Gesunde Darmbakterien

Die menschliche Zivilisation hat erstaunliche Technologien hervorgebracht, die es fast acht Milliarden Menschen ermöglichen, auf diesem Planeten zu leben. Dabei haben wir unzählige giftige Schadstoffe produziert, darunter einige, die als „ewige Chemikalien“ und persistente Umweltschadstoffe (POP) bezeichnet werden. Sie werden in der Umwelt nicht abgebaut und reichern sich in den Tieren, die wir essen, und in uns selbst an. Zu den vor Jahrzehnten identifizierten Schadstoffen gehören organochlorhaltige Pestizide wie DDT sowie polychlorierte Biphenyle (PCB), Dibenzo-p-dioxine (PCDD oder Dioxine) und Dibenzofurane (PCDF). ¹. Vor kurzem wurde eine neue Klasse toxischer POPs identifiziert, die als per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) bezeichnet werden ².

Es handelt sich dabei um eine große, komplexe Gruppe synthetischer Chemikalien, die seit den 1950er Jahren in Konsumgütern verwendet werden. Sie sind in vielen Produkten enthalten. PFAS werden beispielsweise verwendet, um zu verhindern, dass Lebensmittel an Verpackungen oder Kochgeschirr haften bleiben, um Kleidung und Teppiche schmutzabweisend zu machen und um wirksamere Feuerlöschschäume herzustellen.

Sie haben eine polare Endgruppe (wie COOH) und eine Kette aus Kohlenstoffatomen, an die Fluoratome in kovalenten Bindungen gebunden sind. Da die Kohlenstoff-Fluor-Bindung eine der stärksten ist, werden diese Chemikalien in der Umwelt nicht leicht abgebaut. Zwei davon, Perfluoroctansäure (PFOA, von engl. perfluorooctanoic acid) und das Natriumsalz der Perfluorsulfonsäure (PFOS, von engl. perfluorosulfonic acid), wurden Anfang der 2000er Jahre aus Konsumgütern entfernt. Sie werden als Alt-PFAS bezeichnet. Sie wurden mit Polytetrafluorethylen (auch bekannt als Teflon, hergestellt von Tefal) gemischt und in Antihaft-Kochgeschirr verwendet. Eine aktuelle Studie hat sowohl PFOA als auch PFOS im Blut vieler Menschen in den USA, China und anderen Ländern nachgewiesen ³.

Ein Bericht der Centers for Disease Control and Prevention in den USA, der Daten aus der National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) verwendet, fand PFAS im Blut von 97 % der Amerikaner ^4-5. Ein weiterer NHANES-Bericht deutet darauf hin, dass die PFOS- und PFOA-Werte im Blut von Menschen zurückgegangen sind, seit diese Chemikalien Anfang der 2000er Jahre aus Konsumgütern entfernt wurden. Allerdings wurden neue PFAS-Chemikalien entwickelt, deren Exposition schwer zu bewerten ist.

Aufgrund ihrer weit verbreiteten Verwendung und ihres häufigen Vorkommens sind Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen von PFAS auf die öffentliche Gesundheit aufgekommen. Mehr als 9000 PFAS-Chemikalien wurden identifiziert. Sie verbleiben für einen unbekannten Zeitraum in der Umwelt – möglicherweise für Jahrhunderte. Im Laufe der Zeit können Menschen mehr dieser Chemikalien aufnehmen, als sie ausscheiden. Dies führt zu einer Bioakkumulation im Körper. Die bisher durchgeführten Untersuchungen zeigen mögliche Zusammenhänge zwischen der Exposition des Menschen gegenüber PFAS und gesundheitsschädlichen Auswirkungen ⁶.

Zu diesen gesundheitlichen Auswirkungen zählen Stoffwechselveränderungen, Fruchtbarkeitsstörungen, vermindertes Wachstum des Fötus, erhöhtes Risiko für Übergewicht oder Fettleibigkeit sowie eine verminderte Fähigkeit des Immunsystems, Infektionen zu bekämpfen. Obwohl das Wissen über die potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen von PFAS gewachsen ist, bleiben viele Fragen offen. Daher finanziert oder führt das NIEHS weiterhin Forschungsarbeiten durch, um die Auswirkungen einer PFAS-Exposition besser zu verstehen.

Forscher untersuchen auch die gesundheitlichen Auswirkungen von PFOA und einem PFOA-Ersatzstoff auf die Nachkommen exponierter Mäuse. Die Serumkonzentrationen von Alt-PFAS beim Menschen nehmen weltweit ab, aber die Gesamtexposition gegenüber neueren PFAS und Vorläuferverbindungen ist noch nicht gut charakterisiert. Die Exposition des Menschen gegenüber Alt-PFAS aus Meeresfrüchten und Trinkwasser ist in vielen Regionen stabil oder nimmt zu, was darauf hindeutet, dass der beobachtete Rückgang auf die schrittweise Einstellung der Verwendung von Alt-PFAS in Konsumgütern zurückzuführen ist. In vielen Regionen weltweit werden weiterhin PFAS-kontaminierte Standorte aufgrund der Verwendung von wasserfilmbildenden Schaummitteln (AFFF) entdeckt, insbesondere in der Nähe von Flughäfen und Militärstützpunkten. Die Exposition durch Lebensmittelverpackungen und Innenräume ist aufgrund der sich rasch verändernden chemischen Landschaft, in der alte PFAS durch verschiedene Vorläufer und schwer nachweisbare maßgeschneiderte Moleküle ersetzt wurden, ungewiss.

Mehrere Studien zeigen einen signifikanten Zusammenhang zwischen PFAS-Exposition und negativen Auswirkungen auf das Immunsystem bei Kindern. Dyslipidämie ist die stärkste metabolische Auswirkung, die mit PFAS-Exposition in Verbindung gebracht wird. Die Hinweise auf Krebserkrankungen beschränken sich auf Produktionsstätten mit extrem hoher Exposition, und es liegen keine ausreichenden Daten vor, um die Auswirkungen der PFAS-Exposition auf die neurologische Entwicklung zu charakterisieren. Vorläufige Erkenntnisse deuten auf erhebliche gesundheitliche Auswirkungen im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber neuen PFAS hin. Die Erfahrungen mit älteren PFAS zeigen, dass begrenzte Daten nicht als Rechtfertigung dafür herangezogen werden sollten, Maßnahmen zur Risikominderung für Ersatz-PFAS zu verzögern.

Die Exposition gegenüber PFAS ist allgegenwärtig und wird mit einem erhöhten Risiko für verschiedene Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen in Verbindung gebracht ⁷. Dreihundertzwölf übergewichtige/adipöse Jugendliche aus der Studie „Study of Latino Adolescents at Risk” (SOLAR) und 137 junge Erwachsene aus der „Southern California Children’s Health Study” (CHS) wurden in die Analyse einbezogen ⁸. Die PFAS-Konzentrationen im Plasma und die Auswirkungen auf den Stoffwechsel (das Metabolom) wurden bestimmt. Die PFAS-Exposition stand im Zusammenhang mit Veränderungen im Tyrosinstoffwechsel und der De-novo-Fettsäurebiosynthese. Beispielsweise führten höhere PFAS-Konzentrationen zu einem Anstieg von Thyroxin (T4), einem Schilddrüsenhormon, das mit dem Tyrosinstoffwechsel in Verbindung steht. In ähnlicher Weise stieg auch der Gehalt an Arachidonsäure, einer wichtigen Fettsäure, an. Die PFAS-Exposition ist mit Veränderungen im Aminosäurestoffwechsel und Fettstoffwechsel bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen verbunden.

Es war daher eine großartige Nachricht, als Forscher kürzlich herausfanden, dass einige der Bakterien, die in gesunden menschlichen Darmmikrobiomen vorkommen, PFAS schnell absorbieren, bioakkumulieren und über den Stuhl ausscheiden ⁹. Dazu gehören mehrere Arten der Gattung Bacteroides: [B. caccae], [B. clarus], [B. dorei], [B. stercoris], [B. thetaiotaomicron] und [B. uniformis]. Weitere Bakterien, die PFAS entfernen, sind Odoribacter splanchnicus, Parabacteroides distasonis, Parabacteroides merdae und Escherichia coli. Diese Bakterien können PFAS selbst dann entfernen, wenn es nur in geringen Konzentrationen vorhanden ist.

Darüber hinaus gibt es ein gesundes menschliches Darmbakterium namens [Akkermansia muciniphila], das zur Vorbeugung von Fettleibigkeit und verschiedenen menschlichen Krankheiten, darunter Diabetes, beiträgt. Dies geschieht durch ein koordiniertes Netzwerk aus mikrobiellen Antigenen, Lipiden, Enzymen und Metaboliten, während sein Gehalt im Darm zunimmt. Kürzlich wurde gezeigt, dass es auch die antivirale Immunität in der Lunge unterstützt, wenn diese mit dem SARS-CoV-2-Virus infiziert ist, das COVID-19 verursacht ¹⁰.

Das heißt, das Darmmikrobiom ist über verschiedene Signalwege, den Transport von Immunzellen und mikrobielle Metaboliten mit der Lunge verbunden. Das SARS-CoV-2-Virus verändert die Zusammensetzung und Vielfalt der Darmmikrobiota und führt zu einem Ungleichgewicht und einer Beeinträchtigung der Gesundheit. Dies kann zu Störungen der Integrität der Darmbarriere, Veränderungen der bakteriellen Metaboliten, der Translokation von Bakterien und Viren in den Blutkreislauf und einer Hyperaktivierung der Immun- und Entzündungsreaktionen führen. Dies sind wichtige Kennzeichen einer schweren COVID-19-Erkrankung. Zu den therapeutischen Strategien, die auf die Darmmikrobiota abzielen, gehören die Supplementierung mit kurzkettigen Fettsäuren und Probiotika sowie die Transplantation von Fäkalmikrobiota. Sie haben vielversprechende Ergebnisse bei der Wiederherstellung der mikrobiellen Homöostase und der Modulation von Immunreaktionen bei verschiedenen Infektionskrankheiten gezeigt.

[A. muciniphilia] kommt reichlich in der Schleimschicht der Darmschleimhaut vor ¹¹. Wie andere gesunde Darmbakterien produziert es durch die Fermentierung von Ballaststoffen kurzkettige Fettsäuren (SCFAs). Es baut auch die als Mucin bezeichneten Glykoproteine ab und spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Darmbarriere und der Immunregulation. Mucine sind eine Klasse von Proteinen, die mit vielen Zuckermolekülen überzogen sind. Sie bilden eine physische Barriere, die Epithelzellen vor Schäden, Krankheitserregern und Reizstoffen schützt.

Einige Muzine können mit anderen Molekülen auf Zelloberflächen interagieren und so das Verhalten und die Kommunikation der Zellen beeinflussen. Die Menge an Mucin und Veränderungen in seiner Struktur stehen in Zusammenhang mit verschiedenen Krebsarten, darunter Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts und der Brust. Muzine spielen eine Rolle bei entzündlichen Erkrankungen, beispielsweise solchen, die die Atemwege betreffen (Asthma, Bronchitis). Sie können Zielscheibe für Krankheitserreger sein, aber auch zum Schutz vor Infektionen beitragen. Darüber hinaus ist [A. muciniphilia] gegen viele Antibiotika resistent. Somit ist das Darmmikrobiom teilweise vor Antibiotika geschützt.

Die Ernährung beeinflusst die Struktur, Zusammensetzung und Funktion des menschlichen Darmmikrobioms. Die Auswirkungen der Ernährung auf [A. muciniphila] beginnen fast unmittelbar nach der Geburt. Eine aktuelle Studie untersuchte den Einfluss des aus Muttermilch stammenden Metaboliten Betain auf die relative Gesamtabundanz von [A. muciniphila]. Es wurde festgestellt, dass mütterliches Betain dessen Abundanz vorübergehend erhöht. Oligosaccharide in der Muttermilch, die als Präbiotika für die Darmmikrobiota von Neugeborenen dienen, fördern ebenfalls die Vermehrung von [A. muciniphila]. Andererseits verringert der Verzehr von gesättigten Fetten, die in Fleisch enthalten sind, die Menge an [A. muciniphila] und anderen gesunden Darmbakterien. Antioxidantien in der Ernährung, das SCFA-Butyrat und komplexe Kohlenhydrate, die in Ballaststoffen enthalten sind, erhöhen die relative Häufigkeit von [A. muciniphila].

Im Darm gesunder Menschen wurde im Vergleich zu Menschen mit Stoffwechselstörungen eine höhere Konzentration von [A. muciniphila]festgestellt, und mehrere positive Auswirkungen auf den Stoffwechsel, darunter eine verbesserte Glukoseregulierung, weniger Körperfett und weniger Entzündungen, wurden mit [A. muciniphila]in Verbindung gebracht. Daher sind Ballaststoffe in der mediterranen Ernährung und anderen Ernährungsweisen sehr gesund. Darüber hinaus ist es für Ihre Gesundheit und die Gesundheit von Gaia (der Biosphäre) am besten, wenn Sie auf den Verzehr von Fleisch verzichten – insbesondere von massenhaft produziertem Rind- und Schweinefleisch.