Darmbakterien steuern Reifung und Funktion von Immunzellen des Gehirns / Zersetzte Ballaststoffe dienen als Botenstoffe zwischen Darm und Gehirn / Veröffentlichung in Nature Neuroscience
Gesunde Mikroglia eines Tieres mit Darmflora; Mitte: ohne Darmflora sind die Mikroglia unreif;
Bildquelle: Universitätsklinikum Freiburg
(01.06.2015) Die Besiedlung des Darms mit Bakterien beeinflusst lebenslang die Immunabwehr des Gehirns und damit möglicherweise auch den Verlauf von Hirnerkrankungen wie Alzheimer und Multipler Sklerose. Dies hat ein Team um Neuropathologen des Universitätsklinikums Freiburg erstmals an Mäusen festgestellt. Wie die Wissenschaftler nun zeigen konnten, wird die Funktion von Fresszellen des Gehirns, so genannte Mikroglia, durch Abbauprodukte von Darmbakterien gesteuert. Insbesondere bei der Zersetzung von Ballaststoffen produzieren Bakterien kurzkettige Fettsäuren, die für die korrekte Funktion der Mikroglia benötigt werden. Mäuse, deren Darm keine Bakterien enthielt, entwickeln unreife und verkümmerte Mikroglia. Wurde später eine Darmflora etabliert, waren auch die Mikroglia-Zellen wieder gesünder. Die Studie gibt nicht nur Hinweise auf die mögliche Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen, sondern auch auf die Bedeutung einer ausgewogenen Ernährung für die Vorbeugung von Gehirnerkrankungen. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher in der Juli-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Neuroscience und vorab in der Online-Ausgabe der Zeitschrift.
Mikroglia sind die sogenannten Fresszellen des Gehirns, auch Gehirn-Makrophagen genannt. Sie beseitigen eingedrungene Keime und abgestorbene Nervenzellen und sind an der lebenslangen Formbarkeit des Gehirns beteiligt. Fehlgesteuerte Mikroglia-Zellen spielen bei mehreren Hirnerkrankungen eine Rolle. Wie die Reifung und Aktivierung dieser Zellen gesteuert wird, war bislang unklar.
Ohne Darmbakterien verkümmern die Immunzellen des Gehirns
Bildquelle: Universitätsklinikum Freiburg
Prof. Dr. Marco Prinz, Ärztlicher Direktor des Instituts für Neuropathologie am Universitätsklinikum Freiburg und assoziiertes Mitglied des BIOSS Centre for Biological Signalling Studies Freiburg, leitete die Forschungsgruppe mit Mitgliedern aus Freiburg, Rehovot (Israel), München, Mainz, Köln, und Bern (Schweiz). Gemeinsam mit den Erstautoren Dr. Daniel Erny und Anna Lena Hrabě de Angelis konnte er erstmals bei Mäusen zeigen, dass ein intaktes Immunsystem des Gehirns von einer gesunden bakteriellen Darmflora abhängt. Dafür untersuchten sie Tiere, die in einer komplett sterilen Umgebung aufgezogen und gehalten wurden. Diese besaßen verkümmerte und unreife Mikroglia, die auf Entzündungsreize im Hirn kaum reagierten. „Unsere Ergebnisse weisen auf einen ständigen Informationsfluss zwischen Darmbakterien und Hirnmakrophagen hin“, sagt Prof. Prinz.
Auch Tiere, deren Darmbakterien durch eine vierwöchige Antibiotika-Therapie abgetötet worden waren, wiesen eine gestörte Immunantwort auf. Im Kontakt mit gesunden Tieren etablierte sich bei den zuvor steril gehaltenen Tieren schnell eine Darmflora. Dies hatte einen positiven Einfluss auf die Immunabwehr. Dabei galt: „Je größer die Vielfalt der Darmbakterien war, desto besser entwickelten sich auch die Mikroglia“, fasst der Neuropathologe zusammen
Zersetzte Ballaststoffe steuern Immunreaktion im Gehirn
Die Forscher zeigten, dass kurzkettige Fettsäuren als Botenstoff zwischen Darmflora und Mikroglia dienen. Diese werden bei der bakteriellen Verwertung von Ballaststoffen, Milchprodukten und weiteren Nahrungsmitteln produziert. Über das Blut könnten sie ins Gehirn gelangen und dort Mikrogliazellen helfen, Entzündungsreaktionen schnell und effizient zu bekämpfen. „Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, wie wichtig für die geistige Gesundheit eine ausgewogene Ernährung ist, die zur bakteriellen Bildung von kurzkettigen Fettsäuren beiträgt“, sagt Prof. Prinz.
Hat die Darmflora auch Einfluss auf Alzheimer, Parkinson und Multiple Sklerose?
Die Studie dürfte auch für den Menschen eine hohe Relevanz haben. „Die Ergebnisse passen sehr gut zu früheren klinischen Studien und zu Untersuchungen anderer Forschungsgruppen“, so Prof. Prinz. So werden Autoimmunerkrankungen des Darms wie Morbus Crohn mit einem Mangel an kurzkettigen Fettsäuren in Verbindung gebracht. Hier wird seit einiger Zeit die Behandlung durch eine so genannte Stuhltransplantation geprüft, bei der die Darmflora von einem auf einen anderen Menschen übertragen wird. Wie groß der Einfluss der Darmflora auf Funktion und Entwicklung des Gehirns beim Menschen genau ist, müssen zukünftige Studien prüfen.
Bildquelle: Universitätsklinikum Freiburg
Original-Titel der Arbeit: Host microbiota constantly control maturation and function of microglia in the CNS
DOI: 10.1080/15592294.2015.1039216
Link zum Journal: www.nature.com/neuro/index.html