Proteinquellen verändern das Darmmikrobiom - teilweise drastisch
Eine neue Studie von Forschern der North Carolina State University zeigt, dass Eiweißquellen in der Ernährung von Tieren erhebliche Auswirkungen auf die Population und die Funktion des mikroskopischen Lebens in ihrem Darm haben können. Diese Mikroorganismen, die als Darmmikrobiom bezeichnet werden, können verschiedene Aspekte unserer Gesundheit beeinflussen. Die Erkenntnisse könnten zu einem besseren Verständnis der Vorbeugung und Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen beitragen, die derzeit die Lebensqualität von Millionen von Menschen weltweit beeinträchtigen.
Brauner Reis und Eiweiß erhöhen den Aminosäureabbau im Darmmikrobiom der Maus.
"015/366 - Brown rice" by Arria Belli is licensed under CC BY-SA 2.0.
"Irgendetwas stimmt nicht mit dem, was wir heute essen, und wir wissen nicht annähernd, was es ist", sagte Alfredo Blakeley-Ruiz, Postdoktorand an der NC State University und Mitverfasser eines Artikels, der die Studie beschreibt. "Unser Labor wollte wissen, wie sich verschiedene Ernährungsweisen auf das Leben im Darm auswirken, und etwas darüber erfahren, wie diese Mikroben funktionell auf diese Ernährung reagieren.
In der Studie interessierten sich die Forscher insbesondere dafür, wie sich die Proteinquelle in der Nahrung - zum Beispiel Proteine in Milch, Eiern und verschiedenen Pflanzen wie Erbsen oder Soja - auf das Darmmikrobiom von Mäusen auswirkt. Die Mäuse wurden jeweils eine Woche lang mit Nahrungsmitteln gefüttert, die nur eine Proteinquelle enthielten, darunter Eiweiß, brauner Reis, Soja und Hefe.
Mithilfe eines integrierten Metagenomik-Metaproteomik-Ansatzes, der hochauflösende Massenspektrometrie erfordert, fanden die Forscher heraus, dass sich das Darmmikrobiom der Mäuse im Laufe der Studie stark veränderte, wobei einige Proteinquellen extreme Auswirkungen zeigten.
"Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms änderte sich bei jeder Änderung der Proteinquelle erheblich", so Blakeley-Ruiz. "Die Proteinquellen mit den größten funktionellen Auswirkungen waren brauner Reis, Hefe und Eiweiß.
Bei der Untersuchung der funktionellen Veränderungen im Darmmikrobiom zeigte die Studie, dass die beiden größten Auswirkungen des Nahrungsproteins den Aminosäurestoffwechsel betrafen, was von den Forschern erwartet wurde, und den Abbau von komplexen Zuckern, was nicht der Fall war.
"Die Ernährung mit braunem Reis und Eiweiß erhöhte den Aminosäureabbau im Darmmikrobiom der Mäuse, was bedeutet, dass die Mikroben diese Proteine abbauten, anstatt ihre eigenen Aminosäuren von Grund auf neu zu bilden", so Blakeley-Ruiz. "Das macht intuitiv Sinn, weil Proteine aus Aminosäuren bestehen, aber wir wollen das noch genauer untersuchen. Einige Aminosäuren können zu Toxinen abgebaut werden und andere können die Darm-Hirn-Achse beeinflussen, so dass diese Ernährungsweise potenzielle Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann.
Die Studie zeigte auch, dass lange Zuckerketten, die an die Nahrungsproteine gebunden sind, sogenannte Glykane, ebenfalls eine Rolle bei der Veränderung der Funktion des Darmmikrobioms spielen. Mehrere Nahrungsproteinquellen, darunter Soja, Reis, Hefe und Hühnereiweiß, bewirkten, dass die Mikroben im Darm die Produktion von Enzymen, die Glykane abbauen, zum Teil erheblich veränderten.
"Dies könnte für die Gesundheit von großer Bedeutung sein", so Blakeley-Ruiz. "Insbesondere bei der Eiweißdiät übernahm ein Bakterium die Kontrolle und aktivierte eine Reihe von glykanabbauenden Enzymen. Wir haben dieses Bakterium dann im Labor gezüchtet und festgestellt, dass die glykanabbauenden Enzyme, die es in Medien mit Eiklarprotein produzierte, denen ähnelten, die in Medien mit Muzin produziert wurden."
Muzin ist die Substanz, die das Innere des Darms auskleidet und das Verdauungssystem vor Dingen wie Säure und Krankheitserregern schützt. Wenn Bakterien also Enzyme produzieren, die - absichtlich oder unabsichtlich - Muzin abbauen, könnten sie die Darmschleimhaut schädigen und sich negativ auf die Darmgesundheit auswirken.
"Ich freue mich darauf, diesen potenziellen Zusammenhang zwischen der Expression von glykanabbauenden Enzymen in der Eiklar-Diät und dem Abbau von Muzin durch das Darmmikrobiom in zukünftigen Studien zu untersuchen", sagt Blakeley-Ruiz.
Manuel Kleiner, außerordentlicher Professor für Pflanzen- und Mikrobenbiologie an der NC State University und Mitautor der Studie, sagte, die Studie lege den Grundstein für künftige Untersuchungen der Auswirkungen von Proteinquellen auf das Darmmikrobiom.
"Eine der Einschränkungen unserer Studie ist, dass die Diäten natürlich sehr künstlich sind und zu verstärkten Ergebnissen führen könnten", sagte Kleiner. "Aber wir zeigen jetzt, dass Eiweiß extreme Auswirkungen auf das Mikrobiom hat. Für die Zukunft sind wir sehr daran interessiert zu verstehen, was der Mechanismus dieser Wirkung bei einer gemischten Proteindiät bei Mäusen ist.
"Unsere Studie zeigt nicht nur, welche Bakterienarten im Darmmikrobiom vorkommen und in welcher Häufigkeit, sondern auch, was sie tatsächlich tun. Hier verdauen sie speziell die Glykane. Das Ergebnis ist ein sehr umfassendes Bild dessen, was im Darm in Bezug auf Ernährung und Funktion wirklich wichtig ist."
Alexandria Bartlett, Arthur S. McMillan, Ayesha Awan, Molly Vanhoy Walsh, Alissa K. Meyerhoffer, Simina Vintila, Jessie L. Maier, Tanner Richie und Casey M. Theriot, alle vom NC State, waren Mitautoren der Studie, die im ISME Journal erscheint.
Die Studie wurde von den National Institutes of Health durch die Auszeichnungen R35GM138362, T32DK007737 und P30 DK034987 sowie vom USDA National Institute of Food and Agriculture, Hatch-Projekt 7002782, unterstützt.
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