Mikrobiologie : Immun-Coaching aus dem Darm

Andreas Diefenbach, Mikrobiologe und Immunologe an der Charité, erforscht die Rolle des Mikrobioms für das Immunsystem.

Catarina Pietschmann
Zwischen Zotten und Krypten: Bei der Langen Nacht der Wissenschaften lädt ein begehbares Darm-Modell ins Innere des Organs ein.
Zwischen Zotten und Krypten: Bei der Langen Nacht der Wissenschaften lädt ein begehbares Darm-Modell ins Innere des Organs ein.Foto: Sabrina Wendling

Nach dem Humangenom rückt das Mikrobiom des Menschen immer mehr in den Fokus der Forschung. Denn die Gesamtheit aller Mikroben, die den menschlichen Körper besiedeln, spielt bei der Entstehung von Krankheiten offenbar eine weit größere Rolle als bisher angenommen.

Obwohl die Genforschung viel Licht in die Entstehung diverser Leiden – wie etwa der verschiedenen Formen von Krebs – gebracht hat, bleibt die Entwicklung der großen Gruppe von Autoimmunerkrankungen und chronisch-entzündlichen Krankheiten weiter rätselhaft für die Mediziner. Dazu gehören unter anderem Morbus Crohn, Typ-1-Diabetes und rheumatoide Arthritis. „Zwar gibt es Mutationen an immunrelevanten Genen, aber ihr Vorhersagewert, also ob man erkrankt oder nicht, ist nur gering“, sagt Professor Andreas Diefenbach, Mikrobiologe und Immunologe am Campus Benjamin Franklin der Charité – Universitätsmedizin Berlin. Äußere Faktoren wie die mikrobielle Besiedelung spielen wohl bei diesen chronisch-entzündlichen Erkrankungen, bei denen das Immunsystem fatalerweise körpereigenes Gewebe angreift, eine wichtige Rolle zu spielen.

Der überwiegende Teil der menschlichen Mikroben sitzt im Darm. Bis zu Tausend unterschiedliche Bakterienspezies, aber auch Pilze und Viren koexistieren dort. Jeden Tag scheiden wir mit dem Stuhl eine Milliarde (1 000 000 000) bis eine Billion (1 000 000 000 000) von ihnen aus – und zwar pro Gramm! Andreas Diefenbach interessiert, welchen Einfluss die Darmflora auf das Immunsystem nimmt.

Das Mikrobiom baut sich stufenweise auf. Die „Grundausstattung“ erhält ein Kind bereits von der Mutter. Es besteht anfangs nur aus den Mikroben ihres Vaginaltraktes, wird dann aber zunehmend von denen in der Muttermilch dominiert: von Laktobazillen (Milchsäurebakterien) und Hautbakterien, die sich im Darm des Säuglings ansiedeln. An Mäusen konnte Diefenbach mit seinem Team zeigen, dass das Mikrobiom das angeborene Immunsystem buchstäblich trainiert: Keimfrei aufgewachsene Nager, die mit einem Virus in Kontakt kamen, waren ihm schutzlos ausgeliefert und wurden schwer krank. Nicht steril aufgewachsene Tiere steckten die Infektion hingegen locker weg.

„Übertrainierte“ Immunzellen greifen mangels Feind das eigene Gewebe an

Fresszellen (wie Makrophagen und Monozyten), die schon im Embryo existieren, haben anfangs nur eine Art Mülleimerfunktion: Sie vertilgen Zellen, die nicht mehr gebraucht werden. „Wir denken, dass die initiale mikrobielle Besiedelung quasi der Startschuss ist, um aus einer passiv konsumierenden Fresszelle eine kämpferische Abwehrzelle gegen Infektionen zu machen“, sagt der Mediziner. Es muss also Signale aus dem Darm geben, die das Immunsystem in Habachtstellung versetzen. Und in der Tat: Mikroben führen zur Produktion von Botenstoffen, sogenannten Zytokinen, vor allem von Typ-1-Interferonen, die friedliche „Esser“ zu Kämpfern umprogrammieren.

Gibt es einen Zusammenhang zwischen der individuellen Zytokin-Ausschüttung eines Menschen und der Zusammensetzung seiner Darmflora? Bei einer Studie mit 400 Probanden, nahmen Forscher aus den USA und den Niederlanden Blut- und Stuhlproben. Die Leukozyten des Bluts brachten sie in Kontakt mit unterschiedlichen Bakterien- und Pilzbestandteilen und maßen anschließend, wie viele Zytokine produziert wurden. Außerdem sequenzierten sie die Bakteriengesellschaft aus den jeweiligen Stuhlproben. Und tatsächlich fanden sie eine Korrelation zwischen bestimmten Botenstoffen (und deren Menge) und der Zusammensetzung der Darmflora. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom Deutschen Rheumaforschungszentrum will Diefenbach nun speziell die Typ-1-Interferone untersuchen, die unter anderem bei der Entstehung von Diabetes und der Schmetterlingsflechte Lupus erythematodes eine wichtige Rolle spielen.

„Vielleicht sind ja Menschen, deren Immunzellen hohen Dosen von Interferonen ausgesetzt sind, anfälliger dafür, eine Autoimmunkrankheit zu entwickeln als andere“, mutmaßt Diefenbach. Demnach wären die Auslöser von Autoimmunkrankheiten sozusagen „übertrainierte“ Immunzellen, die regelrecht heiß auf Angriff sind und mangels „Feind“ das eigene Gewebe attackieren. Etwa die Darmschleimhaut (bei Morbus Crohn), die Haut (bei Neurodermitis), die Haarwurzeln (bei Alopecia areata), die Schilddrüse (bei Hashimoto-Thyreoiditis) oder die Bauchspeicheldrüse (bei Diabetes). Das könnte auch erklären, warum bei vielen betroffenen Patienten im Laufe des Lebens eine zweite Autoimmunkrankheit hinzukommt.

Haben Vegetarier und Veganer ein „besseres“ Mikrobiom?

Wie individuell ist das Mikrobiom eines Menschen eigentlich? So einzigartig wie er selbst? Ganz im Gegenteil. Genetische Studien an Stuhlproben von Tausenden Probanden in aller Welt haben gezeigt, dass es im Grunde nur drei Enterotypen, also Besiedelungsarten, gibt, deren Variationsbreite relativ gering ist und die von unterschiedlichen Bakterienklassen dominiert werden. Die illustre Gesellschaft im Darm wird ganz wesentlich durch die Ernährung bestimmt. Und dies überraschenderweise sogar über Artgrenzen hinweg: „Affen, die sich rein pflanzlich ernähren, haben eine Darmflora wie Vegetarier“, erklärt Diefenbach.

Apropos: Haben Vegetarier und Veganer ein „besseres“ Mikrobiom? „Nein“, sagt Diefenbach, „es ist nur anders zusammengesetzt als das von Fleischessern.“ Mit einer anderen Ernährung ändere sich auch die „multikulturelle Gesellschaft“ im Darm und damit auch die Anfälligkeit für bestimmte Krankheiten, wie sich in Asien eindrucksvoll beobachten lasse: „Vor 100 Jahren waren entzündliche Darmerkrankungen dort völlig unbekannt. Inzwischen liegen die Neuerkrankungen auf europäischem Niveau – dank einer tiefgreifenden Umstellung der Ernährungsgewohnheiten.“

Mikroorganismen besiedeln schon seit Jahrmillionen andere Lebewesen. Mit der Folge, dass es praktisch keines gibt, das keine Bakterien beherbergt – sogar der Fadenwurm hat eine eigene Darmflora. Wie es dazu kam, ist nicht restlos geklärt. Wahrscheinlich ist, dass sich Bakterien auf der Suche nach reichen Futterquellen einnisteten. Im Gegenzug übernahmen sie nach und nach bestimmte Aufgaben für ihren Wirt, wie das beschriebene „Immun-Coaching“, die Produktion einiger Vitamine (Thiamin, Riboflavin, B12, K) sowie gesundheitsfördernder, kurzkettiger Fettsäuren. Eine echte Win-win-Situation also.

Neben dem Darm sind auch die inneren Organe und natürlich die gesamte Hautoberfläche des Menschen dicht besiedelt. Ohren, Nase, Achselhöhle, Armbeuge, Handfläche, Bauchnabel, Leiste, Gesäßansatz, Kniekehle, Ferse und Zehenzwischenräume – jedes Areal ist ein Biotop für sich, in dem eine spezifisch zusammengesetzte „Society“ residiert. Über die Funktionen des Hautmikrobioms weiß die Wissenschaft bislang vergleichsweise wenig.

Gibt es etwas, das man für die „Wellness“ des eigenen Mikrobioms tun kann? Andreas Diefenbach lacht. „Gute Frage. Gezielte Empfehlungen gibt es noch nicht. Aber eine möglichst vielfältige Ernährung, reich an Vitaminen und Pflanzlichem, ist in jedem Fall sinnvoll. Und natürlich möglichst wenig Antibiotika!“