Die intestinale Mikrobiota, das «Mikrobiom», ist in den
Fokus des medizinischen, wissenschaftlichen und öffentlichen Interesses gerückt. Die Darm-Mikrobiota spielt eine grosse Rolle bei verschiedenen Erkrankungen, nicht nur des Intestinums, sondern auch in der psychiatrischen, kardiologischen, rheumatologischen und onkowlogischen Praxis. Im Folgenden werden aktuelle Studienergebnisse zu den Einflüssen der Ernährung auf die Mikrobiota-Zusammensetzung des menschlichen Darms beleuchtet.

Die Zusammensetzung der Darm-Mikrobiota ist bei einer Vielzahl von Erkrankungen verändert. Dies ist nicht nur bei Darmerkrankungen, wie z.B. dem Reizdarmsyndrom oder chronisch entzündlichen Darmerkrankungen der Fall, sondern auch bei psychiatrischen Erkrankungen, wie z.B. Depression oder Autismus, bei kardialen Erkrankungen wie bei der koronaren Herzkrankheit oder der Herzinsuffizienz, bei Erkrankungen des rheumatologischen Formenkreises und bei Tumorerkrankungen. Eine grosse Zahl an Laboratorien hat die Zeichen der Zeit erkannt und bietet «Stuhlanalysen» oder «Mikrobiota-Analysen» zu teilweise erheblichen Kosten an. Es werden dann häufig gleichzeitig mit der Analyse der Mikrobiota-Veränderungen Ernährungsempfehlungen an die Patientinnen weitergegeben, die eine diagnostizierte «Dysbiose» wieder ins Gleichgewicht bringen soll. Wie ist aber die Evidenz dafür, dass die Mikrobiota-Zusammensetzung durch Ernährung beeinflusst werden kann? Besteht die Möglichkeit, durch Ernährungsumstellungen gezielt in das intestinale Mikrobiota-Ökosystem einzugreifen?

Mikrobiota und Mikrobiom, Mycobiom, Virom – einige Fakten

Die normale Darm-Mikrobiota des Menschen besteht neben den Bakterien aus eukaryontischen Pilzen, Viren und einigen Archaeen, die vorwiegend den unteren Darmtrakt besiedeln (1). Während die Zusammensetzung der Bakterien inzwischen recht gut untersucht ist, wissen wir noch wenig über das Virom, über die Bakteriophagen und das Mycobiom. Bis zu 100 Billionen (1014) Mikroorganismen pro Mensch besiedeln den Darm und machen etwa 2 kg des Körpergewichts aus (2). Bei den heutigen Bakterienkultur-unabhängigen Analyse-Methoden werden hauptsächlich Variationen von Genen (meist der 16sRNA) sequenziert, die einerseits bei allen Bakterien gemeinsam sind und in der Evolution stark konserviert wurden, andererseits jedoch mit speziesspezifischen Unterschieden behaftet sind (3-6). Wenn wir durch Sequenzierung die genetische Zusammensetzung der Mikrobiota (Mikrobiom = Gesamtheit aller Bakteriengene im Darm) bestimmen, wissen wir allerdings noch gar nichts über die Funktion der Bakterien in einem spezifischen, individuellen, menschlichen Darm-Ökosystem. Dieselbe Bakterienspezies kann in unterschiedlichen Menschen unterschiedlich Funktionen übernehmen. Das metabolische Profil verschiedener Bakterienspezies hängt von deren Umgebung und der Funktion anderer Spezies in der Umgebung ab. Daher sagen die allermeisten der kommerziell durchgeführten Mikrobiota-Untersuchungen überhaupt nichts darüber aus, wie sich jemand ernähren sollte. Die meisten Stuhlbakterien-Analysen werden nach unkontrollierten Entnahmebedingungen und unkontrollierten Transportbedingungen durchgeführt. Die allermeisten Spezies der menschlichen Darmmikrobiota sind obligate Anaerobier, die rasch sterben, während fakultative Anaerobier und Aerobier auch bei Raum(Transport-)Temperatur weiterwachsen können. Entsprechende Empfehlungen sind nicht Evidenz-basiert.

Neben genetischen Einflüssen sind Umwelteinflüsse wie die Ernährung von Bedeutung für die Zusammensetzung der menschlichen Mikrobiota (7-11). Die am häufigsten vorkommenden Phyla (Stämme) des menschlichen Gastrointestinaltraktes sind Actinobacteria, Bacteriodetes, Firmicutes und Proteobacteria (12). Während diese grossen Phyla allen Menschen gemeinsam sind, gibt es ein hohes Mass an interindividueller Variabilität der Darm-Mikrobiota-Zusammensetzung auf niedrigeren taxonomischen Ebenen.

Einflüsse der Ernährung auf die Mikrobiota-Zusammensetzung in der frühen Kindheit

Es wird derzeit diskutiert, ob nicht bereits in utero diätetische Einflüsse auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota vorhanden sind (12, 13). Die Ernährung von Müttern in der Schwangerschaft hat einen signifikanten Einfluss auf das Risiko einer Dysbiose oder von Stoffwechselerkrankungen der Nachkommen (13). Die Darmmikrobiota wird dabei als potenzieller vermittelnder Faktor angesehen, zumal die intrauterine Umgebung nicht steril ist, was darauf hindeutet, dass eine mütterlich-fetale Übertragung von Mikrobiota-Komponenten während der Schwangerschaft auftreten kann (12, 13). So wurden die Bakterien der Phyla Firmicutes, Tenericutes, Proteobacteria, Bacteriodetes und Fusobacteria in der menschlichen Plazenta gefunden (14).

Nach der Geburt unterscheidet sich die Darm-Mikrobiota von gestillten Säuglingen deutlich von derjenigen von nicht gestillten Babys. Gesunde Säuglinge, die in den ersten 6 Lebensmonaten gestillt wurden, zeigten eine signifikante Zunahme von Actinobacteria (wie z.B. Bifidobacterium) und Proteobacteria (Enterobacteriaceae) (15). Dies wurde in mehreren Untersuchungen bestätigt: Bei gestillten Säuglingen findet sich in den ersten Lebenswochen eine starke Zunahme von Bifidobacterien, während mit Säuglingsnahrung ernährte Kinder hohe Anteile von Klebsiella und Serratia aufwiesen (16). Bei Frühgeborenen auf einer Neugeborenen-Intensivstation zeigte sich ein erhöhter Staphylokokken-Anteil an der Dammikrobiota im Vergleich zu gesunden Säuglingen, und die Besiedlung mit Bifidobacteriaceae war verzögert (17). Eine längere Stilldauer begünstigt die Proliferation von Bifidobacterium und Veillonella und verringert die Menge Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, und anderen selteneren Bakterien (18). Neben der Ernährung hat allerdings auch die Art der Geburt einen grossen Einfluss auf die Mikrobiota-Zusammensetzung der Säuglinge. Bei vaginaler Geburt wird schnell das intestinale Mikrobiom der Mutter aufgenommen und im Dickdarm etabliert. Eine Sectio stört die Übertragung der Mikrobiota von der Mutter auf den Säugling, eine fäkale Mikrobiota Übertragung (FMT) kann die «natürliche» Darmmikrobiota Sectio-geborener Säuglinge postnatal wiederherstellen (19).

Mit der Einführung fester Nahrung verändert sich die Darmmikrobiota bei Säuglingen wieder. Die mikrobielle Diversität ist höher bei 9 Monate alten Kleinkindern mit einer protein- und ballaststoffreichen und relativ fettarmen Diät (18). Eine positive Korrelation wurde zudem zwischen Proteinaufnahme und Vorhandensein von Lachnospiraceae gefunden, während eine negative Korrelation mit Bifidobacteriaceae zu existieren scheint. Nach Beendigung des Stillens geht der relative Anteil Bifidobacteriaceae zurück (18). Die Aufnahme von Ballaststoffen war positiv mit der Häufigkeit von Pasteurellaceae korreliert (18). Diese Daten legen nahe, dass die Zunahme der Darm-Mikrobiota-Diversität vom Säuglingsalter zur Kindheit stark durch Änderungen der Ernährung beeinflusst wird (12).

Einflüsse von spezifischen Diätmustern auf die Mikrobiota-Zusammensetzung beim Erwachsenen

Auch beim Erwachsenen wurden signifikante Einflüsse der Zusammensetzung der Ernährung auf die Zusammensetzung der Mikrobiota berichtet. Die Darmmikrobiota reagiert schnell auf Ernährungsumstellungen. Es wurde postuliert, dass die Ernährung in der Lage ist, fast 60% der Mikrobiota zu ändern (20). Beim Menschen werden auch die dominanten Phyla Bakterioides, Firmicutes und Actinobacteria beeinflusst (21). Es werden drei «Enterotypen» im Hinblick auf die Zusammensetzung der Mikrobiota unterschieden (Tab. 1): Der Enterotyp 1 ist ein Bacteroides-dominanter Typ. Eine Diät, die vor allem tierische Proteine und gesättigte Fette enthält (was auch häufig mit dem Terminus «Westernized Diet» in der Literatur umschrieben wird), führt zu diesem Enterotyp, der wie erwähnt von Bacteroides dominiert wird (22). Eine Ernährung, die vor allem auf Kohlenhydrate aufbaut, führt zu dem Prevotella-dominanten Enterotyp 2 (22). Als Enterotyp 3 wird eine Ruminococcus-dominante Darmmikrobiota bezeichnet. Diese Mikroorganismen spalten effizient Zucker und Muzine. Normalerweise machen die Phyla Firmicutes und Bacteroidetes 90% der Darmmikrobiota aus. Das Phylum Firmicutes besteht hauptsächlich aus den Gattungen Clostridium, Enterococcus, Lactobacillus und Ruminococcus. Die Hauptgattungen des Phylums Bacteroides sind Prevotella und Bacteroides. Während eine «Westernized Diet» vorwiegend tierisches Protein und gesättigte Fettsäuren enthält, ist eine mediterrane Diät durch eine hohe Menge an Ballaststoffen, ungesättigten Fettsäuren und auch von Polyphenolen gekennzeichnet (für die eine präbiotische Wirkung auf bestimmte Bakterien-Stämme postuliert wird) (23-29). Das NU-AGE-Projekt untersuchte daher, ob eine einjährige mediterrane Diät-Intervention die Darmmikrobiota verändern kann und gesundheitsfördernd wirkt. Bei 612 Probanden in fünf europäischen Ländern (UK, Frankreich, Niederlande, Italien und Polen) wurde die Mikrobiota-Zusammensetzung vor und nach einer 12-monatigen mediterranen Diät analysiert. Eine hohe Diät-Adhärenz war mit spezifischen Mikrobiom-Änderungen assoziiert (29). Bakterielle Taxa, die durch die Einhaltung der Diät angereichert wurden waren positiv mit mehreren Gesundheits-Markern und verbesserten kognitiven Funktionen verbunden, und waren negativ mit Entzündungsmarkern, wie C-reaktivem Protein und Interleukin-17 assoziiert (29). Die Analyse der mikrobiellen Metaboliten zeigte, dass die ernährungsmodulierte Mikrobiomveränderung mit einer Zunahme der kurz-/verzweigtkettigen Fettsäureproduktion und einer geringeren Produktion von sekundären Gallensäuren, p-Cresolen, Ethanol und Kohlendioxid verbunden war (29). Ähnliche Studien kamen zu vergleichbaren Resultaten (28, 30-33). Bei Übergewichtigen führte eine mediterrane Diät zu einer Zunahme des Ballaststoff-abbauenden Bakteriums Faecalibacterium prausnitzii und zur vermehrten Bildung von kurzkettigen Fettsäuren (32). Eine mediterrane Diät scheint also mit einer günstigen Änderung der Mikrobiota verbunden zu sein, was ihre gesundheitsfördernden Eigenschaften teilweise erklären mag. Während sich die Literatur zu den Effekten einer mediterranen Diät weitgehend einig ist, ist das bei einer vegetarischen Diät weniger der Fall: Die Mikrobiota-Zusammensetzung von Vegetariern scheint sich aber gegenüber der von Omnivoren zu unterscheiden (zumindest in den meisten Studien, siehe 34-37). Menschen, die längere Zeit (> 3 Monate) eine vegetarische Diät einhalten, weisen z.B. einen grösseren relativen Anteil von Bacteriodes-Prevotella, Bacteriodes thetaiotamicron und Clostridium clostridioforme, aber weniger Clostridium coccoides im Stuhl im Vergleich zu Omnivoren auf (37). Allerdings konnte eine systemtische Übersichtsarbeit keine konsistente Korrelation zwischen veganer Ernährung oder vegetarischer Ernährung und der Mikrobiota-Zusammensetzung im Vergleich zu Omnivoren finden (38). In einer eigenen Studie bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen sahen wir signifikante Unterschiede zwischen Patienten mit vegetarischer Ernährung, Gluten-freier Diät und omnivorer Ernährung (39). Diese waren aber nicht mit einem besseren Krankheitsverlauf oder einer Steigerung des Wohlbefindens bzw. einer Reduktion von depressiven Verstimmungen assoziiert (38). Wie erwähnt sagt das Vorhandensein bestimmter Bakterienarten nichts über deren jeweilige spezifische Funktion aus.

Unterschiedliche Diäteinflüsse je nach Grunderkrankung?

Zu bedenken ist zudem, dass Ernährungsinterventionen oder spezifische Diäten je nach Grunderkrankung unterschiedliche Effekte auf die Mikrobiota-Zusammensetzung haben können. Bei Zöliakie-Patienten findet sich eine Reduktion probiotischer Spezies, wie z.B. Lactobacillus und Bifidobakterien, und eine relative Zunahme entzündungsfördernder Bakterien der Gattung Veillonaceae (40). Zöliakie-Patienten müssen eine lebenslange Gluten-freie Diät einhalten. Eine Gluten-freie Diät ist aber aufgrund von populärwissenschaftlichen Hypothesen nun auch bei Menschen mit NCGS (nicht-Zöliakie-Glutensensitivität) und bei Gesunden weit verbreitet. Wenn man diese drei Gruppen untersucht, zeigt sich, dass die Gluten-freie Diät bei allen den Bakterienreichtum reduziert und gleichzeitig die Zusammensetzung der Darmmikrobiota je nach Grunderkrankung (asymptomatische Probanden) und Krankheitszustand (Zöliakie und NCGS) unterschiedlich beeinflusst (40): Bei gesunden Probanden führt eine Gluten-freie Diät zur Depletion nützlicher Spezies, z.B. Bifidobakterien, zugunsten opportunistischer Pathogene, z.B. Enterobacteriaceae und Escherichia coli (40). Im Gegensatz dazu führt eine Gluten-freie Diät bei Zöliakie und NCGS zur Wiederherstellung der Diversität der Mikrobiota-Population und zur Verringerung entzündungsfördernder Spezies (40).

Zusammenfassung

Wir stehen erst am Anfang des Verständnisses der komplexen Interaktionen zwischen unserer Mikrobiota und unseren Körperfunktionen. Schon jetzt ist aber klar, dass die Mikrobiota-Zusammensetzung unseres Darmes und deren Produktion von Metaboliten Einfluss auf Gesundheitsrisiken, entzündliche Erkrankungen, kardiovaskuläre Erkrankungen und auch psychiatrische Erkrankungen hat. Die Zusammensetzung der Darm-Mikrobiota wird durch Umweltfaktoren bestimmt. Daher liegt es nahe, den Einfluss der Ernährung auf das Mikrobiom zu untersuchen. Viele solcher Einflüsse wurden festgestellt. Stillen nach einer vaginalen Entbindung führt zu einem diverseren Mikrobiom. Eine mediterrane Diät führt zu einer diverseren und günstigeren Mikrobiota. Dagegen hat eine vegetarische oder vegane Diät keinen konsistenten Einfluss. Wichtig ist darüber hinaus, dass eine Ernährungsintervention je nach Grunderkrankung unterschiedliche Auswirkungen haben kann. Eine Gluten-freie Diät führt bei Zöliakie-Patienten zu einer «Verbesserung» der Mikrobiota, bei Gesunden jedoch zu negativen Auswirkungen. Diätempfehlungen, wie sie von einschlägigen Labors auf der Basis einer individuellen Stuhlprobensequenzierung gemacht werden, sind nicht evidenzbasiert und können im Einzelfall durchaus schädlich sein. Patientinnen sollte abgeraten werden, für diese Untersuchungen sinnlos Geld auszugeben.

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