Ergothionein stärkt die Funktion nützlicher Bakterien und hemmt die Karzinogenese im Darm

Ein internationales Team unter der Leitung des Hatzios Lab (Broad Institute und Harvard-MGH) hat gezeigt, dass menschliche Darmkommensalen das häufig in der Nahrung vorkommende Antioxidans Ergothionein (EGT) austauschen, um ihre Energieversorgung unter anaeroben (sauerstofffreien) Bedingungen zu gewährleisten. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Cell Host and Microbe veröffentlicht.

Wie verlief die Studie?

• In-vitro-Modelle: Isolierte Kulturen von Schlüsselvertretern zweier großer Stämme – Clostridium symbiosum und Bacteroides fragilis – enthielten im Medium nur Ergothionein als „einziges“ Antioxidans.
• Kreuzfütterung: Beim gemeinsamen Anbau der Stämme stellte sich heraus, dass ein Stamm EGT in leichter zugängliche Metabolite (z. B. Pyruvat und kurzkettige Fettsäuren) umwandelte, die dann vom anderen Stamm aufgenommen wurden, sodass beide in Abwesenheit von O₂ ATP produzieren konnten.
• Kontrollexperimente: Weder C. symbiosum noch B. fragilis konnten allein auf EGT-haltigem Medium effektiv wachsen, während sie in Paarung eine Verdoppelung der ATP-Produktion und der Zellbiomasse zeigten.

Wichtigste Ergebnisse

1. Die Rolle von Ergothionein: Dieses Antioxidans, das in Pilzen, Bohnen und Vollkornprodukten vorkommt, scheint nicht nur eine Schutzfunktion zu haben, sondern auch ein Energiesubstrat für gängige Darmbakteriengattungen zu sein.
2. Verbesserte anaerobe Atmung: Durch die Kreuzfütterung wurde die Aktivität der Fermentation und der NAD⁺-Regenerationswege erhöht, die für das Überleben in der sauerstoffarmen Umgebung des Dickdarms entscheidend sind.
3. Stabilität der Gemeinschaft: Der EGT-Austausch stärkt die strukturelle Stabilität der mikrobiellen Gemeinschaft, indem er die Dominanz von Pathobionten verhindert und die Produktion nützlicher Metaboliten (SCFA) stimuliert.

Die Autoren weisen darauf hin, dass der Ergothionein-Stoffwechselweg bei Patienten mit Darmkrebs häufiger vorkommt, was auf einen Zusammenhang zwischen dem mikrobiellen Ergothionein-Stoffwechsel und der Tumorpathogenese hindeuten könnte. Dies eröffnet Perspektiven für den Einsatz von Enzymhemmern oder Ernährungsumstellungen (z. B. erhöhter Verzehr von Ergothionein-reichen Lebensmitteln wie Pilzen und Hülsenfrüchten), um die Mikrobiota zu therapeutischen Zwecken zu modulieren.

Auswirkungen auf die Gesundheit

• Ernährungsökologie: Zusätzlich zu den Ballaststoffen wirken die Antioxidantien in der Nahrung als wertvoller Brennstoff für „gute“ Mikroben und verstärken deren Beitrag zur Produktion kurzkettiger Fettsäuren und zur Immunmodulation.
• Neue Präbiotika: Ergothionein und seine Derivate könnten zu gezielten Präbiotika werden, die in der Lage sind, nützliche Anaerobier zu „laden“ und Dysbiose entgegenzuwirken.
• Therapeutische Auswirkungen: Durch Manipulation der EGT-Verfügbarkeit in der Nahrung kann es möglich sein, die Stoffwechselgesundheit zu verbessern, Entzündungen zu reduzieren und die Darmbarrierefunktion zu stärken.

„Wir haben zum ersten Mal einen echten Mechanismus der antioxidativen Kreuzfütterung gezeigt, der zur Energieproduktion in anaeroben Regionen des Darms beiträgt“, sagt der Hauptautor Ze Zhou.

Die Autoren heben drei wichtige Punkte hervor:

1. Ergothionein als metabolische „Brücke“
   „Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass Ergothionein nicht nur als Antioxidans wirkt, sondern auch zu einer Energiequelle für anaerobe Bakterien wird und deren Populationen im Dickdarm stärkt.“

2. Zusammenhang mit der Prävention von Darmkrebs
   „Eine gestärkte mikrobielle Gemeinschaft produziert mehr kurzkettige Fettsäuren wie Butyrat, das dafür bekannt ist, das Dickdarm-Epithel zu schützen und das Tumorwachstum zu unterdrücken“, fügt Co-Autorin Prof. Maria Gonzalez hinzu.

3. Aussichten für die Präbiotikatherapie
   „Weitere Forschung wird die Entwicklung gezielter Präbiotika auf Ergothioneinbasis ermöglichen, die die aktuellen Strategien zur Früherkennung und Vorbeugung von Dickdarmkrebs ergänzen könnten“, so das Fazit von Dr. Ze Zhou.

Diese Arbeit ebnet den Weg für eine neue Generation von Präbiotika auf der Basis natürlicher Antioxidantien, die die interne Bioenergetik des Mikrobioms „ankurbeln“ und die Gesundheit des Wirts verbessern können.