Charakterisierung der Darmmikrobiota-Signatur in Abhängigkeit von der körperlichen Fitness und deren Auswirkungen auf die Darmgesundheit. (MICROPEPS)

Die Darmmikrobiota umfasst alle Mikroorganismen – Bakterien, Viren und Pilze – die den Verdauungstrakt besiedeln. Die Besiedlung beginnt bei der Geburt und entwickelt sich im Laufe des Lebens unter dem Einfluss zahlreicher Faktoren wie Ernährung, Antibiotikaeinnahme, Schlaf, Stress, körperlicher Aktivität, Exposition gegenüber Umwelteinflüssen sowie Alter, Geschlecht und ethnischem oder migrationsbedingtem Hintergrund (Hou et al., 2022).

Dieses mikrobielle Ökosystem erfüllt mehrere wesentliche Funktionen für seinen Wirt, einschließlich Verdauung und Nährstoffaufnahme, Immunregulation und Schutz vor Krankheitserregern (Estaki et al., 2016). Durch die Fermentation komplexer Kohlenhydrate, insbesondere von Ballaststoffen, die durch menschliche Enzyme nicht verdaulich sind, produzieren bestimmte Bakterien kurzkettige Fettsäuren (SCFAs), hauptsächlich Butyrat, Propionat und Acetat. Diese Metaboliten spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der Darmbarriereintegrität und im Energiestoffwechsel der Kolonozyten (Estaki et al., 2016).

Wenn die mikrobielle Zusammensetzung oder Funktion verändert wird, sei es in Bezug auf Vielfalt, relative Anteile oder Stoffwechselwege, tritt ein Zustand der Dysbiose auf. Dieses Ungleichgewicht wird häufig bei verschiedenen pathologischen Zuständen beobachtet und wurde mit der Entwicklung von Krankheiten wie Diabetes, bestimmten Krebsarten, Atherosklerose, Asthma, chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) und sogar Depression in Verbindung gebracht (Hou et al., 2022).

CED umfasst Morbus Crohn (MC) und Colitis ulcerosa (CU). Während MC durch diskontinuierliche Läsionen im gesamten Magen-Darm-Trakt gekennzeichnet ist, betrifft CU eine kontinuierliche und oberflächliche Entzündung des Dickdarms. Diese Pathologien betreffen 0,3–0,5 % der Weltbevölkerung (Ng et al., 2017). Zahlreiche Studien haben signifikante Unterschiede in der Mikrobiotazusammensetzung zwischen CED-Patienten und gesunden Personen aufgezeigt (Oligschlaeger et al., 2019), was zu einer beeinträchtigten Darmbarrierefunktion führt (Qiu et al., 2022).

Parallel dazu deutet eine wachsende Zahl von Belegen darauf hin, dass sich die Darmmikrobiota körperlich aktiver Personen von der inaktiver Menschen unterscheidet (Estaki et al., 2016; Clarke et al., 2014; Barton et al., 2017; Mohr et al., 2020).

Kürzlich charakterisierte unser Labor die Darmmikrobiota von 50 Freiwilligen, die von inaktiven Personen bis hin zu Spitzensportlern mit hoher (Elitefußballspieler) und sehr hoher (Eliteradfahrer) Trainingskapazität reichen (EXOMIC, NCT05220657). Unsere Daten zeigten, dass die Trainingskapazität die Darmmikrobenökologie und die fäkalen SCFA-Spiegel unabhängig von der Ernährung beeinflusst. Interessanterweise wiesen Personen mit sehr hoher Trainingskapazität eine reduzierte mikrobielle Vielfalt, Dichte und funktionelle Stoffwechselwegabundanz auf, was die Frage aufwirft, ob solche mikrobiellen Ökosysteme für den Energiestoffwechsel des Wirts und die Trainingsleistung vorteilhaft sind. Durch die Verwendung von FMT von menschlichen Spendern unserer Kohorte bei antibiotikabehandelten Mäusen zeigten wir weiterhin, dass die Spender-Mikrobiota, die mit der Trainingskapazität verbunden ist, die Insulinsensitivität und die Muskelglykogenspeicherung in den Empfängermäusen beeinflusst, was die kritische Rolle der trainingsassoziierten Darmmikrobiota bei der Gestaltung der metabolischen Reaktionen des Wirts unterstreicht (Martin et al., 2025).

In diesem Kontext zielt diese klinische Studie darauf ab, das bakterielle Metagenom der Darmmikrobiota über ein Kontinuum von inaktiven Personen bis hin zu Spitzensportlern mit hohem oder sehr hohem Energiebedarf zu charakterisieren und zu bestimmen, ob spezifische Darmmikrobiota-Zusammensetzungen und funktionelle Profile mit unterschiedlichen Trainingskapazitäten assoziiert sind. Das ultimative Ziel dieses Projekts ist die Erstellung einer fäkalen Mikrobiota-Biobank für zukünftige Forschung zur Darmgesundheit.

Das MICROPEPS-Studienprotokoll ist eine prospektive, einzentrische, vergleichende und minimalinvasive Studie. In diesem Protokoll wird kein Arzneimittel, Medizinprodukt oder Produkt getestet. Die Studie wird auf der Exermove-Plattform (M2S-Labor) durchgeführt, um die Trainingskapazität und die metagenomische Signatur der Darmmikrobiota bei aktiven, trainierten und hochtrainierten Ausdauermännern zu bewerten. Die Teilnehmer werden drei Laborbesuche absolvieren:

1. Einschlussvisite: anthropometrische Messungen, Ernährungs- und körperliche Aktivitätsfragebögen. Die Teilnehmer erhalten dann ein Stuhlprobensammelkit, um innerhalb von sieben Tagen eine Stuhlprobe zu sammeln und zu versenden.
2. Zweiter Besuch: Stufentest auf dem Fahrradergometer zur Bestimmung der VO₂max.
3. Dritter Besuch: Stoffwechseluntersuchungen unter Nüchternbedingungen, in Ruhe und während submaximaler Belastung.

Die während dieser Tests gemessenen Stoffwechselparameter (z. B. VO₂max, Leistung an aerober und anaerober Schwelle, maximale Kohlenhydrat- und Lipidoxidation) werden mit den aus Stuhlproben gewonnenen Metagenom-Shotgun-Daten korreliert.

Zusätzlich wird die Studie eine fäkale Mikrobiota-Biobank von Spendern etablieren, die nach Trainingskapazität stratifiziert sind. Unter Verwendung eines Mausmodells der fäkalen Mikrobiota-Transplantation in Kombination mit DSS-induzierter Kolitis besteht das letztendliche Ziel darin, zu bestimmen, wie die Trainingskapazität des Spenders und die Darmmikrobenökosysteme Entzündungsreaktionen und Darmpermeabilität beeinflussen.