Mikrobiomforschung

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Mikroben im Darm © Alex/fotolia

Ob im Darm, auf der Haut oder in der Nase – der Mensch ist an, in und auf allen Grenz- und Oberflächen (Lunge, Haut, Darm etc.) mit Bakterien, Viren und Pilzen besiedelt. Zusammen addiert übersteigt deren Zahl die Zahl der Körperzellen (ca. 1014) um mindestens das Zehnfache. Dabei muss man aber die unterschiedlichen Größenordnungen berücksichtigen, denn menschliche Zellen sind deutlich größer als Bakterien, Viren oder Pilze. So machen die Bakterien etwa nur zirka zwei Kilogramm des Körpergewichts aus.

Der Begriff des Mikrobioms

Die Gesamtheit aller Mikroorganismen auf einem Wirtsorganismus, zum Beispiel auf dem Mensch, nennen Fachleute Mikrobiota. Eine weitere Untergliederung in Mikrobiom (Geninformation der Bakterien), Virom (Erbgut der viralen Einheiten) und Mykobiom (Erbgut von pilzartigen Strukturen) wäre möglich. Der Begriff Mikrobiom wird aber in der Regel als übergeordnet und synonym für Mikrobiota verwendet, obwohl er streng genommen nur für die Gene der bakteriellen Mitbewohner steht.

Rund 3,3 Millionen verschiedene Gene finden sich im Mikrobiom nach dem aktuellen Stand der Forschung. Zum Vergleich: Das menschliche Erbgut enthält nur etwa 23.000 Gene, also nicht einmal ein Hundertstel so viele. 

Hohe Vielfalt und individuelle Zusammensetzung des Mikrobioms

Trotz dieser beeindruckenden Zahlen führte das Mikrobiom lange ein wissenschaftliches Schattendasein. Doch seit einigen Jahren erfährt das Wissensgebiet mehr Beachtung, ausgelöst durch die Hochdurchsatzsequenzierung in der Labortechnik. Diese Technologie ermöglicht es, die ungeheure Vielfalt der Mikroben schnell und präzise zu analysieren.

Allein im menschlichen Verdauungstrakt wurden bis heute in der Darmflora, also dem Darm-Mikrobiom, mehr als 1.000 verschiedene Bakterienarten gefunden. Zwar gibt es eine bestimmte Kombination von Mikroorganismen, die beinahe alle Menschen gemeinsam haben, doch deren anteilige Zusammensetzung ist von Person zu Person unterschiedlich. Im Englischen spricht man hier von richness und abundance, also zunächst einmal von der Anzahl verschiedener Arten und als zweites von der Gesamtzahl innerhalb einer einzelnen Art. Und damit wird das Mikrobiom so individuell wie der Fingerabdruck - mit Bedeutung für die Aufklärung von Verbrechen und andere Wissensgebiete.

Gut zu wissen:

Das Mikrobiom wird mittlerweile wie ein eigenständiges Organ betrachtet. Dessen Aufgaben im menschlichen Organismus sind so vielfältig, dass manchmal sogar von einem Superorgan gesprochen wird.

Die Bedeutung der Mikrobiomforschung für das Verständnis von Krankheiten

Mit den rasanten Fortschritten bei der Erforschung des Mikrobioms und seiner Funktionen wächst gleichzeitig die Liste der Krankheiten, an denen die Mikrobiota auf mannigfaltige Weise beteiligt sind. Dies steht nicht im Widerspruch zu früheren Forschungsergebnissen, sondern ergänzt diese um wichtige Aspekte und Erklärungsmodelle.

Bedeutung hat die Mikrobiomforschung mitunter für chronisch entzündliche Darmerkrankungen, Übergewicht, Diabetes und Herz-Kreislauf-Leiden, aber auch für neurologische und psychische Erkrankungen wie Demenz oder Depression. Und auch für Allergien. Wissenschaftler finden zunehmend Belege dafür, dass das komplexe Ökosystem der Mikroben bei der Entstehung und Aufrechterhaltung allergischer Reaktionen einen wichtigen Anteil trägt.

Mikrobiom und Allergieforschung

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Im Labor: Reagenzgläser in der Hand und Petrischalen mit Bakterienkulturen - © jarun011/stock.adobe.com - fotolia

Warum das Mikrobiom in den letzten Jahren bei Allergieforscherinnen und -Forscher zunehmend auf Interesse stößt, hat mehrere Gründe. So sind praktisch alle Grenzflächen zwischen dem Körperinneren und der Umwelt von den mikrobiellen Mitbewohnern besiedelt, von Verdauungstrakt (= Darmflora) über Atemwege (Lunge, Nasen-Rachen-Raum) und Geschlechtsorgane bis hin zu Harnleitern und natürlich der alles bedeckenden Haut. Das sind zugleich die Hauptbereiche, an denen mögliche Allergieauslöser in den Organismus eindringen können und auf das Immunsystem stoßen.

Kurz erklärt:

Im Tiermodell lassen sich einige allergische Reaktionen auf Lebensmittel über die Zusammensetzung der Darmflora steuern.

Darmmikrobiom als Trainingspartner für das Immunsystem

Für die körpereigene Abwehr ist vor allem das Darmmikrobiom oder die Darmflora ein wichtiger Trainingspartner. Der Trainingseffekt ist besonders gut, weil sich zum einen die Darmflora selbst stetig verändert, auch durch die Nahrungszufuhr. Zum anderen beeinflusst das Mikrobiom durch die Nährstoffentnahme ständig das Gefäßsystem und die darin vorkommenden Botenstoffe des Immunsystems. Der Trainingseffekt greift insbesondere in den Wochen und Monaten nach der Geburt, in denen das Immunsystem sich schnell entwickelt und weiter ausreift.

Die Forschung geht mittlerweile davon aus, dass der Grundstein für die Entstehung allergischer Erkrankungen ebenfalls schon während der ersten Monate nach der Geburt gelegt wird. Dafür spricht, dass verschiedene Faktoren, die in dieser Zeit zum Tragen kommen, zumindest mitbestimmen, ob man später zum Allergiker wird oder nicht. So haben Babys, die per Kaiserschnitt zur Welt kommen oder mit Antibiotika behandelt werden müssen, ein erhöhtes Risiko, Allergien zu entwickeln. Aber Frauen müssen deshalb nicht um alles in der Welt einen Kaiserschnitt vermeiden. Denn es gibt auch andere Einflussfaktoren:

So verringert sich etwa die Erkrankungswahrscheinlichkeit Neugeborener deutlich, wenn sie – wie in den Leitlinien zur Allergieprävention empfohlen – in den ersten vier Monaten voll gestillt werden, da die Muttermilch lebenswichtige Nährstoffe für die wichtigsten Bakterien beinhaltet. Der Kontakt mit den (Schleim-)häuten der Mutter besteht zumeist auch nach der Geburt, sodass wichtige Mikroben auch hierüber auf das Neugeborene übertragen werden können.

Kurz erklärt:

Sowohl bei der Entwicklung des Mikrobioms als auch bei der Allergieentstehung gilt das erste Lebensjahr als besonders wichtige Phase. Faktoren wie Stillen oder eine Antibiotikatherapie wirken sich in dieser Zeit auf das Allergierisiko aus und verändern gleichzeitig die Darmflora.

Erste Darmbewohner kommen von der Mutter

All diese Faktoren wirken sich auch auf die Darmflora der Neugeborenen aus. Die Besiedelung des Darmtraktes beginnt also bereits bei der Geburt. Erfolgt sie auf natürlichem Wege, bekommt das Neugeborene dabei die Mikroorganismen aus der Vagina und dem Verdauungstrakt der Mutter gleichzeitig übertragen. Wird das Kind per Kaiserschnitt zur Welt gebracht, erfolgt die Erstbesiedelung hauptsächlich durch mütterliche Hautbakterien. Mit der Folge, dass die Vielfalt der Darmflora beim Baby eingeschränkt sein kann. Gerade in den ersten Lebensmonaten, wenn sich das Darmmikrobiom etabliert, kann die Gabe von Antibiotika die Zusammensetzung der Mikroorganismen (zusätzlich) aus dem Gleichgewicht bringen. Stillen hingegen regt das Wachstum bestimmter Bakterien an und fördert ein Mikrobiom, das dem der Mutter ähnelt.

Diese Parallelen legen die Vermutung nahe, dass die Mikrobiota an der Entstehung von allergischen Erkrankungen einen entscheidenden Anteil haben. Und tatsächlich häufen sich in wissenschaftlichen Studien die Belege, dass sowohl ein erhöhtes Allergierisiko als auch allergische Krankheitsformen wie allergisches AsthmaNeurodermitis und Nahrungsmittelallergien mit Veränderungen des Mikrobioms von Darm, Lunge oder Haut einhergehen. Ob diese Auffälligkeiten tatsächlich am Krankheitsgeschehen beteiligt oder nur eine Begleit- oder Folgeerscheinung sind, lässt sich noch nicht mit letzter Sicherheit sagen. Wichtig ist deshalb, die Zusammenhänge zwischen den Mikroorganismen und den immunologischen Vorgängen, die Allergien bedingen, besser zu verstehen. Dieser Bereich der Mikrobiomforschung wird derzeit intensiv vorangetrieben.

Mikrobiom und Lebensmittelallergie

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Molekülstruktur des Interleukin (IL) 10 - © molekuul.be/fotolia

Der Zusammenhang zwischen Lebensmittelallergien und dem Darmmikrobiom wird erst seit wenigen Jahren intensiver erforscht. Ob hier tatsächlich eine ursächliche Verbindung besteht, ist zwar noch nicht ganz sicher, doch der Verdacht erhärtet sich fortwährend. In einer Studie dazu analysierten Wissenschaftler aus China die Mikroorganismen im Stuhl von fünf Monate alten Babys, die unter einer Lebensmittelallergie litten. Im Vergleich zu gesunden gleichaltrigen Kindern waren bei ihnen die Bakterien der Gattungen Bacteroides, Proteobacteria und Actinobacteria vermindert und die sogenannten Firmicutes stark vermehrt. Auch Clostridium sensu strictu und Anaerobacter fanden sich gehäuft.

Begleitet wurden diese Auffälligkeiten von einer verringerten Produktion des Botenstoffes Interleukin (IL) 10. Demnach besteht offensichtlich ein Zusammenhang zwischen Mikrobiota und der Ausschüttung von Zytokinen. Denn IL-10 ist für die Toleranzentwicklung der körpereigenen Abwehr gegenüber den eigentlich unschädlichen Allergenen einer der entscheidenden Faktoren. Wie die Studie zeigt, geht ein verändertes Mikrobiom also mit Veränderungen des Immunsystems einher, was zu Nahrungsmittelallergien führen kann.

Schutzeffekt durch Clostridia-Bakterien

Amerikanische Wissenschaftler fanden in Versuchen mit Mäusen heraus, dass bestimmte Mikroorganismen im Darm vor Lebensmittelallergien schützen. Um die Darmflora der Tiere zunächst zu reduzieren, hielten die Wissenschaftler die Tiere entweder unter sterilen Bedingungen oder behandelten sie nach der Geburt mit Antibiotika. Die Folge: Im Vergleich zu Artgenossen mit normalem Mikrobiom bildeten beide Mäusegruppen verstärkt Antikörper gegen Erdnuss-Allergene, mit denen die Forscherinnen und Forscher sie konfrontierten.

Diese allergische Sensibilisierung schwächte sich deutlich ab, wenn die Tiere Clostridia verabreicht bekamen – eine Bakterienart, die im menschlichen Verdauungstrakt gängig ist. Bei Bacteroides, einer zweiten großen Gruppe von Darmbewohnern, blieb der Effekt aus. Ein möglicher Mechanismus für die Schutzwirkung wurde auch identifiziert. Die Chlostridia-Bakterien regen Immunzellen in der Darmwand dazu an, IL-22 zu produzieren. Weil dieser Signalstoff die Durchlässigkeit der Darmschleimhaut verringert, gelangen weniger Allergene aus der Nahrung ins Blut – und damit an den Ort, an dem die allergische Sensibilisierung stattfindet. Die Nährstoffaufnahme ist dadurch nicht gefährdet, da Nährstoffe über bestimmte Mechanismen durch die Darmwand geschleust werden, und dafür nicht direkt auf die Gefäße der Blutbahn angewiesen sind.

Darmflora beeinflusst Ausprägung von Lebensmittelallergien

Die Zusammensetzung der Darm-Mikrobiota wirkt sich darauf aus, wie heftig der Körper bei Lebensmittelallergien reagiert. Das konnten Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität München zeigen. Das Team um Tilo Biedermann und Thomas Volz von der Klinik für Dermatologie und Allergologie am Biederstein untersuchte dabei einen Rezeptor des Immunsystems namens „NOD2“. Dieses Protein erkennt den Hauptbestandteil der Zellwand von Darmbakterien und kann verschiedene Vorgänge im Immunsystem in Gang setzen. Wie die Forschenden beobachteten, verändert sich bei Mäusen, denen NOD2 fehlt, die Antwort des Immunsystems auf ein Nahrungsmittel-Allergen ganz grundlegend, und zwar folgendermaßen:

Anstelle von Zelltypen wie den regulatorischen T-Zellen (Treg), die eine Aktivierung der körpereigenen Abwehr unterdrücken, bildeten die Tiere nun vermehrt T-Zellen, die genau das Gegenteil bewirken. Diese Th2-Helferzellen regen die Produktion von Immunglobulin E (IgE) an. Dieser Antikörpertyp ruft eine allergische Reaktion hervor und bestimmt zudem, wie ausgeprägt diese ausfällt. Folgendes Prinzip konnte das Forschungsteam im Mausmodell beobachten: Je mehr IgE desto heftiger die Allergie-Symptome. So fiel bei den Nagern ohne NOD2 die allergische Reaktion besonders stark aus. Bei diesen Tieren war aber nicht nur die IgE-Produktion verändert, sondern auch die Zusammensetzung ihrer Darmflora.

Welche komplexen Wechselwirkungen zwischen Darmkeimen und Immunsystem bestehen, demonstriert ein weiteres Ergebnis aus der gleichen Studie. Stellten die Forscherinnen und Forscher die natürliche Zusammensetzung des Mikrobioms der Mäuse wieder her, konnten schwere allergische Reaktionen verhindert werden – trotz fehlendem NOD2.

Dieser Zusammenhang zwischen Darmflora und Antikörperproduktion eröffnet bei Lebensmittelallergikern mit geschädigtem Mikrobiom Hoffnung auf neue Therapieansätze. Denkbar wäre beispielsweise, in ihrem Verdauungstrakt die Ansiedlung von Bakterien, die eine Immuntoleranz bewirken, zu fördern und damit die schadhafte Reaktion des Körpers auf Allergene in Lebensmitteln abzuschwächen.

Mikrobiom und allergisches Asthma

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Lungenflügel in blau, mit Bakterien besiedelt - © phonlamaiphoto/fotolia

Untersuchungen mit Tieren deuten bereits seit einiger Zeit darauf hin, dass Veränderungen des Darmmikrobioms (= Darmflora) an der Entstehung von allergischem Asthma beteiligt sind. Inzwischen gibt es die ersten wissenschaftlichen Belege dafür, dass es beim Menschen ähnlich ist. In einer Studie analysierten kanadische Forscher in Stuhlproben, wie sich die Darmflora von 319 Säuglingen im Alter von drei Monaten und einem Jahr zusammensetzte. Während der nächsten drei Jahre verfolgte das Team aus Vancouver dann, ob die Kleinkinder Ekzeme oder ein pfeifendes Atemgeräusch entwickelten – beides Indizien für ein erhöhtes Asthmarisiko.

Dabei stießen sie auf einen auffälligen Zusammenhang. Jene Kinder, die später solche Vorboten zeigten, unterschieden sich hinsichtlich der Darmflora schon als Babys von ihren Altersgenossen. So kamen die vier Bakteriengattungen Faecalibacterium, Lachnospira, Veillonella und Rothia (nach den Anfangsbuchstaben als „FLVR“ zusammengefasst) in deren Stuhlproben bedeutend seltener vor. Gleichzeitig enthielt der Kot der Risikokinder weniger Acetat. Diese kurzkettigen Fettsäuren sind ein Stoffwechselprodukt der Darm-Mikroben. Sie scheinen nach neuesten Erkenntnissen vor Asthma zu schützen, weil ihnen bei der Entzündungshemmung eine Schlüsselrolle zugesprochen werden kann.

Bakterienmischung bremst Entzündungsreaktion

Auffälligerweise waren in der Studie alle im Säuglingsalter beobachteten Unterschiede weitgehend verschwunden, wenn die kleinen Probanden ein Jahr alt wurden. Die ersten 100 Tage im Leben stellen demnach ein kritisches Zeitfenster dar, in dem eine Verschlechterung des natürlichen Gleichgewichts der Darmflora mit dem Risiko von Asthma und Allergien verknüpft ist, schlussfolgern die kanadischen Forscher.

Dass es hier tatsächlich einen ursächlichen Zusammenhang gibt, belegten die Forscherinnen und Forscher in einem ergänzenden Versuch. Dazu übertrugen sie die Bakterienmischung aus dem Kot eines Kindes mit hohem Asthmarisiko auf keimfrei aufgewachsene Mäuse. Bei den Nachkommen der Tiere, die dieses Mikrobiom ebenfalls besaßen, löste eine Reizung ihrer Atemwege eine starke Entzündung aus. Bekamen die Mäuse vorab die vier FLVR-Bakterienspezies verabreicht, war diese Reaktion sehr viel schwächer oder blieb aus. Eine Analyse der Darmflora bei Säuglingen könnte somit künftig helfen, Kinder mit hohem Asthmarisiko schon frühzeitig zu identifizieren.

Kurz erklärt:

Mehrere Studien zeigen, dass Auffälligkeiten in der Darmflora von Babys das Risiko, später im Leben an allergischem Asthma zu erkranken, beeinflussen. Eine wichtige Rolle spielen dabei offenbar Fettverbindungen, die von den Darmbakterien produziert werden.

Bestimmtes Mikroben-Muster verdreifacht Asthmarisiko

Eine Forschungsgruppe von der University of California in San Francisco untersuchte Stuhlproben von Babys, die im Durchschnitt einen Monat alt waren. Diese Proben wurden im Rahmen der US-amerikanischen WHEALS-Studie gewonnen und eingefroren. Die ebenfalls bei WHEALS erhobenen Daten zur Entwicklung von Asthma und anderen allergischen Erkrankungen in den ersten vier Lebensjahren verknüpfte das Team sodann mit den Ergebnissen ihrer Mikrobiomanalysen. Wie sie dabei feststellten, verdreifachte ein bestimmtes Mikrobenmuster im Darm der Säuglinge das Risiko, dass diese Kinder mit zwei Jahren eine Neigung zu allergischen Reaktionen (Atopie) und mit vier Jahren hin zur Asthmaentstehung entwickelten. Gekennzeichnet war deren Mikrobiom durch eine vergleichsweise geringe Konzentration normaler Bakteriengattungen wie dem Bifidobakterium und Faecalibakterium und durch einen relativ hohen Anteil der Pilze Candida und Rhodotorula.

 

Im Verdacht: Fettmoleküle in der Schleimhaut

Welche Substanzen für das erhöhte Asthmarisiko verantwortlich sein könnten, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ebenfalls untersucht. Bei den Neugeborenen mit gesundem Mikrobiom fanden sie ein breites Spektrum von Stoffen, die Entzündungsprozessen entgegen wirken, darunter eine Gruppe von Fettmolekülen in der Schleimhaut. Diese offensichtlich auch antientzündlichen Schlüssel-Lipide fehlten solchen Säuglingen, die später an Asthma erkrankten. Dafür waren bei ihnen andere Fettverbindungen in der Schleimhaut nachweisbar, darunter eine namens 12,13-DIHOME, die zuvor schon mit Asthma bei Erwachsenen in Zusammenhang gebracht werden konnte. Diese kurzkettige Fettsäure verschob in einem weiteren Experiment das immunologische Gleichgewicht in Richtung Allergie.

Die Forscher vermuten, dass die Darmbakterien über ihren eigenen Metabolismus 12,13-DIHOME und andere Signalsubstanzen absondern. Diese Transmitter lagern sich in der Darmwand ein und verhindern dort die Bildung regulatorischer T-Zellen (Tregs). Diese Tregs fehlen dann nicht nur im Darm sondern auch an anderer Stelle. Die Hauptaufgabe dieser Tregs besteht darin, allergische Reaktionen zu unterdrücken. Sie sind unverzichtbar für einen gesunden Zustand.

Inzwischen hat die Mikrobiomforschung erste Hinweise gefunden, dass sich auch das Keimspektrum in den tiefen Atemwegen von Asthmapatienten von dem gesunder Menschen unterscheidet. Ob diese Auffälligkeiten des Lungenmikrobioms die Erkrankung mitbedingen oder nur eine Folgeerscheinung des Asthmas sind, müssen weitere Studien klären.

Mikrobiom und Neurodermitis

Dass die Zusammensetzung der Darmflora Einfluss auf die Entstehung der Neurodermitis (Atopische Dermatitis) hat, konnten in den letzten Jahren mehrere Studien belegen. Eine der größten kommt von einem Team der Universität Maastricht. Die Forscherinnen und Forscher analysierten Stuhlproben von mehr als 600 Säuglingen, die 5, 13 und 31 Wochen nach deren Geburt entnommen worden waren. In den Fokus rückten dabei Bakterien des sogenannten Clostridium cluster I. War der Darm der Babys im Alter von 5 und 13 Wochen mit diesen Mikroorganismen besiedelt, stieg deren Risiko, in den darauffolgenden sechs Lebensmonaten eine Neurodermitis zu entwickeln. Dieser Zusammenhang hielt bis zu einem Alter von zwei Jahren an und hing davon ab, wie ausgeprägt die Besiedelung mit Clostridium cluster I war.

Ein weiteres Darmbakterium, das bei der Erkrankung eine Rolle spielt, fand eine internationale Forschergruppe unter Beteiligung der deutschen Asthmaexpertin Erika von Mutius. Wie das Team zeigen konnte, ist bei Kindern, deren Stuhlgang im Alter von zwei Monaten nur geringe Mengen Escherichia coli enthält, die Wahrscheinlichkeit erhöht, mit sechs Jahren Neurodermitis zu haben. Dieses Ergebnis legt nahe, dass eine Besiedelung des Darms mit E. coli in den ersten Lebenswochen vor einer atopischen Dermatitis schützen kann – und das langfristig.

Hautmikrobiom beeinflusst atopische Dermatitis

Welche Bedeutung das Mikrobiom der Haut bei Neurodermitis besitzt, erforscht eine andere internationale Forschergruppe um Umweltmedizinerin Claudia Traidl-Hoffmann. Erste interessante Erkenntnisse dazu liegen bereits vor. So kommt das Bakterium Staphylococcus aureus (S. aureus), das eigentlich nicht zur gesunden Hautflora gehört, bei Patientinnen und Patienten mit Neurodermitis stark gehäuft vor. Offensichtlich hat sich das Hautmilieu bei Atopikern zugunsten dieses Bakterienstammes verändert. Und je mehr dieser Keime auf der Patientenhaut zu finden sind, desto ausgeprägter ist das krankheitstypische Ekzem. Parallel dazu nimmt die bakterielle Vielfalt in den betroffenen Hautregionen ab.

Kurz erklärt

Mit einem Wirkstoff, der Bakterienstämme aus gesunden Hautregionen enthält, konnten Wissenschaftler aus San Diego in ersten Tests die Konzentration von Staphylococcus aureus bei Neurodermitispatienten verringern. Ob sich damit die krankheitstypischen Ekzeme lindern lassen, soll eine Studie jetzt prüfen.

Erster Wirkstoff in Entwicklung

Als erste Therapie haben die Forscher nun einen Wirkstoff entwickelt, der die in ihrer Anzahl stark verringerten Bakterien nährt und dadurch S. aureus zurückdrängen könnte. In ersten Tests an 20 Probandinnen und Probanden erwies sich die Substanz als ebenso wirksam wie ein schwaches Kortison-Präparat. Die Ergebnisse werden nun in größer angelegten Studien eingehender geprüft. Dabei können sich möglicherweise auch neue Zusammenhänge im Austausch zwischen Mikrobiota und Haut zeigen.

Im Rahmen einer großen Kohortenstudie, an der auch Forschergruppen aus Bonn, St. Gallen, Zürich und Davos beteiligt sind, wollen die Wissenschaftler der Umweltmedizin den Zusammenhängen zwischen Mikrobiom und Neurodermitis weiter auf den Grund gehen. Geklärt werden soll beispielsweise, wie genau sich Patientinnen und Patienten mit verschiedenen klinischen Subtypen und Verlaufsformen des atopischen Ekzems in ihrer jeweiligen Hautflora voneinander unterscheiden oder ähneln.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt soll untersuchen, wie das Immunsystem der Haut und die dort lebenden Mikroorganismen zusammenwirken. Neue Therapieansätze, mit denen sich die „gesunde“ Vielfalt der Hautmikrobiota wiederherstellen lässt, werden ebenfalls angestrebt.
 

Die Rolle der Darmflora im frühen Kindesalter

Auch das Darmmikrobiom ist Gegenstand des Forschungsvorhabens. Eine aus dem Gleichgewicht geratene Zusammensetzung der Darmflora im frühen Kindesalter kann die Entstehung einer Neurodermitis im späteren Leben begünstigen. Daher schließen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Claudia Traidl-Hoffmann auch (frühgeborene) Säuglinge und Heranwachsende in ihre Studien mit ein – mit dem Ziel, Wege zu finden, das Risiko einer Neurodermitis zu verringern.

Darmmikrobiom und Immuntoleranz

T-Helferzellen nehmen im menschlichen Immunsystem eine Schlüsselrolle ein. Sie erkennen Krankheitserreger sowie andere körperfremde Stoffe und setzen daraufhin verschiedene Botenstoffe frei, welche die weitergehende Immunantwort dirigieren.

Nach dem Muster dieser von ihnen produzierten Botenstoffe (Zytokine) werden die Typ-1-T-Helferzellen (TH1-Zellen) und die Typ-2-T-Helferzellen (TH2-Zellen) unterschieden. Da potenzielle Allergieauslöser körperfremd sind, ist es normal, dass unser Immunsystem darauf anspricht. Bei der Mehrheit der Menschen toleriert die Abwehr diese Allergene. An dieser sogenannten Immuntoleranz sind die regulatorischen T-Zellen (Tregs) maßgeblich beteiligt. Sie sorgen dafür, dass sich die Immunantworten der TH1- und der TH2-Zellen im Gleichgewicht befinden. Bei Allergikern hingegen ist die TH1-Antwort abgeschwächt und eine pro-allergische TH2-Antwort überwiegt.

Das Darmmikrobiom kann die Immuntoleranz beeinflussen, indem es bestimmte Eiweiße aus dem Mikrobenstoffwechsel absondert. Damit beeinflusst das Darmmikrobiom auch das Allergierisiko, das haben wissenschaftliche Untersuchungen in jüngster Zeit bereits gezeigt. Die dabei ablaufenden Mechanismen hat ein internationales Forscherteam mit Beteiligung des Zentrums für Allergie und Umwelt (ZAUM) der Technischen Universität München und des Helmholtz Zentrums München gemeinsam mit Kollegen des Institut Pasteur in Paris genauer unter die Lupe genommen. Ihr Augenmerk richteten sie dabei auf eine bestimmte Sorte von Tregs, die Foxp3+ regulatorischen T-Zellen, die vor allem in der Darmwand zu finden sind. Darmbakterien regen die Bildung dieser auch Typ-3-Zellen genannten Tregs durch bestimmte Moleküle aus ihrem Stoffwechsel an und aktivieren sie anschließend auch.
 

Darmmikroben bremsen TH2-Reaktion

Wie die Studie zeigte, wirken die Typ-3-Zellen direkt regulatorisch auf die Typ-2-T-Helferzellen ein, unterdrücken also die Th-2-Antwort, und sorgen so für die Immuntoleranz gegenüber Allergenen. Essentiell für diese Funktion ist offenbar ein Rezeptor namens RORyt, den ein Großteil der Typ-3-Zellen im Darm herstellt. So stellte die Gruppe um Caspar Ohnmacht fest, dass in Abwesenheit der RORyt-positiven Tregs die TH2-Reaktion nicht mehr effizient gebremst werden konnte. Indem das Vorhandensein spezieller Bakterien des Darmmikrobioms die Bildung dieser regulatorischen T‑Zellen fördert, blockiert es der Folge auch die TH2-Antwort. Auf diese Weise trägt eine gesunde Darmflora maßgeblich dazu bei, die immunologische Toleranz zu stabilisieren, schlussfolgern die Forscher.

Welchen Einfluss hat nun RORyt auf verschiedenen Immunzellen in der Darmschleimhaut, die aufgrund der Anbindung an das Gefäßsystem bei allergischen Reaktionen beteiligt sind beziehungsweise diese unterbinden können? Über welche Signalwege vermitteln Tregs die Immuntoleranz? Und wie wirkt sich die Zusammensetzung der Darmflora auf die Bildung dieser Zellen aus? Diesen Fragen werden die Forscher bis 2022 im Projekt ALLERGUT nachgehen. Ziel des Vorhabens ist, genauer aufzuklären, wie die Mikroorganismen im Darm die Entstehung von Allergien begünstigen oder verhindern können. ALLERGUT wird von der EU mit insgesamt 1,5 Millionen Euro gefördert.

Letzte Aktualisierung: 27.08.2018 / Quellen
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Quellen:

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Letzte Aktualisierung:
27.08.2018

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