Grundlagen des Mikrobioms

Darmzotten mit Bakterien

Im Zuge zunehmender wissenschaftlicher Erkenntnisse über das Mikrobiom verändert sich auch die Mikrobiom-spezifische Terminologie. Nachfolgend werden die in der neuesten wissenschaftlichen Literatur und in Konsenserklärungen von Experten verwendeten Begrifflichkeiten definiert.

Das Mikrobiom ist die Gesamtheit der Mikroorganismen (Mikrobiota), ihrer Gene und ihrer Mikroumgebung (Lebensraum) in einem bestimmten Gebiet. In den meisten neueren Studien wird die Mikrobiota durch die Analyse des genetischen Materials beschrieben, doch außerhalb des wissenschaftlichen Kontextes werden die Begriffe Mikrobiom und Mikrobiota häufig synonym verwendet.1 Zu den Untergruppen des Mikrobioms gehören das Virom (Viren), das Mykobiom (Pilze) und das Archaeon (Archaeen; diese Organismen ähneln Bakterien, stellen aber eine eigene Domäne dar).2 Beim Mikrobiom handelt sich um ein dynamisches Umfeld mit komplexen Wechselwirkungen und miteinander verbundenen Stoffwechselvorgängen.3

Symbol „Mikrobiom“

Eine vielfältige und ausgewogenen Population von Darmbakterien ist für eine gute Gesundheit unerlässlich. 

Bei einer Dysbiose handelt es sich um ein Ungleichgewicht des Mikrobioms, die sich nachteilig auf die Gesundheit des Wirtes auswirken kann.4  Eine Dysbiose des Darmmikrobioms geht unter anderem mit Magen-Darm-Infektionen, Fettleibigkeit, Allergien, Autoimmunerkrankungen, kognitiven Beeinträchtigungen und chronischen Enteropathien einher.4,5 Nach wie vor ist jedoch ungeklärt, ob dieser Zusammenhang eine Kausalität oder lediglich eine Korrelation darstellt, d. h., ob die Dysbiose ein Symptom oder die Ursache ist.5

Symbol „Darmgleichgewicht“

Präbiotika sind Substrate wie Ballaststoffe und resistente Stärke, die von Wirtsmikroorganismen selektiv verwertet werden und einen gesundheitlichen Nutzen bieten.6-8

Zwar ist das vorrangige Ziel der präbiotischen Nahrungsergänzung die Verbesserung der Darmmikrobiota, doch Präbiotika üben auch eigene positive Wirkungen aus, wie beispielsweise die Verbesserung der Darmgesundheit selbst. Zu den Hauptprodukten des bakteriellen Präbiotika-Stoffwechsels gehören kurzkettige Fettsäuren wie Butyrat und Propionat, die positive Wirkungen ausüben.9 Präbiotika interagieren aber auch direkt mit Wirtszellen, indem sie die Signalübertragung von Immun- und Darmepithelzellen modulieren und Entzündungen sowie die Barrierefunktion regulieren.9

Symbol „Präbiotika und Probiotika“

Präbiotika bewirken spezifische Veränderungen in der Zusammensetzung und/oder Aktivität der Darmmikroflora, die sich positiv auf das Wohlbefinden und die Gesundheit des Wirtes auswirken. 8

Tabelle „Präbiotika“

Präbiotika von Purina

Zu den am häufigsten verwendeten Präbiotika gehören fermentierbare, unverdauliche Kohlenhydrate.

Purina setzt gereinigtes Inulin, die Aleuronschicht des Weizens, Zichorienwurzel und Flohsamen als Präbiotika ein. Inulin wird mittels eines Heißwasserverfahrens aus der Zichorienwurzel extrahiert und zur Gewinnung von Oligofruktose weiterverarbeitet. Hohe Inulin-Konzentrationen finden sich von Natur aus auch in Knoblauch, Zwiebeln, Artischocken und Lauch. Die Aleuronschicht ist die Zellschicht zwischen der Kleie und dem Endosperm des Weizenkorns.

Probiotika sind ein Beispiel für eine Ernährungsintervention, die durch eine Reihe von Mechanismen dazu beitragen kann, das Überwuchern pathogener Erreger zu reduzieren und eine Verschiebung der Mikrobiota hin zu gesundheitsförderlicheren Bakterienarten zu bewirken.8,9,13

In den letzten Jahren haben sich Probiotika als eine sichere und neuartige Methode zur Erhaltung einer gesunden Darmmikrobiota und damit zur Förderung der Gesundheit von Haustieren herausgestellt. Die technische Definition von Probiotika lautet wie folgt: „Lebende Mikroorganismen, die bei Verabreichung in ausreichenden Mengen mit einem gesundheitlichen Nutzen für den Wirt einhergehen.12 Durch eine Besiedelung mit Probiotika können positive Wirkungen auf das Mikrobiom ausgeübt werden.9

Tabelle „Mechanismus“

Die aktuell verfügbaren Probiotika gehören meistens zu den Gattungen Lactobacillus, Bifidobacterium und Streptococcus.8 Da verschiedene Probiotika verschiedene nützliche Wirkungen ausüben, sollte ein Probiotikum so ausgewählt werden, dass der geplante Nutzen erzielt werden kann. Selbst innerhalb derselben Spezies können einige Bakterien einen probiotischen Nutzen haben und andere nicht. Daher muss die Wirksamkeit eines Stammes getestet werden, um seinen potenziellen Nutzen zu ermitteln.

Synbiotika sind eine Mischung aus Probiotika und Präbiotika.

Die Kombinationen können eine ergänzende (komplementäre) Wirkung ausüben, das heißt, das Präbiotikum und das Probiotikum haben unabhängige Mechanismen und Nutzen) oder eine synergistische (gleiche) Wirkung (sie enthalten ein Präbiotikum, das der bevorzugte Nährboden für das zugehörige Probiotikum ist).9

Postbiotika sind Zubereitungen aus inaktivierten Mikroorganismen und/oder ihren Bestandteilen, die eine gesundheitsfördernde Wirkung für den Wirt besitzen.14

Der International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) zufolge sind Postbiotika absichtlich inaktivierte mikrobielle Zellen, mit oder ohne Metaboliten oder Zellbestandteile, die nachweislich eine gesundheitsfördernde Wirkung haben.14 Sie müssen nicht aus Probiotika gewonnen werden und gereinigte mikrobielle Metaboliten gelten nicht als Postbiotika.14 Obwohl sich Postbiotika nicht vermehren können, sind sie in der Lage, das Mikrobiom positiv zu modulieren.14 Postbiotika können die Barrierefunktion der Epithelzellen verbessern und systemische Stoffwechselreaktionen und lokale und systemische Immunreaktionen modulieren.14 Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass Postbiotika Effekte über die Darm-Hirn-Achse ausüben können.14 Postbiotika bieten eine Alternative, wenn die Anwendung von lebenden Probiotika nicht angezeigt ist.8,14 Postbiotika sind stabil und lange haltbar, und einige bewahren ihre Bioaktivität bei gleichzeitiger Verabreichung mit Antibiotika oder Antimykotika.8,14 Ähnlich wie bei den Probiotika sind auch die Wirkungen der Postbiotika abhängig vom jeweiligen Stamm. Die Eigenschaften eines lebendes Probiotikums und seines entsprechenden Postbiotikums sind nicht unbedingt identisch, und wirksame Postbiotika müssen nicht von Stämmen mit bekannter probiotischer Wirkung stammen.

Nicht replizierende Mikroorganismen (NRM) sind wärmebehandelte Mikroorganismen, die zusammen mit ihrem Nährmedium auch nach ihrer Inaktivierung (wenn sie nicht mehr vermehrungsfähig sind) eine gesundheitliche Wirkung ausüben. Daher werden sie als Postbiotika eingestuft.14

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Weitere Informationen

  1. Marchesi, J. R. und Ravel, J. (2015). The vocabulary of microbiome research: a proposal. Microbiome, 3, 31. DOI:10.1186/s40168-015-0095-5
  2. Kim, J. Y., Whon, T. W., Lim, M. Y., Kim, Y. B., Kim, N., Kwo, M.-S., Na, Y.-D. (2020). The human gut archaeome: identification of diverse haloarchaea in Korean subjects. Microbiome, 8, 114. DOI:10.1186/s40168-020-00894-x
  3. Seth, E. C. und Taga, M. E. (2014). Nutrient cross-feeding in the microbial world. Frontiers in Microbiology, 5, 350. DOI:10.3389/fmicb.2014.00350
  4. Belas, A., Marques, C. und Pomba, C. (2020). The gut microbiome and antimicrobial resistance in companion animals. In Duarte, A. und Lopes da Costa, L. (Hrsg.), Advances in Animal Health, Medicine and Production (1. Ausgabe), S. 233–245. Springer International Publishing
  5. Pilla, R. und Suchodolski, J. S. (2021). The gut microbiome of dogs and cats, and the influence of diet. Veterinary Clinics of North America Small Animal Practice, 51(3), 605621. DOI:10.1016/j.cvsm.2021.01.002
  6. Valcheva, R. und Dieleman, L. A. (2016). Prebiotics: Definition and protective mechanisms. Best Practice & Research Clinical Gastroenterology, 30, 2737. DOI:10.1016/j.bpg.2016.02.2008
  7. Barros, C. P., Guimarães, J. T., Esmerino, E. A., Duarte, M. C. K. H., Silva, M. C., Silva, R., Cruz, A. G. (2020). Paraprobiotics and postbiotics: concepts and potential applications in dairy products. Current Opinion in Food Science, 32, 18. DOI:10.1016/j.cofs.2019.12.003
  8. Wegh, C. A. M., Geerlings, S. Y., Knol, J., Roeselers, G. und Belzer, C. (2019). Postbiotics and their potential applications in early life nutrition and beyond. International Journal of Molecular Sciences, 20, 4673. DOI:10.3390/ijms20194673
  9. Cunningham, M., Azcarate-Peril, M. A., Barnard, A., Benoit, V., Grimaldi, R., Guyonnet, D., Gibson, G. R. (2021). Shaping the future of probiotics and prebiotics. Trends in Microbiology, Epub vor dem Druck. DOI:10.1016/j.tim.2021.01.003
  10. Santana Vaz Rezende, E., Carielo Lima, G. und Veloso Naves, M. M. (2021). Dietary fibers as beneficial microbiota modulators: a proposal classification by prebiotic categories. Nutrition, 89, 111217. DOI:10.1016/j.nut.2021.111217
  11. Jalanka, J., Major, G., Murray, K., Singh, G., Nowak, A., Kurtz, C., Spiller, R. (2019). The effect of psyllium husk on intestinal microbiota in constipated patients and healthy controls. International Journal of Molecular Science, 20(2), 433. DOI:10.3390.ijms20020433
  12. World Health Organization (WHO) & Food and Agriculture Organization of the United States (FAO). (2006). Probiotics in food: Health and nutritional properties and guidelines for evaluation. (ISSN 0254-4725)
  13. Sanders, M. E. (2008). Probiotics: Definition, sources, selection, and uses. Clinical Infectious Diseases, 46 (Ergänzungsband 2), S58–61. DOI:10.1086/52334.
  14. Salminen, S., Collado, M. C., Endo, A., Hill, C., Lebeer, S., Quigley, E. M. M., Vinderola, G. (2021). The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 18, 649-667. DOI: 10.1038/s41575-021-00440-6