Mikrobiom, Symbiose und Dysbiose

Jeder Mensch beherbergt ca. 1 Trillion Mikroorganismen in und auf sich, die mit ihm ein Ökosystem bilden – die Mikrobiota. Die Gesamtheit der Mikroorganismen inklusive deren Genom heißt Mikrobiom [1]. Besteht ein physiologisches Gleichgewicht zwischen den Mikroorganismen und dem Habitat Mensch, spricht man von einer Symbiose. Ein Ungleichgewicht der strukturellen oder funktionellen Zusammensetzung wird Dysbiose genannt [1]. Das Mikrobiom eines jeden Menschen ist individuell und einmalig.

Die Bedeutung des Mikrobioms rückt immer mehr in den Fokus der Wissenschaft. Die US-amerikanischen National Institutes of Health (NIH) haben 2008 das Human Microbiome Project (HMP) initiiert, um es zu charakterisieren und zu erforschen. Möglich ist die Forschung durch die Entwicklung der DNA- und RNA-Sequenzierungen, die eine differenzierte Aufschlüsselung der Bakterien ermöglichen. Die neuen Sequenzierungsmethoden ermöglichen die Untersuchung der Bakterien. Neben diesen leben jedoch auch Viren, Pilze und Archaeen in jedem Menschen. Hierzu ist bisher deutlich weniger bekannt.

Dieser Beitrag fokussiert auf das gastrointestinale Mikrobiom. Der gesamte Magen-Darm-Trakt wird von Bakterien besiedelt, von denen ca. 80 % zu dem Firmicutes- oder Bacteriodetes-Stamm gehören. Die Diversität der Mikrobiota und Gesundheit korrelieren miteinander [1].

Die Bakterien im Gastrointestinaltrakt übernehmen eine Vielzahl von Aufgaben:

• Sie verhindern als residente Flora die Ansiedlung fremder (pathogener) Mikroorganismen. Eine hohe mikrobielle Diversität bietet besonderen Schutz vor Störungen in der Mikrobiota-Homöostase.
• Sie sind metabolisch stark aktiv und produzieren kurzkettige Fettsäuren, sogenannte „short-chain fatty acids“ (SCFA).
• Milchsäuresynthetisierende Bakterien (z. B. Bifidobakterien) inhibieren die durch Lipopolysaccharide (LPS) induzierte TNF-α-Sekretion und wirken so antiinflammatorisch und stabilisieren die Darmbarriere.
• Intestinale Mikroorganismen halten Stoffwechselwege für die Biosynthese von Vitamin K und verschiedenen B-Vitaminen vor [2].

Mikrobiom und Ernährung

Die humane Mikrobiota wird durch viele Faktoren beeinflusst, z.B. durch die Ernährung, durch Übergewicht, Hormone, Alter, Stoffwechsel, Genetik/Epigenetik, Medikamenten- und Antibiotika-Einnahme, Lebensstil, Bewegung und das Immunsystem [3].

Da einige Faktoren nicht veränderbar sind, erscheint es umso wichtiger, sich den Faktoren zu widmen, mit denen die Mikrobiota günstig beeinflusst werden kann. Die Ernährung spielt in diesem Kontext eine wesentliche Rolle. Es gelten die Empfehlungen des American Institute for Cancer Research bzw. des World Cancer Research Fund [4]. Eine Ernährung, die reich an Vollkornprodukten, Gemüse, Obst und Hülsenfrüchten ist, wird ebenso empfohlen wie das Begrenzen des Verzehrs von „Fast Food“ und anderen verarbeiteten Lebensmitteln, die viel Fett, Stärke oder Zucker enthalten [4]. Eine vollwertige, pflanzenbasierte Kost enthält viele Ballaststoffe, denen eine besondere Bedeutung zukommt.

Resistente Stärke, die im Dünndarm nicht resorbiert wird, und unverdauliche Oligosaccharide aus Ballaststoffen sind Hauptsubstrate der anaeroben Mikroorganismen (Faecalibakterium, Ruminococcus, Roseburia oder Eubakterium) im Kolon. Bei der Fermentation von Ballaststoffen entstehen als Endprodukte des Bakterienstoffwechsels im Kolon kurzkettige Fettsäuren (SCFA), z. B. Essig-, Propion- oder Buttersäure (Acetat, Propionat, Butyrat). Die SCFA werden fast vollständig von den Colonozyten resorbiert und dienen der ATP-Gewinnung [3].

Kurzkettige Fettsäuren tragen zur Verbesserung der Barrierefunktion des Darms bei, u.a. durch Stimulation der Expression von an den Tight Junctions beteiligten Proteinen. Sie senken den pH-Wert im Kolon und drosseln damit das Wachstum fakultativer Pathogene wie Escherichia coli. SCFA wirken antiinflammatorisch, indem sie Einfluss auf den Pool regulatorischer T-Zellen im Kolon nehmen, die Sekretion proinflammatorischer Zytokine wie Tumor-Nekrose-Faktor(TNF)-α oder Interleukin-6 inhibieren und die Biosynthese intestinaler antimikrobieller Peptide fördern [2][3].

Die Schleimhaut des gesamten Magen-Darm-Trakts ist die 1. Barriere unseres Immunsystems. Eine intakte Schleimhaut schützt unseren Körper vor dem Eindringen von Mikroorganismen. Daher spielen die SCFA eine wesentliche Rolle für die Gesundheit. Einige Zytostatika begünstigen inflammatorische Prozesse an der Mukosa, sodass in der Onkologie präventive Maßnahmen zum Schutz der Mukosa eine hohe Bedeutung haben. Außerdem begünstigen inflammatorische Prozesse an der Kolonschleimhaut, z.B. durch einen hohen Verzehr von Fleisch, die Entstehung des kolorektalen Karzinoms.

Ballaststoffe in der Krebstherapie

In diesem Kontext verwundert es nicht, dass sich in einer aktuellen Metaanalyse von prospektiven Studien eine Assoziation zwischen jeder 10-g-Ballaststoff-Zunahme pro Tag und einer 16 % geringeren Gesamtmortalität bei Überlebenden eines Kolorektalkarzinoms gezeigt hat [5]. Bezogen auf die Kolorektalkarzinom-spezifische Mortalität erreichte der Nutzen einer erhöhten Ballaststoffzufuhr bei etwa 22 g/Tag sein Maximum. In der zusätzlich zur Metaanalyse durchgeführten Kohortenstudie (n = 504) hatten Patient*innen mit dem 2. Quartil der Ballaststoffzufuhr (durchschnittlich 19,74 g/Tag) ein um 42 % geringeres Risiko für die Gesamtmortalität (HR: 0,58, 95%-KI: 0,35–0,98) und ein um 58 % geringeres Risiko für die Kolorektalkarzinom-spezifische Mortalität (HR: 0,42, 95%-KI: 0,21–0,87) [5].

In einer Ende 2022 publizierten Metaanalyse im Auftrag des American Institute for Cancer Research bzgl. des Einflusses von Ernährungsfaktoren auf die Prognose von Überlebenden einer Mammakarzinom-Erkrankung zeigte sich je 10 g Erhöhung der Ballaststoffaufnahme pro Tag ein um 13 % geringeres Risiko für die Gesamtmortalität [6].

Das Mikrobiom scheint auch das Ansprechen von Checkpoint-Inhibitoren zu beeinflussen. Während sich die Gabe von Antibiotika in den Monaten vor oder während der Immuntherapien ungünstig auf das Ansprechen auszuwirken scheint [7][8], deuten verschiedene Studien darauf hin, dass ballaststoffreiche Kost zu einem 5-fach verbesserten Ansprechen beiträgt [9][10][11]. Durch ballaststoffreiche Kost wird die Vielfalt der ballaststofffermentierenden Bakterien erhöht. Eine höhere Diversität des Mikrobioms wird mit mehr Gesundheit in Zusammenhang gebracht.

Jede 5-g-Erhöhung der täglichen Ballaststoffzufuhr ging in der Untersuchung von Spencer et al. unter Patient*innen mit Melanom unter Immuntherapie mit einem um 30 % geringeren Risiko für das Fortschreiten der Krankheit oder den Tod einher [9].

Probiotika-Einnahme zusätzlich zu suffizienter ballaststoffreicher Kost (20 g/Tag) wirkte sich in dieser Untersuchung ungünstig auf das Ansprechen aus und scheint die Diversität zu vermindern. Probiotika enthalten im Gegensatz zu fermentierten Lebensmitteln zwar einzelne Bakterienstränge, jedoch kein ineinandergreifendes Ökosystem. Sowohl zu Probiotika als auch zu fäkaler Mikrobiota-Transplantation (FMT) reichen die Daten für klare klinische Empfehlungen bisher nicht aus.

Eine Ernährungsumstellung in Richtung ballaststoffreiche Kost muss mit Sinn und Verstand umgesetzt werden, insbesondere in der Onkologie unter Systemtherapien und bei voroperierten Patient*innen. Hier spielt die Verträglichkeit der Nahrung eine wesentliche Rolle. Auch können unlösliche Ballaststoffe in bestimmten Krankheitssituationen kontraindiziert sein. Daher fokussiert dieser Beitrag auch auf die praktische Umsetzung einer ballaststoffreichen Kost im klinischen Alltag.

Ballaststoffarten

Ballaststoffe gehören zu der Gruppe der Kohlenhydrate bzw. Polysaccharide. Es handelt sich dabei um fast ausschließlich pflanzliche Bestandteile. Zum Beispiel dienen Ballaststoffe den Pflanzen u.a. als Gerüst- und Stützsubstanz. Im Gegensatz zu den schnell resorbierbaren Kohlenhydraten werden Ballaststoffe von den Verdauungsenzymen des Menschen nicht oder nur unvollständig abgebaut. Ballaststoffe werden nach unterschiedlichen Kriterien eingeteilt. Zum Beispiel nach dem Lösungsverhalten: Hier wird differenziert zwischen wasserlöslichen und wasserunlöslichen Ballaststoffen (Tab. 1).

Wasserunlösliche Ballaststoffe werden hauptsächlich im Kolon fermentiert, wobei kurzkettige Fettsäuren wie z.B. das Butyrat entstehen. Diese Fettsäuren können von der Dickdarmschleimhaut zum größten Teil resorbiert werden und dienen somit den Schleimhautzellen des Darms als Ernährung. Wasserunlösliche Ballaststoffe sind hauptsächlich in Getreideprodukten wie z.B. Flohsamenschalen und Vollkorngetreideprodukten enthalten.

Die wasserlöslichen Ballaststoffe, wie z.B. die Pektine, haben als Eigenschaft ein hohes Quellvermögen. Wasserlösliche Ballaststoffe finden sich vorwiegend in Obst, Gemüse und Hülsenfrüchten.

Diese unterschiedlichen Eigenschaften bestimmen die physiologischen Wirkungen im Darm und sollten bei der Auswahl von ballaststoffreichen Lebensmitteln mitberücksichtigt werden.

Beispiele für ballaststoffreiche Lebensmittel: Getreide im ganzen Korn, Vollkornbrot, Vollkornmehle, Getreideflocken, Vollkornnudeln, Vollkornreis, Hülsenfrüchte wie Erbsen und Linsen, Kohlgemüse, Kartoffel, Trockenfrüchte, Beerenobst, Äpfel, aber auch Nüsse, Samen und Kerne.

Die Verträglichkeit von Ballaststoffen ist individuell unterschiedlich und muss gerade bei onkologischen Patienten ganz differenziert betrachtet werden. Grundsätzlich ist die Verträglichkeit besser, wenn die Ballaststoffzufuhr nur schrittweise und langsam gesteigert wird. Helfen kann bei der Umstellung am Anfang:

• bei Vollkornbrot eher ein fein ausgemahlenes als ein grobes Vollkornbrot bevorzugen,
• Einsatz von Getreide bzw. Haferflocken in Form von Müsli oder einem warmen Brei (Porridge),
• Gemüse in Form von Gemüsesuppe, Backofengemüse oder auch in gekochter Form.

Damit die Ballaststoffe im Darm quellen können, sollte auf eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr geachtet werde. Insbesondere beim Einsatz von Flohsamen. Man rechnet 30–35 ml Flüssigkeit pro kg Körpergewicht. Auch muss beachtet werden, dass nicht jedes ballaststoffreiche Lebensmittel bzw. eine Umstellung auf eine ballaststoffreiche Ernährung für jedes Krankheitsbild geeignet ist.

Kontraindikationen können beispielsweise Subileus, Ileus, Darmstenosen, Peritionalkarzinose oder Gastroparesen sein. Auch nach Stomaanlagen können die unterschiedlichen Ballaststoffarten eine Rolle spielen. Nach Anlage eines Ileostoma sind eher die wasserlöslichen Ballaststoffe, insbesondere die Pektine, z.B. in Form eines geriebenen Apfels, zu bevorzugen. Nach Anlage eines Colostoma sollte eine ballaststoffreiche Ernährung mit einer ausreichenden Flüssigkeitszufuhr empfohlen werden.

Außerdem ist es wichtig, auf Unverträglichkeiten zu achten. Bei komplexen Fällen ist eine Ernährungsberatung durch eine Ernährungsfachkraft sinnvoll.

Fermentierte Lebensmittel

Neben der Ballaststoffzufuhr spielen fermentierte Lebensmittel ebenfalls eine wichtige Rolle in der Ernährung des Mikrobioms. Beim Fermentieren handelt es sich um einen natürlichen Gärungs- und Konservierungsprozess mithilfe von Bakterien oder Hefen, die sich schon in den Lebensmitteln befinden oder zugesetzt werden. Grundsätzlich lässt sich jedes Gemüse, aber auch Getreideprodukte und Hülsenfrüchte fermentieren.

Zu den bekanntesten fermentierten Lebensmitteln gehören Joghurt, Sauerkraut, Kimchi, Sojasoße, Misopaste, Sauerteigprodukte wie z.B. Sauerteigbrot, Kefir, sauer eingelegte Gurken und Kombucha. Die lebenden Milchsäurebakterien aus diesen Produkten erreichen zum Teil intakt den Dickdarm und können sich – zumindest kurzfristig – dort ansiedeln. Sie säuern das Darmmilieu an und sorgen so für einen günstigen pH-Wert. Aufgrund der fehlenden Hitzestabilität der Milchsäurebakterien sollten fermentierte Lebensmittel möglichst roh verzehrt werden.

Polyphenole

Grundsätzlich positiv wirken sich auch Polyphenole günstig auf die Zusammensetzung der Mikrobiota aus. Sie sind z.B. in Gemüse, Obst (v.a. in Heidelbeeren), aber auch in Getreide, Kurkuma, Ingwer, Kakao und Omega-3-Fettsäuren, z.B. aus fettreichen Fischen, Lein-, Walnuss- und Rapsöl, enthalten. Weitestgehend verzichten sollte man auf verarbeitete Lebensmittel, die Emulgatoren bzw. Süßstoffe enthalten.

Fazit

Zusammenfassende Tipps für eine gesunde Darmmikrobiota:

• ballaststoffreiche Lebensmittel wie Gemüse, Obst, Hülsenfrüchte und Vollkornprodukte bei jeder Mahlzeit verzehren
• Polyphenole aus buntem Obst, Gemüse sowie aus Kräutern und Gewürzen verwenden
• täglich fermentierte, unerhitzte Lebensmittel wie Joghurt, Kefir, Dickmilch, Sauerkraut etc. zuführen
• auf stark verarbeitete Lebensmittel mit Emulgatoren und Süßstoffen möglichst verzichten