Darmmikrobiom und seine Bedeutung
Wo im Darm Bakterien leben, welche Gruppen überwiegen, wann sich die Flora stabilisiert und was sie für den Menschen leistet.
Das Wichtigste in Kürze
- Das Darmmikrobiom ist die Gesamtheit der Darmbakterien samt ihrer Gene, es verwertet Ballaststoffe und liefert Vitamine.
- Die Bakteriendichte steigt vom Magen zum Dickdarm an, wo sie mit \(10^{11}\) bis \(10^{12}\) pro g Inhalt am höchsten ist.
- Beim Erwachsenen dominieren Anaerobier, Escherichia coli macht nur einen sehr kleinen Anteil aus.
- Ab etwa dem dritten Lebensjahr ist das Mikrobiom stabil etabliert.
- Bakterien vergären Ballaststoffe zu kurzkettigen Fettsäuren (Acetat, Propionat, Butyrat), die größtenteils im Kolon resorbiert werden.
- Darmbakterien tragen als Menachinon-Bildner zur Vitamin-K-Versorgung bei.
Worum es geht
Im Darm lebt eine dichte Gemeinschaft von Bakterien, die unverdauliche Nahrungsreste verwertet und Vitamine liefert. Sie gehört zur Physiologie des Magen-Darm-Kanals. Für die Pharmazie zählt sie, weil Antibiotika sie stören und so etwa die Wirkung von Gerinnungshemmern verändern.
Besiedlung und Zusammensetzung
Die Bakterien des Darms bilden zusammen das Darmmikrobiom.
Das Mikrobiom ist die Gesamtheit der Mikroorganismen eines Lebensraums samt ihrer Gene. Im Darm sind es ganz überwiegend Bakterien.
Die Besiedlung nimmt entlang des Verdauungstrakts stark zu. Im Magen töten Salzsäure und der niedrige pH-Wert die meisten Keime ab. Im Dünndarm verhindern rascher Transport, Galle und Pankreassaft eine starke Vermehrung. Erst im Ileum steigt die Keimzahl deutlich. Am dichtesten ist der Dickdarm besiedelt, denn der Inhalt verweilt dort lange und es gibt kaum Sauerstoff.
Der Sauerstoffmangel bestimmt auch die Zusammensetzung. Beim Erwachsenen sind die Darmbakterien ganz überwiegend Anaerobier, im Kolon über 99 %. Typische Gattungen sind Bacteroides, Bifidobacterium und Clostridium. Das bekannte Escherichia coli ist ein fakultativer Anaerobier. Es stellt nur einen sehr kleinen Anteil, meist unter 1 %. Bekannt ist es, weil es sich leicht anzüchten lässt. Mehr zu diesem Keim unter Escherichia coli.
Entwicklung
Bei der Geburt ist der Darm nahezu keimfrei. Die ersten Bakterien stammen aus Geburtskanal, Haut und Umgebung. Muttermilch fördert bei gestillten Säuglingen vor allem Bifidobakterien. Mit fester Kost wird die Flora vielfältiger.
Ab etwa dem dritten Lebensjahr ist das Mikrobiom stabil etabliert und ähnelt dem eines Erwachsenen. Weil die Vitamin-K-bildende Flora anfangs fehlt und Muttermilch wenig Vitamin K enthält, erhalten Neugeborene eine Vitamin-K-Prophylaxe.
Stoffwechselleistungen
Ballaststoffe sind pflanzliche Nahrungsbestandteile, meist Polysaccharide, die menschliche Enzyme nicht spalten. Beispiele sind Cellulose, Pektin, Inulin und resistente Stärke. Die α-Amylase spaltet die α-1,4-glykosidischen Bindungen der Stärke, die β-glykosidischen Bindungen der Cellulose dagegen nicht. Ballaststoffe erreichen deshalb unverdaut den Dickdarm. Dort bauen Bakterien sie teilweise oder vollständig ab.
Die Bakterien zerlegen die Polysaccharide zu Monosacchariden und vergären diese anaerob (Prinzip der Gärung). Hauptprodukte sind kurzkettige Fettsäuren: Carbonsäuren mit zwei bis vier C-Atomen, die im Darm als Anionen vorliegen. Nebenbei entstehen Gase wie \(\ce{H2}\), \(\ce{CO2}\) und \(\ce{CH4}\).
Die kurzkettigen Fettsäuren bleiben nicht im Stuhl. Die Kolonschleimhaut resorbiert sie zu rund 95 %. So gewinnt der Mensch Energie aus Nahrung, die er selbst nicht verdauen kann.
| Fettsäure (Anion) | C-Atome | Hauptverbleib |
|---|---|---|
| Acetat | 2 | Blutkreislauf, periphere Gewebe |
| Propionat | 3 | über die Pfortader zur Leber, Gluconeogenese |
| Butyrat | 4 | Kolonozyten, deren wichtigste Energiequelle |
Darmbakterien bilden außerdem Vitamine, vor allem Vitamin K als Menachinon (\(\mathrm{K_2}\)), dazu etwa Biotin und Folsäure. Vitamin K braucht die Leber zur Bildung der Gerinnungsfaktoren II, VII, IX und X. Die bakterielle Produktion deckt einen Teil des Bedarfs, den Rest liefert die Nahrung als Phyllochinon (\(\mathrm{K_1}\)). Mehr dazu unter Vitamine.
Breitbandantibiotika können die Vitamin-K-bildende Flora dezimieren. Unter Phenprocoumon steigt dann die Blutungsgefahr, daher sollte der INR-Wert engmaschiger kontrolliert werden.
Quiz
Aussage 1
Escherichia coli stellt nur einen kleinen Bruchteil der Darmbakterien eines Erwachsenen, die Mehrheit sind Anaerobier.
Im sauerstoffarmen Kolon sind über 99 % der Bakterien Anaerobier, \(E.\ coli\) liegt meist unter 1 %.
Aussage 2
Das Darmmikrobiom ist bereits in den ersten Lebenswochen stabil etabliert.
Die Flora verändert sich mit Stillen und fester Kost noch lange. Stabil etabliert ist sie erst ab etwa dem dritten Lebensjahr.
Aussage 3
Die höchste Bakteriendichte des Verdauungstrakts findet sich im Jejunum.
Im Dünndarm verhindern rascher Transport, Galle und Pankreassaft eine starke Vermehrung. Am dichtesten besiedelt ist der Dickdarm.
Aussage 4
Kurzkettige Fettsäuren aus dem bakteriellen Ballaststoffabbau werden zum größten Teil von der Kolonschleimhaut aufgenommen.
Rund 95 % werden resorbiert, nur ein kleiner Rest gelangt in den Stuhl. Butyrat dient den Kolonozyten als Energiequelle.
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