Wie beeinflussen Darmbakterien unser Körpergewicht?

In den letzten Jahren hat sich das Wissen über die Symbiose der Darmbakterien und den Darm selbst enorm weiterentwickelt, trotzdem gibt es aber noch viele Fragezeichen, da die Interaktion von Bakterien und Menschen sehr komplex ist. In einem gesunden Darm existieren etwa 10¹⁴ Bakterien. Diese Anzahl ist etwa 10mal so groß, wie der menschliche Körper Zellen besitzt. Die Darmfläche des Menschen entspricht dabei wegen der starken Auffaltung ungefähr der Fläche eines Fußballfeldes. Man schätzt, dass der Mensch von ca. 1.100 Darmbakterienarten besiedelt werden kann, wobei beim einzelnen Menschen die Hauptmasse zu ca. 160 Arten gehört. Insgesamt findet man in der Mikroflora des Darms (dazu gehören neben den Bakterien auch Pilze und Viren) etwa 150mal mehr Gene, als der Mensch selbst besitzt. Die Gesamtheit der Bakterien wird Mikrobiota genannt, die Gesamtheit der Gene dieser Bakterien Mikrobiom (Tilg und Kaser, 2011; Bäckhed, 2011).

Moderne Sequenziertechniken haben gezeigt, daß die Bakterien unserer Mikrobiota hauptsächlich zu 4 Bakterienstämmen gehören: den Gram-negativen Bacteroidetes und Proteobacteria, sowie den Gram-positiven Actinobacteria und Firmicutes. 90% der Darmbakterien gehören jedoch nur zu 2 Großfamilien: den Firmicutes und den Bacteroidetes. Die diversen Bakterienfamilien koexistieren in verschiedenen Verhältnissen miteinander, und es hat sich gezeigt, dass die Mikrobiota von Menschen, unabhängig vom Lebensraum von drei sog. Enterotypen dominiert wird: Bacteroides (gehört zu den Bacteroidetes), Prevotella (gehört auch zu den Bacteroidetes) und Ruminococcus (gehört zu den Firmicutes) (Arumagam et al., 2011).

Es gibt Untersuchungen, die nahelegen, dass besonders stark übergewichte Personen einen höheren Anteil von Firmicutes gegenüber Bacteroidetes haben. Daraus wurde geschlossen, dass Firmicutes mehr Energie aus der Nahrung herausziehen können, als Bacteroidetes. Diese Ergebnisse werden von anderen Studien jedoch angezweifelt. Wie zugeführte Nahrung verwertet wird, scheint weniger davon abzuhängen was für eine Bakterienzusammensetzung die Darmflora hat, als was für eine genetische Ausstattung die besiedelnden Bakterien haben. Das Vorkommen bestimmter Gene (z.B. ATPase Komplexe) in den Bakterien ist stark assoziiert mit einem hohen BMI (Turnbaugh et al., 2006). Bestimmte bakterielle Enzyme helfen, schwer verdauliche Kohlenhydrate („Ballaststoffe“) aufzuspalten und zur Energiegewinnung zu nutzen. Während Zellulose von nicht-Pflanzenfressern fast nicht verdaut werden kann, können aus pflanzlichen Bestandteilen wie Hemizellulose (aus Vollkornprodukten und z.b. Kleie mit 40%igem Gehalt) und aus Pektin (aus den relativ harten pflanzlichen Bestandteilen von Zitrusfrüchten und Äpfeln) durch die Darmbakterien kurzkettige Fettsäuren hergestellt werden, die durch die Darmwand diffundieren und zur Leber transportiert werden. Dort werden sie zu Triglyzeriden umgebaut, die zur Fettsynthese verwendet werden. Dieses Fett wird dann in den Fettzellen (Adipozyten) eingelagert. So können sogar Kohlenhydrate aus Ballaststoffen letztendlich in Fett umgewandelt werden.

Neben der Regulation der Energiebilanz, können Darmbakterien auch noch auf eine andere Weise unser Gewicht beeinflussen: Über den Vagusnerv besteht eine Verbindung zwischen Hirn und Darm (Gut-Brain –Axis) (Grenham et al., 2011). Eine Vagusnerv-Stimulation kann durch bakterielle Produkte wie Endotoxine und inflammatorische Zytokine geschehen, aber auch das Immunsystem wird direkt durch die Interaktion mit den Mikroben stimuliert (Turnbaugh und Stintzi, 2011). Neueste Untersuchungen haben gezeigt, dass über diesen Weg auch das Verhalten des Menschen beeinflusst werden kann (Gonzales et al., 2011) und dass die Bakterien sogar unsere Essgewohnheiten steuern und damit ihre eigene Nährstoffzufuhr (Lyte, 2011; Cryan und Dinan, 2012). Über die Nahrung zugeführte Probiotika (Bakterien, die einen positiven Einfluss auf unsere Darmgesundheit haben sollen) können anscheinend auch regulierend bezogen auf die Insulinresistenz eingreifen (Esteve at al., 2011; Shen et al., 2012).

Es ist unstrittig, dass unsere Ernährungsweise die Zusammensetzung unserer Darmbakterien stark beeinflusst (Turnbaugh et al., 2009). Einer Umstellung der Ernährung folgt, bedingt durch die schnelle Teilungsfähigkeit der Bakterien, schon innerhalb weniger Tage eine veränderte Darmflora (Turnbaugh et al., 2010).

Stark übergewichtige Personen haben oft die Fähigkeit, aus der Nahrung mittels körpereigener Enzyme mehr Energie herauszuziehen, als nicht-übergewichtige Personen. Was ursprünglich einmal ein Vorteil bei Nahrungsmittelknappheit war, hat sich in Zeiten des Nahrungsüberflusses in einen Nachteil verkehrt. Wenn solche Personen zusätzlich durch ihre Nahrung Bakterien fördern, die auch besonders gut aus der Nahrung Energie gewinnen können, kann sich dies summieren. Speziell für diese Personen ist es ratsam, Nahrung zu reduzieren, die den Energiebeitrag durch bakterielle Fermentation erhöht, wie solche mit hohem Gehalt an Pflanzenfasern aus verdaubarer Hemizellulose und Pektin. Da diese Pflanzen jedoch oft zusätzlich einen hohen Anteil an Stärke und Zucker haben, sind sie bei Übergewicht sowieso mit Vorsicht zu genießen. Alternativ wären hier Gemüse mit hohem Zellulosegehalt, wie Pilze, Broccoli, Sellerie und Möhren zu bevorzugen.

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