Zusammenfassung
Die Darmbakterien wurden lange Zeit als Kommensale oder Nebenschauspieler bei Darmerkrankungen
und weiterer Infektionen aufgefasst. Dank moderner Sequenzierungsmethoden ist es in
den letzten 10 Jahren gelungen diese auf kompositioneller und funktioneller Ebene
zu charakterisieren. Es bestehen vielfältige Hinweise für eine Schlüsselrolle der
Darmmikrobiota in der Entstehung von Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2, aber
auch chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, neurologischen und psychiatrischen
Erkrankungen sowie bestimmten Krebsarten.
Das Darmmikrobiom ist teilweise vererbbar, jedoch primär durch multiple Umwelteinflüsse
modulierbar. Bis zur Ausreifung des Mikrobioms mit dem 3. Lebensjahr können vielfältige
Störfaktoren wie Antibiotikaexposition, die Umwelt, aber auch die Ernährung dessen
Komposition verändern und dadurch vermutlich lebenslange tiefgreifende Verschiebungen
im Stoffwechsel und Phänotyp des Wirts hervorrufen.
Vor allem Studien im Mausmodell zeigen eine überzeugende Kausalität zwischen Veränderungen
im Darmmikrobiom und dem Auftreten kardiometabolischer Erkrankungen.
Genaue pathophysiologische Mechanismen, die zur Entwicklung und Progression des metabolischen
Syndroms führen, werden in der Wechselwirkung von bakteriellen Produkten mit dem Immunsystem
des Wirts vermutet. Diese können beispielsweise Lipopolysacchariden aus der Hülle
gramnegativer Bakterien, kurzkettige Fettsäuren aus der Fermentation von unlöslichen
Ballaststoffen oder weitere Metabolite sein. Daraus resultieren eine gestörte Darmpermeabilität
sowie eine systemische subklinische Inflammation. Zudem können sie in Glukose- und
Fettstoffwechselkaskaden eingreifen und Veränderungen in der Funktion des Fettgewebes
hervorrufen.
Die Darmbakterien fungieren somit als Bindeglied zwischen äusserer und innerer Umwelt.
Besonders attraktiv erscheint deshalb die Möglichkeit die bakterielle Dysfunktion
gezielt mittels Modulierung der Darmmikrobiota zu behandeln. Dies kann über entsprechende
Umwelteinflüsse, Ernährung, Medikamente oder individuelle Bakteriotherapien wie Präbiotika-,
Probiotika-, Antibiotika- oder Synbiotikaeinsatz erfolgen.
Ziel dieses Artikels ist es, die aktuelle Datenlage zur Rolle des Darmmikrobioms in
der Pathophysiologie von Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2 darzustellen und auf
offene Fragestellungen einzugehen.
Abstract
For a long time overlooked as a mere bystander, a commensal organism or partially
a nuisance, the gut microbiota has emerged as a key player in the modulation of the
immune system and metabolism. Changes in the composition or function of the microbiota
have been reported to be associated with metabolic diseases such as obesity, type
2 diabetes and insulin resistance but also with the development and progression of
cardiovascular disease, inflammatory bowel disease, certain types of cancer and psychiatric
diseases.
Partially heritable, the gut microbiome is already fully developed within the first
3 years of life of the human host. During this critical phase, the child but also
his or her microbiome is susceptible to perturbations via changes in environment,
antibiotic exposure and diet leading to possible lifelong impact on the metabolism
and the phenotype. Studies in mice have supported a strong causality between shifts
in the microbiome and development of the metabolic syndrome.
Mechanisms linking alterations in the microbiome with subsequent diseases include
signaling through lipopolysaccharides from gram negative bacteria walls and interactions
with the host immune system, fermentation of indigestible fibres to short chain fatty
acids, modulation of bile acids and bile acid signaling. Interactions between the
microbiome, its products and the immune system may lead to an increased gut permeability
resulting in a systemic subclinical inflammation (leaky gut hypothesis), but can also
alter signaling pathways influencing glucose and lipid metabolism, fat storage and
adipose tissue function. Moreover, host specific factors such as age, diet, antibiotics
and environmental exposition, have also been linked to shifts in the microbiota. Based
upon available evidence, it can be hypothesized that the microbiota may mediate the
influence of environmental and individual factors leading to the development of obesity
and type 2 diabetes. Emerging applications such as fecal transplants are showing promising
results in the resolution of infectious disease and might pose novel alternatives
in the treatment of metabolic diseases, paving the way to an individualized “Bacteriotherapy”.
Thus, the aim of this review is to discuss the potential role of the gut microbiome
in the pathophysiology of obesity and type 2 diabetes and shed light on emerging research
and clinical applications.
Schlüsselwörter
Endotoxinämie - Enterotypen - Dysbiosis - Mikrobiom - Mikrobiota - Diabetes mellitus
Typ 2 - Adipositas
Key words
Microbiome - Microbiota - Obesity - Diabetes mellitus Type 2 - Dysbiosis - Endotoxenemia