Eine bahnbrechende Studie unter der Leitung von David Berry und Alessandra Riva vom Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaften (CeMESS) an der Universität Wien hat das Verständnis von Präbiotika in der Ernährung und der Darmgesundheit erheblich erweitert. Die aktuell in Nature Communications veröffentlichte Studie enthüllt die umfassenden und vielfältigen Auswirkungen von Inulin, einem weit verbreiteten Präbiotikum, auf das menschliche Darmmikrobiom. Die Wissenschafter*innen sehen in ihrer Methode einen zukunftsweisenden Schritt in Richtung personalisierter Nahrungsergänzungsmittel.
In den vergangenen Jahren haben Präbiotika wie Inulin zunehmend die Aufmerksamkeit der Lebensmittel- und Ergänzungsmittelbranche auf sich gezogen. Präbiotika sind nicht verdauliche Nahrungsbestandteile, die das Wachstum nützlicher Mikroorganismen im Darm fördern. Inulin, eines der beliebtesten kommerziellen Präbiotika, ist von Natur aus in Lebensmitteln wie Bananen, Weizen, Zwiebeln und Knoblauch reichlich vorhanden. Wenn wir diese Lebensmittel verzehren, gelangt das Inulin in unseren Dickdarm, wo es von Darmbakterien abgebaut und fermentiert wird.
Studien haben gezeigt, dass Inulin positive Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben könnte, z. B. eine entzündungshemmende Wirkung und krebshemmende Eigenschaften. Die komplexe Natur des menschlichen Darms, in dem etwa 100 Billionen Mikroben leben, stellt jedoch eine Herausforderung bei der Entschlüsselung der genauen Auswirkungen von Nahrungsergänzungsmitteln wie Inulin dar.
Innovativer Ansatz zur Verfolgung der Auswirkungen von Inulin
In einer aktuellen Studie unter der Leitung von Forscher*innen der Universität Wien wurden fluoreszenzmarkierte Nanopartikel verwendet, um die Interaktion von Inulin mit Darmbakterien zu verfolgen. Diese mit Inulin gepfropften Nanopartikel ergaben bei der Inkubation mit menschlichen Stuhlproben ein überraschendes Ergebnis: Eine breite Palette von Darmbakterien, weit mehr als bisher angenommen, kann an Inulin binden.
"Die meisten präbiotischen Verbindungen werden nur von einigen wenigen Arten von Mikroben selektiv verwertet", erklärt David Berry, der leitende Forscher. "Wir haben jedoch herausgefunden, dass die Fähigkeit, an Inulin zu binden, in unserer Darmmikrobiota weit verbreitet ist". Mit Hilfe einer hochmodernen Technik zur Identifizierung der Zellen, die aktiv Proteine synthetisieren, entdeckte das Team, dass eine vielfältige Gruppe von Bakterien aktiv auf Inulin reagiert, darunter auch einige Arten denen diese Eigenschaft bisher nicht zugeordnet wurde, etwa Mitglieder der Bakterienklasse der Coriobacteriia.
"Inulin-Nahrungsergänzungsmittel sind seit Jahren auf dem Markt, aber präzise wissenschaftliche Belege zur gesundheitsfördernden Wirkung dieser fehlen bislang", sagt Berry. "Bisher dachten wir, dass Inulin hauptsächlich die Bifidobakterien, die so genannten 'guten Bakterien', anregt, aber jetzt wissen wir, dass die Wirkung von Inulin viel komplexer ist. Unsere Studie ist richtungsweisend für die Zukunft der mikrobiombasierten Medizin: Mit unserer Methode können Nahrungsergänzungsmittel künftig personalisiert, präzise konzipiert und wissenschaftlich fundiert werden."
Die Mikrobiota eines jeden Menschen reagiert anders auf Präbiotika
"Interessanterweise haben wir beim Vergleich von Stuhlproben verschiedener Personen erhebliche Unterschiede in den Mikrobengemeinschaften festgestellt, die auf Inulin reagieren", sagt Alessandra Riva, ebenfalls Leiterin der Studie. "Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig die Berücksichtigung individueller Unterschiede bei der Entwicklung von Ernährungsempfehlungen und mikrobiombasierten Maßnahmen ist", erklärt Riva. Die CeMESS-Forschung trägt nicht nur zu einem besseren Verständnis des präbiotischen Stoffwechsels im menschlichen Verdauungstrakt bei, sondern auch zu einem besseren Rahmen für dessen Untersuchung. "Unser Ansatz zur Markierung und Sortierung von Zellen auf der Grundlage ihrer Stoffwechselaktivität ist relativ neu", erklärt Riva. "Wir hoffen, dass unsere Studie als Rahmen für die künftige Forschung und Entwicklung neuer mikrobiombasierter Therapien dienen kann."
Originalpublikation:
Riva, A., Rasoulimehrabani, H., Cruz-Rubio, J. M., Schnorr, S. L., von Baeckmann, C., Inan, D., Nikolov, G., Herbold, C. W., Hausmann, B., Pjevac, P., Schintlmeister, A., Spittler, A., Palatinszky, M., Kadunic, A., Hieger, N., Del Favero, G., von Bergen, M., Jehmlich, N., Watzka, M., Lee, K. S., Wiesenbauer, J., Khadem, S., Viernstein, H., Stocker, R., Wagner, M., Kaiser, C., Richter, A., Kleitz, F., and Berry, D. Identification of inulin-responsive bacteria in the gut microbiota via multi-modal activity-based sorting. Nature Communications 14 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-023-43448-z
