Vielfalt der Kulturen

Zusammenfassung

Die intestinale Mikrobiota umfasst 10¹⁴ hauptsächlich anaerobe Bakterien, die sich mindestens 400 verschiedenen Spezies zuordnen lassen. Sie beeinflusst viele wichtige Funktionen des Wirts, unter anderem den gastrointestinalen Stoffwechsel, die Entwicklung der oralen Toleranz, die Differenzierung der Darmepithelzellen und die Kolonisierungsresistenz gegenüber Krankheitserregern. Die Darmbakterien leben sowohl von exogenen als auch von endogenen Substraten und unterwerfen diese einem komplexen Fermentationsprozess, an dessen Ende kurzkettige Fettsäuren sowie die Gase Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan stehen. Generell können sich nur anpassungsfähige Bakterien im Darm etablieren. Funktionelle Redundanz stabilisiert das komplexe Ökosystem; beispielsweise sind Gene für die Kohlenhydratverwertung mehrfach vorhanden. Trotz großer individueller Unterschiede konnte ein Kernmikrobiom identifiziert werden, das bei jedem Menschen vorkommt. Neben den überwiegend positiven Funktionen gibt es Hinweise, dass die Darmmikrobiota bei der Entstehung bestimmter Krankheiten eine Rolle spielt, etwa bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen, Adipositas oder Nierensteinen. Darüber hinaus kann sie zur Bildung mutagen wirkender DNA-Addukte beitragen.

Abstract

The intestinal microbiota consists of 10¹⁴ primarily anaerobic bacteria, who represent at least 400 different species. It affects many important functions within the host organism, among others the gastrointestinal metabolism, the development of oral tolerance, the differentiation of intestinal epithelial cells, and the resistance to colonization with pathogenic strains. The intestinal bacteria live of exogenous and endogenous substrates and subject these to a complex fermentation process, which results in short-chain fatty acids and the gases hydrogen, carbon dioxide, and methane. Generally, only adaptable bacteria become established in the gut. Functional redundancy stabilizes the complex ecosystem-multiple genes for digesting carbohydrates exist, for example. In spite of big individual differences, a core microbiome has been identified that exists in all humans. In addition to the primarily positive functions there are indications that the intestinal microbiota has a role in the development of certain diseases, for example, chronic inflammatory bowel disease, obesity, or renal calculi. Furthermore, it may contribute to the formation of mutagenic DNA adducts.

Schlüsselwörter

bakterielle Fermentation - Fukosylierung - Kernmikrobiom - funktionelle Redundanz - Erkrankungen - DNA-Adduktbildung - Kolonisierungsresistenz

Keywords

bacterial fermentation - fucosylation - core microbiome - functional redundancy - diseases/disorders - DNA adduct formation - resistance to colonization

• Literatur

• 1 Finegold SM, Sutter VL, Mathisen GE. Normal indigenous intestinal flora. In: Hentges DJ, ed. Human intestinal microflora in health and disease. New York/London: Academic Press; 1983: 3-31
• 2 Gill SR, Pop M, Deboy RT et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science 2006; 312: 1355-1359
• 3 Reichardt N, Gniechwitz D, Steinhart H et al. Characterization of high molecular weight coffee fractions and their fermentation by human intestinal microbiota. Mol Nutr Food Res 2009; 53: 287-299
• 4 Clavel T, Dore J, Blaut M. Bioavailability of lignans in human subjects. Nutr Res Rev 2006; 19: 187-196
• 5 Round JL, Mazmanian SK. The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nat Rev Immunol 2009; 9: 313-323
• 6 Falk PG, Hooper LV, Midtvedt T et al. Creating and maintaining the gastrointestinal ecosystem: what we know and need to know from gnotobiology. Microbiol Mol Biol Rev 1998; 62: 1157-1170
• 7 Vogel-Scheel J, Alpert C, Engst W et al. Requirement of purine and pyrimidine synthesis for colonization of the mouse intestine by Escherichia coli. Appl Environ Microbiol 2010; 76: 5181-5187
• 8 Bry L, Falk PG, Midtvedt T et al. A model of host-microbial interactions in an open mammalian ecosystem. Science 1996; 273: 1380-1383
• 9 Hooper LV, Xu J, Falk PG et al. A molecular sensor that allows a gut commensal to control its nutrient foundation in a competitive ecosystem. Proc Natl Acad Sci U S A 1999; 96: 9833-9838
• 10 Hooper LV, Wong MH, Thelin A et al. Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestine. Science 2001; 291: 881-884
• 11 Hooper LV, Stappenbeck TS, Hong CV et al. Angiogenins: a new class of microbicidal proteins involved in innate immunity. Nat Immunol 2003; 4: 269-273
• 12 Turnbaugh PJ, Hamady M, Yatsunenko T et al. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature 2009; 457: 480-484
• 13 Rawls JF, Mahowald MA, Ley RE et al. Reciprocal gut microbiota transplants from zebrafish and mice to germ-free recipients reveal host habitat selection. Cell 2006; 127: 423-433
• 14 Backhed F, Ley RE, Sonnenburg JL et al. Host-bacterial mutualism in the human intestine. Science 2005; 307: 1915-1920
• 15 Arumugam M, Raes J, Pelletier E et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011; 473: 174-180
• 16 Qin J, Li R, Raes J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature 2010; 464: 59-65
• 17 Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S et al. Human gut microbes associated with obesity. Nature 2006; 444: 1022-1023
• 18 Ley RE, Backhed F, Turnbaugh P et al. Obesity alters gut microbial ecology. Proc Natl Acad Sci U S A 2005; 102: 11070-11075
• 19 Blaut M, Braune A, Wunderlich S et al. Mutagenicity of arbutin in mammalian cells after activation by human intestinal bacteria. Food Chem Toxicol 2006; 44: 1940-1947