher in Bezug auf Verhaltensstörungen im Zusammenhang mit ASS, dass:
Die Eltern berichteten auch über eine langsame, aber stetige Abnahme der Symptome von ASS während der Behandlung. Die Behandlung erhöhte die mikrobielle Vielfalt im Darm der Probanden erheblich und war zwei Jahre nach der Stuhltransplantation sogar noch höher und die essentiellen Bakterien Bifidobakterien und Prevotella waren noch vorhanden.
Aufgrund der geringen Stichprobengröße ist weitere Forschung erforderlich, um den therapeutischen Nutzen der Mikrobiota- Transfertherapie zu überprüfen . Das Forschungsteam plant, diese 18 Kinder weiterhin zu überwachen und in Kürze eine Studie mit Erwachsenen und einer weiteren Placebo-Population durchzuführen.
Die Swiss Medical Review schränkt die Schlussfolgerungen der öffentlichen Presse stark ein und stellt fest, dass "der Kot derzeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft in den Himmel getragen wird" und dass "jeden Monat weitere therapeutische Indikationen für die Stuhltransplantation zur langen Liste hinzugefügt werden". von phantasierten Tugenden“ .
Einige Studien haben versucht, die Mikrobiota von autistischen und nicht-autistischen Menschen zu vergleichen: Veränderungen der Bakterienzusammensetzung können signifikant auftreten, aber dies wurde nicht in allen Studien bestätigt. Darüber hinaus ist es schwierig festzustellen, ob diese Veränderungen eine Ursache oder eine Folge von Autismus sind.
SchizophrenieStudien belegen die mögliche Schlüsselrolle der Darmmikrobiota bei der Pathogenese der Schizophrenie .
Psychischer Zustand, Stress, AngstDie Mikrobiota sondert Vitamine ab und produziert oder baut eine Vielzahl von Molekülen ab, von denen einige für das Gehirn wichtig sind. Sie variiert jedoch von einer Population zur anderen, was die Interpretation bestimmter statistischer oder epidemiologischer Unterschiede erschwert. Immer mehr Studien im Tiermodell, dann am Menschen (aber mit wenigen Patienten) legen nahe, dass es eine wechselseitige Mikrobiom-Gehirn-Verbindung gibt (vielleicht über den Vagusnerv, der das Gehirn direkt verbindet). Gehirn, so dass das Mikrobiom Stimmung oder Stress und Verhalten beeinflussen könnte und vielleicht auch umgekehrt.
So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass axenische Mäuse (ohne Mikrobiota) eine veränderte Stressreaktion zeigten und daher im Vergleich zu herkömmlichen Mäusen (mit Mikrobiota) weniger Angst hatten. Forscher haben gezeigt, dass Ratten ohne Mikrobiota anfälliger für Stress und Angst sind. (Die Arbeiten wurden von der Micalis-Einheit von Jouy-en-Josas durchgeführt .)
Im Jahr 2019 kam eine in Nature Microbiology veröffentlichte Studie über zwei große Gruppen von Europäern zu dem Schluss, dass bestimmte Arten von Darmbakterien im Darm von Menschen mit Depressionen fehlen , ohne noch sagen zu können, ob sie Ursache oder Folge einer Depression sind. Die Autoren glauben, dass einige Darmbakterien Moleküle produzieren könnten, die das Nervensystem und sogar die Stimmung beeinflussen. Fäkale Transplantation Studien insbesondere geplant von der Universität Basel (Schweiz) sollte zeigen , ob es so möglich ist , die Darm microbiome depressiver Menschen wiederherzustellen oder zu modifizieren. In Belgien untersuchten der Mikrobiologe Jeroen Raes von der Katholischen Universität Löwen und sein Team eine Gruppe von 1.054 Personen, die rekrutiert wurden, um ihr Mikrobiom zu untersuchen; in dieser Gruppe waren 173 Personen depressiv oder hatten das Gefühl, eine schlechte Lebensqualität zu haben. Ihr Mikrobiom wurde mit dem anderer Mitglieder der Gruppe verglichen und es schien, dass zwei Arten von Mikroben ( Coprococcus und Dialister ) in den Mikrobiomen depressiver Personen fehlten, während sie noch im Darm von denen vorhanden waren, die behaupteten, 'a . zu haben gute Lebensqualität. Dieser Unterschied blieb auch nach Kontrolle von Alter , Geschlecht und Antidepressiva-Einnahme (drei Faktoren, von denen bekannt ist, dass sie jedes Mikrobiom beeinflussen) bestehen. Diese Studie zeigte auch, dass das Mikrobiom depressiver Menschen mehr Bakterien enthielt, die an Morbus Crohn beteiligt sind , was auf ein damit verbundenes Entzündungsphänomen (mögliche Ursache oder Folge) hindeutet. Die Autoren dieser Studie untersuchten auch die Ergebnisse eines anderen Panels von 1064 Niederländern, deren Mikrobiom Proben entnommen worden waren; in dieser Gruppe fehlten dieselben zwei Spezies bei den depressiven Patienten und insbesondere bei sieben Patienten, bei denen eine schwere klinische Depression diagnostiziert wurde. Eine Ursache-Wirkungs-Beziehung ist noch nicht sicher und es sind weitere Studien erforderlich, um sie zu beweisen und zu verstehen, wenn überhaupt, aber die Beweise deuten auf eine Beziehung hin, die die Stimmung mit Darmmikroben verbindet.
Seit den 2010er Jahren untersuchen Ärzte und Unternehmen bestimmte Probiotika (meist oral eingenommen) zur Behandlung von Depressionen, schlossen jedoch die in dieser Studie identifizierten fehlenden Darmmikroben nicht ein. André Schmidt ( Neurowissenschaftler an der Universität Basel ) ist verantwortlich für eine klinische Studie zur Stuhltransplantation bei 40 depressiven Menschen und am Karolinska-Institut ( Stockholm ) schlägt der Biologe Sven Pettersson vor, dass Kliniker für psychische Gesundheit die Profilierung des Mikrobioms ihrer Patienten in Betracht ziehen. Raeset al. haben bereits 56 Moleküle aufgelistet, die von Mikroben in unserem Darm produziert oder abgebaut werden und alle für das reibungslose Funktionieren des Nervensystems erforderlich sind. Bakterien der Gattung Coprococcus zum Beispiel scheinen das dopaminerge System zu beeinflussen (Dopamin ist ein essentielles Molekül für die Gehirnfunktion und an Depressionen beteiligt). Aber wir wissen noch nicht, ob wir die Mikrobiota zum Schutz vor Depressionen kontrollieren können und wie. Derselbe Coprococcus sezerniert auch ein entzündungshemmendes ( Butyrat ) und entzündliche Prozesse tragen bekanntlich zu Depressionen bei.
Eine in der Zeitschrift Cell in journal veröffentlichte StudieAugust 2012wurden 91 Schwangere beobachtet, um die Entwicklung der Darmmikrobiota während der Schwangerschaft genauer zu charakterisieren . Es stellt sich heraus, dass sich die Zusammensetzung der Mikrobiota dramatisch verändert. Proben von Fäkalien von 1 st und das 3 - ten Quartal wurden im Vergleich zur Beschreibung einer Entwicklung zu mehr führenden Entzündung und Energieverlust. Während derselben Studie wurden diese Beobachtungen durch Mikrobiota-Transplantation in axenische Mäuse bestätigt , dh Mäuse ohne Mikrobiota.
Antibiotika-Behandlungen beeinflussen die Ökologie der Darmmikrobiota und ihre Beziehung zum menschlichen Wirt. Ciprofloxacin hat eine starke und schnelle Wirkung auf die Darmmikrobiota mit einem Verlust der Bakterienvielfalt und einer Veränderung der Zusammensetzung der Gemeinschaft innerhalb von 3-4 Tagen nach Einnahme des Antibiotikums.
Ein Präbiotikum ist ein unverdaulicher Inhaltsstoff, der gesundheitliche Vorteile hat, indem er selektiv das Wachstum oder die Aktivität eines bestimmten Bakteriums (oder einer kleinen Bakterienpopulation) im Dickdarm stimuliert. Laut WHO/FAO ist ein Probiotikum „ein lebender Mikroorganismus, der, wenn er in ausreichender Menge aufgenommen wird, positive Auswirkungen auf die Gesundheit derjenigen hat, die ihn konsumieren“ .
Die Stuhltransplantation , die auch als Transplantat fäkale mikrobieller ist die Mikrobioten eines gesunden Menschen zu verwenden, die als Donator wirkt Stuhl , wie die Behandlung eines Patienten , deren Darmflora gestört wird. Diese Technik wird derzeit hauptsächlich zur Behandlung rezidivierender Clostridium-difficile- Infektionen eingesetzt , wird aber auch für die Behandlung anderer Erkrankungen in Betracht gezogen.
Dank der Fortschritte bei der Kultivierung (aber wir wissen immer noch nicht, wie man viele Mikroben kultiviert, insbesondere im Darm), dank der Zusammenarbeit zwischen Forschungsteams ( Human Microbiome Project Consortium , dank mikroskopischer Beobachtungen und der Fortschritte bei der genetischen Sequenzierung und der Metagenomikom Die Wissenschaft schreitet bei der Konstitution des Bakterienkatalogs der menschlichen Darmmikrobiota voran, allerdings ist diese Bestandsaufnahme im Jahr 2019 noch sehr unvollständig. Es wird auch bestätigt, dass die Darmmikrobiota bei Frauen (und damit bei Neugeborenen) teilweise mit der der Blase verbunden ist und Vagina .
Eines der Mittel zur Untersuchung seiner Eigenschaften und Funktion sowie der Wechselwirkungen mit der Physiologie und dem Stoffwechsel des Wirts besteht darin, den Verdauungstrakt von Ratten oder Mäusen (d. h . ohne Exposition gegenüber lebenden Mikroben geboren und aufgewachsen) auf kontrollierte Weise zu besiedeln . Diese Tiere werden kolonisiert durch ausgewählte mikrobielle Flora von einer oder mehreren Arten oder ganze Gemeinden von normalen oder erkrankten Murines oder Menschen. Forscher können dann die Übertragbarkeit vermuteter physiologischer und / oder pathologischer Phänotypen untersuchen und die Rolle der Mikrobiota für einen oder mehrere bestimmte Phänotypen testen. So konnte kürzlich gezeigt werden, dass die Darmmikrobiota bei den so getesteten Mäusen die Knochenmasse, die Einlagerung von Körperfett, die intestinale Angiogenese und die richtige Entwicklung der Immunantwort kontrolliert bzw. reguliert .
Auch bei axenischen Mäusen konnte gezeigt werden, dass die Darmflora eine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel zu spielen scheint, mit möglichen Zusammenhängen mit zumindest einigen Formen der Fettleibigkeit .
Die Mikrobiota ist sogar in der Lage, die Expression bestimmter Gene im Wirt zu regulieren, was auf fortgeschrittene symbiotische Beziehungen hindeuten könnte.
Durch die Produktion von Neurotransmitter-ähnlichen Substanzen könnten Bakterien im menschlichen Darm über das Herz-Kreislauf- und Nervensystem mit dem Gehirn kommunizieren. Dieser Befund öffnet die Tür für neue Forschungen über die Darmmikrobiota als ein Organ, das das Verhalten beeinflusst.
Die Metagenomik ist die Sequenzierung und Analyse der DNA von Mikroorganismen in Proben verschiedener Umgebungen (Ozean, Land, Luft, menschlicher Körper ...) ohne dass die Kultivierung dieser Mikroorganismen erforderlich ist. Diese Technik stellte einen großen Fortschritt im Verständnis der menschlichen Darmmikrobiota dar, einer Umgebung, in der heute 75 % der Bakterien im Labor nicht als kultivierbar gelten . Das11. April 2008das europäische Projekt MetaHIT wird gestartet. Koordiniert von INRA , zielt sie auf das Genom aller zu studieren die Bakterien , die menschliche Darmflora um enden Funktionen und ihre Auswirkungen auf die Charakterisierung Gesundheit .
Die ersten Ergebnisse von MetaHIT:
"Alle Krankheiten beginnen im Darm.."
- Zitat Hippokrates zugeschrieben .
Seit Anfang der 2000er Jahre besteht ein medizinischer Konsens über die Bedeutung der Mikrobiota für die Gesundheit. Daten von Versuchstieren und Menschen legen nahe, dass eine normale Darmmikrobiota den Stoffwechsel ihres Wirts verbessert, indem sie die Energieeffizienz und die Qualität der Verdauung erhöht . Die Mikrobiota greift auch ein, indem sie bestimmte Verbindungen des Wirts und bestimmte Stoffwechselwege modifiziert und die Immunität verbessert.
Ein Ungleichgewicht der Darmmikrobiota kann Pathologien wie Fettleibigkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und bestimmte metabolische Syndrome (insbesondere Typ-2-Diabetes) insbesondere über die Produktion von Inflammasomen induzieren oder die Entwicklung zulassen .
Ein Ungleichgewicht in der Mikrobiota kann zu einer drastischen Zunahme bestimmter Bakterienarten wie C. difficile führen , die normalerweise in sehr geringen Mengen in der gesunden Mikrobiota vorkommen. Dieser Zustand verursacht extrem schwächenden Durchfall. Die bisher wirksamste Behandlung ist die Stuhltransplantation, die in diesem speziellen Fall Antibiotika ersetzt .
Die große Komplexität dieser mikrobiellen, viralen und pilzlichen Gemeinschaft führt jedoch dazu, dass Ursachen- und Wirkungszusammenhänge noch immer unzureichend verstanden sind. Neuere Techniken ermöglichen es, durch Atemanalysen auf die Natur der einzelnen Mikrobiota zu schließen. Aktuelle Studien zeigen, dass:
Ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Wechselwirkungen zwischen der Mikrobiota und ihrem Wirt sollte es daher ermöglichen, die Behandlung von Stoffwechselerkrankungen ( Probiotika , Präbiotika , fäkale Bakteriotherapie etc. ) zu verbessern . Dazu könnte die Erforschung des Metagenoms (Assoziation des menschlichen Genoms des Wirts und des viel reicheren Genoms der Mikrobiota) beitragen.
Bakterien im Darm können durch „Verdauen“ bestimmter Medikamente bestimmte medizinische Behandlungen stören. Und da die Mikrobiota von Person zu Person unterschiedlich ist, beeinflusst sie die Wirksamkeit bestimmter Medikamente je nach Patient unterschiedlich. Also, inJuni 2019Ein Artikel in der Zeitschrift Wissenschaft stellt fest , dass zwei Bakterien in unserem Darm - Mikrobiota, Enterococcus faecalis und Eggerthella lenta , degradieren die meisten der Hauptdroge verwendet , um gegen die Parkinson-Krankheit , Levodopa (L-Dopa) , die das Gehirn , um dort zu erreichen muss umgewandelt werden in Dopamin . E faecalis wandelt das Medikament zu früh im Darm statt im Gehirn in Dopamin um; selbst bei Carbidopa (einer Verbindung, von der angenommen wird, dass sie die Transformationsreaktion im Darm hemmt), erreichen bis zu 56 % von L-Dopa das Gehirn nicht, mit unterschiedlichen Variationen je nach Patient. Das Gen und die bakteriellen Enzyme, die für diesen frühen biologischen Abbau des Medikaments verantwortlich sind, wurden 2019 identifiziert. Ein neues Molekül (AFMT), das in vitro tausendmal wirksamer ist als Carbidopa, wurde entwickelt. Darüber hinaus scheint es , dass E. faecalis wandelt das Medikament in Dopamin, und dann Bakterien ( E lenta ) wandelt diese Dopamin meta-Tyramin , die toxischen Wirkungen (starke gastrointestinale Störungen und zu haben scheint kardiale Arrhythmien).