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Gesunde Verdauung Bakterien bewegen den Darm

| Redakteur: Christian Lüttmann

Bei der Verdauung sind wir nicht auf uns allein gestellt – Billionen von Bakterien im Darm helfen dabei. Sie verstärken sogar die Muskelbewegungen, welche Nahrungsbrei durch den Darmtrakt fördern. Dazu aktivieren sie bestimmte Nervenzellen im Darm und regulieren so die Kontraktion und Entspannung der Muskelwand des Dickdarms, wie Forscher aus England und der Schweiz herausgefunden haben.

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Zotten des Dünndarms mit Nervenfasern (rot).
Zotten des Dünndarms mit Nervenfasern (rot).
(Bild: Yuuki Obata and Álvaro Castaño, The Francis Crick Institute)

Bern/Schweiz, London/Vereinigtes Königreich – Beim Verdauungsschlaf ruht der Körper, nicht aber der Darm. Um Nahrung durch selbigen zu transportieren, muss der Darm den Inhalt systematisch vorwärtsbewegen, indem er ihn über seine Länge nach und nach zusammendrückt. Diese Kontraktion und Entspannung der Muskeln im Dickdarm regulieren spezielle Nervenzellen im Darm.

Anomalien der Darmbewegung verursachen häufig Krankheiten wie das Reizdarmsyndrom oder die nach einer Operation auftretenden Störungen der Darmfunktion. Nun haben Forscher des Crick-Instituts in London gemeinsam mit Kollegen aus Bern entdeckt, wie diese Nervenzellen – und somit die Darmbewegung – durch bestimmte Darmbakterien beeinflusst werden.

Komplexes Verdauungsorgan

Der Darm enthält Billionen von Bakterien, die durch die Produktion von Stoffen wie Vitaminen und Aminosäuren die Funktion vieler Organe in unserem Körper, einschließlich des Gehirns, beeinflussen. Zudem weist der Darm mehr Nerven auf als das Rückenmark. Es ist bereits belegt, dass ein Zusammenhang besteht zwischen dem Vorhandensein bestimmter Bakterien im Dickdarm und der Geschwindigkeit, mit der sich die Nahrung durch den Darmtrakt bewegt. Bisher war jedoch unklar, inwiefern Darmbakterien für das Funktionieren der Millionen von Nervenzellen im Verdauungssystem zuständig sind.

Das Forscherteam aus London und Bern hat nun gewisse von Darmbakterien produzierte Stoffe identifiziert, die auf Nervenzellen einwirken, welche wiederum für die Darmbewegung zuständig sind. Dabei bestand die Schwierigkeit darin, herauszufinden, welche Stoffe tatsächlich für die Signalgebung in den Nervenzellen verantwortlich sind. „Das Nervensystem im Darm ist ein extrem kompliziertes Netzwerk, das sich nur schwer von den anderen Zellen in der Darmstruktur trennen lässt“, sagt Andrew Macpherson, Co-Autor der Studie. „Zudem werden viele verschiedene Stoffe produziert, sodass man nach einer Nadel im Heuhaufen sucht.“

Keimfreier Darm ist träge

Enterisches Nervensystem des Magen-Darm-Trakts, das aus rund 100 Millionen Nervenzellen besteht
Enterisches Nervensystem des Magen-Darm-Trakts, das aus rund 100 Millionen Nervenzellen besteht
(Bild: Yuuki Obata and Álvaro Castaño, The Francis Crick Institute)

Um die Wirkung von Darmbakterien auf die Darmbewegung zu untersuchen, setzten die Forscher so genannte keimfreie Mäuse ein, deren Darm nicht von Bakterien besiedelt ist, und verglichen diese mit Tieren mit Darmbakterien. Sie entdeckten, dass die keimfreien Tiere tatsächlich eine reduzierte Darmbewegung aufwiesen im Vergleich zu Tieren, die mit gutartigen Bakterien besiedelt waren. „Dabei stellte sich heraus, dass ein spezieller Rezeptor, der so genannte Arylkohlenwasserstoff-Rezeptor AhR, bei den Darmnervenzellen durch die Anwesenheit von Darmbakterien ‚eingeschaltet wird‘, sagt Yuuki Obata vom Crick Institute, Hauptautorin der Studie.

Dass AhR für die Funktion von Immun- und anderen Zellen im Darm sehr wichtig ist, war bereits bekannt. „Unsere Arbeit zeigt, dass dieser Rezeptor auch von Darmnervenzellen verwendet wird, um die Anwesenheit von Bakterien zu erkennen und die Darmbeweglichkeit zu regulieren – und so eine gesunde Verdauung zu fördern“, ergänzt Vassilis Pachnis vom Crick-Institut, der als weiterer Co-Autor beteiligt war.

Darmprobleme erklären und beseitigen

„Störungen der Darmbewegung sind extrem häufig und verursachen viel Leid bei Patientinnen und Patienten nach chirurgischen Eingriffen oder bei Personen, die am Reizdarmsyndrom erkrankt sind“, sagt Macpherson. „Unsere Ergebnisse liefern eine Erklärung, warum bestimmte Patientinnen und Patienten, deren Darm mit anderen Bakterienstämmen besiedelt ist, für diese Darmprobleme anfälliger sind.“

Die Forscher hoffen, die Aktivität von AhR in den Nervenzellen in Zukunft gezielt verändern zu können, um die Folgen einer abnormen Darmbeweglichkeit zu lindern, wie sie häufig mit Magen-Darm-Erkrankungen einhergeht.

Originalpublikation: Yuuki Obata, Álvaro Castaño, Stefan Boeing, Ana Carina Bon-Frauches, Candice Fung, Todd Fallesen, Mercedes Gomez de Agüero, Bahtiyar Yilmaz, Rita Lopes, Almaz Huseynova, Stuart Horswell, Muralidhara Rao Maradana, Werend Boesmans, Pieter Vanden Berghe, Andrew J. Murray, Brigitta Stockinger, Andrew J. Macpherson and Vassilis Pachnis: Neuronal programming by microbiota regulates intestinal physiology, Nature, 5. Februar 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-1975-8

(ID:46354336)