Darmflora: Wie das Immunsystem das Gleichgewicht zwischen Darmbakterien aufrechterhält

Darmbakterien werden vom Immunsystem gezielt reguliert

Unser Darm enthält Billionen von Darmbakterien, Pilzen und weiteren Mikroorganismen. Ein gesundes Gleichgewicht zwischen den bis zu 1000 verschiedenen Bakterienstämmen ist eine wichtige Grundvoraussetzung für unsere gesamte Gesundheit. Gerät die Darmflora aus dem Gleichgewicht, können zahlreiche Erkrankungen entstehen. Ein Forschungsteam zeigte nun, dass das Immunsystem maßgeblich daran beteiligt ist, das Gleichgewicht im Darm aufrechtzuerhalten.

Forschende des Departementes für BioMedical Research (DBMR) der Universität Bern, des Inselspitals, Universitätsspital Bern und des Deutschen Krebsforschungszentrums haben dokumentiert, wie Antikörper im Darm Bakterien der Darmflora in Schach halten. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich im renommierten Fachjournal „Nature“ präsentiert.

Darmmikrobiom ist wichtig für unsere Gesundheit

Rund 500 bis 1000 verschiedene Arten von Darmbakterien bevölkern laut der Arbeitsgruppe den Darm. Sie bilden den Großteil des sogenannten Darmikrobioms. Studien der letzten Jahre haben gezeigt, dass dieses Mikrobiom einen entscheidenden Einfluss auf unsere Gesundheit hat und sogar über die Darm-Hirn-Achse mit dem Gehirn kommuniziert. Die Darmflora spielt eine zentrale Rolle für die Verdauung sowie für die Verhinderung von Infektionen.

Das Immunsystem als Wächter über die Darmflora

Gewöhnlich werden Darmbakterien vom Immunsystem toleriert. Anders als bei Krankheitserregern greifen Antikörper die Darmbakterien normalerweise nicht an. Unklar war bislang deshalb, wie es dem menschlichen Immunsystem gelingt, im Darm das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Die Forschungsgruppe um Dr. Tim Rollenske und Professor Andrew Macpherson konnte nun im Mausmodell zeigen, wie bestimmte Zellen des Immunsystem, sie sogenannten IgA-Antikörper, die Feinregulierung des mikrobiellen Gleichgewichts im Darm vornehmen.

„Wir konnten zeigen, dass das Immunsystem spezifisch diese Bakterien erkennt und sowohl im Wachstum als auch in der Aktivität einschränkt“, erklärt Studienerstautor Dr. Tim Rollenske. Wie die Forschenden erläutern sind IgA-Antikörper die häufigsten Antikörper des menschlichen Immunsystems. Sie werden von spezialisierten Zellen in den Schleimhäuten ausgeschüttet und machen zwei Drittel der menschlichen Immunglobuline (im Blut zirkulierende Antikörper) aus.

Durchbruch bei der Erforschung der Darmflora

Es war bereits bekannt, dass einige IgA-Antikörper, die das Immunsystem produziert, auch gegen gutartige Darmbakterien gerichtet sind. Ohne diese Antikörper könnten sich bestimmte Bakterienstämme übermäßig ausbreiten und auf diese Weise pathogen werden. Wie dem Immunsystem die Regulierung gelingt, galt bislang als nicht ausreichend verstanden, da Untersuchungen von IgA-Antikörpern in ihrer natürlichen Form im Tiermodell bisher nur eingeschränkt möglich waren.

Diese Hürde konnte die Arbeitsgruppe in ihren Versuchen nun überwinden. Es gelang den Forschenden, eine genügende Menge von IgA-Antikörpern herzustellen, die sich spezifisch gegen eine Art von Escherichia-Coli-Bakterien, ein typisches Darmbakterium, richteten. Die Antikörper erkannten und banden einen Baustein auf der Hülle der Mikroorganismen, berichtet das Studienteam.

IgA-Antikörper als Oberaufseher im Darm

Über drei Jahre hinweg beobachteten die Forschenden die Effekte der IgA-Antikörper auf die Darmbakterien. Dabei zeigte sich, dass die Antikörper gezielt die Fitness der Darmbakterien einschränken. Beispielsweise wurde die Beweglichkeit oder die Aufnahme von Zuckerbausteinen für den Stoffwechsel der Bakterien durch die IgA-Antikörper begrenzt.

Laut der Arbeitsgruppe war der Effekt davon abhängig, welcher Oberflächenbaustein spezifisch erkannt wurde. „Das Immunsystem hat so offenbar die Möglichkeit, die gutartigen Darmbakterien über verschiedene Wege gleichzeitig zu beeinflussen“, ergänzt Studien-Ko-Autorin Hedda Wardemann vom Deutschen Krebsforschungszentrum. Der Effekt nenne sich deshalb „IgA-Parallelismus“.

Einige Fragen bleiben immer noch offen

Wie es den IgA-Antikörpern genau gelingt, gutartige Darmbakterien nur einzuschränken, pathogene Eindringlinge jedoch sofort wirksam zu vernichten, konnte im Rahmen der Studie nicht abschließend geklärt werden. „Unser Versuch zeigt aber, dass IgA-Antikörper das Gleichgewicht zwischen dem menschlichen Organismus und der Darmflora fein austarieren können“, betont Professor Macpherson.

Welche Bedeutung haben die Erkenntnisse

Nach Angaben der Forschenden erweitern die neuen Erkenntnisse das grundlegende Verständnis des Immunsystems im Darm. Dies könnte beispielsweise zu einer verbesserten Entwicklung von Impfstoffen beitragen. „Wenn wir verstehen, wie und wo genau die Antikörper die Mikroorganismen im Darm erkennen, können wir auch Vakzine gegen pathogene Organismen gezielter designen“, resümiert Dr. Rollenske. (vb)