Die Rolle von Ameisensäure im Mikrobiom Ungewöhnlicher Stoffwechselweg in Darmbakterium entdeckt

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Darmbakterien nutzen verschiedene Stoffwechselwege, um Nährstoffe umzusetzen. Nun haben Forscher gezeigt, wie eine Bakterienart Ameisensäure zu ihren Gunsten als „Elektronentaxi“ nutzt – und dabei sogar schädliches Kohlenmonoxid aus dem Darm abbaut.

Im menschlichen Darm finden viele Trillionen Mikroorganismen ein Zuhause, einer davon ist Blautia luti. Dieses Darmbakterium baut wie viele seiner Verwandten unverdauliche Nahrungsbestandteile ab, etwa Ballaststoffe wie Kohlenhydrate. Bei diesem Prozess entsteht unter anderem Essigsäure (Acetat) – ein wichtiger Energielieferant für unsere Darmzellen und ein Signalstoff, der über die Darm-Hirn-Achse sogar unser Wohlbefinden beeinflussen kann.

Taxis für den Elektronentransport

B. luti lebt im Darm unter Luftabschluss und kann nicht atmen, sondern nur gären. Dabei setzt es Kohlenhydrate zu Laktat, Succinat, Ethanol, Kohlendioxid und Wasserstoff um, die das Bakterium als Endprodukte des Stoffwechsels ausscheidet. Zu viel Wasserstoff im Darm ist allerdings ungesund, da er die weitere Vergärung hemmt. Passenderweise verbrauchen kleine einzellige Lebewesen, die sogenannten Archaeen, den Wasserstoff, wobei sie daraus Methan herstellen und so den Wasserstoff-Haushalt im Darm regulieren. Sozusagen fungiert Wasserstoff als Elektronentaxi innerhalb eines Bakteriums und zwischen unterschiedlichen Bakterien.

Dieser Vorgang ist jedoch mit einem starken Energieverlust verbunden und daher unvorteilhaft für die Bakterien. B. luti hat eine zusätzliche, bessere Möglichkeit. Wie Raphael Trischler und Prof. Volker Müller vom Lehrstuhl für molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik der Goethe-Universität Frankfurt zeigen, produziert B. luti anstelle von Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff als Stoffwechselprodukt Ameisensäure (Formiat), in der Wasserstoff an CO₂ gebunden ist. In diesem Fall ist die Ameisensäure das Elektronentaxi und die aufwendige Wasserstoffproduktion kann so umgangen werden.

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Ameisensäure als Elektronenspeicher

Für die Ameisensäure-Produktion nutzt B. luti das Enzym Pyruvat-Formiat-Lyase. Dieses Enzym ist bei acetogenen Bakterien eher ungewöhnlich. „Die Elektronen werden quasi in der Ameisensäure gespeichert“, erläutert Trischler.

Aber auch Ameisensäure ist ungesund, wenn die Konzentrationen zu hoch werden. B. luti entgiftet die Ameisensäure zusammen mit CO₂ in einem speziellen Stoffwechselweg, dem Wood-Ljungdahl-Weg (WLW), zu Acetat. Im WLW wird CO₂ über zwei verschiedene Pfade umgewandelt und am Ende zu Essigsäure zusammengesetzt. Im ersten Pfad wird CO₂ normalerweise durch ein spezielles Enzym – die Formiat-Dehydrogenase – mit Wasserstoff zu Ameisensäure umgewandelt. „Doch B. luti fehlt die Formiat-Dehydrogenase komplett“, sagt Trischler, der das Bakterium für seine Doktorarbeit untersucht hat. Stattdessen verwendet B. luti die Ameisensäure direkt. Der Zucker-Abbau auf der einen Seite und die Essigsäure-Produktion auf der anderen sind somit über die Ameisensäure miteinander verbunden – ein geschickter Weg, der dem Bakterium einen energetischen Vorteil verschafft.

Nützliche Nebeneffekte

In der beobachteten Laborkultur scheidet B. luti Ameisensäure aus. Im komplexen Nahrungsgeflecht des Darms ist das anders, dort reichert sich die Ameisensäure nicht an. Methanbildende Archaeen können Ameisensäure zu Methan umsetzen, aber auch B. luti hat noch einen Trick parat. Für die Reduktion von Ameisensäure im WLW braucht es Elektronen, die bei der Gärung aus dem Kohlenhydrat stammen. Aber auch Gase, die andere Bakterien produzieren, kann B. luti dafür nutzen. „In Gegenwart von Wasserstoff verschwindet die Ameisensäure komplett“, berichtet Trischler.

Bemerkenswert sei dabei die Fähigkeit von B. luti, Kohlenmonoxid zu verwerten, betont der Forscher. Dieses hochgiftige Gas entsteht im menschlichen Körper beim natürlichen Abbau von Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff. „Bakterien wie B. luti können dadurch vom Körper selbst produziertes Kohlenmonoxid mit Ameisensäure entgiften“, erläutert Forschungsleiter Müller. Das erkläre auch, warum so viele Darmmikroben das Enzym Kohlenmonoxid-Dehydrogenase besitzen.

Ein Beispiel für die Vielfältigkeit der Darmbakterien

B. luti hat aber noch eine weitere, nützliche Eigenschaft für den Menschen: Neben Acetat produziert es Succinat (Bernsteinsäure). Succinat fördert das Wachstum anderer nützlicher Darmbakterien, stimuliert das Immunsystem und ist zudem ein industriell wertvoller Rohstoff für biotechnologische Anwendungen.

Die Studie verdeutlicht, wie vielfältig die Stoffwechsel-Strategien im Darm sind. „Selbst innerhalb verwandter Bakteriengruppen gibt es faszinierende Unterschiede“, sagt Müller. „Das zu verstehen, hilft uns, die Interaktionen verschiedener Darmbakterien und ihre Rolle für das menschliche Wohlbefinden besser zu entschlüsseln.“

Originalpublikation: Raphael Trischler, Volker Müller: Formate as electron carrier in the gut acetogen Blautia luti: a model for electron transfer in the gut microbiome. Gut Microbes, Volume 18, 2026 - Issue 1; DOI:10.1080/19490976.2025.2609406

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