Unser Verdauungssystem wäre ohne unsere Darm-Bakterien weniger effizient und die meisten Nahrungsbestandteile könnten wir gar nicht verdauen. Das Darm-Mikrobiom unterstütz uns die Nahrung, die wir zu uns nehmen, in Energie und Nährstoffe umzuwandeln. In diesem Artikel erfährst du, wie die winzigen Helferlein deine Verdauung unterstützen.
Die Reise der Darmbakterien im menschlichen Magen-Darm-Trakt
Unsere Darmbakterien besiedeln verschiedene Teile des menschlichen Magen-Darm-Trakts mit unterschiedlicher Dichte, wobei die meisten im Dickdarm zu finden sind (1). Beginnend mit dem Magen liegt die Dichte der ansässigen Bakterien bei <103 KBE/ml (KBE = Koloniebildende Einheiten). Der Dünndarm besteht aus drei Teilen, dem Zwölffingerdarm (Duodenum), dem Leerdarm (Jejunum) und dem Krummdarm (Ileum), deren Hauptfunktion die Verdauung und Aufnahme von Nahrungsmitteln und Nährstoffen ist. Da die Umgebung in den verschiedenen Teilen des Dünndarms unterschiedlich ist, unterscheiden sich auch die Bakteriendichte und -vielfalt. Am Beginn des Dünndarms ist die Bakteriendichte durch Sauerstoff, Gallensäure, Pankreassekrete und antimikrobielle Stoffe begrenzt. Im Leerdarm sind überwiegend Bakterien, die Sauerstoff tolerieren, sogenannte Aerobier zu finden. Im Ileum liegt die Dichte der Bakterien bereits bei 109 KBE/ml.
Der Dickdarm, der in Caecum und Colon unterteilt ist, ist durch eine langsamere Nahrungspassage und eine Umgebung ohne Sauerstoff gekennzeichnet. Daher finden die Wasseraufnahme und die Fermentation unverdauter Nahrung hauptsächlich im Dickdarm statt, wo die Bakteriendichte bei 1012KBE/ml liegt (2),(3). Im Dickdarm sind vor allem die Bakteriengruppen Bacteroidetes und Firmicutes vertreten.
Darmbakterien im Magen-Darm-Trakt (2)
Ballaststoffe, das Lieblingsfutter unserer Darmbakterien
Unsere Darmbakterien unterstützen mit ihren spezifischen Enzymen die Verdauung und ermöglichen damit die Verstoffwechselung komplexer Nahrungsbestandteile. Sie zerlegen Kohlenhydrate, Proteine und Fette in leichter verdauliche Bestandteile, die unser Körper aufnehmen kann. Im Vergleich zu komplexen Kohlenhydraten werden Proteine und Fette zu einem geringeren Teil abgebaut. Ballaststoffe und nicht verdauliche Kohlenhydrate wie Stärke, Nicht-Stärke Polysaccharide und Oligosaccharide werden im Dickdarm von unseren Darmbakterien zerlegt und fermentiert. Da sich diese Polysaccharide in ihren Strukturen unterscheiden, werden verschiedene Enzyme benötigt. Je komplexer das Polysaccharid, desto mehr Enzyme werden für den Abbau benötigt. Die Bakterien verstoffwechseln diese nicht verdaulichen Kohlenhydrate zu Gasen, kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) und Alkoholen (2).
Die kurzkettigen Fettsäuren sind wichtige Metabolite, die verschiedene Funktionen besitzen und die Gesundheit unterstützen. Die drei wichtigsten kurzkettigen Fettsäuren sind Acetat (60%), Butyrat (15%) und Propionat (25%). Acetat dient als Energielieferant im anliegenden Gewebe und wird für die Synthese von Triglyceriden und Cholesterin in der Leber verwendet. Butyrat ist der wichtigste Energielieferant für die Darmepithelzellen (2),(4). Außerdem unterstützt Butyrat das Energie Gleichgewicht, indem es endokrine Zellen zur Produktion der Peptidhormone Leptin und GLP-1 anregt. Diese Peptidhormone sind wichtige Regulatoren unseres Hunger – und Sättigungsgefühl (5). Zusätzlich regulieren die kurzkettigen Fettsäuren den pH im Darmlumen, unterstützen die Barriere Funktion der Darmschleimhaut, sowie die Immunfunktion (6). Studien zeigen einen Zusammenhang zwischen verringerte Abundanz von SCFA-produzierenden Bakterien oder ein verringertes genomisches Potenzial für die SCFA-Produktion mit Erkrankungen wie Typ-1-Diabetes, Typ-2-Diabetes, Leberzirrhose, entzündliche Darmerkrankungen und Atherosklerose (7).
Die Darmbakterien produzieren gesundheitsförderliche kurzkettige Fettsäuren aus ballaststoffreichen Lebensmitteln.
Darmgesundheit und das Proteinrätsel
Eine Reihe an verschiedenen Faktoren beeinflussen wie viel Nahrungsprotein wir abbauen und wie viel unser Darm-Mikrobiom erreicht. Die wichtigsten Faktoren sind die Menge an Protein, die pro Mahlzeit zugenommen wird und die Verdaulichkeit, die von der Proteinquelle abhängig ist. Unverdaute Proteine werden von Darmbakterien ebenfalls zu SCFA und anderen Molekülen, wie Hydrogen, Ammonia, Cholin und Sulfiden abgebaut. Auch dafür sind bestimmte Bakterien mit spezifischen Enzymen ausgestattet. Clostridium spp., Bacteroides spp. und Lactobacillus spp. haben ein breites Repertoire verschiedener Enzyme für den Proteinabbau (2). Weiteres hat die Art der Proteinquelle einen Einfluss auf die Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms. Tierische und pflanzliche Proteinquellen begünstigen das Wachstum unterschiedlicher Bakterien. Pflanzliche Proteine sind im Vergleich zu tierischen Proteinen schwerer verdaulich.
Daher könnte man erwarten, dass ein größerer Anteil an pflanzlichem Eiweiß den Dickdarm erreicht, was zu einer verstärkten Fermentation des Eiweiß durch die Mikrobiota führt. Diese Fermentation wurde mit einigen Krankheiten wie entzündlichen Darmerkrankungen, Darmkrebs und Stoffwechselkrankheiten in Verbindung gebracht. Allerdings zeigen mehrere große Studien, dass eine erhöhte Aufnahme von pflanzlichem Eiweiß positive Auswirkungen auf die Gesundheit hat (8). Andere Studien zeigen Hinweise dafür, dass die Interaktion der Mikrobiota und tierischen Proteinquellen negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben können. Beispielsweise durch die mikrobielle Produktion von Trimethylamin aus Cholin in rotem Fleisch (8). Daher ist die Beziehung zwischen der Nahrungsproteinquelle, den Darmbakterien und den gesundheitlichen Folgen noch nicht vollständig verstanden.
Gesunde Fette, glückliches Mikrobiom
Auch gesunde Fette gehören zu einer ausgewogenen Ernährung dazu. Nur ein sehr geringer Teil der Nahrungsfette ca. 5% gelangt in den Dickdarm (9). Die Menge und Art der Nahrungsfette beeinflusst die Mikrobiom Zusammensetzung.
Eine fettreiche Ernährung führt zu einer Dysbiose des Darm-Mikrobioms und fördert Adipositas, sowie Entzündungen (2). Durch die Nahrung aufgenommenes Cholesterin wird in der Leber zu Gallensäure abgebaut.
Die Darmbakterien produzieren aus den primären Gallensäuren wiederum sekundäre Gallensäuren, die wieder ihren Weg in die Leber finden. Der Gehalt an sekundären Gallensäuren ist bei Menschen, die eine fettreiche Ernährung zu sich nehmen besonders hoch. Das liegt daran, dass die Gruppe der für den Stoffwechselweg verantwortlichen Bakterien zunimmt (10). Omega-3 Fettsäuren sind gesunde Fette, die sich positiv auf die Darm-Hirn-Achse auswirken, da sie die Produktion von wichtigen Botenstoffen wie Serotonin und Dopamin modulieren (11).
Unser Darm-Mikrobion ist in viele komplexe Stoffwechselwege involviert und ermöglicht viele Prozesse die täglich im Körper ablaufen, wie unsere Verdauung. Ohne unsere Darmbakterien könnten wir viele Nahrungsbestandteile nicht verwerten. Daher beeinflusst eine ausgewogene Ernährung positiv die Diversität und Funktionen deines Darm-Mikrobioms.
Referenzen
- S. Khanna and P. K. Tosh, “A clinician’s primer on the role of the microbiome in human health and disease,” Mayo Clin Proc, vol. 89, no. 1, pp. 107–114, 2014.
- A. Adak and M. R. Khan, “An insight into gut microbiota and its functionalities,” Cellular and Molecular Life Sciences, vol. 76, no. 3, pp. 473–493, Feb. 2019.
- P. B. Eckburg et al., “Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora,” Science (1979), vol. 308, no. 5728, pp. 1635–1638, Jun. 2005, [Online]. Available: https://www.science.org/doi/10.1126/science.1110591
- A. Koh, F. De Vadder, P. Kovatcheva-Datchary, and F. Bäckhed, “From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites,” Cell, vol. 165, no. 6, pp. 1332–1345, Jun. 2016, doi:10.1016/j.cell.2016.05.041.
- E. E. Blaak et al., “ Short chain fatty acids in human gut and metabolic health,” Beneficial Microbes , vol. 11, no. 5, pp. 411–455, Aug. 2020.
- M. Li, B. C. A. M. van Esch, G. T. M. Wagenaar, J. Garssen, G. Folkerts, and P. A. J. Henricks, “Pro- and anti-inflammatory effects of short chain fatty acids on immune and endothelial cells,” Eur J Pharmacol, vol. 831, pp. 52–59, Jul. 2018, doi: 10.1016/J.EJPHAR.2018.05.003.
- C. Martin-Gallausiaux, L. Marinelli, H. M. Blottière, P. Larraufie, and N. Lapaque, “Conference on diet and digestive disease symposium 2: Sensing and signalling of the gut environment: Scfa: Mechanisms and functional importance in the gut,” in Proceedings of the Nutrition Society, Cambridge University Press, Feb. 2021, pp. 37–49. doi: 10.1017/S0029665120006916.
- A. Bartlett and M. Kleiner, “Dietary protein and the intestinal microbiota: An understudied relationship”, doi: 10.1016/j.isci.
- Z. Huyan, N. Pellegrini, W. Steegenga, and E. Capuano, “Insights into gut microbiota metabolism of dietary lipids: the case of linoleic acid,” Food Funct, 2022, doi: 10.1039/d1fo04254h.
- S. L. Collins, J. G. Stine, J. E. Bisanz, C. D. Okafor, and A. D. Patterson, “Bile acids and the gut microbiota: metabolic interactions and impacts on disease,” Nature Reviews Microbiology, vol. 21, no. 4. Nature Research, pp. 236–247, Apr. 01, 2023. doi: 10.1038/s41579-022-00805-x.
- L. Costantini, R. Molinari, B. Farinon, and N. Merendino, “Impact of omega-3 fatty acids on the gut microbiota,” International Journal of Molecular Sciences, vol. 18, no. 12. MDPI AG, Dec. 07, 2017. doi: 10.3390/ijms18122645.
