Ein künstliches Bakterium hilft die Darmflora erklären

Das Darm-Immunsystem ist in vieler Hinsicht besonders – es reagiert nicht nur auf Krankheitserreger, sondern hauptsächlich auf «friedfertige» Bakterien im Darm, also die gesunde Darmflora. Die Forschung geht davon aus, dass diese massive, aber nicht krankhafte Immun-Antwort für die gleichbleibende Balance zwischen Darmbakterien und Körper wichtig ist.

Dank eines mikrobiologischen Kunstgriffs konnten nun die zugrundeliegenden Mechanismen dieses Zusammenspiels genauer erklärt werden. Dr. Siegfried Hapfelmeier, Prof. Andrew Macpherson und ihr Team von Wissenschaftlern von der Universitätsklinik für Viszerale Chirurgie und Medizin und vom Departement für Klinische Forschung der Universität Bern stellten ein Darmbakterium mit besonderen Eigenschaften her. Mit gezielten Mutationen im Stoffwechsel des gutartigen Darmbakteriums Escherichia coli K-12 erreichten die Forschenden, dass das Bakterium nur für einige Stunden den Darm besiedelt und rasch wieder aus dem Körper verschwindet.

Die mutierten Keime rufen im Darm dieselbe Immun-Antwort hervor wie normale Darmbakterien, sind aber vermehrungsunfähig. Dies ermöglichte neuartige Experimente mit einer bakteriellen Darmbesiedelung, die aber im Gegensatz zu normalen lebenden Bakterien genau dosiert werden konnte und sich sozusagen selber wieder rückgängig macht. Die Studienergebnisse erscheinen am 24. Juni im Fachjournal «Science».

Das Darmimmunsystem kann zählen und ist vergesslich 

So konnte das Forschungsteam zeigen, dass das Darmimmunsystem gewissermassen «zählen» kann: Die Anzahl Bakterien, die den Darm passiert, bestimmt die Stärke der Antikörper-Antwort. Dabei ist das Darm-Immunsystem weitgehend unbeeindruckt von wiederholten Bakterien-Besiedelungen – anders als bei einer erneuten Infektion mit einem Krankheitserreger. Massgeblich für eine Immun-Antwort scheint allein die Endsumme der Bakterien zu sein.

Ein weiteres Ergebnis: Das Darm-Immunsystem ist unter normalen Umständen relativ «vergesslich». Es reagiert zwar neben seiner andauernden «Beschäftigung» mit den bereits anwesenden normalen Darmbakterien auf den neuen Keim mit einer spezifischen Immun-Antwort. Diese wird aber nicht lange gespeichert, sondern geht nach dem Verschwinden des mutierten Bakteriums rasch wieder zurück. Die andauernde Stimulation durch die sich stetig verändernde normale Darmflora überschreibt sozusagen ständig die «Antikörper-Erinnerung» an das Vergangene.

«Diese Arbeiten zeigen, dass der Darm ein ganz anderes Immunsystem – oder genauer: immunologisches Gedächtnis hat als der restliche Körper», erklärt Siegfried Hapfelmeier. Dies könnte künftig auch die Entwicklung von Impfstoffen beeinflussen: Neuartige Schluckimpfungen mit lebenden Bakterien gegen Darmkrankheitserreger kamen oft nicht über das Entwicklungsstadium hinaus – auch wenn (oder gerade weil) sie gut verträglich wären. Wie Hapfelmeier vermutet, erzeugen fremde, aber harmlose Bakterien im Darm keine sehr langlebigen Immun-Antworten und stimulieren kaum das immunologische Gedächtnis. «Künftige Impfstoffe müssten daher möglichst ähnlich einem Krankheitserreger beschaffen sein», so der Mikrobiologe.

Die Darmflora – die dichteste Bakterien-Ansammlung der Welt 

Nirgendwo auf der Welt findet man eine dichtere Ansammlung von Bakterien als im Dickdarm. Kurz nach der Geburt wird jeder Mensch mit solch einer Darmflora, bestehend aus normalerweise gutartigen, gesundheitsfördernden Mikroorganismen, besiedelt und bleibt es ein Leben lang. Da die Darmschleimhaut auch eine wichtige Eintrittspforte für zahlreiche Krankheitserreger ist, sind entsprechend die meisten der Immunorgane und Immunzellen des Körpers in und am Magen-Darmtrakt konzentriert. Tagtäglich werden grosse Mengen Antikörper (Immunoglobulin A) in den Darm abgegeben, die aber grösstenteils gegen die gesunde Darmflora gerichtet sind. Ein Team von Berner Forschenden um Prof. Andrew Macpherson erforscht diese komplexen immunologischen Vorgänge.

Quellenangabe:

Siegfried Hapfelmeier, Melissa A. E. Lawson, Emma Slack, Jorum K. Kirundi, Maaike Stoel, Mathias Heikenwalder, Julia Cahenzli, Yuliya Velykoredko, Maria L. Balmer, Kathrin Endt, Markus B. Geuking, Roy Curtiss 3rd, Kathy D. McCoy, Andrew J. Macpherson: Reversible Microbial Colonization of Germ-Free Mice Reveals the Dynamics of IgA Immune Responses, Science, 24. Juni 2010, in print.