Ein Durchbruch, der die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn neu definiert

In einer bahnbrechenden Studie, die die Art und Weise der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn neu betrachtet, haben Forscher etwas entdeckt, das sie einen „neurobiotischen Sinn“ nennen – ein neues System, das es dem Gehirn ermöglicht, in Echtzeit auf Signale der in unserem Darm lebenden Mikroben zu reagieren.

Eine neue Studie der Neurowissenschaftler Dr. Diego Bojorquez und Dr. M. Maya Kelberer von der Duke University School of Medicine, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, untersucht Neuropoden, winzige Sinneszellen, die das Epithel des Dickdarms auskleiden. Diese Zellen erkennen ein häufiges mikrobielles Protein und senden schnelle Signale an das Gehirn, die den Appetit unterdrücken.

Aber das ist erst der Anfang. Das Team glaubt, dass dieser neurobiotische Sinn als umfassendere Plattform dienen könnte, um zu verstehen, wie der Darm Mikroben wahrnimmt und alles von Essgewohnheiten bis hin zur Stimmung beeinflusst – und sogar, wie das Gehirn als Reaktion darauf das Mikrobiom formen kann.

„Uns interessierte, ob der Körper mikrobielle Signale in Echtzeit erkennen kann – nicht nur als Immun- oder Entzündungsreaktion, sondern als neuronale Reaktion, die das Verhalten unmittelbar beeinflusst“,
sagte Diego Bojorquez, PhD, Professor für Medizin und Neurobiologie an der Duke University School of Medicine und leitender Autor der Studie.

Der Schlüsselbestandteil ist Flagellin, ein uraltes Protein, aus dem das bakterielle Flagellum besteht, die schwanzartige Struktur, mit der sich Bakterien fortbewegen. Beim Essen setzen einige Darmbakterien Flagellin frei. Neuropoden erkennen es über einen Rezeptor namens TLR5 und senden ein Signal über den Vagusnerv, die Hauptverbindungsleitung zwischen Darm und Gehirn.

Das von den US-amerikanischen National Institutes of Health unterstützte Team stellte eine kühne Hypothese auf: Flagellin von Bakterien im Dickdarm könnte Neuropoden aktivieren und ein appetitzügelndes Signal an das Gehirn auslösen – ein direkter mikrobieller Einfluss auf das Verhalten.

Die Forscher testeten dies, indem sie Mäuse über Nacht fasten ließen und ihnen dann eine kleine Dosis Flagellin direkt in den Dickdarm injizierten. Diese Mäuse aßen daraufhin weniger.

Als die Forscher das gleiche Experiment an Mäusen ohne TLR5-Rezeptor wiederholten, änderte sich nichts. Die Mäuse fraßen weiter und nahmen an Gewicht zu – ein Hinweis darauf, dass der Signalweg zur Appetitregulierung beiträgt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Flagellin über TLR5 ein „Genug“-Signal sendet, wodurch der Darm dem Gehirn signalisiert, dass es Zeit ist, mit dem Fressen aufzuhören. Ohne diesen Rezeptor kommt diese Botschaft nicht an.

Möglich wurde diese Entdeckung durch die Hauptautoren der Studie, Dr. Winston Liu und Dr. Emily Olway, beide Doktoranden im Health Scientists Training Program, sowie durch die Postdoktorandin Dr. Naama Reicher. Ihre Experimente zeigten, dass die Unterbrechung dieses Signalwegs das Fressverhalten von Mäusen verändert, was auf einen tieferen Zusammenhang zwischen Darmmikroben und Verhalten hindeutet.

„Ich denke, diese Arbeit wird der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft zukünftig besonders nützlich sein, um zu erklären, wie Mikroben unser Verhalten beeinflussen“, sagt Bojorquez.
„Der nächste logische Schritt ist die Untersuchung, wie bestimmte Diäten die mikrobielle Zusammensetzung im Darm verändern. Dies könnte ein Schlüsselelement zur Lösung von Problemen wie Fettleibigkeit oder psychischen Störungen sein.“