Reagenzgläser, Bunte Reihe, Studien Mikrobiom

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Vorreiter in Mikrobiota-Forschung bei Adipositas

Studie am dritthäufigsten zitiert

Adipositas und die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota sind eng miteinander verzahnt. Eine zentrale Rolle spielen dabei die kurzkettigen Fettsäuren, die die intestinale Mikrobiota bildet. Im Jahr 2010 veröffentlichten Prof. Dr. Andreas Schwiertz und Kollegen die Studie "Microbiota and SCFA in lean and overweight healthy subjects". Sie ist heute die am dritthäufigsten zitierte Arbeit im Bereich Ernährungsforschung in Deutschland.

Bis zum Jahr 2010 lagen zu dem Thema nur experimentelle Studien mit kleinen Personen-Gruppen oder Modelltieren vor.
Schwiertz und Kollegen untersuchten deshalb an fast 100 Probanden, inwieweit sich die Darm-Mikrobiota und die Konzentration der kurzkettigen Fettsäuren im Stuhl zwischen normalgewichtigen und adipösen Personen unterscheidet. Mit den Ergebnissen konnten sie die damals aufgestellte Firmicutes-Bacteroidetes-Hypothese erstmalig widerlegen. Der Hypothese zufolge leistet ein erhöhtes Verhältnis von Firmicutes zu Bacteroidetes einen signifikanten Beitrag zur Pathophysiologie der Adipositas.


Probanden nach BMI eingeteilt

An der Studie nahmen insgesamt 98 Probanden teil, die je nach BMI in drei Gruppen eingeteilt wurden:

  • Normalgewichtige Gruppe: 30 Probanden mit einem BMI unter 25
  • Übergewichtige Gruppe: 35 Probanden mit einem BMI zwischen 25 und 30 
  • Adipöse Gruppe: 33 Probanden mit einem BMI über 30.

Die Wissenschaftler charakterisierten die Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota über Realtime-PCR-Analysen und wiesen die Konzentration der kurzkettigen Fettsäuren im Stuhl nach.


Vorherrschende Bakteriengruppen im Stuhl

Am häufigsten waren bei allen Studienteilnehmern folgende Bakteriengruppen vertreten:

  • Clostridium-leptum-Gruppe (Gram-positiv)
  • Clostridium-coccoides-Gruppe (Gram-positiv)
  • Bacteroides-Arten (Gram-negativ)

Die Clostridium-leptum-Gruppe und die Clostridium-coccoides-Gruppe sind Teil des großen Stammes der Firmicutes. Ein bekannter Vertreter der Clostridium-leptum-Gruppe ist Faecalibacterium prausnitzii. Die Bacteroides-Arten gehören dagegen zum Stamm der Bacteroidetes. Im Schnitt machten die drei Gruppen 96,3 Prozent aller nachgewiesenen Bakterien aus.

Die verbleibenden Prozent verteilten sich auf Arten der Gattungen Veillonella, Bifidobacterium, Prevotella, Lactobacillus, Enterococcus, Methanobrevibacter und der Eubacterium-cylindroides-Gruppe.
Bei der Gattung Methanobrevibacter handelt es sich nicht um Bakterien im engeren Sinne. Methanobrevibacter gehört zu den Archaeen - der dritten großen Domäne der zellulären Lebewesen neben Bakterien und Eukaryoten. Die Archeen unterscheiden sich in der Sequenz der ribosomalen RNA, der Struktur der Zelle und im Stoffwechsel deutlich von den Bakterien.


Verschiebungen bei steigendem Gewicht

Bei einigen der nachgewiesenen Bakterien und Archaeen gab es zwischen den Probanden-Gruppen Unterschiede in den Zellzahlen. Im Vergleich zur Gruppe der Normalgewichtigen waren in den Gruppen der Übergewichtigen und Adipösen:

  • die Zellzahlen der Ruminococcus-flavefaciens-Untergruppe erniedrigt.
  • Arten der Gattung Methanobrevibacter seltener nachgewiesen worden.

Die Ruminococcus-flavefaciens-Untergruppe macht einen großen Teil der Clostridium-leptum-Gruppe aus, die zu den Firmicutes gehört. Damit waren die Firmicutes insgesamt erniedrigt - und dadurch auch das Verhältnis von Firmicutes zu Bacteroidetes.

In der Gruppe der Übergewichtigen waren außerdem die Zellzahlen der Gattung Bacteroides signifikant erhöht. In der Gruppe der Adipösen waren darüber hinaus die Zellzahlen der Gattungen Bifidobacterium und Methanobrevibacter erniedrigt, falls Methanobrevibacter nachgewiesen werden konnte.


Kurzkettige Fettsäuren und Energiegehalt

Bakterien der Firmicutes und der Bacteroidetes produzieren kurzkettige Fettsäuren aus Nahrungsbestandteilen, die der Verdauung im Dünndarm entgehen. So versorgen sie den menschlichen Stoffwechsel mit zusätzlicher Energie. Die wichtigsten in den Stuhlproben gefundenen kurzkettigen Fettsäuren waren:

  • Essigsäure
  • Propionsäure
  • Buttersäure
  • iso-Buttersäure
  • Valeriansäure und
  • iso-Valeriansäure.

Die Konzentration der kurzkettigen Fettsäuren unterschied sich in den einzelnen Probanden-Gruppen deutlich: Die mittlere Gesamtkonzentration war in der Gruppe der adipösen Probanden über 20 Prozent höher als in der Gruppe der Normalgewichtigen.


Fazit

Eine Verschiebung in den Zellzahlen zwischen den großen Bakterien-Stämmen Firmicutes und Bacteroidetes eignet sich den Ergebnissen zufolge nicht für die Diagnostik bei Adipositas, um danach therapeutisch gezielt am Mikrobiom anzusetzen. Die kurzkettigen Fettsäuren - insbesondere Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure - sind dagegen verlässliche Marker für eine zusätzliche Energieausbeute bei einer ungünstigen Bakterienzusammensetzung.


Ansprechpartner

Prof. Dr. Andreas Schwiertz: 02772-981139
andreas.schwiertz
@mikrooek.de

Publikationsliste

Das MVZ Institut für Mikroökologie ist an zahlreichen Studien
beteiligt.

Geschichte des Instituts

Im Jahr 1954 gründete eine kleine Gruppe engagierter Ärzte das Mikrobiologische Laboratorium.