Arabinan im Darm: Segatella copri wächst von 1,7 auf 59,6 Prozent

Die Verwertung von pflanzlichen Ballaststoffen im menschlichen Darm gilt als zentraler Baustein einer funktionierenden Verdauung. Eine in der Fachzeitschrift Nature Microbiology veröffentlichte Untersuchung unter Leitung von Till Strowig vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI), gemeinsam mit Forschenden der University of Trento und der University of Tübingen, liefert neue Einblicke in diese Prozesse. Die Arbeit zeigt, dass bestimmte Darmbakterien pflanzliche Fasern nur unter Mitwirkung von Escherichia coli effektiv nutzen können.

Zusammenspiel bei der Verwertung pflanzlicher Nährstoffe

Für die Untersuchung testete das HZI-Studienteam eine Gemeinschaft aus 21 menschlichen Darmbakterienarten mit 94 verschiedenen Nahrungskomponenten. Darunter befanden sich 79 komplexe Kohlenhydrate sowie 15 Vitamine.

Insgesamt 56 dieser Komponenten führten dazu, dass das Bakterium Segatella copri (S. copri) in der Gemeinschaft häufiger vorkam. Zu den fördernden Nährstoffen zählten unter anderem die Vitamine B3 und B5.

Besonders deutliche Veränderungen beobachteten die Wissenschaftler beim Einsatz des Pflanzenpolysaccharids Arabinan. Unter dessen Einfluss stieg der Anteil von S. copri von 1,7 Prozent auf 59,6 Prozent der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft an. Gleichzeitig verringerte sich der Anteil einer konkurrierenden Bakterienfamilie drastisch von 47 Prozent auf 7,3 Prozent.

Die Schlüsselrolle von Escherichia coli

Trotz des Vorhandenseins von Arabinan konnte sich S. copri jedoch nicht durchsetzen, wenn E. coli in der Testgemeinschaft fehlte. Erst die gezielte Zugabe von E. coli brachte das mikrobielle Gleichgewicht zugunsten von S. copri zum Kippen.

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Acht weitere Pflanzenkohlenhydrate zeigten einen vergleichbaren Effekt. Dabei erwiesen sich alle im Experiment getesteten E.-coli-Stämme als wirksame Helfer. Auch zwei Arten der Gattung Klebsiella sowie ein Salmonella-Stamm konnten diese unterstützende Funktion übernehmen.

In komplexeren Stuhlgemeinschaften von acht gesunden Erwachsenen führte die Zugabe von Arabinan ebenfalls zu einer Expansion von S. copri. Der spezifische Effekt von E. coli ließ sich in diesen hochdiversen Proben statistisch jedoch nicht signifikant bestätigen.

Einfluss der Lebensweise und Ernährung

Ergänzende Analysen öffentlicher Darmdaten von rund 1.000 gesunden Erwachsenen deuteten zudem auf den Einfluss des Lebensstils hin: Ein statistischer Zusammenhang zwischen Verwandten von E. coli und dem Vorkommen von S. copri war ausschließlich bei Personen mit einem nicht-industrialisierten Lebensstil nachweisbar.

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Bei der Untersuchung von 3.310 proben von Lebensmittel-Mikroben stellten die Forschenden fest, dass vor allem pflanzliche Lebensmittel Träger dieser bakteriellen Akteure sind.

Ergänzende Daten aus der Mikrobiomforschung unterstreichen die Bedeutung derartiger Partnerschaften. So belegte eine in Nature Communications erschienene Arbeit an einer synthetischen Gemeinschaft aus 14 kommensalen Darmbakterien, dass Wechselwirkungen zwischen E. coli und Arten der Gattungen Bacteroides sowie Phocaeicola wesentlich zur Unterdrückung des Krankheitserregers Clostridioides difficile beitragen.

Auch eine an der japanischen Hosei University durchgeführte Untersuchung verdeutlichte das enge metabolische Netzwerk: Dort wiesen Forschende nach, dass E. coli über spezifische Sensorsysteme Stoffwechselprodukte von Bifidobakterien wahrnehmen kann, sofern sich die Mikroorganismen in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander befinden.