Darmschleimhaut und Darmzotten mit Bakterien

Wie Darmbakterien mit dem Hirn kommunizieren

Von , Medizinredakteurin
Christiane Fux

Christiane Fux studierte in Hamburg Journalismus und Psychologie. Seit 2001 schreibt die erfahrene Medizinredakteurin Magazinartikel, Nachrichten und Sachtexte zu allen denkbaren Gesundheitsthemen. Neben ihrer Arbeit für NetDoktor ist Christiane Fux auch in der Prosa unterwegs. 2012 erschien ihr erster Krimi, außerdem schreibt, entwirft und verlegt sie ihre eigenen Krimispiele.

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Darmmikroben sondern Stoffe ab, die mit dem Blut in den ganzen Körper gelangen – auch ins Gehirn. Jetzt zeigt sich, dass sie dort direkt die Aktivität bestimmter Nervenzellen regulieren – und so unter anderem Appetit und Körpertemperatur beeinflussen.

Der Darm ist das grösste Bakterienreservoir des Körpers. Seit Jahrtausenden leben Mensch und Mikroben in einer Symbiose zum gegenseitigen Vorteil: Die Darmbakterien ernähren sich von Nahrungsbestandteilen, die der Mensch nicht verwerten kann. Von einigen Abbauprodukten, die dabei entstehen, profitiert wiederum der Mensch.

Darmbakterien können weit mehr als bloss verdauen

Seit einigen Jahren wird zunehmend deutlich, dass das Zusammenleben sich nicht nur auf die Verdauung bezieht. Tatsächlich beeinflusst das Darmmikrobiom verschiedenste Körperprozesse wie Immunität, Stoffwechsel und auch Gehirnfunktionen.

Eine Schlüsselrolle spielen dabei offenbar die sogenannten Muropeptide. Dabei handelt es sich um Bausteine von Peptidoglykan, aus dem die Zellwand der meisten Bakterien besteht. Diese Schutzhülle ist dauernden Umbauprozessen unterworfen. Dabei lösen sich Fragmente ab. Manche Muropeptide sind löslich und haben Signalfunktion. Über den Blutstrom gelangen die Eiweisspartikel in den gesamten Körper – und auch ins Gehirn.

Nervenzellen reagieren direkt auf Signale aus dem Darm

Wissenschaftler des Institut Pasteur in Paris haben nun erstmals zeigen können, dass einige Neuronen direkt auf die Signale der bakteriellen Muropeptide reagieren. Bisher hatte man angenommen, dass diese Kommunikation im Wesentlichen über die Immunzellen erfolgt.

Insbesondere die Nervenzellen im Hypothalamus sind mit entsprechenden Andockstellen bestückt, sogenannten NOD2-Rezeptoren. Das fanden die Forschenden mithilfe bildgebender Verfahren in Tests mit Mäusen heraus. Kommen die NOD2-Rezeptoren mit den Signalstoffen aus dem Darm in Kontakt, reduzieren sie ihre elektrische Aktivität. Dadurch fährt unter anderem der Stoffwechsel herunter und der Appetit verringert sich.

Muropeptide zeigen, wie stark sich Darmbakterien vermehren

"Muropeptide im Darm, im Blut und im Gehirn gelten als Marker für die bakterielle Vermehrung", erklärt Ivo G. Boneca, Leiter der Abteilung Biologie und Genetik der bakteriellen Zellwand.

Die Neuronen scheinen über die Muropeptide Vermehrung und Absterben von Darmbakterien registrieren zu können. An diesen Prozessen lässt sich wiederum ablesen, wie sich die Nahrungsaufnahme auf das Ökosystem des Darms auswirkt.

Übergewicht und Diabetes

Bei Tieren, deren NOD2-Rezeptoren ausgeschaltet wurden, wurden diese Neuronen nicht mehr von den Muropeptiden unterdrückt. Daraufhin verlor ihr Gehirn die Kontrolle über Nahrungsaufnahme und Körpertemperatur. Die Mäuse nahmen an Gewicht zu und waren anfälliger für die Entwicklung von Typ-2-Diabetes, insbesondere ältere Weibchen.

"Die Entdeckung, dass bakterielle Fragmente direkt auf ein so strategisches Gehirnzentrum wie den Hypothalamus einwirken, ist aussergewöhnlich", kommentiert Pierre-Marie Lledo, Leiter der Abteilung Wahrnehmung und Gedächtnis. Denn der Hypothalamus ist ein Hirnareal, das lebenswichtige Funktionen wie Körpertemperatur, Blutdruck, Fortpflanzung, Hunger und Durst steuert.

Falsche Ernährung stört die Darmbalance

"Ein übermässiger Verzehr eines bestimmten Lebensmittels kann das unverhältnismässige Wachstum bestimmter Bakterien oder Krankheitserreger anregen und so das Gleichgewicht des Darms gefährden", erklärt Gérard Eberl, Leiter der Abteilung Mikroumgebung und Immunität.

Der gefundene direkte Kommunikationsweg vom Darm ins Gehirn könnte vielfältige weitere Zusammenhänge erklären, auf die die Forschung in den letzten Jahren gestossen ist.

Varianten des Gens, das den Bauplan für den NOD2-Rezeptor liefert, wurden bereits mit Verdauungsstörungen wie Morbus Crohn, aber auch mit neurologischen Erkrankungen und Gemütsstörungen in Zusammenhang gebracht. Und Studien haben Hinweise darauf geliefert, dass das Darmmikrobiom auch die Stimmung beeinflussen kann.

Türöffner für neue Therapien?

Die neuen Erkenntnisse könnten in der Zukunft praktischen Nutzen haben. So schreiben die Forschenden: „Diese Entdeckung ebnet den Weg für neue therapeutische Ansätze zur Behandlung von Hirnerkrankungen sowie Stoffwechselstörungen wie Diabetes und Fettleibigkeit.“

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Christiane Fux studierte in Hamburg Journalismus und Psychologie. Seit 2001 schreibt die erfahrene Medizinredakteurin Magazinartikel, Nachrichten und Sachtexte zu allen denkbaren Gesundheitsthemen. Neben ihrer Arbeit für NetDoktor ist Christiane Fux auch in der Prosa unterwegs. 2012 erschien ihr erster Krimi, außerdem schreibt, entwirft und verlegt sie ihre eigenen Krimispiele.

Quellen:
  • Ilana Gabanyi et al.: Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature. Science, 15 Apr. 2022, Vol 376, Issue 6590, DOI: 10.1126/science.abj398
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