Auswirkungen von Nahrungsfett auf das Wachstum von intestinalen E. Coli

Infektiöser Durchfall verursacht in westlichen Ländern und Entwicklungsländern eine erhebliche Morbidität und führt zum Verbrauch beträchtlicher Gesundheitsressourcen. Die Antibiotikaresistenz nimmt weiter zu, was möglicherweise zu einem Rückgang der therapeutischen Optionen in der Zukunft führen wird. Wichtige Erreger sind Salmonella typhimurium (S. typhimurium) und pathogene Escherichia coli (E. coli), die genetisch eng verwandt sind.

Der menschliche Darm weist eine erhebliche Besiedelungsresistenz gegenüber bakteriellen Krankheitserregern auf. Diese Resistenz wird weitgehend durch die Darmmikrobiota vermittelt. Daher erhöht eine frühere Exposition gegenüber Antibiotika oder Immunsuppression, die zu einem Zusammenbruch des intestinalen Abwehrsystems führt, das Risiko einer späteren Infektion mit S. typhimurium.

Die Zusammensetzung des menschlichen Mikrobioms erfährt dramatische Veränderungen, wenn es verschiedenen Faktoren ausgesetzt wird, darunter Ernährung, körperliche Aktivität, Medikamente und vieles mehr. Die meisten Studien konzentrierten sich auf die langfristige Exposition gegenüber verschiedenen Faktoren; Da das Bakterienwachstum jedoch schnell ist (Verdopplungszeit von S. typhimurium unter optimalen Bedingungen = 20 Minuten), könnten sogar kurzfristige Schwankungen in der Umgebung die menschliche Mikrobiota dramatisch beeinflussen.

Im Labor von Prof. WD Hardt wurde ein Mausmodell der S. typhimurium Enterokolitis etabliert. Da die meisten Mausstämme gegen eine Besiedelung mit S. typhimurium resistent sind, ist eine Vorbehandlung mit Antibiotika eine Voraussetzung für die Induktion einer S. typhimurium-Enterolitis. Jüngste Experimente im Hardt-Labor haben jedoch gezeigt, dass bei Mäusen eine 24-stündige Exposition gegenüber einer fettreichen Ernährung auch zu einem Zusammenbruch der Kolonisationsresistenz führt, was bei einer S. typhimurium-Infektion zu einer Salmonella-Enterokolitis führt. Dasselbe gilt für E. coli-Stämme. Nachfolgende Experimente zeigten, dass die Exposition gegenüber Fettsäuren ausreicht, um die Kolonisationsresistenz zu überwinden. Mechanistische Experimente identifizierten die fettinduzierte Gallenfreisetzung als zugrunde liegenden Mechanismus: Die Exposition gegenüber einer fettreichen Ernährung führt zu einer erhöhten Gallensäuresekretion; S. typhimurium verträgt 10-fach höhere Gallensäurekonzentrationen als kommensale Bakterien, was zu einem Wachstumsvorteil von S. typhimurium gegenüber konkurrierenden Bakterien führt (WD Hardt et al., unveröffentlichte Daten).

Das Ziel dieser Studie ist es, die Ergebnisse dieser Studie an gesunden Probanden zu überprüfen. Die Ernährungsgewohnheiten aller Teilnehmer werden sorgfältig evaluiert. In der Interventionsphase werden die Teilnehmer entweder einer fettreichen oder einer fettarmen Ernährung und einer kontrollierten Dosis des nicht-pathogenen Bakteriums E. coli Nissle ausgesetzt. E. coli Nissle ist der Wirkstoff für „Mutaflor®“ und andere Probiotika. E. coli Nissle hat therapeutische Wirkungen zur Behandlung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen. Im Gegensatz zu anderen nicht-pathogenen E. coli-Stämmen weist er ein spezifisches Muster an Fitnessfaktoren auf, ihm fehlen jedoch herausragende Virulenzfaktoren. In-vivo- und in-vitro-Experimente zeigten sowohl Schutzwirkungen gegen Infektionen mit Darmpathogenen als auch starke immunmodulatorische Eigenschaften. Das Wachstum von E. coli Nissle im menschlichen Darm ähnelt dem Wachstum von S. typhimurium. Beide Bakterien teilen auch die metabolischen Anforderungen für das Darmwachstum. Daher kann das Wachstum von E. coli Nissle im menschlichen Darm als Marker für das Wachstum von E. coli-Stämmen, Salmonella typhimurium und verwandten Pathogenen verwendet werden.

Es ist geplant, E. coli Nissle-Zahlen im Stuhl nach der Einnahme von Mutaflor zu zählen und andere Veränderungen der menschlichen Mikrobiota zu quantifizieren. Die Hypothese ist, dass eine fettreiche Ernährung, die zu einer erhöhten Gallensäuresekretion führt, zu günstigen Wachstumsbedingungen für E. coli Nissle führt, was zu einer hohen Bakterienzahl im Stuhl führt.

Die Ergebnisse der Studie werden dazu beitragen, das Verständnis der Auswirkungen der Nahrungszusammensetzung auf die Anfälligkeit des menschlichen Organismus gegenüber bakteriellen Infektionen zu verbessern. Ein solches verbessertes Verständnis könnte es ermöglichen, präventive Maßnahmen für das Wachstum unerwünschter E. coli-Stämme (z. ESBL, pathogen) oder S. typhimurium-Infektion und/oder einen schweren Krankheitsverlauf und könnten letztendlich dazu beitragen, den Einsatz von Antibiotika und die Entwicklung antibiotikaresistenter Krankheitserreger zu begrenzen.