Mikrobiom

Das Mikrobiom ist zu einem der bedeutendsten Forschungsfelder der modernen Biologie und Medizin geworden. Es beschreibt die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die Menschen, Tiere, Pflanzen und sogar ganze Ökosysteme besiedeln. Weit über eine bloße Ansammlung von Bakterien hinaus bildet es beispielsweise beim Menschen ein komplexes, hochdynamisches Netzwerk, das unmittelbar mit Verdauung, Immunfunktion, Stoffwechsel, hormonellen Prozessen sowie dem emotionalen und mentalen Befinden des Menschen verknüpft ist. Der vorliegende Artikel bietet einen umfassenden Überblick über den aktuellen Stand der Wissenschaft, ergänzt durch naturheilkundliche und geisteswissenschaftliche Perspektiven.

Verschiedene Aspekte, die seitens der Ernährung heilsam auf das Mikrobiom wirken, sind im wissenschaftlichen Konsens präbiotische und probiotische Nahrungsmittel. Um ein Ungleichgewicht der Bakterienstämme im Darm zu lösen, wird aus geisteswissenschaftlicher Sicht auch das Milieu mit in die Betrachtung einbezogen. Menschen um uns herum, ihre emotionalen Einflüsse sowie unsere Interaktionen und Willenshandlungen mit ihnen bilden oft die Ursache von Disharmonien im Darmtrakt.

Wissenschaftliche Erkenntnisse zur Darm-Hirn-Achse, welche belegen, dass das, was im Darm vor sich geht, wesentlich unsere Gefühle und unser Denken beeinflusst, werden durch die Sichtweise der umgekehrten Richtung ergänzt. Rudolf Steiner und Heinz Grill eröffnen, wie klares, bildhaftes Denken (Denken imaginativer Wahrheiten) Ordnung in das mikroorganische Leben des Darmes bringen kann.

Heinz Grill beschreibt, dass durch Stagnation der natürlichen Weiterentwicklung unserer seelischen Möglichkeiten – sei es durch Traumen oder andere Einflüsse – sich in den dadurch verdunkelnden Regionen des Darmes Mykosen oder andere gesundheitsabträgliche Mikroorganismen leichter ansiedeln und Überhand nehmen. Sich wieder durch Erkenntnis mit jenen Lebenskräften zu verbinden, die auf Höhe des Darmes den Leib durchdringen, vermag eine bessere Immunlage hervorzurufen.

Begriffserklärung: Mikrobiom

Der Begriff Mikrobiom (von griechisch μικρός mikrós = „klein“ und βίος bíos = „Leben“) bezeichnet im weitesten Sinne alle Mikroorganismen, die ein bestimmtes Habitat besiedeln. Ein solches Habitat kann sehr unterschiedliche Ausmaße haben – von kleinen, klar abgegrenzten Bereichen bis hin zu großräumigen Systemen.

So lässt sich etwa die gesamte Erde als ein einziges Habitat betrachten. In dieser Sichtweise umfasst das Mikrobiom der Erde sämtliche Mikroorganismen, die in Erdkruste, Gewässern und Atmosphäre leben.

Der Begriff Mikrobiom bezieht sich dabei auf die Gesamtheit aller Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Viren, Archaeen, Protozoen), die einen Makroorganismus besiedeln.

Allgemeiner Begriffsgebrauch

Häufig versteht man unter dem Begriff Mikrobiom die Gesamtheit jener Mikroorganismen, die ein vielzelliges Lebewesen auf natürliche Weise besiedeln, ohne dabei Krankheitssymptome hervorzurufen. Zudem werden auch Teil-Mikrobiome einzelner Körperregionen beschrieben, etwa das Hautmikrobiom oder das Mundmikrobiom.

Ihre Zusammensetzung und die Wechselwirkungen zwischen diesen mikrobiellen Gemeinschaften innerhalb eines Organismus – ebenso wie zwischen verschiedenen Individuen – sind Gegenstand intensiver Forschung. Wechselwirkungen lassen sich nicht nur zwischen Menschen innerhalb desselben Haushalts nachweisen, sondern sogar zwischen Nachbarn und Bewohnern derselben Ortschaft.

Mutualismus im Mikrobiom

Für Lebewesen, die ein eigenes physiologisches Mikrobiom besitzen, gilt in der Regel das Prinzip des Mutualismus. Der Begriff leitet sich vom lateinischen mutuus („gegenseitig, wechselseitig“) ab und beschreibt eine Beziehung, von der sowohl der Wirt als auch die im oder auf ihm lebenden Mikroorganismen profitieren. Man spricht daher von einer typischen Wirt-Gast-Beziehung.

Für die Mikroorganismen bietet der Organismus des Wirts einen geschützten Lebensraum, der Nahrung, stabile Umweltbedingungen und Möglichkeiten zur Vermehrung bereitstellt. Umgekehrt ist ein gesundes und funktionsfähiges Mikrobiom für den Wirt von erheblicher Bedeutung, da zahlreiche Stoffwechselprozesse ohne die Unterstützung dieser Mikroben nicht stattfinden könnten. So findet beim Menschen beispielsweise die Verarbeitung des ständig anfallenden Bilirubins im Darm durch Bakterien statt, nachdem die roten Blutkörperchen in Milz, Leber oder Knochenmark abgebaut wurden. Das durch die Bakterien verarbeitete Produkt Urobilinogen wird zum größten Teil mit dem Stuhl ausgeschieden und verleiht ihm seine typische bräunliche Farbe.

Auch Umwandlungsprozesse im Verdauungstrakt beruhen auf diesem Zusammenwirken: Die vom Menschen ausgeschiedenen Stoffwechselprodukte dienen den Mikroorganismen beispielsweise als Nährstoffquelle. Gleichzeitig verhindert dies, dass sich andere – potenziell schädliche – Keime ansiedeln können. Dieser Schutzmechanismus wird als Kolonisationsresistenz bezeichnet.

Darüber hinaus leisten Mikroorganismen weitere wesentliche Beiträge, etwa die Produktion von kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) oder bestimmten Vitaminen. Die funktionale Einheit aus Wirt und Mikrobiom wird in der biologischen Forschung als Holobiont bezeichnet.

Mikrobiom von Pflanzen

Auch Pflanzen verfügen über ein eigenes Mikrobiom und werden von einer Vielzahl an Mikroorganismen besiedelt. Diese Kleinstlebewesen – etwa in den Wurzeln, an den Blättern oder sogar in den Samen – beeinflussen maßgeblich das Wachstum, die Entwicklung und die Gesundheit der Pflanze. Seit Langem bekannt ist beispielsweise die Bedeutung der Knöllchenbakterien, die mit Hülsenfrüchten eine Symbiose eingehen: Sie versorgen die Pflanze mit gebundenem Stickstoff und erhalten im Gegenzug Zucker aus dem pflanzlichen Stoffwechsel.

Die wissenschaftliche Erforschung und gezielte Optimierung des Mikrobioms von Nutzpflanzen soll künftig dazu beitragen, den Einsatz von Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren und gleichzeitig Erträge sowie die Widerstandskraft der Pflanzen zu steigern. Zudem wirkt das Mikrobiom von Nutzpflanzen und Lebensmitteln auch auf das Mikrobiom und die Gesundheit von Menschen und Tieren ein.

Eine Studie der Universität Graz zeigte 2019, dass ein Apfel ein komplexes Mikrobiom mit rund 100 Millionen Bakterien beherbergt. Dieses Mikrobiom variiert je nach Teil des Apfels (Kerne, Fruchtfleisch, Schale), wobei das Fruchtfleisch und die Kerne stärker besiedelt sind als die Schale. Die Wissenschaftler stellten zudem fest, dass ein Teil dieser Mikroorganismen nach dem Verzehr schließlich im Mikrobiom des Menschen nachweisbar war.

Hygienische Maßnahmen wie Desinfektion oder Sterilisation, beispielsweise beim Lagern, können das pflanzliche oder lebensmittelbezogene Mikrobiom stark verändern oder sogar vollständig zerstören. Dadurch gehen bestimmte Mikroorganismen verloren, was sich wiederum auf das Mikrobiom höherer Lebewesen auswirken kann. Beim Menschen wird das vermehrte Auftreten verschiedener Zivilisationskrankheiten – etwa Allergien, Asthma oder Reizdarmsyndrom – unter anderem mit solchen Veränderungen der mikrobiellen Umwelt in Verbindung gebracht.

Das Mikrobiom des Menschen

Der Mensch verfügt über mehrere individuelle Mikrobiome, die in verschiedenen Körperbereichen existieren, wie im Darm, auf der Haut, in der Lunge, im Mund- und Nasenrachenraum sowie im Urogenitaltrakt. Die größte Population des Mikrobioms des Menschen befindet sich im Darm, da er die idealen Bedingungen für eine große Vielfalt an Mikroorganismen bietet, beispielsweise durch die Zufuhr von Nährstoffen, die beständig von der Nahrung herkommen, oder durch das Vorhandensein zahlreicher Nischen.

Der Darm ist der Hauptort, an dem das Immunsystem mit fremden Stoffen aus der Umwelt interagiert, weshalb eine große und vielfältige Gemeinschaft von Mikroben notwendig ist, um die Verdauung zu unterstützen. Die tägliche Nahrung ist eine kontinuierliche Quelle an Nährstoffen, die für die Bakterien, Pilze, Viren etc. unerlässlich ist. Des Weiteren bietet der Darm eine große Vielfalt von Lebensräumen, die den unterschiedlichsten Mikroorganismen das Überleben ermöglichen und eine Artenvielfalt fördern.

Der Darm ist mit einer Fläche von 300 Quadratmetern nicht nur das größte Organ, sondern auch der Beherberger von ca. 1,5 bis 2 Kilogramm Mikroorganismen, die als Gast des «Makroorganismus Mensch» für diesen wichtige Funktionen innehaben.

Eine wichtige Funktion hat das Darmmikrobiom für das Immunsystem. Der Darm ist der Ort, an dem das Immunsystem tagtäglich mit einer großen Menge an fremdem Material wie Bakterien aus der Nahrung und anderen Quellen konfrontiert wird. Unser enormes im Darm beheimatetes Immunsystem sieht sich also dauernd der schwierigen Aufgabe gegenüber, entweder eine Infektion abzuwehren oder sich abzuschalten, um nicht eine Entzündungsreaktion gegenüber harmlosen Bakterien oder der täglichen Nahrung auszulösen. Die ständige Interaktion zwischen dem Immunsystem und den Darmbakterien ist entscheidend für die Entwicklung und das Training des Immunsystems.

Die große Gemeinschaft von unterschiedlichen Mikroorganismen, die alle Nischen des Darms besiedelt und ihren Lebensraum verteidigt, bietet außerdem einen guten Schutz gegen die Besiedelung durch andere, krankmachende Keime.

Des Weiteren zerlegt das Mikrobiom durch Fermentierungsprozesse Ballaststoffe, die der Mensch nicht verdauen kann. Bei diesem Vorgang entstehen kurzkettige Fettsäuren, die Energie liefern und entzündungshemmende Eigenschaften besitzen, die zu einer antioxidativen Wirkung beitragen. Die im Mikrobiom enthaltenen Organismen produzieren bei den unterschiedlichsten Fermentierungsprozessen auch wichtige Vitamine, wie Vitamin K und verschiedene B-Vitamine.

Wissenschaftlich wurde in neuester Zeit festgestellt, dass die Darmbakterien wesentlich die Serotoninsynthese in den neuroendokrinen Darmepithelzellen stimulieren.

95 Prozent des Serotonins befindet sich im Darm. Nebst anderen Funktionen beeinflusst Serotonin eine Vielzahl von emotionalen Prozessen, wie Aggression und Angst. Landläufig wird es als Glückshormon bezeichnet. Ein gestörtes Serotonin-Gleichgewicht findet sich u.a. bei psychischen Störungen wie Depressionen, Zwangserkrankungen und Angststörungen.

Damit genügend Serotonin produziert wird, benötigt der Körper die essentielle Aminosäure Tryptophan, die mit der Nahrung aufgenommen werden muss. Der Darm spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufnahme und bei der Verstoffwechselung von Tryptophan. Ein gesundes Mikrobiom ist aus diesen Gründen eine Voraussetzung, um eine effiziente Verarbeitung von Tryptophan sicherstellen zu können.

Früher war der Fokus der Darmforschung vor allem auf Verdauung und Ernährung gerichtet. Inzwischen belegen zahlreiche Studien, dass das Darmmikrobiom - als Gast -nicht nur an der Verdauung beteiligt ist, sondern auch bei der Produktion von Vitaminen und kurzkettigen Fettsäuren, bei der Regulation des Immunsystems und sogar bei Prozessen beteiligt sein kann, welche das emotionale Befinden beeinflussen. Aus all diesen Gründen werden dem Mikrobiom umfassende Aufgaben zu gesundheitlichem Befinden zugeschrieben.

Die einzelnen Teile des Darms und deren Bakterienstämme

Der Darm schließt an den Magenausgang an und besteht vereinfacht gesagt aus den beiden Hauptteilen, dem Dünndarm und dem Dickdarm. Ersterer lässt sich in Zwölffingerdarm (Duodenum), Leerdarm (Jejunum) und Krummdarm (Ileum) unterteilen. Der Dickdarm untergliedert sich in Blinddarm (Zökum) mit dem Wurmfortsatz (Appendix vermiformis), Grimmdarm (Kolon) und Mastdarm (Rektum).

Genau genommen beherbergt der Darm eines gesunden Erwachsenen in etwa 100 Billionen Bakterien (eine Nennung reicht). Interessanterweise setzt sich diese enorme Zahl nach wissenschaftlichem Konsens aus nur 500–1000 verschiedenen Bakterienarten zusammen, die wiederum nur vier verschiedenen Abteilungen, sogenannten „Phyla“, zugeordnet werden: Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria und Actinobacteria.

Entlang des Darmes findet man in den verschiedenen Darmabschnitten unterschiedliche Bakterienstämme.

Dünndarm

Obwohl im Dünndarm nur ein kleiner Teil der gesamten Bakterien des Mikrobioms lebt (über 90 % befinden sich im Dickdarm), findet man hier in wichtigen Funktionen die Lactobazillen, wie z. B. Lactobacillus acidophilus. Sie sorgen durch die Produktion von Milchsäure für eine Stabilisierung des pH-Wertes. Kippt der pH-Wert im Dünndarm, kann dies einen Ausbruch von Pathogenen (beispielsweise von Darmpilzen) zur Folge haben.

Ein weiteres Merkmal vieler Lactobazillen ist deren Umwandlung von Tryptophan-Molekülen in immunologisch wirksame Elemente. Die kleinen Milchsäurebakterien stellen also einen festen Bestandteil eines funktionierenden Immunsystems dar – eine Verdrängung hat schwerwiegende Folgen.

Dickdarm

Der Dickdarm des Menschen kann als ein kleiner Bioreaktor gesehen werden. Billionen von Bakterien fermentieren hier Ballaststoffe zu essentiellen Mikronährstoffen. Bifidobacterium Bifidum ist im Grimmdarm ein wichtiges Bakterium. Qualitativ hochwertige Studien belegen eine Rolle von Bifidobacterium Bifidum bei der Prävention des Reizdarmsyndroms und chronisch entzündlicher Darmerkrankungen, bei der Stabilisierung des Cholesterinspiegels, der Linderung von allergischen Symptomen, der Verbesserung des Hautbildes, der Verminderung des psychischen Stressempfindens, als auch beim Schutz vor freien Radikalen. Bifidobacterium Bifidum gehört zusammen mit weiteren wichtigen probiotischen, colonassoziierten Keimen wie z. B. Bifidobacterium Breve, Lactobacillus Brevis, Enterococcus durans oder Lactobacillus Rhamnosus zu den sogenannten „Leitkeimstämmen“. Diese Zuordnung bedeutet, dass sie essentiell am Aufbau einer gesunden und funktionierenden Darmflora beteiligt sind und dafür sorgen können, dass sich auch zahlreiche andere Keime, die für den Stoffwechsel wichtig sind im Darm vermehren.

Einzelnachweise

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