Der Darm in künstlicher Darstellung in seiner gesamten Länge
08.10.2020

Der Darm unser zweites Gehirn

Text: Verena Radlinger

Wer glaubt, das Hirn sei Chef des Körpers, irrt. 100 Billionen Bakterien in unserem Darm machen das Mikrobiom zum Hauptakteur. Dennoch birgt der Darm bis heute große Geheimnisse – Wie funktioniert er? Was macht er? Und was braucht er?

Früher wusste man relativ wenig über die Bakterien in unserem Darm. Mittlerweile weiß man das alle Bakterien des sogenannten Mikrobioms zu großen Teilen dafür verantwortlich, ob wir gesund durchs Leben gehen können. Das Mikrobiom ist aufs Engste mit dem Darm verflochten. Das Mikrobiom wird grundsätzlich als Gesamtheit aller Mikroorganismen definiert, die in Verbindung zu unserem Körper leben. Heute weiß man, dass es ein wichtiger Bestandteil jedes mikrobiell besiedelten Organs ist. Das sind Körperoberflächen, die mit der Umwelt in Verbindung stehen – also Darm, Atemwege, Urogenitaltrakt und Haut. Zum Mikrobiom zählen nicht nur Bakterien, sondern auch Pilze, Viren und andere Organismen. Den größten Teil bilden jedoch Bakterien, wobei noch nicht genau geklärt ist, wie viele Viren es gibt. Pilze und Protozoen stellen nur eine Minderheit dar. Interaktionen finden sowohl zwischen den einzelnen Bakterienspezies als auch zwischen Bakterien und dem Wirt (das sind wir) statt.

Die Wichtigkeit des Mikrobioms wird bei folgenden Daten noch deutlicher: Bis zu 1,5 Kilogramm wiegen alleine die Darm-Bakterien bei jedem Menschen, in etwa 1.000 Arten wurden bisher entschlüsselt. Die höchste Dichte an Bakterien beherbergt der Dickdarm. Schätzungen zufolge liegt die Gesamtorganismenzahl in den Darmwindungen bei circa 1014 Mikroorganismen. Zehnmal mehr als die Zahl an Körperzellen. 400 bis 500 Arten davon werden darin beherbergt, wobei 30 bis 40 Spezies bis zu 99 % der bakteriellen Zellmasse ausmachen.

Wie eine gesunde Mikrobiota zusammengesetzt ist, ist zwar nicht exakt definierbar, doch gilt eine hohe Vielfältigkeit als günstig. Neue Forschungsarbeiten zeigen die frühe Prägung der Interaktion zwischen Darm-Mikrobiom und Gehirn: Die Programmierung findet in den ersten drei Lebensjahren und auch bereits bei der Geburt statt. Zahlreichen Studien zufolge weisen Kaiserschnittkinder ein weniger abwechslungsreiches Mikrobiom auf, man spricht von einer geringen Diversität der Bakterien. Bei einer vaginalen, also natürlichen Geburt kommt das Neugeborene mit dem Vaginalschleim der Mutter in Kontakt und der sorgt für ein gutes Mikrobiom-Starter-Kit. Mittlerweile werden sogar die Kinder nach einer Kaiserschnittgeburt mit dem Vaginalsekret der Mutter eingerieben und nehmen die Bakterien über die Haut auf.

Allergien aus dem Darm?

Sowohl bei der Entwicklung des Mikrobioms als auch bei der Allergieentstehung gilt das erste Lebensjahr als besonders wichtige Phase. Diese Parallelen legen die Vermutung nahe, dass die Mikrobiota an der Entstehung von allergischen Erkrankungen einen entscheidenden Anteil haben. Wissenschaftliche Studien können mittlerweile sogar Belege bringen, wie die Forschung rund um Assoc.-Prof. Dr. Irma Schabussova.

Epidemiologische Studien zeigen, dass ein verminderter Kontakt zu Umweltbakterien in den ersten Lebensjahren mit einem erhöhten Risiko später Allergien zu entwickeln korreliert. Bestimmte probiotische Bakterien, wie zum Beispiel Laktobazillen oder Bifidobakterien, wurden bereits einigermaßen erfolgreich bei Hochrisikokindern zur Allergievermeidung angewendet. Zum Beispiel konnte gezeigt werden, dass die Verabreichung von Probiotika bei schwangeren und/oder stillenden Frauen und/oder deren Neugeborenen das Risiko der Kinder an atopische Dermatitis zu erkranken senkt. Trotz des vielversprechenden Konzepts sind noch mehr Studien erforderlich, um den positiven Effekt von Probiotika auf Lebensmittelallergien oder Asthma zu untersuchen. Mehr zu der Entstehung von Allergien im Darm gibt’s in unserer Printausgabe.

Das Mikrobiom des Darms ist notwendig, damit die sogenannten konven­tionellen dendritischen Zellen (cDC) in der Lage sind, weitergehende Reaktionen des Immunsystems anzustoßen. Die cDC gehören dem angeborenen Immunsystem an. Sie sind mit einer Reihe von Mustererkennungs-Rezeptoren ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, eindringende Erreger schnell zu identifizieren. Die Zellen reagieren zunächst mit der Ausschüttung von Botenstoffen, die weitere Immunzellen an die Stelle der Infektion locken. Gleichzeitig nehmen sie Krankheits­erreger auf, zerlegen sie und präsentieren anschließend einzelne Bruchstücke als Antigene an der Zelloberfläche. Das wiederum führt zur Aktivierung von T-Zellen und in Folge zu einer gezielten Immunantwort.

Was ist die Darm-Hirn-Achse?

Auch wenn Darm und Mikrobiom noch nicht vollständig erforscht sind, belegen viele Studien den Einfluss der Darmbakterien auf die Gesundheit, weit über ihre lokale Wirkung hinaus. Außerdem bewiesen ist der Einfluss von Darmbakterien auf Funktionen im Gehirn.

Störungen der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn werden als Mitursache verschiedener funktioneller gastrologischer, aber auch neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen und Störungen angesehen. Dies trifft insbesondere auf das Reizdarmsyndrom oder den Einfluss von Stress auf das Gehirn zu. Psychosozialer Stress, dessen primärer Angriffspunkt im Gehirn liegt, führt zu Störungen motorischer und sekretorischer Prozesse (Produktion und Absonderung eines Sekrets) im Darm, Erhöhung der Durchlässigkeit der Darmwand (Darmpermeabilität), Störung des Darmmikrobioms, Angriff auf das Darmimmunsystem und Schmerzüberempfindlichkeit. Wie diese Interaktionen zusammenhängen erklären wir in unser Print-Ausgabe vom 9. Oktober.

Die Bedeutung der Darm-Gehirn-Achse blieb lang unterschätzt, weil ein beträchtlicher Teil des Informationsflusses vom Darm zum Gehirn unbewusst erfolgt. Obwohl diese Signale zu bewussten Empfindungen wie Hunger, Sattheit, Stuhldrang, Übelkeit und Schmerz beitragen, beeinflussen sie neben der autonomen Steuerung von Organfunktionen unbewusst auch emotionale, affektive und kognitive Vorgänge. Das sogenannte enterische Nervensystem (ENS), das sich in den Wänden des rund sieben Meter langen Darms befindet, kommuniziert ebenso wie das Gehirn mit Neurotransmittern. Daher spricht man auch vom Bauchhirn. Mit seinen mehr als 100 Millionen Neuronen ist das ENS sogar größer als das Nervensystem im gesamten Rückenmark.

 


Spannende Forschung entlang der Darm-Hirn-Achse

In meinem experimentellen Forschungsgebiet (Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse) sehen wir, dass ernährungsbedingte Änderungen in der Zusammensetzung des Darmmikrobioms messbare Auswirkungen auf die Gesundheit des Gehirns haben. Eine Hochfetternährung von Mäusen führt nicht nur zu Übergewicht, sondern manifestiert sich auch in einem depressionsartigen Verhalten. Wir haben Hinweise dafür, dass eine ernährungsbedingte Falschzusammensetzung des Darmmikrobioms die Aktivität des Fettgewebes beeinflusst und über Hormone des Fettgewebes (Adipokine) das depressionsartige Verhalten auslöst.

Univ.-Prof. Dr. Peter Holzer, FBPhS, Otto Loewi Forschungszentrum, Medizinische Universität Graz